專利名稱：太陽(yáng)能與熱泵聯(lián)合集熱計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于計(jì)算機(jī)應(yīng)用，具體的說(shuō)，涉及一種用于新能源領(lǐng)域的太陽(yáng)能與熱泵聯(lián)合集熱計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
太陽(yáng)能和空氣熱源屬于可再生和可持久利用的能源，太陽(yáng)能與空氣源熱泵，是近年來(lái)推廣的熱點(diǎn)產(chǎn)品，它們可以利用清潔衛(wèi)生無(wú)污染的太陽(yáng)能和空氣中的熱量，加熱生產(chǎn)和生活用水，但是，現(xiàn)有的太陽(yáng)能與空氣源熱泵都是獨(dú)立使用，沒(méi)有聯(lián)合控制裝置，這樣的使用效果不佳。根據(jù)申請(qǐng)人進(jìn)行的資料檢索，目前還沒(méi)有將太陽(yáng)能與空氣源熱泵聯(lián)合使用的方法及其產(chǎn)品。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于，提供一種太陽(yáng)能與熱泵聯(lián)合集熱計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)，本發(fā)明將計(jì)算機(jī)應(yīng)用于太陽(yáng)能與熱泵技術(shù)中，解決了二者聯(lián)合供熱中的關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題，該控制系統(tǒng)能根據(jù)天氣、環(huán)境溫度、水溫、水量等參數(shù)，自動(dòng)對(duì)聯(lián)合集熱系統(tǒng)設(shè)置最佳控制參數(shù)，實(shí)現(xiàn)最佳控制。
為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案太陽(yáng)能與熱泵聯(lián)合集熱計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)，其特征在于，該系統(tǒng)包括一信號(hào)處理器，用于接收多路溫度傳感器送來(lái)的溫度信號(hào)，并對(duì)溫度信號(hào)進(jìn)行濾波、放大和驅(qū)動(dòng)處理；一個(gè)熱泵、太陽(yáng)能集熱器循環(huán)泵、進(jìn)水電磁閥、用戶供水泵、輔助電加熱設(shè)備的配電柜，用于熱泵、太陽(yáng)能集熱器循環(huán)泵、進(jìn)水電磁閥、用戶供水泵、輔助電加熱設(shè)備的執(zhí)行機(jī)構(gòu)；一監(jiān)控主機(jī)，該監(jiān)控主機(jī)與信號(hào)處理器連接，還分別連接有PC計(jì)算機(jī)、220V交流電源、照度傳感器/硅光電池、水位傳感器，用于對(duì)信號(hào)處理器處理后的多個(gè)溫度信號(hào)、照度傳感器/硅光電池接收的太陽(yáng)光照度信號(hào)、水位傳感器給出的水箱水位信號(hào)的數(shù)據(jù)采集、數(shù)字濾波、數(shù)據(jù)處理與分析，并完成工作參數(shù)設(shè)定、工作模式設(shè)定；通過(guò)計(jì)算比較，調(diào)用主機(jī)內(nèi)存的模糊規(guī)則庫(kù)對(duì)熱泵、太陽(yáng)能集熱器循環(huán)泵、進(jìn)水電磁閥、用戶供水泵、輔助電加熱設(shè)備的配電柜的全部動(dòng)力設(shè)備的執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行智能控制。
本發(fā)明的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)，在電腦內(nèi)建立模糊規(guī)則庫(kù)，通過(guò)對(duì)多個(gè)太陽(yáng)能集熱器的溫度、供熱水箱溫度、環(huán)境溫度、太陽(yáng)光照度、水箱水位的采集，使設(shè)備的執(zhí)行機(jī)構(gòu)合理科學(xué)的工作。在滿足用戶使用熱水的條件下，最大限度的利用太陽(yáng)能，最大限度的節(jié)約電能。本發(fā)明填補(bǔ)了PC計(jì)算機(jī)+現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控主機(jī)進(jìn)行太陽(yáng)能與熱泵聯(lián)合集熱控制技術(shù)的空白，該系統(tǒng)性能穩(wěn)定可靠，符合國(guó)家能源發(fā)展計(jì)劃，對(duì)于節(jié)約現(xiàn)有能源、發(fā)展新能源具有重要意義，亦具有重要學(xué)術(shù)意義和經(jīng)濟(jì)意義，有廣泛的工程應(yīng)用價(jià)值。


