CN202253966U - 一种主动式太阳能热水集中采暖系统控制箱 - Google Patents

一种主动式太阳能热水集中采暖系统控制箱 Download PDF

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王登甲
于军琪
刘加平
周江
艾涛
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Abstract

本实用新型公开了一种主动式太阳能热水集中控制箱，包括箱体，箱体面板上嵌有触摸屏，电源模块，箱体内设有通用控制器，控制器各个端口接线连接端子板X1。本实用新型的太阳能热水集中控制箱，人机操作友好，可扩展性好，能有效的提供集热效率，根据太阳的光照的强度自动跟踪实现最优集热效率；利用了供回水温差的特点作为反馈调节使房间末端房间温度动态的保持在设定控制温度上；辅助加热设备控制采用温差控制策略克服了定温控制带来的缺点，达到了对太阳能辐射的移峰填谷作用，基本解决了太阳能周期性波动的缺点。

Description

一种主动式太阳能热水集中采暖系统控制箱
技术领域
本实用新型属于太阳能采暖及自动控制技术领域，涉及一种用于采暖系统的控制器，特别涉及一种主动太阳能热水集中采暖系统控制箱，主要适用于主动式太阳能热水集中采暖系统。
背景技术
太阳能是取之不尽，用之不竭的清洁能源，我国大多数寒冷地区，如西藏、内蒙古、新疆、青海等省份的太阳能资源丰富，为改善该地区冬季室内热环境提供了充分的热源，而且利用太阳能采暖是一项符合可持续发展战略的技术；国内外很多学者对太阳能的热利用已经进行足够多的研究，且取得了很大的进展，如被动太阳房的建立、太阳能热水器以及太阳能热泵技术大力发展等，太阳能的光热转换技术由于其技术成熟、容易实现，已经被广泛的应用于生产和生活。
目前，主动太阳能采暖自动控制系统研究领域作为交叉学科，是太阳能热利用及自动控制研究领域相关技术人员所共同关注的课题之一。由于技术和经济方面的制约，在诸如西藏、青海等地区，太阳能的热利用以被动式为主，在大多数地区，其很难完全解决冬季采暖问题，而且室内温度波动大也是被动太阳能建筑的重要特征；在被动式太阳房的基础上，合理投入主动式采暖系统，是保证建筑低能耗，实现室内热舒适环境的有效方法；由于太阳能热能与建筑热负荷在出现时间上的矛盾，以及自身存在的能源密度低、周期性波动等特性，大大限制了一些太阳能技术的应用。
综上所述，为满足太阳能采暖建筑室内热舒适要求，如何实现昼间太阳能热能用于夜间、晴天用于阴雨天，达到“移峰填谷”的作用，如何满足采暖系统自来水补水，如何确定辅助加热系统开启时间，如何保证集热器不被冻管等存在一系列问题，这便需要利用自动控制技术与之配合满足以上要求。
发明内容
针对上述太阳能自身的周期性及能源密度低的缺陷，本发明专利的目的在于，提供一种管控一体化太阳能集中热水控制箱，该装置将嵌入式与PLC技术相结合，根据先进的主动式太阳能热水采暖系统工艺要求，解决了太阳能采暖系统周期性波动影响的问题，确保房间恒温供暖；实现了太阳能热能“移峰填谷”的作用，在满足人体热舒适的前提下，使集热效率更高效。
为实现上述技术任务，本发明采取如下技术方案予以实现：
一种主动式太阳能热水集中控制箱，包括箱体，其特征在于，所述的箱体面板上嵌入有触摸屏，箱体内部分别设置有断路器、控制主机、数据量扩展模块、模拟量扩展模块和直流电源，其中断路器、控制主机、数据量扩展模块和模拟量扩展模块依次相连，控制主机一端与触摸屏相连，控制主机另一端与调节阀相连；
