CN211084211U - 电地暖plc智能控制系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及电地暖技术领域，具体地说，涉及电地暖PLC智能控制系统。其包括PLC控制系统和发热电缆，所述发热电缆设置多个，所述PLC控制系统包括CPU数据处理器和I/O接口模块，每个所述发热电缆通过电源冷线和PLC控制系统的I/O接口模块连接，每个所述发热电缆中心部位设置有温度探头，所述温度探头通过屏蔽温控线和PLC控制系统的I/O接口模块连接，所述CPU数据处理器通过配电线连接电源。该电地暖PLC智能控制系统中，采用PLC控制器控制发热电缆，智能化程度高，可融入多种多样的控制模型，也可根据用户的实际需求定制控制方式，最大限度的满足不同场所及不同客户的需求。

Description

电地暖PLC智能控制系统

技术领域

本实用新型涉及电地暖技术领域，具体地说，涉及电地暖PLC智能控制系统。

背景技术

地暖是地板辐射采暖的简称，是以整个地面为散热器，通过地板辐射层中的热媒，均匀加热整个地面，利用地面自身的蓄热和热量向上辐射的规律由下至上进行传导，来达到取暖的目的，从热媒介质上分为水地暖和电地暖两大类，低温地面热媒在室内形成脚底至头部逐渐递减的温度梯度，从而给人以脚暖头凉的舒适感，地面辐射供暖符合中医“温足顶凉”的养生理论，是目前最舒适的采暖方式，也是现代生活品质的象征。电地暖是将外表允许工作温度上限65℃发热电缆埋设地板中，以发热电缆为热源加热地板。目前，电地暖通常采用单体式的温控器来控制发热电缆的启停，一组电地暖对应一个温控器，该控制方式为就地的单体控制，一般家用电地暖的发热电缆数量较少，基本能满足使用要求。但是，写字楼、商场、酒店及观光场所等商用的大面积电地暖，由于电地暖发热电缆数量较多，采用一对一的就地单体控制，温控器数量将会特别多，在安装维护方面有诸多不便。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供电地暖PLC智能控制系统，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本实用新型提供电地暖PLC智能控制系统，包括PLC控制系统和发热电缆，所述发热电缆设置多个，所述PLC控制系统包括CPU数据处理器和I/O接口模块，每个所述发热电缆通过电源冷线和PLC控制系统的I/O接口模块连接，每个所述发热电缆中心部位设置有温度探头，所述温度探头通过屏蔽温控线和PLC控制系统的I/O接口模块连接，所述CPU数据处理器通过配电线连接电源。

作为优选，所述发热电缆呈回形曲折排列摆放。

作为优选，所述发热电缆和PLC控制系统之间连接有固态继电器和热继电器。

作为优选，所述固态继电器有四个端口，其中两端为输入控制端，另外两端为输出受控端，输入控制端和输出受控端之间采用光电隔离。

作为优选，所述CPU数据处理器包括模拟量输入模块和PID模块，所述模拟量输入模块用于将温度探头检测到的温度电流信号转化成数字信号，所述PID模块用于PID调节控制。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果：

1、该电地暖PLC智能控制系统中，采用PLC控制器控制发热电缆，智能化程度高，可融入多种多样的控制模型，也可根据用户的实际需求定制控制方式，最大限度的满足不同场所及不同客户的需求。

2、该电地暖PLC智能控制系统中，涵盖了所有的电地暖使用场所及用户需求，不论是家装的小面积地暖还是工装的大面积地暖，本新型均适用；不论是追求精致生活的客户还是喜欢简单直接的客户，本新型均能很好的应对。

3、该电地暖PLC智能控制系统中，PLC控制系统可并入家装的智能家居系统，也可在工装项目里面并入大楼的BA系统等。

附图说明

图1为本实用新型的整体结构示意图；

图2为本实用新型的发热电缆连接电路图；

图3为本实用新型的固态继电器结构示意图；

图4为本实用新型的CPU数据处理器温度控制模块框图；

图5为本实用新型的电暖整体流程框图；

图6为本实用新型的PLC硬件接线图；

图7为本实用新型的人员检测控制模型图。

图中各个标号意义为：

1、发热电缆；2、温度探头；3、PLC控制系统；4、电源冷线；5、屏蔽温控线；6、配电线。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。

