太陽(yáng)能熱水工程遠(yuǎn)程監(jiān)控設(shè)計(jì)應(yīng)用

楊艷杰

德州職業(yè)技術(shù)學(xué)院,山東德州 253000

太陽(yáng)能熱水工程遠(yuǎn)程監(jiān)控設(shè)計(jì)應(yīng)用

楊艷杰

德州職業(yè)技術(shù)學(xué)院,山東德州 253000

隨著信息集成技術(shù)的飛速發(fā)展，使太陽(yáng)能熱水器遠(yuǎn)程訪問(wèn)成為可能，利用現(xiàn)代的IT技術(shù)，用戶可以通過(guò)PC或其它通信設(shè)備遠(yuǎn)程訪問(wèn)太陽(yáng)熱水器的各種物理量，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享和遠(yuǎn)傳。本文選用I-7000系列遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集模塊實(shí)現(xiàn)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)各種物理參數(shù)的檢測(cè)和現(xiàn)場(chǎng)的開(kāi)關(guān)及閥門的控制，并借助INTERNET實(shí)現(xiàn)隨時(shí)對(duì)各種參數(shù)及控制設(shè)備的遠(yuǎn)程訪問(wèn)。

太陽(yáng)能；熱水工程；PLC控制器；組態(tài)軟件

在國(guó)家大力倡導(dǎo)建設(shè)節(jié)約型社會(huì)的今天，隨著太陽(yáng)能熱利用產(chǎn)業(yè)的迅猛發(fā)展，太陽(yáng)能熱水工程的規(guī)模也越來(lái)越大，人們對(duì)太陽(yáng)熱水器智能化控制的要求越來(lái)越高，在以信息化、數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化為基礎(chǔ)的新經(jīng)濟(jì)條件下，太陽(yáng)熱水器的網(wǎng)絡(luò)化終將成為一個(gè)科技發(fā)展的必然趨勢(shì)。遠(yuǎn)程控制技術(shù)進(jìn)入太陽(yáng)能行業(yè)以計(jì)算機(jī)技術(shù)、現(xiàn)代通訊技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)和NTERNET等技術(shù)為前提，這些技術(shù)的綜合運(yùn)用可以實(shí)現(xiàn)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)物理量的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和訪問(wèn)及對(duì)各種參數(shù)和受控設(shè)備的遠(yuǎn)程監(jiān)控，對(duì)熱水系統(tǒng)進(jìn)行統(tǒng)一的、系統(tǒng)性的控制、保護(hù)及管理。本設(shè)計(jì)中我們采用“PLC控制器+組態(tài)軟件”的方法，即把成熟的工控技術(shù)和先進(jìn)的遠(yuǎn)程監(jiān)控技術(shù)結(jié)合應(yīng)用于太陽(yáng)能熱水工程，實(shí)現(xiàn)熱水工程的遠(yuǎn)程監(jiān)控。

1 系統(tǒng)配置及工作原理

1.1 系統(tǒng)配置

本系統(tǒng)主要由監(jiān)控計(jì)算機(jī)、組態(tài)監(jiān)測(cè)軟件、PLC控制器、模擬量處理單元、低壓配電以及傳感器附件等組成；核心設(shè)備包括組態(tài)軟件和PLC控制器，組態(tài)軟件可以和目前國(guó)際通用的PLC控制器、以及帶有開(kāi)放性接口的數(shù)字傳輸設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，可將通過(guò)數(shù)據(jù)總線接入到計(jì)算機(jī)輸入端口的輸入信號(hào)，通過(guò)自身數(shù)據(jù)庫(kù)采集并處理，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集與控制、管理、保護(hù)等功能。PLC控制器以及模擬量處理單元選用工業(yè)自動(dòng)化級(jí)別，可靠性、穩(wěn)定性都比較高的產(chǎn)品。

1.2 工作原理

本系統(tǒng)為計(jì)算機(jī)化監(jiān)控系統(tǒng)，又稱DDC系統(tǒng)，即直接控制系統(tǒng)，它對(duì)測(cè)量數(shù)據(jù)的處理以及控制算法都是以數(shù)字計(jì)算為基礎(chǔ)，通過(guò)軟件實(shí)現(xiàn)的。同大多數(shù)計(jì)算機(jī)化監(jiān)控系統(tǒng)一樣，主體部分由主控計(jì)算機(jī)、現(xiàn)場(chǎng)模塊、傳感器及執(zhí)行器等部件組成。