数据量扩展模块与继电器相互连接，继电器上还分别连接有集热泵、换热泵、散热泵、辅助加热器、电磁阀和照度传感器和温度传感器；所述的温度传感器还分别于模拟量扩展模块和继电器相连；电源分别与触摸屏、控制主机、模拟量扩展模块和温度传感器相连。
本实用新型还具有以下技术特点：
所述的控制箱箱体面板上分别安装有多个不同功能的指示灯；所述的箱体面板为可开启面板。
所述的控制主机为可编程控制器PLC，嵌入式触摸屏一端通过串口协议与控制主机可编程控制器PLC通信。
本实用新型与现有技术相比，具有以下技术优点：
1、可扩展性好
采用了通用PLC作为主控制器，当系统采暖点数增多或者是工艺需要增加控制点数和温度检测点时，可以通过添加扩展模块的方式实现，方便快捷、可靠性高，可以根据现场环境及控制工艺要求，选择相对较先进主流的控制器，以及组态操作系统，以便系统的维护和升级改造，克服了现有系统扩展困难的缺点。
2、人机交互界面友好
采用了触摸屏作为监控主机，可以通过组态软件程序编写、修改操作监控界面，重新设定系统输入运行参数，采暖运行工况选择，系统状态提示的功能，克服了传统的LCD操作界面单调，编程固化，难以编写的缺点。
3、提高了主动式太阳房的采暖效率
集热循环感受太阳光照强度，自动跟踪实现最优集热效率；利用动态供回水温差特点作为反馈调节使末端房间温度动态保持在设定控制温度；辅助加热设备控制采用温差控制策略克服了定温控制带来的缺点。
4、符合经济性、适用性的原则
在采暖控制系统的的设计过程中尽可能选择性价比高的产品，不但能保证整个系统功能的实现，又有适当的冗余，为系统维护及扩展提供便利。选择的控制设备、设计标准和电气参数计算等，最大限度地满足使用时需要，以保证整个系统的工艺流程的可靠实现。
附图说明
图1为本实用新型控制箱的结构示意图；
图2为本实用新型控制箱控制箱面板结构设计示意图；
图3为本实用新型控制箱内部布置结构示意图；
图4为本实用新型控制器主程序流程示意图；
以下结合附图对本实用新型的内容作进一步的详细说明。
具体实施方式
参见图1，本实用新型的主动式太阳能热水集中控制箱，包括箱体，其特征在于，所述的箱体面板上嵌入有触摸屏，箱体内部分别设置有断路器、控制主机、数据量扩展模块、模拟量扩展模块和直流电源，其中断路器、控制主机、数据量扩展模块和模拟量扩展模块依次相连，控制主机一端与触摸屏相连，控制主机另一端与调节阀相连。
数据量扩展模块与继电器相互连接，继电器上还分别连接有集热泵、换热泵、散热泵、辅助加热器、电磁阀和照度传感器和温度传感器；所述的温度传感器还分别于模拟量扩展模块和继电器相连；电源分别与触摸屏、控制主机、模拟量扩展模块和温度传感器相连。
本实用新型通过对采暖系统工艺流程仔细的分析得到实现控制要求，按照设计原则及依据，进行系统结构设计。主动式太阳房采暖控制系统结构，是采用TPC7062K触摸屏做上位机对采暖控制系统的运行参数以及系统的运行状态进行控制，DVP10SX11R作为控制器实现控制策略及各种逻辑控制；软件设计上位机监控软件采用MCGS嵌入式6.5版，下位机采用WPLSOFT2.12编程，本申请针对主动式太阳房采暖温度控制系统，大惯性、大滞后、时变以及准确数学模型不易确定的特性，提出了模糊自整定串级控制策略，控制系统结构方案图。
