楊艷杰

德州職業(yè)技術(shù)學院,山東德州 253000

太陽能熱水工程遠程監(jiān)控設(shè)計應(yīng)用

楊艷杰

德州職業(yè)技術(shù)學院,山東德州 253000

隨著信息集成技術(shù)的飛速發(fā)展，使太陽能熱水器遠程訪問成為可能，利用現(xiàn)代的IT技術(shù)，用戶可以通過PC或其它通信設(shè)備遠程訪問太陽熱水器的各種物理量，實現(xiàn)數(shù)據(jù)共享和遠傳。本文選用I-7000系列遠程數(shù)據(jù)采集模塊實現(xiàn)對現(xiàn)場各種物理參數(shù)的檢測和現(xiàn)場的開關(guān)及閥門的控制，并借助INTERNET實現(xiàn)隨時對各種參數(shù)及控制設(shè)備的遠程訪問。

太陽能；熱水工程；PLC控制器；組態(tài)軟件

在國家大力倡導建設(shè)節(jié)約型社會的今天，隨著太陽能熱利用產(chǎn)業(yè)的迅猛發(fā)展，太陽能熱水工程的規(guī)模也越來越大，人們對太陽熱水器智能化控制的要求越來越高，在以信息化、數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化為基礎(chǔ)的新經(jīng)濟條件下，太陽熱水器的網(wǎng)絡(luò)化終將成為一個科技發(fā)展的必然趨勢。遠程控制技術(shù)進入太陽能行業(yè)以計算機技術(shù)、現(xiàn)代通訊技術(shù)、自動控制技術(shù)和NTERNET等技術(shù)為前提，這些技術(shù)的綜合運用可以實現(xiàn)對現(xiàn)場物理量的實時監(jiān)測和訪問及對各種參數(shù)和受控設(shè)備的遠程監(jiān)控，對熱水系統(tǒng)進行統(tǒng)一的、系統(tǒng)性的控制、保護及管理。本設(shè)計中我們采用“PLC控制器+組態(tài)軟件”的方法，即把成熟的工控技術(shù)和先進的遠程監(jiān)控技術(shù)結(jié)合應(yīng)用于太陽能熱水工程，實現(xiàn)熱水工程的遠程監(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)控計算機、組態(tài)監(jiān)測軟件、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)軟件可以和目前國際通用的PLC控制器、以及帶有開放性接口的數(shù)字傳輸設(shè)備進行數(shù)據(jù)傳輸，可將通過數(shù)據(jù)總線接入到計算機輸入端口的輸入信號，通過自身數(shù)據(jù)庫采集并處理，實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集與控制、管理、保護等功能。PLC控制器以及模擬量處理單元選用工業(yè)自動化級別，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)為計算機化監(jiān)控系統(tǒng)，又稱DDC系統(tǒng)，即直接控制系統(tǒng)，它對測量數(shù)據(jù)的處理以及控制算法都是以數(shù)字計算為基礎(chǔ)，通過軟件實現(xiàn)的。同大多數(shù)計算機化監(jiān)控系統(tǒng)一樣，主體部分由主控計算機、現(xiàn)場模塊、傳感器及執(zhí)行器等部件組成。

1）主控計算機是計算機監(jiān)控系統(tǒng)的核心，它的主要特性如下：

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

（2）本系統(tǒng)運行以VB編制的程序，將各種輸入信號通過數(shù)據(jù)總線直接接到計算機輸入端口，從而實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集與控制管理保護功能，而不是像常規(guī)儀表控制器由各自獨立的一對一的單回路控制或保護電路構(gòu)成，如此主控計算機就有可能全面考慮控制對象的各種參數(shù)，對其進行統(tǒng)一的系統(tǒng)性的控制、保護及管理；

（3）主控計算機可以通過圖形化的界面與用戶進行信息交流，如各種參數(shù)狀態(tài)值、警報的信息框、動態(tài)變化過程等，大大方便了用戶管理。

2）現(xiàn)場模塊

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

3）傳感器

傳感器感測出需要監(jiān)測控制的各種物理量并將其變?yōu)殡娦盘査椭劣嬎銠C，相當于主控計算機的眼睛。本系統(tǒng)將各類參數(shù)的狀態(tài)以電壓信號等方式傳送至現(xiàn)場模塊，主要有溫度傳感器和液位傳感器。

4）執(zhí)行器

即可由計算機直接控制的各種開關(guān)、閥門及水泵，計算機通過調(diào)整執(zhí)行器來實現(xiàn)具體控制功能，相當于主控計算機的手和腳。控制器通過現(xiàn)場模塊的兩類輸出通道與執(zhí)行器連接：

（1）開關(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，通過驅(qū)動電路即可帶動繼電器或其它開關(guān)組件，也可以驅(qū)動指示燈顯示狀態(tài)；

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

本系統(tǒng)中僅涉及到開關(guān)量輸出通道。

5）供電電源

需要為傳感器、現(xiàn)場模塊、電磁閥、水泵及電加熱等供電。

6）通訊網(wǎng)(屏蔽雙絞線)

為減少對信號的干擾，整套系統(tǒng)均用屏蔽雙絞線進行信號的傳輸。

2 執(zhí)行標準和法規(guī)的綜合要求

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

執(zhí)行國家標準GB/T 17544軟件包質(zhì)量要求和測試的規(guī)定；

必須貫徹現(xiàn)行各項國家強制貫徹的基礎(chǔ)標準和法定計量單位；

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算機的便攜式接口模塊，專為工業(yè)現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集與控制而設(shè)計，所有模塊通過RS-485網(wǎng)絡(luò)與上位機通信，可實現(xiàn)數(shù)據(jù)上傳與控制信號下傳。該系列產(chǎn)品規(guī)格齊全，有多達70種型號供選擇，滿足各種現(xiàn)場信號的處理；

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)過一定程度的改進，性能也穩(wěn)定可靠；PLC控制器是一種數(shù)字運算操作的電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境應(yīng)用而設(shè)計，它采用可編程序存儲器，用來在內(nèi)部存儲執(zhí)行邏輯運算、順序控制、定時、計數(shù)和算術(shù)運算等操作的指令，并通過數(shù)字式、模擬式的輸入和輸出，控制各種類型的工業(yè)過程，經(jīng)過幾十年的發(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可和大多過程控制廠家的親睞，我們選用的OMRON產(chǎn)品屬于國際知名品牌，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運行情況、所涉及的參數(shù)的顯示及受控設(shè)備的手動控制，不應(yīng)用該軟件進行數(shù)據(jù)處理來實現(xiàn)對現(xiàn)場的自動控制，所以系統(tǒng)的運行可以脫離上位機單獨運行，從而大大提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定程度。

5 系統(tǒng)實現(xiàn)的意義

實現(xiàn)工程的遠程監(jiān)控，其功能將得到擴展，將各種輸入信號通過數(shù)據(jù)總線直接接到計算機輸入端口，不僅用戶的主控計算機可以全面考慮控制對象的各種參數(shù)，對其進行統(tǒng)一的系統(tǒng)性的控制、保護及管理，而且售后服務(wù)人員還可通過遠程訪問用戶的主控計算機對工程進行巡檢，查詢運行參數(shù)和診斷故障，提高維護工作效率，真正實現(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)濟條件下，太陽能熱水器的網(wǎng)絡(luò)化，有利于提高熱水器產(chǎn)品形象，增強公司的產(chǎn)品競爭力，促進公司的長期可持續(xù)發(fā)展。

[1]潘日芳主編.計算機過程控制技術(shù)[M].化學工業(yè)出版社， 1996.

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

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

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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)學院，研究方向：計算機應(yīng)用