基于台达PLC与触摸屏的太阳能供热监控系统设计.docx

基于台达PLC与触摸屏的太阳能供热监控系统设计基于台达PLC与触摸屏的太阳能供热监控系统设计吕帅导语：太阳能热水系统是目前最成熟的太阳能利用技术之一，具有运行本钱低、无污染等优点；但其利用效率受天气状况的影响，在阴雨天或阳光较弱时难以知足热水需求，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，具有系统构造简单、热效率高等优点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，具有运行本钱低、无污染等优点；但其利用效率受天气状况的影响，在阴雨天或阳光较弱时难以知足热水需求，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，具有系统构造简单、热效率高等优点；以空气源热泵辅助的太阳能热水机组，可以在太阳能缺乏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、防冻循环系统五个局部。图1空气源热泵辅助太阳能热水机组工作原理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的温差到达系统设定的启动温差T1时，即T1-T2Ts1启动循环泵P1开场温差循环；当二者温差值降低到系统设定停顿温差T2时，即T1-T2T2，停顿循环泵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，使水箱中的水温度逐渐升高到达洗浴要求的温度。2.2空气源热泵系统当阴雨天光照缺乏或者晚上没有光照时，单纯依靠太阳能无法知足热水温度(如45)要求，此时需要开启辅助热源空气源热泵进展加热。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到达设定温度(如60)后，空气源热泵系统运行停顿。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展：1)当处于用水顶峰的时间段，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，水位到达60%时停顿上水；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展变频恒压供水，根据用户的用水量自动进展调整，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)在严寒的冬天可能被冻，因此必须有防冻循环功能；当集热器温度(检测传感器测温)T55时，启动循环泵P2和P3，进展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3.1PLC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模块收集，对应检测范围为0600，转换为数字量信号为06000。水位、流量等传感器输出标准信号420mA，采用DVP04AD模块收集，转换为数字量信号为08000。控制系统的输出采用继电器输出方式，根据各传感信号控制循环泵1、泵2、热泵以及上水电动阀的启停。