1）主控計(jì)算機(jī)是計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的核心，它的主要特性如下：

（1）主控計(jì)算機(jī)的工作過(guò)程完全由預(yù)先編制的軟件決定，而常規(guī)儀表是由電子邏輯電路或其它機(jī)械硬件邏輯實(shí)現(xiàn)，控制管理功能是由軟件還是由硬件實(shí)現(xiàn)是計(jì)算機(jī)控制與常規(guī)儀表控制的主要區(qū)別；

（2）本系統(tǒng)運(yùn)行以VB編制的程序，將各種輸入信號(hào)通過(guò)數(shù)據(jù)總線直接接到計(jì)算機(jī)輸入端口，從而實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集與控制管理保護(hù)功能，而不是像常規(guī)儀表控制器由各自獨(dú)立的一對(duì)一的單回路控制或保護(hù)電路構(gòu)成，如此主控計(jì)算機(jī)就有可能全面考慮控制對(duì)象的各種參數(shù)，對(duì)其進(jìn)行統(tǒng)一的系統(tǒng)性的控制、保護(hù)及管理；

（3）主控計(jì)算機(jī)可以通過(guò)圖形化的界面與用戶進(jìn)行信息交流，如各種參數(shù)狀態(tài)值、警報(bào)的信息框、動(dòng)態(tài)變化過(guò)程等，大大方便了用戶管理。

2）現(xiàn)場(chǎng)模塊

由I-7000系列現(xiàn)場(chǎng)模塊完成數(shù)據(jù)的采集和控制信號(hào)向執(zhí)行器的發(fā)送，再通過(guò)RS485通訊方式將信號(hào)傳送至轉(zhuǎn)換器，轉(zhuǎn)換成能與計(jì)算機(jī)串口連接的RS232通訊方式。

3）傳感器

傳感器感測(cè)出需要監(jiān)測(cè)控制的各種物理量并將其變?yōu)殡娦盘?hào)送至計(jì)算機(jī)，相當(dāng)于主控計(jì)算機(jī)的眼睛。本系統(tǒng)將各類參數(shù)的狀態(tài)以電壓信號(hào)等方式傳送至現(xiàn)場(chǎng)模塊，主要有溫度傳感器和液位傳感器。

4）執(zhí)行器

即可由計(jì)算機(jī)直接控制的各種開(kāi)關(guān)、閥門及水泵，計(jì)算機(jī)通過(guò)調(diào)整執(zhí)行器來(lái)實(shí)現(xiàn)具體控制功能，相當(dāng)于主控計(jì)算機(jī)的手和腳。控制器通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)模塊的兩類輸出通道與執(zhí)行器連接：

（1）開(kāi)關(guān)量輸出通道(DO)。它可以由控制軟件將輸出通道設(shè)置成高電平或低電平，通過(guò)驅(qū)動(dòng)電路即可帶動(dòng)繼電器或其它開(kāi)關(guān)組件，也可以驅(qū)動(dòng)指示燈顯示狀態(tài)；

（2）仿真量輸出信道(AO)。輸出的信號(hào)是0～10V的電壓，其值的大小是由控制軟件決定的,由于計(jì)算機(jī)內(nèi)部處理的信號(hào)都是開(kāi)關(guān)量信號(hào)，因此這種可連續(xù)變化的仿真量信號(hào)是通過(guò)數(shù)字－仿真轉(zhuǎn)換電路(D/A)產(chǎn)生的。

本系統(tǒng)中僅涉及到開(kāi)關(guān)量輸出通道。

5）供電電源

需要為傳感器、現(xiàn)場(chǎng)模塊、電磁閥、水泵及電加熱等供電。

6）通訊網(wǎng)(屏蔽雙絞線)

為減少對(duì)信號(hào)的干擾，整套系統(tǒng)均用屏蔽雙絞線進(jìn)行信號(hào)的傳輸。

2 執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)和法規(guī)的綜合要求

帶輔助電加熱，必須執(zhí)行國(guó)家安全強(qiáng)制性標(biāo)準(zhǔn)：GB4706.1-1998《家用和類似用途電器安全通用要求》；

