《严寒地区校园电采暖智能控制系统设计》由会员分享，可在线阅读，更多相关《严寒地区校园电采暖智能控制系统设计（3页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、严寒地区校园电采暖智能控制系统设计 程凤芹 陶进 曲娜 郑伟南 吉林建筑大学城建学院 摘 要： 介绍校园电采暖智能控制系统的整体设计方案, 分析该系统的主要组成部分及其功能, 阐述该控制系统节能控制策略。关键词： 电采暖; 智能控制; 分布式控制; 作者简介：程凤芹 (1976) , 副教授, 研究方向为自动控制原理及应用。收稿日期：2017-08-08基金：吉林省教育厅科技计划项目 (吉教科合字2015第 573 号) Received： 2017-08-080 引言为实现国家“十三五”节能减排总体目标, 尤其是国家倡导的北方地区取暖“宜气则气, 宜电则电”的新政, 电采暖成为现代化楼宇尤其
2、是学校、医院、政府办公楼等公共型建筑项目中冬季采暖的发展趋势。严寒地区校园供暖方式有其独特性。院校建筑具有多类型、多用途的特点, 主要包括:办公楼、教学楼、学生宿舍、教工家属楼、实验室、礼堂、体育馆等。校园不同建筑供暖有不同特点。对于间歇供暖, 各种类型建筑物的供暖时间是不一样的, 礼堂、体育馆等地其使用时间特别少, 其它时间可按值班采暖设定;对于学生宿舍, 在上课时间 (包括晚自习) 可按值班采暖设定, 而早、中、晚的休息时间才保证供暖;对于办公楼, 下班时间可按值班采暖设定, 上班时间才保证供暖;而对于实验室、教工家属楼等, 在供暖时间上应根据具体情况加以控制。学校的另一特点是有寒假。在寒
3、假期间 (约 50 天) , 院校的大部分建筑可以只保证值班供暖。结合严寒地区校园建筑的供暖需求特点, 建立基于分布式控制系统的电供暖智能控制系统, 在充分节能的基础上, 达到“智能、精准”供热的目的, 为以后碳晶电热板采暖系统在严寒地区校园等公共建筑中的发展和应用提供理论基础。1 校园电采暖智能控制系统整体设计方案本文主要针对严寒地区校园电采暖智能控制进行设计, 在实现校园建筑负荷功能分区的基础上, 参照室温、室内是否有人, 课表信息等来确定当前的供暖指标, 该控制系统技术指标:实现室内温度的自动控制, 温度控制范围:035;采用智能控制技术, 室温控制精度:1;电采暖供电电压 220 V;
4、单片碳晶电暖器功率 1200 W, 每个温控器功率调节范围 02400 W。该控制系统具有 3 种温度控制模式:(1) 远程自动控制模式。计算机把各个功能分区的室温控制目标值传送到工控机, 工控机完成各房间电暖器的开启控制。(2) 远程半自动控制模式。从顶层工控机界面上手工操作发出电采暖启停指令, 控制系统确认安全后自动运行。(3) 本地控制。通过控制现场温控箱上的转换开关, 进行“远程/本地”切换, 切换至本地操作后, 可以进行现场室温的调节和控制。电采暖智能控制系统主要由数据采集单元、过程控制单元和监控管理单元组成, 其系统整体设计结构图如图 1 所示。图 1 系统整体设计结构 下载原图网
5、络温控器与服务器之间的通讯连接线采用 RS-485 总线。每条独立 RS-485 总线通讯距离为 1200 m, 超过规定通讯距离, 可按具体方案设计加装中继器解决。RS-485 总线必须以手牵手的布线方式, 把每个网络温控器连接起来, 总线不能以星形或者“T”字形的方式布线。工控机与操作员站、中央服务器之间通讯为工业以太网连接。若因拐角或较长通讯距离需求, 可按具体方案设计加装系统控制箱级联。通讯距离支持达 5 km 以上, 网络通讯速度达千兆级以上, 每套系统可监控温控器容量可达 5 万个1-2。2 系统的主要组成部分及功能智能温控器由处理器、触摸屏、步进电机驱动器、步进电机、人体感应模块
6、、电流变送器、电压变送器、温度采集模块、大功率输出控制模块、以太网通讯模块等组成, 期结构图如图 2 所示。图 2 智能温控器结构 下载原图微处理器采用 Atmel 公司的 ATSAM4LC2A, 该芯片精度高, 成本低, 功耗小, 性能高, 外设集成度高, 数据以及程序存储量大, A/D 转换更精确快速、外设接口丰富等特点。处理器从温度采集模块获取反馈物理量, 运用代有死区的 PID算法将控制物理量通过大功率输出控制模块来控制加热器。当人体感应装置在所覆盖的区域内检测不到有人存在时, 系统将会根据室外的温度, 自行降到保温设定值或者关断加热器。人体感应装置安装在导电滑环上, 并将导电环的定子
7、固定在高速旋转的微型步进电机轴上, 这样可以使人体感应开关的覆盖夹角大于 180以上范围, 从而让覆盖区域变得无死角。同时电流变送器和电压变送器将实时的电流值和电压值比例值 (420m A) 输出给处理器, 一方面可以计算消耗功率, 另一方面可以通过瞬间电流值来判定是否加热器短路等故障。以太网接口模块可与上位机机实时通讯, 接收上位机发送到控制配方参数, 同时将温控器的运行状态等发送给上位机。3 控制系统节能控制策略高等学校师生生活非常有规律, 校内各种建筑使用有明显的时段性, 在周末、节假日, 学校的教室学生人数比较少, 非自习教室低温运行, 指定自习室通过检测教室人数进行电采暖运行控制。工
8、作时间, 对于教室, 系统会根据输入的课表信息进行采暖控制, 对于学校办公楼, 进行正常供暖, 下班时间及节假日低温运行。对于学生宿舍上课时间低温运行即可。在寒假期间, 学校几乎所有的建筑均处于闲置状态, 不需要供暖, 只有科研楼的小部分房间和小部分值班房间需要正常供暖。系统控制策略实现流程如图 3 所示。图 3 系统控制策略实现流程图 下载原图4 结语针对严寒地区校园电采暖控制系统, 本文采用的控制方式能够解决电采暖控制的智能化和精准化问题, 能够实现行为节能的目的, 既能满足人们对安全、健康、舒适的要求, 也能实现节约能源、改善环境的要求。参考文献1蔡皖东.计算机网络技术M.西安:西安电子科技大学出版社, 1998. 2夏德海.现场总线的现状及其应用 (一) J.中国仪器仪表, 1998 (01) :3-6.
