住宅小區(qū)太陽能熱水系統(tǒng)智能監(jiān)控應(yīng)用研究

羅喜昌，龍學(xué)軍

（華中師范大學(xué)，湖北 武漢 430079）

隨著太陽能熱水工程市場(chǎng)的不斷向前發(fā)展，越來越多的大型智能化住宅小區(qū)對(duì)太陽能熱水系統(tǒng)的智能化控制要求也會(huì)越來越高，所以對(duì)這些熱水工程項(xiàng)目建立架構(gòu)并實(shí)現(xiàn)一而且功能強(qiáng)大的計(jì)算機(jī)智能監(jiān)控系統(tǒng)。是智能化住宅小區(qū)建設(shè)的重要組成部分之一。它可以把太陽能熱水系統(tǒng)的智能控制、實(shí)時(shí)監(jiān)視、故障報(bào)警檢修、歷史數(shù)據(jù)保存等與集熱系統(tǒng)相關(guān)的一切因素都有機(jī)地聯(lián)系起來。尤其是針對(duì)那些規(guī)模大，智能化要求較高的住宅小區(qū)來說，計(jì)算機(jī)遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)構(gòu)建成功與否直接關(guān)系到整個(gè)小區(qū)的太陽能集熱系統(tǒng)的易操控性（包括對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行高度集中的實(shí)時(shí)控制和監(jiān)視）、運(yùn)行的效率（包括可最大化地節(jié)約系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)消耗的常規(guī)能源）等等關(guān)鍵性的因素。下面重點(diǎn)介紹智能化監(jiān)控系統(tǒng)的幾個(gè)重要的組成部分：

1．智能化監(jiān)控系統(tǒng)的電氣控制架構(gòu)

為了對(duì)集熱系統(tǒng)建立基礎(chǔ)的電氣功控制系統(tǒng)，需要對(duì)集熱系統(tǒng)中的管路部分、水箱部分、集熱器部分建立相應(yīng)功能的智能控制柜。這些控制柜能起到控制集熱系統(tǒng)中各個(gè)電氣設(shè)備的功能，而且控制柜能夠采集溫度和水位等系統(tǒng)運(yùn)行的信息。

1.1 控制集熱系統(tǒng)中各個(gè)電氣設(shè)備

太陽能集熱系統(tǒng)中主要包含的電氣設(shè)備有水泵、電磁閥、電加熱等部件。可用220V單相電氣控制柜來控制水泵和電磁閥的開關(guān)動(dòng)作，用380V三相電氣控制柜來控制電加熱這樣大功率的電氣的開關(guān)動(dòng)作。單相電氣控制柜中裝有220V的漏電開關(guān)保護(hù)器、繼電器等元件，其中最重要的是需要配備智能控制通訊板。智能控制通訊板可以與計(jì)算機(jī)的串口之間進(jìn)行實(shí)時(shí)不間斷地通訊，從而智能控制通訊板就可以按照計(jì)算機(jī)程序發(fā)出的一系列的指令控制各個(gè)電氣部件的開關(guān)動(dòng)作。380V三相電氣控制柜內(nèi)的配置則相對(duì)比較簡(jiǎn)單，只需要根據(jù)電加勢(shì)棒的數(shù)量配備相應(yīng)的交流接觸器就可以了。住宅小區(qū)中的太陽能熱水系統(tǒng)的特點(diǎn)應(yīng)該具有較大的規(guī)模和集熱系統(tǒng)分布分散性強(qiáng)等特點(diǎn)，如果說集熱系統(tǒng)和相應(yīng)的電氣控制柜都能夠具有相同的統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，那么在整個(gè)住宅小區(qū)中的各個(gè)獨(dú)立的集熱系統(tǒng)之間不僅可以根據(jù)具體的情況來相互替換各個(gè)部件，而且還可以在太陽能熱水集熱系統(tǒng)和智能控制柜安裝之前就可以預(yù)先鋪設(shè)統(tǒng)一的管線及相關(guān)的固定支架，從而最大可能地做到太陽能集熱系統(tǒng)與建筑物體本身最佳的結(jié)合方式以滿足建筑外表美觀性的要求。

1.2 采集系統(tǒng)中的溫度和水位信息

前面提到的智能控制通訊板除了可以與計(jì)算機(jī)串口之間進(jìn)行通訊以外，它的另一個(gè)主要的功能就是可以采集太陽能熱水集熱系統(tǒng)中各個(gè)溫度傳感器和水位壓力傳感器返回的信號(hào)。

