PDF《基于台达PLC与触摸屏 的太阳能供热监控系统设计》

kzcd.

chuandong.com 山东科技大学机械电子工程学院? 吕帅 摘要:太阳能空气源热泵热水机组是一种新型节能产品,以太阳能和环 境空气作为热源,可以取之不尽,用之不竭,是一种可替代锅炉的供暖 设备和热水装置.试验分析了太阳能空气源热泵热水机组的工作原理, 应用PLC设计了该台热水机组的控制系统. 文章编号:140902 基于台达PLC与触摸屏 的太阳能供热监控系统设计 The design of the solar heating control system based on Delta's PLC and Touch Screen

1 引言 太阳能热水系统是目前最成熟的 太阳能利用技术之一,具有运行成本 低、无污染等优点;

但其利用效率受 天气状况的影响,在阴雨天或者阳光 较弱时难以满足热水需求,需要增加 辅助热源实现全天候运行.空气源热 泵以环境空气作为低温热源,具有系 统结构简单、热效率高等优点;

以空 气源热泵辅助的太阳能热水机组,可 以在太阳能不足的时候利用空气能制 热水,实现太阳能热水系统的全天候 稳定运行. 空气源热泵辅助太阳能热水机 组运行的关键是自动控制太阳能与空 气能之间的能量匹配,实现最大限度 的太阳能热利用.目前空气源热泵的 启动主要根据水箱内的水温,没有综 合考虑光照、水箱水量、用水状况等 因素的影响,降低了太阳能的利用效 率.本文以某高校洗浴中心的空气源 热泵辅助太阳能热水机组为研究对 象,综合考虑外部光照条件、水箱温 度、用水时段等多种因素,设计空气 源热泵辅助太阳能热水机组的自动监 控系统,实现机组全天候自动运行, 有效节约了能源.

2 空气源热泵辅助太阳能热 水机组工作原理 空气源热泵辅助太阳能热水机组 的工作原理如图1所示,该机组包括 太阳能集热系统、空气源热泵系统、 水箱自动上水系统、用户供水系统、 防冻循环系统五个部分. 2.1 太阳能集热系统 太阳能集热系统采用平板式集热 器吸收太阳能加热工质,当集热器出 口温度T1与换热器水温T2的温差达到 系统设定的启动温差ΔT1时,即T1- T2≥ΔTs1启动循环泵P1开始温差循 环;

当二者温差值降低到系统设定停 止温差ΔT2时,即T1-T2≤ΔT2,停止 循环泵P1;

通过太阳能集热器与水箱 之间的温差循环,不断将集热器吸 收的太阳能热量传递到水箱,使水

75 74

75 控制系统 CD技术与应用 CONTROL SYSTEM 下转第83页 箱中的水温度逐渐升高达到洗浴要求的温度. 2.2 空气源热泵系统 当阴雨天光照不足或晚上没有光照时,单纯 依靠太阳能无法满足热水温度(如45℃)要求, 此时需要开启辅助热源空气源热泵进行加热.空 气源热泵采用的是定温度循环系统,当水温T2低于 设定温度(如45℃)时,根据光照强度、水箱水 位等多种条件自动启动空气源热泵对水箱中的水 加热,当水温T2达到设定温度(如60℃)后,空 气源热泵系统运行停止. 2.3 水箱自动上水系统 热水机组的自动上水系统主要根据太阳辐射 强度和用户用水情况自动进行:(1)当处于用 水高峰的时间段,且太阳能辐射强度低于某一值 时,此时应用空气源热泵加热,保持水箱的水位 在满水位的40%~60%,即水位低于40%时自动上 水,水位达到60%时停止上水;

(2)太阳能辐射 强度大师,保持水箱的水位在70%~100%,在该 时间段充分利用太阳能加热热水. 2.4 用户供水系统 用户供水系统是进行变频恒压供水,根据用 户的用水量自动进行调整,保证热水使用时是恒 压供水. 2.5 防冻循环系统 室外管道(集热水箱和集热器之间)在寒冷 的冬天可能被冻,因此必须有防冻循环功能;

当 集热器温度(检测传感器测温)T5≤5℃时,启动 循环泵P2和P3,进行空气源热泵系统和用户供水系 统的防冻循环,防止管路结冻.

3 热水机组监控系统设计 3.1 PLC控制系统硬件设计 空气源热泵辅助太阳能热水机组的控制系统 以台达PLC为核心,主要实现温度、水位、压力、 功率等信息的实时监测与控制,PLC控制系统的 原理如图2所示.图中,T为温度传感器Pt100, 其中T1检测太阳能集热器出口温度,T2检测水箱 的水温,T3检测管道温度;

h为投入式静压水位传 感器,检测水箱的水位高度;

Q为流量传感器, 检测用水的流量;

P1与P2为功率变送器,分别检 测太阳能热水系统和热泵热水系统消耗的功率. 温度信号采用DVP04Pt模块采集,对应检测范围 为0~600℃,转换为数字量信号为0~6000.水位、流量等传感器输出标准信号4~20mA,采用 DVP04AD模块采集,转换为数字量信号为0~8000. 图3 温度控制策略 图4 主控界面 图1 空气源热泵辅助太阳能热水机组工作原理 图2 PLC控制系统的原理图