太陽能熱水工程遠程監控設計應用

楊艷杰

德州職業技術學院,山東德州 253000

太陽能熱水工程遠程監控設計應用

楊艷杰

德州職業技術學院,山東德州 253000

隨著信息集成技術的飛速發展，使太陽能熱水器遠程訪問成為可能，利用現代的IT技術，用戶可以通過PC或其它通信設備遠程訪問太陽熱水器的各種物理量，實現數據共享和遠傳。本文選用I-7000系列遠程數據采集模塊實現對現場各種物理參數的檢測和現場的開關及閥門的控制，并借助INTERNET實現隨時對各種參數及控制設備的遠程訪問。

太陽能；熱水工程；PLC控制器；組態軟件

在國家大力倡導建設節約型社會的今天，隨著太陽能熱利用產業的迅猛發展，太陽能熱水工程的規模也越來越大，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、數字化、網絡化為基礎的新經濟條件下，太陽熱水器的網絡化終將成為一個科技發展的必然趨勢。遠程控制技術進入太陽能行業以計算機技術、現代通訊技術、自動控制技術和NTERNET等技術為前提，這些技術的綜合運用可以實現對現場物理量的實時監測和訪問及對各種參數和受控設備的遠程監控，對熱水系統進行統一的、系統性的控制、保護及管理。本設計中我們采用“PLC控制器+組態軟件”的方法，即把成熟的工控技術和先進的遠程監控技術結合應用于太陽能熱水工程，實現熱水工程的遠程監控。

1 系統配置及工作原理

1.1 系統配置

本系統主要由監控計算機、組態監測軟件、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；核心設備包括組態軟件和PLC控制器，組態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字傳輸設備進行數據傳輸，可將通過數據總線接入到計算機輸入端口的輸入信號，通過自身數據庫采集并處理，實現數據采集與控制、管理、保護等功能。PLC控制器以及模擬量處理單元選用工業自動化級別，可靠性、穩定性都比較高的產品。

1.2 工作原理

本系統為計算機化監控系統，又稱DDC系統，即直接控制系統，它對測量數據的處理以及控制算法都是以數字計算為基礎，通過軟件實現的。同大多數計算機化監控系統一樣，主體部分由主控計算機、現場模塊、傳感器及執行器等部件組成。

1）主控計算機是計算機監控系統的核心，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，而常規儀表是由電子邏輯電路或其它機械硬件邏輯實現，控制管理功能是由軟件還是由硬件實現是計算機控制與常規儀表控制的主要區別；

（2）本系統運行以VB編制的程序，將各種輸入信號通過數據總線直接接到計算機輸入端口，從而實現數據采集與控制管理保護功能，而不是像常規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，對其進行統一的系統性的控制、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，如各種參數狀態值、警報的信息框、動態變化過程等，大大方便了用戶管理。

2）現場模塊

由I-7000系列現場模塊完成數據的采集和控制信號向執行器的發送，再通過RS485通訊方式將信號傳送至轉換器，轉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測控制的各種物理量并將其變為電信號送至計算機，相當于主控計算機的眼睛。本系統將各類參數的狀態以電壓信號等方式傳送至現場模塊，主要有溫度傳感器和液位傳感器。

4）執行器

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

（1）開關量輸出通道(DO)。它可以由控制軟件將輸出通道設置成高電平或低電平，通過驅動電路即可帶動繼電器或其它開關組件，也可以驅動指示燈顯示狀態；

（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,由于計算機內部處理的信號都是開關量信號，因此這種可連續變化的仿真量信號是通過數字－仿真轉換電路(D/A)產生的。

本系統中僅涉及到開關量輸出通道。

5）供電電源

需要為傳感器、現場模塊、電磁閥、水泵及電加熱等供電。

6）通訊網(屏蔽雙絞線)

為減少對信號的干擾，整套系統均用屏蔽雙絞線進行信號的傳輸。

2 執行標準和法規的綜合要求

帶輔助電加熱，必須執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》；

執行國家標準GB/T 17544軟件包質量要求和測試的規定；

必須貫徹現行各項國家強制貫徹的基礎標準和法定計量單位；

3 關鍵技術解決辦法及關鍵元器件、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）現場模塊選用I-7000系列分布式數據采集與控制模塊，該產品是通用傳感器到計算機的便攜式接口模塊，專為工業現場數據采集與控制而設計，所有模塊通過RS-485網絡與上位機通信，可實現數據上傳與控制信號下傳。該系列產品規格齊全，有多達70種型號供選擇，滿足各種現場信號的處理；

3）執行器選用現工程上用的各種執行器。

4 產品性能、壽命分析

熱水器配套的溫度傳感器性能比較穩定，錘式傳感器經過一定程度的改進，性能也穩定可靠；PLC控制器是一種數字運算操作的電子系統，專為在工業環境應用而設計，它采用可編程序存儲器，用來在內部存儲執行邏輯運算、順序控制、定時、計數和算術運算等操作的指令，并通過數字式、模擬式的輸入和輸出，控制各種類型的工業過程，經過幾十年的發展，其穩定性、可靠性以及方便的編程調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產品屬于國際知名品牌，質量和售后服務都有保障。另外，pWebView -WWW 網絡版組態軟件我們主要用作PLC運行情況、所涉及的參數的顯示及受控設備的手動控制，不應用該軟件進行數據處理來實現對現場的自動控制，所以系統的運行可以脫離上位機單獨運行，從而大大提高了系統的穩定程度。

5 系統實現的意義

實現工程的遠程監控，其功能將得到擴展，將各種輸入信號通過數據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，對其進行統一的系統性的控制、保護及管理，而且售后服務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，查詢運行參數和診斷故障，提高維護工作效率，真正實現零距離服務；另一方面，在以信息化、數字化、網絡化為基礎的新經濟條件下，太陽能熱水器的網絡化，有利于提高熱水器產品形象，增強公司的產品競爭力，促進公司的長期可持續發展。

[1]潘日芳主編.計算機過程控制技術[M].化學工業出版社， 1996.

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

[3]廖常初主編.PLC編程及應用[M].機械工業出版社，2005，5.

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1674-6708（2010）21-0128-02

楊艷杰，講師，工作單位：山東德州職業技術學院，研究方向：計算機應用