1.3 返回電氣部件的工作狀態(tài)

為滿足小區(qū)綜合物業(yè)管理人員的監(jiān)控需要，即實(shí)時(shí)在計(jì)算機(jī)屏幕上可以觀察到集熱系統(tǒng)中各個(gè)電氣部件的工作狀態(tài)，可以把電氣部件的開關(guān)狀態(tài)返回給智能控制通訊板，一般采用的技術(shù)是安裝監(jiān)控用傳感器。

2．監(jiān)控用計(jì)算機(jī)硬件及其軟件架構(gòu)

2.1 計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)

用于監(jiān)控用的計(jì)算機(jī)應(yīng)該放置在住宅小區(qū)的中心控制機(jī)房，小區(qū)里的綜合物業(yè)管理人員就可以在中心機(jī)房集中監(jiān)控小區(qū)內(nèi)所有的集熱設(shè)備的運(yùn)行情況。由于監(jiān)控計(jì)算機(jī)要每天24小時(shí)不間斷地運(yùn)行，所以系統(tǒng)對(duì)于計(jì)算機(jī)的穩(wěn)定性有很嚴(yán)格的要求。一般多使用工控機(jī)或者服務(wù)器之類的計(jì)算機(jī)來作為監(jiān)控計(jì)算機(jī)，這樣就能保證監(jiān)控計(jì)算機(jī)每天24小時(shí)不間斷地穩(wěn)定運(yùn)行，從而保證整個(gè)太陽能熱水集熱系統(tǒng)的工作穩(wěn)定性。

2.2 監(jiān)控軟件的特點(diǎn)

軟件具有的主要功能有：對(duì)設(shè)備的實(shí)時(shí)控制與監(jiān)視，設(shè)備的最佳啟停控制和節(jié)能運(yùn)行，設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的監(jiān)測(cè)，事故報(bào)警及維修預(yù)報(bào)警；參數(shù)監(jiān)測(cè)和顯示，異常狀態(tài)報(bào)警，能量管理功能，事件記錄及顯示功能；系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)顯示功能等等。太陽能熱水集熱系統(tǒng)監(jiān)控軟件的最終用戶應(yīng)該是住宅小區(qū)的物業(yè)管理人員，所以不僅僅要保證軟件功能上強(qiáng)大和完備，而且還要特別強(qiáng)調(diào)軟件的易操作性和監(jiān)控界面的友善性。

下圖1表示軟件參數(shù)設(shè)置界面。

圖1

下圖2表示集熱系統(tǒng)實(shí)時(shí)監(jiān)控界面。

圖2

3．整個(gè)監(jiān)控系統(tǒng)的通訊網(wǎng)絡(luò)

由于住宅小區(qū)中需要安裝的太陽能熱水集熱系統(tǒng)是按照各個(gè)集熱子系統(tǒng)全部由中心計(jì)算機(jī)監(jiān)控的原則，所以對(duì)于監(jiān)控系統(tǒng)的通訊網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定性尤為重要。可以根據(jù)各個(gè)住宅小區(qū)的實(shí)際情況來選擇不同的通訊方式，采用串行口計(jì)算機(jī)與控制柜之間進(jìn)行通訊。即采用RS485或RS422通訊接口構(gòu)成的通信。為了能夠保證即使在通訊網(wǎng)出故障中斷的時(shí)候，單片機(jī)保護(hù)裝置仍能可靠地正常運(yùn)行，同時(shí)考慮到今后的整個(gè)通訊網(wǎng)絡(luò)的施工架設(shè)的方便性和運(yùn)行成本費(fèi)用及其穩(wěn)定性，可以選擇使用超短波無線數(shù)傳電臺(tái)作為常用的通訊方式。該方案?jìng)鬏敂?shù)據(jù)的實(shí)時(shí)性好，可以高速傳輸數(shù)據(jù)，無需專門預(yù)埋管線，但是傳輸距離比較近，通常在50公里范圍以內(nèi)，但對(duì)于一般的住宅小區(qū)來說幾公里的覆蓋范圍已經(jīng)足矣。無線通訊系統(tǒng)建設(shè)成本相對(duì)比較高，但是沒有后期的月使用費(fèi)，而采集數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)傳送，能滿足客戶對(duì)于數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)性。

4．總體系統(tǒng)原理圖

下圖 3表示住宅小區(qū)內(nèi)單套太陽能集熱系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)監(jiān)控原理圖。

圖3

下圖 4表示住宅小區(qū)內(nèi)多套太陽能集熱系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)監(jiān)控原理圖。

圖4