★ 科德宝宝翎衬布（南通）有限公司 李继松，徐功林

关键词：CC-Lin；热泵；回收利用；纺织印染

1   项目背景

目前，纺织印染行业面临诸多挑战：印染过程能耗高，废水、废气排放量大，企业承受着沉重的环境治理压力；同时，市场竞争日趋激烈，降低生产成本已成为各企业关注的重点。在此背景下，节能减排不仅是企业实现长远发展的基础，更是其应尽的社会责任。从全球到国家层面，能源短缺与气候变暖等生态压力日益严峻，各国正积极推动节能减排，而企业和个人正是落实这一目标的关键主体。

本技术基于CC Link通信协议，通过热泵系统高效利用低品位热能，实现节能控制与热水回收再利用。该技术可广泛应用于纺织印染车间的氧漂机、水洗机、染色机等高耗水设备，为生产过程提供稳定的再生热水，同时也可为车间办公区域的水空调系统供给循环水热源。公司依托三菱节能控制系统EcowebServerIII，通过系统搭建与扩展改造，充分发挥热泵的余热、废热回收能力，将生产中的散失热能重新用于生产，从而有效降低整体蒸汽和天然气消耗；此外，系统实时回传能源数据，便于集中优化调控，进一步提升节能成效。

2   方案设计

本项目整体设计包括热泵选型设计和总体CC-Link网络通信控制，使用总站-从站的分布方式设计，兼顾了硬件可扩充功能，方便以后水源热泵、空气源热泵的继续增加。

2.1   热泵选型

本次节能项目中分别使用了空气源热泵和水源热泵两种不同的热泵技术，其基本的原理和性能指标如下：

空气源热泵：按照“逆卡诺”循环原理工作，通过压缩机系统运转工作，吸收空气中热量制造热水。具体过程是：液态的冷媒从减压阀失压，在蒸发器中吸收空气中的热量气化，再用压缩机将气态冷媒压缩，压缩后冷媒冷凝放热，由冷凝器中水吸收制造热水，热交换后的冷媒回到压缩机进行下一步循环，在这一过程中，空气热量通过蒸发器被吸收导入冷媒中，冷媒再导入水中，从而产生高品质热水。空气源热泵系统原理图如图1所示。

图1 空气源热泵系统原理图

水源热泵：是利用水源，如地下水、河流和湖泊或是废水中的低品位热能资源，采用热泵原理（原理如上空气源热泵），通过少量的高位电能输入，实现低位热能向高位热能转移的一种技术。系统中空气源热泵，用风机吸入染色、水洗车间内的湿热的空气作为热源，用于加热水，冬天为全厂的水空调系统提供热水；其余时间为染色、水洗、氧漂机台用水进行预加热， 当温度不达工艺要求时，再使用蒸汽作为补充加热。通过热泵即充分利用了车间内湿热空气中水蒸汽的潜热并除湿，也吸收空气中的热量给车间降温，从而改善现场的工作环境， 同时解决了车间内由于湿度大而造成的热空气在房顶结露， 减少金属腐蚀和锈水滴落到布面上造成质量事故的问题。水源热泵系统原理图如图2所示。

系统中水源热泵，利用高温的废水作为热源，首先使用热交换器将热废水中的热量转移到清水中，再使用升温后的清水作为水源热泵的热源，加热水到80度以上直接提供机台使用。

在这一个过程中不直接使用热废水作为热源使用，是因为废水中存在杂质和腐蚀性。废水进入翅片式热交换器的内管，清水流经管外， 可以增加热交换的接触面积，更能充分地将废水中的热量置换出来， 平均能降低废水温度5~10℃,大大改善了后道废水处理系统中微生物的生存环境，有利于提高废水的处理效果。需要注意的是，热交换器容易被污水堵塞，因此需要在热交换器的进水口增加保安过滤器，以减少杂质进入热交换器。

图2 水源热泵系统原理图

2.2   总体能源硬件架构

公司目前配置多套空气热泵和水源热泵，同时在原有的生产车间能源采集系统中已使用了三菱EcoWebServerIII服务器控制系统，继续扩展使用QJ61BT11N模块可将每个热泵站点的能耗数据进行下载和上传控制。同时也进行运行时间段的排程控制设定，操作人员可以通过现场的触摸屏获取整个车间包括水源热泵和空气源热泵的实时用能数据以及热水产出数据。此外，在办公室的内部人员也可以登录服务器，只要将能源服务器的CH1网口接入车间的局域网络中，通过登录特定的网页也可以获取相应的能源图表数据。工厂原有设备能源监控系统如图3所示。

图3 工厂原有设备能源监控系统

为简化整体结构并降低数据传输的硬件成本，每个热源站点均采用FX3u-64CCL通信模块作为从站节点，并选用FX3U系列小型PLC作为现场主控制器。各站点的用能数据通过CC Link总线汇总并上传至主站服务器系统，数据传输稳定、刷新迅速。对于部分受传感器限制的采集数据，还可借助主站服务器PLC的CH2网口转接485通信模式，从而将单个模块化仪表的数据也收集至中心服务器。