圖1是太陽(yáng)能一熱泵聯(lián)合集熱系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖，也是本發(fā)明一個(gè)實(shí)際應(yīng)用系統(tǒng)；圖2是本發(fā)明的太陽(yáng)能與熱泵聯(lián)合集熱計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)原理框圖；圖3是控制系統(tǒng)的PC微機(jī)工作界面圖；是2005年7月29日早8點(diǎn)21分39秒的實(shí)際工作界面。
圖4是溫度傳感器Pt100的3根引出線定義圖；圖5是智能單元電路圖；以下結(jié)合附圖和工作原理對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明可以應(yīng)用于有多組太陽(yáng)能集熱器、多組熱泵組成的系統(tǒng)，也可以用于一組太陽(yáng)能集熱器、一組熱泵組成的系統(tǒng)，也可以應(yīng)用于單一的太陽(yáng)能系統(tǒng)，也可以應(yīng)用于單一的熱泵系統(tǒng)。
本發(fā)明的原理框圖與連接關(guān)系見(jiàn)圖2，太陽(yáng)能與熱泵聯(lián)合集熱計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)包括信號(hào)處理器1，該信號(hào)處理器1分別與所有溫度傳感器Pt100相連，監(jiān)控主機(jī)2，監(jiān)控主機(jī)2分別與信號(hào)處理器1、臺(tái)式PC計(jì)算機(jī)3、220V交流電源4、熱泵、太陽(yáng)能集熱器循環(huán)泵、進(jìn)水電磁閥、用戶供水泵、輔助電加熱等設(shè)備的配電柜5、照度傳感器/硅光電池6、水位傳感器7相連。220V交流電源4還分別與信號(hào)處理器1、PC計(jì)算機(jī)3、熱泵、太陽(yáng)能集熱器循環(huán)泵、進(jìn)水電磁閥、用戶供水泵、輔助電加熱等設(shè)備的配電柜5相連。
這里需要說(shuō)明的是，本發(fā)明的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)，在監(jiān)控主機(jī)2內(nèi)建立模糊規(guī)則庫(kù)，根據(jù)采集的各種傳感器的數(shù)據(jù)和當(dāng)時(shí)的季節(jié)日期，進(jìn)行解模糊運(yùn)算，本發(fā)明建立的模糊規(guī)則庫(kù)，以季節(jié)(如春、夏、秋、冬)、日期(如幾月幾日)、天氣(由傳感器信號(hào)判斷)和采集的其他信號(hào)為模糊輸入變量，根據(jù)每一個(gè)模糊輸入變量，進(jìn)行模糊子集劃分，對(duì)每一個(gè)變量確定相應(yīng)的隸屬度函數(shù)，然后進(jìn)行推理和解模糊，最后獲得輸出控制所需的模糊解，對(duì)熱循環(huán)泵、熱泵機(jī)組、進(jìn)水電磁閥、輔助電加熱等設(shè)備進(jìn)行精確控制。目前，模糊控制技術(shù)已經(jīng)成功應(yīng)用于工業(yè)控制領(lǐng)域，但將其應(yīng)用于太陽(yáng)能與熱泵聯(lián)合集熱控制中尚屬首次。關(guān)于模糊控制理論與技術(shù)，可參看目前書店公開(kāi)出售的各種模糊數(shù)學(xué)、模糊控制技術(shù)等技術(shù)書籍，這里不再贅述。
本發(fā)明應(yīng)用的系統(tǒng)示意圖見(jiàn)圖1。是本發(fā)明的第一個(gè)實(shí)際應(yīng)用系統(tǒng)。圖中顯示的系統(tǒng)是兩組太陽(yáng)能集熱器和兩組熱循環(huán)泵組成的日供30噸熱水的應(yīng)用系統(tǒng)，水箱上有進(jìn)水閥和熱泵機(jī)組，還有一個(gè)電輔助加熱器，該系統(tǒng)通過(guò)本發(fā)明的JK2000自動(dòng)控制系統(tǒng)和用戶循環(huán)泵將熱水提供給用戶。