请参阅图1-图7所示，本实用新型提供一种技术方案：

本实用新型提供电地暖PLC智能控制系统，包括PLC控制系统3和发热电缆1，发热电缆1设置多个，发热电缆1呈回形曲折排列摆放，以便于发热电缆1发热面积均匀，发热效率高，PLC控制系统3包括CPU数据处理器和I/O接口模块，每个发热电缆1通过电源冷线4和PLC控制系统3的I/O接口模块连接，每个发热电缆1中心部位设置有温度探头2，温度探头2通过屏蔽温控线5和PLC控制系统3的I/O接口模块连接，CPU数据处理器通过配电线连接电源。

本实施例中，PLC控制系统3可选用西门子S7-200系列PLC，能够单机运行，也可以进行输入/输出和功能模块的扩展，且价格低廉，结构小巧，可靠性高，运行速度快，有极丰富的指令集，性能价格比高。

进一步的，发热电缆1和PLC控制系统3之间连接有固态继电器和热继电器，具体如图2所示，系统经空气开关QA0接入电路，熔断器防止系统过流，发热电缆1与电源间加入热继电器和固态继电器，热继电器防止系统过热，QA0为电路总开关，当固态继电器导通时发热电缆1加热；固态继电器断开时，发热电缆1断电，停止加热。

其中，固态继电器导选用济南帝诺自动化技术有限公司生产的型号为SSR-S340ZF的双向晶闸管型的固态继电器，固态继电器有四个端口，其中两端为输入控制端，另外两端为输出受控端，输入控制端和输出受控端之间采用光电隔离，当输入控制端有控制信号，输出受控端从关断状态变为导通状态；控制信号撤消后，输出受控端变为关断状态，从而实现自动控制。

进一步的，温度探头2PT100铂热电阻，当PT100在0摄氏度的时候，阻值为100欧姆，且阻值会随着温度上升而成近似匀速的增长，铂电阻的阻值随温度的变化而变化的计算公式：

R_t＝R₀[1+A t+B t+C(t-100)t]-200℃＜t＜0℃；

R_t＝R₀(1+A t+Bt)0＜t＜850℃；

式中，Rt为t℃时的电阻值，R0为0℃时的阻值，A＝3.90802×10^-3℃，B＝—5.802×10^-7℃，C＝—4.2735010^-12℃。

值得说明的是，CPU数据处理器包括模拟量输入模块和PID模块，模拟量输入模块用于将温度探头2检测到的温度电流信号转化成数字信号，PID模块用于PID调节控制。

其中，PID控制器是一种线性控制器，它由给定值r(t)与实际输出值c(t)构成偏差：

e(t)＝r(t)-c(t)；

将偏差的比例(P)、积分(I)和微分(D)通过线性组合可以构成控制量，对被控对象进行控制，表达式为：

转化成传递函数为：

式中K_P为比例系数，T_I为积分时间常数，T_D为微分时间常数。

地暖运行时，由温度探头2探测地板实时温度，探测到的温度经屏蔽温控线5上传至PLC控制系统3，PLC控制系统3根据预设的算法做数据分析处理，控制电源冷线4的通断，从而控制发热电缆1的启停。

具体的，暖开机后开始设置温度，温度设置完成后系统会检测室内的当前温度值，若室内当前温度值小于设定温度，则发热电缆1启动开始加热，加热过程中系统将持续检测室内当前温度，当温度大于或等于设定温度时，发热电缆1停止工作。

假定地暖设定温度为28℃，且允许波动范围为±2℃(此波动范围人体没有明显的温差感，较舒适)，假定过去两小时温度最大波动范围为±1℃，根据控制算法，系统自动分析过去两小时的温度变化情况，逐步将温度降低至27℃，然后开始持续检测和分析新的温度波动范围，假定一段时间后观察到温度最大波动范围任然是±1℃，PLC控制系统3将维持新的温度设定值(温度将从原设定的28℃降低至27℃，加上1℃的偏差，温度最低为26℃，仍能保持在28±2℃的范围内)，以达到节能的目的，反之如果出现超调(如瞬间人流量较大引起温度波动大)，则温度逐渐回归设定值。