在本系统设计中，从站FX3u通过RS422通信直接连接现场触摸屏，通信波特率通常设为19200 E 71，并选择FX3U类型即可。主站服务器配备扩展模块QJ61BT11N通信功能， 默认通信波特率为156kbps，可最大限度增加从站数量并延长通信链路总长度。主站侧在CC Link界面中设置总连接数为4台，并选择网络模式为Ver.2模式，同时配置相应传输速度。从站CC Link模块需通过拨码开关设定地址（设为4），波特率开关保持为0，以匹配相同的156kbps通信速度，占用站数设为7。主站则设定占用站数为4站，从而可最大程度传输输入/输出寄存器和辅助继电器，以及32个寄存器数据。主站与从站之间无需额外编写程序代码，即可直接获取从站上传的数据。

新增热泵控制系统如图4所示。

图4 新增热泵控制系统

在现有的能源节能控制系统中，可以便捷地扩展热泵从站，只需为三菱PLC加装对应的从站CC Link模块即可。对于部分未配备小型PLC控制系统的从站，也可选用三菱电能采集模块EMU HD，该模块可选择向左侧扩展CC-Link通信模块，并在扩展模块上设定必要的“站地址”和“传输波特率”开关拨码即可，使用的电流互感器也是选用三菱特有的类型并设定电压等级，电能采集模块则可在显示界面中直接设置接线方式为“3P4”三相四线制。

从系统架构来看，公司车间热泵热水供应系统目前配置气源热泵2套、水源热泵1套，初步估算每年可产出80℃热水约8万~10万吨。

3   软件设计与分析

完成热泵从站的硬件架构后，还需要编写简便的CC-Link通信代码程序， 实现稳定的数据传输。硬件的通信设定通常也要在设备的下载程序中提前设定好编程代码，如寄存器地址、从站启动方式以及故障监测继电器等。

图5 主从站的CC-Link设计以及从站程控设计

如图5所示，主站CC-Link在软件通信设置时，考虑从站的个数，直接设定可存放的寄存器区域。从站PLC主要负责控制本单元的热泵排程运行，结合工厂用电波峰和夜间谷电的优化排程，可以最大化利用热泵的回收热能，同时也能保证热泵经济运行效率。

为了提高数据的采集精度，部分热泵系统的水泵和风机也采用三菱变频器作为驱动，选型高性能E840系列，变频器与FX3U之间也可以采用三菱专有的通信协议，每个变频器只需要四芯线即可接入到通信板中，无需给变频器增加额外通信部件，通信更加稳定可靠，变频器设置参数如下：

PR117=1（站号根据变频器依次布设）

PR118=192（波特率）

PR120=2（偶校验）

PR121=PR122=PR123=9999

PR338=1（变频启动使用外部端子命令）

PR339=0（频率设定使用通信方式）

PR340=1（变频器采用通信方式）

PR549=0（通信协议使用三菱协议）

三菱协议读取变频器用电量如图6所示。

图6 三菱协议读取变频器用电量

三菱FX3U具有专门用于通信三菱变频器的编程指令，即写入IVDR和读取IVCK指令， 可准确读写三菱变频器的运行状态数据， 甚至使用H72指令可直接读取变频器用电量累计数值，这样可以使上传的能源数据采集值更加精确。

4   结语

本项目总投入210万元，水源热泵和空气源热泵运行中充分利用本厂的谷电和太阳能发电系统，使平均电价保持在0.6元/kW·h。按蒸汽285元/吨计算，热泵加热全年所需能源成本为1750000kW·h×0.6元/kW·h=105万。而使用蒸汽加热方式全年的能源成本则为7730吨×285元/吨≈220万，由此，全年可节约能源成本约115万元，综合投资回收期约为2年。通过该热泵项目，在实现节能降耗目标的同时还取得了如下效果：

（1）降低了染色水洗等湿区车间区域湿度，改善了员工现场工作环境，降低夏天过于湿热的情况。

（2）由于区域湿度降低，也解决了由于车间湿度大，屋顶锈蚀和滴水所造成的布面质量问题。

（3） 降低了废水进水源的温度， 更有利于污水MBR生物膜处理系统的正常运行。

通过CC-Link通信技术构建的EcowebserverIII能源控制系统，实现了对空气源、水源热泵从站的节能高效控制，设定运行排程，最大限度地产出热水。对比万米能耗数据以及蒸汽耗用前后变化，可以直观地看到总体能耗和蒸汽用量均有显著下降。

万米能耗数据以及蒸汽耗用如图7所示。

图7 万米能耗数据以及蒸汽耗用

此外，该技术不仅适用于制热场景，也能满足制冷需求，例如制备生产所需的冷却水，或用于制冰、冷水储能等。同时，它还可应用于工厂、家庭及事业单位的夏季空调降温。随着社会节能降耗趋势的深入推进，热泵技术将成为强有力的技术支撑，有助于大幅提升能源利用效率，降低能源使用成本。

★基金项目：南通市基础科学研究和社会民生科技计划项目（JCZ2022128）。

作者简介：

李继松（1989-），男，江苏宿迁人，高级工程师，硕士，现就职于科德宝宝翎衬布（南通）有限公司，主要从事印染行业设备控制方面的研究。

徐功林（1975-），男，江苏南通人，工程师，本科，现就职于科德宝宝翎衬布（南通）有限公司，主要从事印染行业设备维护方面的工作。

参考文献：

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摘自《自动化博览》2026年8月刊