本發(fā)明的系統(tǒng)工作原理如下監(jiān)控主機(jī)2完成多路溫度信號(hào)、太陽(yáng)光照度信號(hào)、水箱水位信號(hào)的數(shù)據(jù)采集、數(shù)字濾波、數(shù)據(jù)處理與分析；完成工作參數(shù)設(shè)定、工作模式設(shè)定；通過(guò)計(jì)算比較，調(diào)用主機(jī)內(nèi)存的模糊規(guī)則庫(kù)對(duì)各組熱泵、各組太陽(yáng)能集熱器循環(huán)泵、各個(gè)用戶供水泵、水箱供水電磁閥、輔助電加熱等全部動(dòng)力設(shè)備的執(zhí)行機(jī)構(gòu)5進(jìn)行智能控制；通過(guò)485接口與PC計(jì)算機(jī)3進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸和命令傳輸通信。監(jiān)控主機(jī)2內(nèi)部由直流電源、控制主板、信號(hào)處理板、控制輸出驅(qū)動(dòng)板等電路板組成。
PC計(jì)算機(jī)3完成所有設(shè)備工作狀態(tài)的彩色圖形直觀顯示，諸如水箱水位、水箱溫度、各組太陽(yáng)能集熱器溫度、環(huán)境溫度，并顯示各組熱泵、各組太陽(yáng)能集熱器循環(huán)泵、各個(gè)用戶供水泵、水箱供水電磁閥、輔助電加熱等全部動(dòng)力設(shè)備的工作狀態(tài)。使值班人員能夠一目了然。同時(shí)也可以通過(guò)PC機(jī)設(shè)置各種工作參數(shù)。其工作界面如圖3所示。圖3所示的PC機(jī)工作界面，是2005年7月29日早8點(diǎn)21分39秒的實(shí)際工作界面。該界面顯示了所有傳感器的工作狀態(tài)，能方便地修改和設(shè)置所有工作參數(shù)，包括熱泵各工作時(shí)段的起止時(shí)間、各水位時(shí)段的起止時(shí)間和各水位時(shí)段的最低水位、熱泵啟動(dòng)溫差和停機(jī)溫差、熱循環(huán)泵起動(dòng)溫差和停機(jī)溫差、輔助電加熱啟動(dòng)的環(huán)境溫度上限等。還有時(shí)鐘設(shè)置、通信波特率設(shè)置以及系統(tǒng)維護(hù)等。
信號(hào)處理器1完成對(duì)所有溫度傳感器送來(lái)的信號(hào)的濾波放大驅(qū)動(dòng)。將處，理后的信號(hào)通過(guò)多芯電纜傳送給監(jiān)控主機(jī)2。
220V交流電源7為控制系統(tǒng)中的信號(hào)處理器1、監(jiān)控主機(jī)2、PC計(jì)算機(jī)3和泵、太陽(yáng)能集熱器循環(huán)泵、進(jìn)水電磁閥、用戶供水泵、輔助電加熱設(shè)備的配電柜5提供電壓。
熱泵、太陽(yáng)能集熱器循環(huán)泵、進(jìn)水電磁閥、用戶供水泵、輔助電加熱設(shè)備的配電柜5內(nèi)安裝有三相電源總閘刀、輔助電加熱閘刀、各組熱泵、各組太陽(yáng)能集熱器循環(huán)泵、各個(gè)用戶供水泵、水箱供水電磁閥、輔助電加熱等所有動(dòng)力設(shè)備的接觸器和熱繼電器(保護(hù)器)，所有動(dòng)力設(shè)備的接觸器的通斷都受監(jiān)控主機(jī)2的控制。
每一個(gè)溫度傳感器Pt100的3根引出線定義如圖4所示，所有Pt100的TXO線接信號(hào)處理器的電路板的地線。所有Pt100的TX1、TX2線順次接信號(hào)處理器信號(hào)入口的各引腳。
220V交流電源輸入給信號(hào)處理器1中的開(kāi)關(guān)電源，由該開(kāi)關(guān)電源再輸出±12V和+5V三種電壓供給信號(hào)處理電路。
該信號(hào)處理電路可以處理多路mV級(jí)信號(hào)(最少14路)，經(jīng)過(guò)濾波放大后將溫度傳感器的mV級(jí)信號(hào)轉(zhuǎn)換為最大為±10V的信號(hào)。信號(hào)處理電路輸出端口從第1引腳起，順次輸出放大后的各路溫度信號(hào)，輸出端口的最后兩個(gè)引腳為信號(hào)地線。
從信號(hào)處理器送來(lái)的多路信號(hào)順次接入監(jiān)控主機(jī)的信號(hào)輸入端口的各引腳。信號(hào)處理器來(lái)的地線接入控制主機(jī)的信號(hào)輸入端口的最后兩個(gè)引腳。