此控制模型，使地暖在允许的温度范围内变设定值运行，假定地暖由初始温度加热并达到设定温度其中的温差为5℃，则经PLC控制系统3的控制模型优化后，地暖由初始温度加热并达到设定温度其中的温差为4℃，假定温差为5℃时的加热时间为2小时，温差为4℃时的加热时间为1.5小时，电地暖输入功率为100kw，则耗电量如下：

温差为5℃时的耗电量为：100kw*2小时＝200kw·h，即耗电量为200度电；

温差为4℃时的耗电量为：100kw*1.5小时＝150kw·h，即耗电量为150度电；

由上述计算可看出，采用了本节能控制模型后，同样功率的电地暖发热电缆，由初始温度加热并达到设定温度，在此期间(即电地暖开机2小时)可省50度电，地暖运行时间越长、发热电缆输入功率越大，节约的电能将越多。

值得说明的是，PLC控制系统3具备人员活动检测功能，根据人员活动情况可自动调节电地暖发热电缆的启停，控制模型如图7所示，具体为：

①、当超过1小时无人员停留时，电地暖自动停机；

②、PLC系统可设定人员到达时间，在人员到达前1小时，电地暖将自动启动，并进入节能运行模式，节能运行模式下，PLC系统根据室外环境温度调节电地暖温度(电地暖温度与室外环境温度之差值可自由设定，本实施例设定的温差为10℃)，电地暖温度在PLC系统的控制下，始终高于环境温度10℃运行；

③、当系统检测到有人员活动后，系统立即将温度提高到设定温度运行，并一直保持下去；

④、当系统检测到无人员停留后，系统自动调节电地暖进入节能运行模式，此模式下电地暖温度在PLC系统的控制下，始终高于环境温度10℃运行，并跳转到步骤①。

本实施例的PLC控制系统3可根据需要开放多种接口(如：Modbus、EtherNet/IP、BACnet、Lonwork等)，以便接入不同类型的楼宇控制系统，家庭的智能家居系统及大楼的楼宇控制系统等，本实施例的PLC系统均能实现无缝对接。

以上显示和描述了本实用新型的基本原理、主要特征和本实用新型的优点。本行业的技术人员应该了解，本实用新型不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的仅为本实用新型的优选例，并不用来限制本实用新型，在不脱离本实用新型精神和范围的前提下，本实用新型还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本实用新型范围内。本实用新型要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (5)

1.电地暖PLC智能控制系统，包括PLC控制系统(3)和发热电缆(1)，其特征在于：所述发热电缆(1)设置多个，所述PLC控制系统(3)包括CPU数据处理器和I/O接口模块，每个所述发热电缆(1)通过电源冷线(4)和PLC控制系统(3)的I/O接口模块连接，每个所述发热电缆(1)中心部位设置有温度探头(2)，所述温度探头(2)通过屏蔽温控线(5)和PLC控制系统(3)的I/O接口模块连接，所述CPU数据处理器通过配电线连接电源。

2.根据权利要求1所述的电地暖PLC智能控制系统，其特征在于：所述发热电缆(1)呈回形曲折排列摆放。

3.根据权利要求1所述的电地暖PLC智能控制系统，其特征在于：所述发热电缆(1)和PLC控制系统(3)之间连接有固态继电器和热继电器。

4.根据权利要求3所述的电地暖PLC智能控制系统，其特征在于：所述固态继电器有四个端口，其中两端为输入控制端，另外两端为输出受控端，输入控制端和输出受控端之间采用光电隔离。

5.根据权利要求1所述的电地暖PLC智能控制系统，其特征在于：所述CPU数据处理器包括模拟量输入模块和PID模块，所述模拟量输入模块用于将温度探头(2)检测到的温度电流信号转化成数字信号，所述PID模块用于PID调节控制。

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