参见图2，为本实用新型控制箱面板结构设计示意图，控制箱面板上嵌入的设备主要有6个功能不同的指示灯，且箱体面板为可开启面板。其中图中分别是SB1其作用是显示集热循环运行状态、SB2其作用是显示蓄热水箱换热循环运行状态、SB3其作用是显示散热循环运行状态、SB4其作用是显示辅助加热运行状态、SB5其作用是显示房间采暖状态、SB6是电源指示灯显示红色表示上电，其余指示灯显示绿色表示设备正常运行；MCGS触摸屏供用户直接操作控制系统，进行系统运行参数选择以及运行方式的选择，上面直接可以显示各个点的温度参数实时曲线等功能。
参见图3，为本实用新型控制箱内各种设备的布置示意图，其布置位置满足设备的最低安装空间要求以及相关的散热要求以及抗干扰的相关要求，其中QF表示断路器、CPU是指PLC主控制模块、DI/DO是数字量扩展模块、AI表示模拟量扩展模块、10A表示直流电源模块，1到10数字表示隔离继电器、X1表示接线端子、X2表示线槽。
参见图4，为本实用新型主流程序示意图，其主程序负责调用状态读入子程序、报警联动子程序、自动手动运行子程序等子程序模块，主程序流程图如图3.13所示，其中M550是手自动切换变量，M550＝1是程序执行自动运行程序，M550＝0则执行手动运行子程序。
以下是本实用新型具体控制流程，分为三个功能回路，集热循环回路运行条件，当L光照度传感器大于等于设定光照值A1Lx，时集热循环水泵、手动阀门，启动；当L光照度传感器小于等于设定光照值A2Lx时，集热循环水泵、手动阀门，停止；当T1集热器入水口温度小于等于设定值下限时开启防冻阀门，当T1集热器入水口温度大于等于设定值上限设定值时关闭防冻阀门；当T2集热器入出口温度大于报警设定值时提示水温超高报警；
蓄热换热循环回路运行条件，当T6蓄热水箱实时温度大于等于设定的水箱采暖温度B1上限时，换热泵启动，系统开始换热循环，当蓄热水箱实时温度小于等于设定的水箱采暖温度B2下限时换热循环停止，当液位开关低于设定值C1，补水阀门打开开始补水，当液位开关大于设定值C2时阀门关闭补水，当用户需要取生活热水时，取水阀门打开，当用户需要排空蓄热水箱里面的水时，手动排水阀门打开；
末端散热循环回路运行条件，当蓄热水箱实时温度大于等于设定的水箱采暖温度上限时，且换热泵启动，时散热循环泵启动开始进行散热循环，同时手动关闭散热循环泵。系统当蓄热水箱实时温度小于等于设定的水箱采暖温度B2下限时，辅助加热器辅助加热器启动且辅助加热选择阀门关闭，当T6蓄热水箱实时温度大于等于设定的水箱采暖温度B1上限时，且换热泵启动，时辅助加热器12辅助加热器关闭且辅助加热选择阀门打开。通过自动或者是手动调节，供回水比例比例调节阀，通过用户供暖选择阀门自动或者手动进行控制供暖选择。

Claims (3)

1.一种主动式太阳能热水集中控制箱，包括箱体，其特征在于，所述的箱体面板上嵌入有触摸屏，箱体内部分别设置有断路器、控制主机、数据量扩展模块、模拟量扩展模块和直流电源，其中断路器、控制主机、数据量扩展模块和模拟量扩展模块依次相连，控制主机一端与触摸屏相连，控制主机另一端与调节阀相连；
数据量扩展模块与继电器相互连接，继电器上还分别连接有集热泵、换热泵、散热泵、辅助加热器、电磁阀和照度传感器和温度传感器；所述的温度传感器还分别于模拟量扩展模块和继电器相连；电源分别与触摸屏、控制主机、模拟量扩展模块和温度传感器相连。
2.如权利要求1所述的主动式太阳能热水集中控制箱，其特征在于：所述的控制箱箱体面板上分别安装有多个不同功能的指示灯；所述的箱体面板为可开启面板。
3.如权利要求1所述的主动式太阳能热水集中控制箱，其特征在于：所述的控制主机为可编程控制器PLC，嵌入式触摸屏一端通过串口协议与控制主机可编程控制器PLC通信。
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