太陽能—空氣能雙熱源溫室加熱控制系統(tǒng)設計

趙夢龍+++張東鳳+++董燕紅

摘 要：文章基于PLC開發(fā)設計太陽能-空氣能的雙熱源溫室加熱控制系統(tǒng)，系統(tǒng)以室外光照強度、溫室內(nèi)空氣溫度、太陽能真空集熱管頂端出水口處水的溫度、空氣熱泵出水管處水溫、保溫水箱內(nèi)水的溫度五個指標作為監(jiān)測指標，根據(jù)天氣條件情況自動選擇不同熱源進行溫室加熱，控制溫室自動加熱，該系統(tǒng)運行可靠、充分利用了太陽能和空氣能，節(jié)能、環(huán)保，有效提高了溫室加熱效率。

關鍵詞：太陽能；空氣熱能；PLC；溫室加熱；控制系統(tǒng)

前言

設施農(nóng)業(yè)由于環(huán)境相對可控，具有高效、優(yōu)質(zhì)、高產(chǎn)等特點，在農(nóng)業(yè)發(fā)展中占據(jù)著越來越重要的地位。而現(xiàn)有的設施農(nóng)業(yè)供暖多采用柴油、煤炭或天然氣等單一的能源燃燒放熱供暖，此方法易污染、不易于實現(xiàn)自動化控制；采用電加熱功耗大、設備成本高。太陽能和空氣能作為清潔、無污染的可再生能源，在日常生活中已廣泛應用，在設施農(nóng)業(yè)供暖中鮮有應用，文章將太陽能與空氣能相結(jié)合，通過太陽能真空集熱管、空氣熱泵雙熱源進行熱量收集，以水作為蓄熱介質(zhì)，依據(jù)溫室加熱策略，基于PLC設計開發(fā)太陽能-空氣能溫室加熱控制系統(tǒng)，此系統(tǒng)可根據(jù)天氣情況、太陽能真空集熱管出水口溫度、保溫水箱內(nèi)水溫、溫室內(nèi)空氣溫度自動選擇加熱方式，從而達到充分利用清潔能源，有效節(jié)約能源、降低能耗的目的。

1 系統(tǒng)的總體設計

太陽能-空氣能雙熱源溫室加熱系統(tǒng)的工作原理系統(tǒng)圖如圖1所示，系統(tǒng)通過太陽能加熱回路及空氣能加熱回路進行蓄熱介質(zhì)水的加熱，加熱后的水儲存在陽能加熱回路和空氣能加熱回路共用的保溫水箱中，之后由溫室加熱回路進行溫室內(nèi)加熱。

2 硬件設計

太陽能空氣能溫室加熱系統(tǒng)的控制系統(tǒng)硬件組成主要包括：PLC可編程控制器、設置在保溫水箱內(nèi)的溫度傳感、太陽能加熱循環(huán)泵、設置在真空集熱管頂端的溫度傳感器、溫室加熱循環(huán)泵、設置在溫室內(nèi)的溫度傳感、熱風管、設置在溫室外部的光照傳感器，PLC可編程控制器與上述各工作元件通過導線連接。分析系統(tǒng)所需I/O點數(shù)、可編程控制器的可存儲量、響應速度，及特殊功能擴展等要求，本系統(tǒng)選用三菱FX1N系列FX1N-24MR-001作為核心控制器。作為系統(tǒng)核心控制器。FX1N系列是三菱PLC中功能很強大的PLC，可擴展致128點，結(jié)構(gòu)緊湊，功能模塊配制靈活，可靠性高，在溫室環(huán)境控制中應用非常廣泛。具體的I/O點分布如表1所示。

3 軟件設計

為實現(xiàn)不同天氣情況下均能保證溫室加熱系統(tǒng)可靠性工作，其溫室加熱控制策略為：蓄熱過程為白天晴天狀態(tài)下，當光照傳感器監(jiān)測的光照強度大于20000lux，且太陽能真空集熱管上端溫室傳感器監(jiān)測水的溫室高于45°時，PLC控制器開啟太陽能循環(huán)泵，對蓄熱介質(zhì)水進行循環(huán)加熱，保存到保溫水箱中，否則關閉；白天陰天或夜晚狀態(tài)下，當保溫水箱溫度低于PLC控制器設置溫度時，PLC控制器控制空氣能熱泵進行蓄熱介質(zhì)水加熱。溫室加熱過程為當溫室內(nèi)空氣溫度低于PLC控制器設置的溫度時，PLC控制器控制溫室加熱循環(huán)泵工作，進行溫室加熱。

針對上述控制策略由采用三菱GX-DEVELOPER 編程軟件的梯形圖語言進行編寫，流程圖如圖2所示。

4 結(jié)束語

文章主要基于PLC開發(fā)設計了太陽能-空氣能雙熱源溫室加熱控制系統(tǒng)，并參考溫室加熱策略、天氣情況、太陽能集熱管水溫等多個參數(shù)設計開發(fā)PLC控制程序。該系統(tǒng)最大限度將太陽能和空氣能結(jié)合利用，節(jié)約能源、避免了污染并且實現(xiàn)溫室加熱自動化控制，可為溫室加熱系統(tǒng)的設計提供一種參考。

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