監(jiān)控主機(jī)2與PC計(jì)算機(jī)3通過(guò)RS485總線相連進(jìn)行通信，在PC計(jì)算機(jī)的COM1端口加裝RS232-RS485通信轉(zhuǎn)換電路，進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換。
以下是發(fā)明人給出的實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的電路，其具體說(shuō)明如下監(jiān)控主機(jī)2內(nèi)部由直流電源、控制主板、信號(hào)處理板、控制輸出驅(qū)動(dòng)板等電路板組成。220V交流電源輸入給開(kāi)關(guān)電源模塊，開(kāi)關(guān)電源輸出±12V和+5V三種電壓供給各個(gè)電路板。各電路板的連接關(guān)系如下。
控制主板電路如圖5、6所示，各元件的名稱、規(guī)格以圖中所標(biāo)為準(zhǔn)。
圖5為智能單元電路圖，該單元包括高性能DSP器件TMS320LF2407(U1)及其JTAG接口，邏輯器件EPM7128LSC84(U2)及其JTAG接口，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器IS61LV6416(U3)，12位AD轉(zhuǎn)換器AD1674(U4)，多路模擬開(kāi)關(guān)CD4067(U5)，液晶顯示器240128接口LCD1。各元件的線路連接關(guān)系為，U1的數(shù)據(jù)線D00～D07對(duì)應(yīng)連接U2的數(shù)據(jù)線D00～D07(U2的D00～D07引腳順次為75、74、77、76、65、67、69、70)，U1的數(shù)據(jù)線D00～D15對(duì)應(yīng)連接U3的數(shù)據(jù)線D00～D15，U1的數(shù)據(jù)線D00～D11對(duì)應(yīng)連接U4的數(shù)據(jù)線D00～D11。U1的地址線A00～A15對(duì)應(yīng)連接U3的A00～A15，U1的A13～A15連接U2的A13～A15(其引腳順次為10、27、17)。U2的LDO～LD7引腳順次為80、58、60、50、49、48、45、44，分別與液晶顯示器插座LCD1的引腳6、7、8、9、10、11、12、13相連，LDO～LD3與U5的地址編碼輸入引腳A0、A1、A2、A3順次相連。U5的INH腳與U2的37腳相連。U2去輸出控制的引腳NN分別為22、24、25、28、29、30、33、35、36。圖中U1、U2、U3、U4、U5的其他引腳與外圍電阻電容等器件的連接各按其器件使用說(shuō)明書要求進(jìn)行，不再說(shuō)明。
圖6為信號(hào)調(diào)理電路的連接關(guān)系。來(lái)自傳感器的16路信號(hào)輸入信號(hào)調(diào)理電路，經(jīng)過(guò)信號(hào)調(diào)理電路濾波放大，再輸出給多路模擬開(kāi)關(guān)。通過(guò)多路模擬開(kāi)關(guān)順次選通進(jìn)行數(shù)據(jù)采集。
圖7為輸出控制電路，這里只畫出1路，其他與此完全相同。來(lái)自控制單元的某一路控制信號(hào)經(jīng)過(guò)電阻RX輸入給三極管TX(9013)的基極，9013的發(fā)射極接地，其集電極接繼電器J13F線圈的一端。J13F線圈的另一端接直流+12V。續(xù)流保護(hù)二極管DX(IN4007)與J13F相并聯(lián)用以保護(hù)三極管9013，其陽(yáng)極接9013集電極，其陰極接+12V。交流220V輸入經(jīng)過(guò)J13F的動(dòng)合觸頭的接通或斷開(kāi)，以供給或撤消交流接觸器線圈上的工作電壓，從而達(dá)到接通或斷開(kāi)設(shè)備三相工作電源的目的。
權(quán)利要求