執(zhí)行國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 17544軟件包質(zhì)量要求和測(cè)試的規(guī)定；

必須貫徹現(xiàn)行各項(xiàng)國(guó)家強(qiáng)制貫徹的基礎(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)和法定計(jì)量單位；

3 關(guān)鍵技術(shù)解決辦法及關(guān)鍵元器件、特殊材料

1）傳感器選用熱水器配套的溫度傳感器及錘式傳感器（工程用）。

2）現(xiàn)場(chǎng)模塊選用I-7000系列分布式數(shù)據(jù)采集與控制模塊，該產(chǎn)品是通用傳感器到計(jì)算機(jī)的便攜式接口模塊，專為工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)采集與控制而設(shè)計(jì)，所有模塊通過(guò)RS-485網(wǎng)絡(luò)與上位機(jī)通信，可實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)上傳與控制信號(hào)下傳。該系列產(chǎn)品規(guī)格齊全，有多達(dá)70種型號(hào)供選擇，滿足各種現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)的處理；

3）執(zhí)行器選用現(xiàn)工程上用的各種執(zhí)行器。

4 產(chǎn)品性能、壽命分析

熱水器配套的溫度傳感器性能比較穩(wěn)定，錘式傳感器經(jīng)過(guò)一定程度的改進(jìn)，性能也穩(wěn)定可靠；PLC控制器是一種數(shù)字運(yùn)算操作的電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境應(yīng)用而設(shè)計(jì)，它采用可編程序存儲(chǔ)器，用來(lái)在內(nèi)部存儲(chǔ)執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序控制、定時(shí)、計(jì)數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等操作的指令，并通過(guò)數(shù)字式、模擬式的輸入和輸出，控制各種類型的工業(yè)過(guò)程，經(jīng)過(guò)幾十年的發(fā)展，其穩(wěn)定性、可靠性以及方便的編程調(diào)試功能得到了大家的認(rèn)可和大多過(guò)程控制廠家的親睞，我們選用的OMRON產(chǎn)品屬于國(guó)際知名品牌，質(zhì)量和售后服務(wù)都有保障。另外，pWebView -WWW 網(wǎng)絡(luò)版組態(tài)軟件我們主要用作PLC運(yùn)行情況、所涉及的參數(shù)的顯示及受控設(shè)備的手動(dòng)控制，不應(yīng)用該軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的自動(dòng)控制，所以系統(tǒng)的運(yùn)行可以脫離上位機(jī)單獨(dú)運(yùn)行，從而大大提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定程度。

5 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的意義

實(shí)現(xiàn)工程的遠(yuǎn)程監(jiān)控，其功能將得到擴(kuò)展，將各種輸入信號(hào)通過(guò)數(shù)據(jù)總線直接接到計(jì)算機(jī)輸入端口，不僅用戶的主控計(jì)算機(jī)可以全面考慮控制對(duì)象的各種參數(shù)，對(duì)其進(jìn)行統(tǒng)一的系統(tǒng)性的控制、保護(hù)及管理，而且售后服務(wù)人員還可通過(guò)遠(yuǎn)程訪問(wèn)用戶的主控計(jì)算機(jī)對(duì)工程進(jìn)行巡檢，查詢運(yùn)行參數(shù)和診斷故障，提高維護(hù)工作效率，真正實(shí)現(xiàn)零距離服務(wù)；另一方面，在以信息化、數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化為基礎(chǔ)的新經(jīng)濟(jì)條件下，太陽(yáng)能熱水器的網(wǎng)絡(luò)化，有利于提高熱水器產(chǎn)品形象，增強(qiáng)公司的產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)力，促進(jìn)公司的長(zhǎng)期可持續(xù)發(fā)展。

[1]潘日芳主編.計(jì)算機(jī)過(guò)程控制技術(shù)[M].化學(xué)工業(yè)出版社， 1996.

[2]張永飛主編.可編程控制器應(yīng)用技術(shù)[M].中國(guó)電力出版社，2004，4.

[3]廖常初主編.PLC編程及應(yīng)用[M].機(jī)械工業(yè)出版社，2005，5.

TK0

A

1674-6708（2010）21-0128-02

楊艷杰，講師，工作單位：山東德州職業(yè)技術(shù)學(xué)院，研究方向：計(jì)算機(jī)應(yīng)用