無(wú)人值守地源熱泵自動(dòng)控制系統(tǒng)

楊向文++趙善祥++王西霞

摘 要：本文針對(duì)一套地源熱泵空調(diào)系統(tǒng)、水蓄能系統(tǒng)和太陽(yáng)能系統(tǒng)相結(jié)合為建筑區(qū)域供冷供暖，并提供生活熱水的綜合系統(tǒng)，提出采用可編程控制器（PLC）與組態(tài)軟件開(kāi)發(fā)的SCADA系統(tǒng)（數(shù)據(jù)采集與監(jiān)視控制系統(tǒng)）配套的控制方案，采集設(shè)備運(yùn)行及氣候補(bǔ)償參數(shù)，結(jié)合數(shù)據(jù)分析、視頻監(jiān)測(cè)、遠(yuǎn)程監(jiān)控等方式實(shí)現(xiàn)本系統(tǒng)的控制功能，達(dá)到節(jié)能的目的，實(shí)現(xiàn)無(wú)人值守情況下系統(tǒng)的正常運(yùn)行，降低系統(tǒng)的運(yùn)行成本和管理成本。

關(guān)鍵詞：地源熱泵；PLC；SCADA；氣候補(bǔ)償

中圖分類(lèi)號(hào)：TP399 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1671-2064（2017）06-0033-01

Abstract：Based on a set of ground source heat pump air conditioning system， water storage system and solar energy storage system combined for building regional of cooling and heating， and provide living hot water comprehensive system， proposed used the programmable controller （PLC） and configuration software development of SCADA system （data acquisition and monitoring control system） form a complete set of control scheme， the acquisition equipment operation and climate compensation parameters， combined with data analysis， video monitoring， remote control to realize the control function of this system， achieve the purpose of energy saving， realizing unattended system under normal operation， reduce the running cost and management cost of the system.

Key words：Ground source heat pump；Programmable controller；Supervisory control and data acquisition；Climate compensation

近年來(lái)，隨著公共建筑和住宅空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能需求的升高，在環(huán)保和節(jié)能特性方面表現(xiàn)突出的地源熱泵系統(tǒng)得到了廣泛的應(yīng)用。在地源熱泵空調(diào)系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，結(jié)合水蓄能系統(tǒng)和太陽(yáng)能系統(tǒng)為建筑區(qū)域供冷供暖更是新的發(fā)展方向，但在實(shí)際運(yùn)行中，由于系統(tǒng)組成復(fù)雜，人工調(diào)控操作難度較高，并存在由于部分工作人員缺乏經(jīng)驗(yàn)，出現(xiàn)系統(tǒng)的運(yùn)行管理不當(dāng)，造成資源浪費(fèi)等問(wèn)題。為了解決目前地源熱泵系統(tǒng)控制方面存在的問(wèn)題，本文引入一套合理可靠并實(shí)現(xiàn)無(wú)人值守的地源熱泵自控系統(tǒng)。

1 系統(tǒng)構(gòu)成

本系統(tǒng)采用可編程邏輯控制器及上位機(jī)上的SCADA系統(tǒng)，將現(xiàn)場(chǎng)熱泵機(jī)組及其他各設(shè)備的工作狀態(tài)信息和傳感器采集到的數(shù)據(jù)信息經(jīng)過(guò)PLC處理后，統(tǒng)一集中到工業(yè)組態(tài)軟件開(kāi)發(fā)的SCADA系統(tǒng)中，再利用SCADA系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)地源熱泵系統(tǒng)無(wú)人值守的最優(yōu)化設(shè)計(jì)，根據(jù)實(shí)際負(fù)荷，經(jīng)過(guò)分析運(yùn)算，調(diào)節(jié)熱泵機(jī)組的啟停和工作能級(jí)，并和太陽(yáng)能系統(tǒng)及水蓄能系統(tǒng)配套運(yùn)行。

2 硬件架構(gòu)

根據(jù)系統(tǒng)需求設(shè)計(jì)系統(tǒng)的硬件架構(gòu)，采用分層分布的硬件結(jié)構(gòu)，從下向上分為3級(jí)：現(xiàn)場(chǎng)級(jí)、監(jiān)控級(jí)、管理級(jí)?，F(xiàn)場(chǎng)級(jí)主要包括以PLC 300為核心控制器的控制柜、熱泵機(jī)組、循環(huán)泵、閥門(mén)、各類(lèi)傳感器等；監(jiān)控級(jí)主要包括實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)服務(wù)器、歷史數(shù)據(jù)服務(wù)器、工程師站、硬盤(pán)錄像機(jī)、安全防護(hù)網(wǎng)關(guān)等；管理級(jí)主要包括管理終端設(shè)備（PC機(jī)）、手持管理設(shè)備、移動(dòng)管理設(shè)備等。

3 軟件設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)主要包括PLC程序設(shè)計(jì)和上位機(jī)程序設(shè)計(jì)兩部分，無(wú)人值守功能的實(shí)現(xiàn)主要是根據(jù)系統(tǒng)整體工藝要求，依靠PLC程序和上位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的綜合控制邏輯實(shí)現(xiàn)的。