1.太陽(yáng)能與熱泵聯(lián)合集熱計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)，其特征在于，該系統(tǒng)包括一信號(hào)處理器(1)，用于接收多路溫度傳感器送來(lái)的溫度信號(hào)，并對(duì)溫度信號(hào)進(jìn)行濾波、放大和驅(qū)動(dòng)處理；一個(gè)熱泵、太陽(yáng)能集熱器循環(huán)泵、進(jìn)水電磁閥、用戶供水泵、輔助電加熱設(shè)備的配電柜(5)，用于熱泵、太陽(yáng)能集熱器循環(huán)泵、進(jìn)水電磁閥、用戶供水泵、輔助電加熱設(shè)備的執(zhí)行機(jī)構(gòu)；一監(jiān)控主機(jī)(2)，該監(jiān)控主機(jī)(2)與信號(hào)處理器(1)連接，還分別連接有PC計(jì)算機(jī)(3)、220V交流電源(4)、照度傳感器/硅光電池(6)、水位傳感器(7)，用于對(duì)信號(hào)處理器(1)處理后的多個(gè)溫度信號(hào)、照度傳感器/硅光電池(6)接收的太陽(yáng)光照度信號(hào)、水位傳感器(7)給出的水箱水位信號(hào)的數(shù)據(jù)采集、數(shù)字濾波、數(shù)據(jù)處理與分析，并完成工作參數(shù)設(shè)定、工作模式設(shè)定；通過(guò)計(jì)算比較，調(diào)用主機(jī)內(nèi)存的模糊規(guī)則庫(kù)對(duì)熱泵、太陽(yáng)能集熱器循環(huán)泵、進(jìn)水電磁閥、用戶供水泵、輔助電加熱設(shè)備的配電柜(5)的全部動(dòng)力設(shè)備的執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行智能控制。
2.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述的PC計(jì)算機(jī)(3)用于水箱水位、水箱溫度、各組太陽(yáng)能集熱器溫度、環(huán)境溫度的圖形直觀顯示，并顯示各組熱泵、各組太陽(yáng)能集熱器循環(huán)泵、各個(gè)用戶供水泵、水箱供水電磁閥、輔助電加熱全部動(dòng)力設(shè)備的工作狀態(tài)，和設(shè)置各種工作參數(shù)。
3.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述的監(jiān)控主機(jī)(2)與PC計(jì)算機(jī)(3)通過(guò)RS485總線相連進(jìn)行通信，在PC計(jì)算機(jī)(3)的COM1端口加裝RS232-RS485通信轉(zhuǎn)換電路，進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換。
4.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述的監(jiān)控主機(jī)(2)的內(nèi)部含有直流電源、控制主板、信號(hào)處理板、控制輸出驅(qū)動(dòng)板。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種太陽(yáng)能與熱泵聯(lián)合集熱計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)，它包括現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控主機(jī)、PC計(jì)算機(jī)、多路溫度傳感器、水位傳感器、太陽(yáng)光照度傳感器、信號(hào)處理器。在電腦內(nèi)建立模糊規(guī)則庫(kù)，通過(guò)對(duì)多個(gè)太陽(yáng)能集熱器的溫度、供熱水箱溫度、環(huán)境溫度、太陽(yáng)光照度、水箱水位的采集，根據(jù)采集的各種溫度數(shù)據(jù)，進(jìn)行解模糊運(yùn)算，輸出控制信號(hào)，控制太陽(yáng)能集熱器與水箱的循環(huán)泵、空氣源熱泵機(jī)組、用戶供水泵、供水電磁閥等設(shè)備科學(xué)合理地工作，在滿足用戶使用熱水的條件下，最大限度的利用太陽(yáng)能，節(jié)約電能。該系統(tǒng)性能穩(wěn)定可靠，高效節(jié)能。符合國(guó)家能源發(fā)展計(jì)劃，對(duì)于節(jié)約現(xiàn)有能源、發(fā)展新能源具有重要意義，亦具有重要學(xué)術(shù)意義、經(jīng)濟(jì)意義和廣泛的工程應(yīng)用價(jià)值。
文檔編號(hào)G05D9/00GK1749893SQ20051004302
公開(kāi)日2006年3月22日 申請(qǐng)日期2005年7月29日 優(yōu)先權(quán)日2005年7月29日
發(fā)明者畢宏彥, 侯建偉, 聞宏志 申請(qǐng)人:西安交通大學(xué)