3.1 PLC程序設(shè)計(jì)

采用PLC作為現(xiàn)場(chǎng)控制設(shè)備，負(fù)責(zé)采集現(xiàn)場(chǎng)各類(lèi)傳感器的4-20mA信號(hào)獲取溫度、壓力、液位等參數(shù)，通過(guò)485總線與各熱泵機(jī)組通信，獲取熱泵主機(jī)包括運(yùn)行狀態(tài)、出水溫度、回水溫度、工作模式等參數(shù)，并且采用TCP/IP方式將檢測(cè)數(shù)據(jù)上傳到上位機(jī)，同時(shí)接收上位機(jī)設(shè)定的控制條件等命令。

PLC程序的編寫(xiě)通過(guò)Step7軟件完成，采用梯形圖的方式根據(jù)工藝流程編寫(xiě)程序，本系統(tǒng)地流程較復(fù)雜，梯形圖共計(jì)1100多步，再此就不一一贅述了。系統(tǒng)上電后，PLC在設(shè)定時(shí)間范圍內(nèi)根據(jù)工藝要求，檢測(cè)工作模式，手動(dòng)模式下，人工控制系統(tǒng)運(yùn)行；自動(dòng)模式下，PLC負(fù)責(zé)將溫度、壓力、流量和液位等實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)與上位機(jī)設(shè)定的參數(shù)限值進(jìn)行比較，從而實(shí)現(xiàn)啟停閥門(mén)、循環(huán)泵、主機(jī)等設(shè)備；不斷檢測(cè)上位機(jī)給定的命令，負(fù)責(zé)太陽(yáng)能系統(tǒng)、水蓄能系統(tǒng)包括泵、閥門(mén)等執(zhí)行機(jī)構(gòu)的啟停；并通過(guò)程序判定現(xiàn)場(chǎng)部分故障情況，例如壓力、液位等異常時(shí)將報(bào)警信號(hào)上傳到上位機(jī)顯示、處理。

3.2 上位機(jī)程序設(shè)計(jì)

采用組態(tài)軟件開(kāi)發(fā)數(shù)據(jù)采集與監(jiān)視控制系統(tǒng)（SCADA系統(tǒng)），監(jiān)控系統(tǒng)根據(jù)熱泵機(jī)房設(shè)備的實(shí)際分布情況及熱泵系統(tǒng)運(yùn)行的工藝流程設(shè)計(jì)系統(tǒng)運(yùn)行流程效果圖，將采集的參數(shù)形象、動(dòng)態(tài)的展示，并以圖形按鈕、樹(shù)形菜單等方式為用戶(hù)提供操作接口，以實(shí)現(xiàn)設(shè)備控制、限值設(shè)定、參數(shù)調(diào)節(jié)以及各類(lèi)信號(hào)報(bào)警等各項(xiàng)功能，提高系統(tǒng)的易用性和交互性。上位機(jī)程序主要功能如下：

（1）控制模式轉(zhuǎn)換：設(shè)置系統(tǒng)的運(yùn)行模式為全自動(dòng)運(yùn)行或者手動(dòng)點(diǎn)動(dòng)啟停設(shè)備及各個(gè)子系統(tǒng)。自動(dòng)模式下可根據(jù)用戶(hù)側(cè)供水溫度等條件完成熱泵機(jī)組的啟停、機(jī)組的自動(dòng)加載、減載、設(shè)備輪換、根據(jù)室外環(huán)境溫度自動(dòng)設(shè)定主機(jī)出水溫度，克服室外環(huán)境溫度變化造成的室內(nèi)溫度波動(dòng)，達(dá)到節(jié)能、舒適的目的。

（2）控制三個(gè)系統(tǒng)協(xié)調(diào)運(yùn)行：電價(jià)低谷時(shí)段控制熱泵機(jī)組為蓄能池蓄熱（冷），電價(jià)高峰期蓄能池放能進(jìn)行制熱（冷）；可實(shí)現(xiàn)根據(jù)設(shè)定的時(shí)間和溫度條件，控制太陽(yáng)能系統(tǒng)為淋浴水箱供熱、為蓄能池蓄熱、為地源側(cè)蓄熱三種工作模式按照優(yōu)先級(jí)從高到低的順序運(yùn)行。

（3）系統(tǒng)還具有通過(guò)數(shù)據(jù)曲線、數(shù)據(jù)報(bào)表進(jìn)行數(shù)據(jù)分析功能；實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)關(guān)鍵參數(shù)及設(shè)備狀態(tài)進(jìn)行故障檢測(cè)，實(shí)現(xiàn)聲光報(bào)警和短信提示功能；與視頻監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)合將熱泵機(jī)房主要設(shè)備的監(jiān)控畫(huà)面集成到上位機(jī)界面顯示；用戶(hù)分級(jí)管理功能，為不同級(jí)別的用戶(hù)分配不同的操作權(quán)限，保證系統(tǒng)安全；提供Web訪問(wèn)功能，支持通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)遠(yuǎn)程訪問(wèn)，便于管理人員遠(yuǎn)程辦公。

4 結(jié)語(yǔ)

采用PLC和SCADA系統(tǒng)的綜合控制邏輯，實(shí)現(xiàn)對(duì)地源熱泵空調(diào)系統(tǒng)的無(wú)人值守控制，改變了傳統(tǒng)的人工管理模式，提高了系統(tǒng)的可靠性、穩(wěn)定性，降低了運(yùn)行成本。積極響應(yīng)國(guó)家倡導(dǎo)的綠色、節(jié)能、環(huán)保的方針，推進(jìn)了低碳降耗的地源熱泵、太陽(yáng)能等新能源技術(shù)的應(yīng)用和普及，達(dá)到節(jié)能環(huán)保目的。

參考文獻(xiàn)

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