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1、太阳能及空气源热泵热水器智能控制系统技术说明目录第一章 系统介绍- 1 -1.1 控制系统简介- 1 -1.1.1 控制系统设计背景- 1 -1.1.2 控制系统工作形式- 1 -1.2 系统实现的主要功能- 2 -1.2.1 系统的基本功能- 2 -1.2.2 系统的增强功能- 3 -第二章 智能控制、监测系统- 3 -2.1技术领域- 3 -2.1.1 控制系统技术领域- 3 -2.1.2 监控系统技术领域- 4 -2.2控制、监控系统的技术背景- 4 -2.2.1 控制系统技术背景- 4 -2.2.2 监控系统技术背景- 5 -2.3控制、监控系统的设计内容- 6 -2.3.1 控制系统
2、的设计内容- 6 -2.3.2 监控系统的设计内容- 7 -2.4 控制、监控系统具体实施的方式- 8 -2.4.1 控制系统具体实施的方式- 8 -2.4.2 监控系统具体实施的方式- 11 -附件 系统各界面图片- 15 -附件A 下位机监测界面图- 15 -附件B 下位机控制及设置界面图- 15 -附件C 下位机STM32控制器主板电路图- 16 -附件D 下位机STM32控制器实物图- 17 -第一章 系统介绍1.1 控制系统简介1.1.1 控制系统设计背景随着经济发展和科技的进步，能源和环境是当今世界突出的两大社会问题，这促使人们更多地意识到能源对人类的重要性，而愈来愈重视太阳能利用
3、和节能热泵技术。太阳能工程热利用是新兴的产业，是现代控制技术和最新太阳能热利用技术相结合的产物。与家用太阳能热水器相比，大型太阳能热水工程能够在更大规模和应用领域中发挥绿色能源的突出特点。“热泵”是一种能从自然界的空气、水或土壤中获取低位热能，经过热泵做功，输出高位热能的设备，是一种节能、环保、清洁的采暖制冷和热水设备，是全世界倍受关注的新能源技术。随着人们对获取生活用热水的要求日趋提高，具有间断性特点的太阳能难以满足全天候供热。要解决这一问题，热泵技术与太阳能利用相结合无疑是一种好的选择方法。随着热水器系统的不断发展，超大采光面积、大吨位储水箱的大型太阳能热水工程有着越来越多的使用。目前市场
4、上大型太阳能热水工程的控制系统大部分只具有温度和水位显示功能，而且分段显示，对温度的控制即使具有辅助加热功能，由于加热时间不能控制而产生过烧，从而浪费大量的电能。1.1.2 控制系统工作形式此系统以太阳能热水器作为主要热源，空气源热泵热水器为辅助加热设备，对它们进行微电脑智能化联动控制，以达到太阳能和空气能互补的目的，并开发远程监控软件，在监控室的计算机上能实时了解显示热水器的工作状态，并对其进行控制。该系统能满足阴雨天及冬季使用热水的要求，确保365天全天候全自动供应足量热水，控制系统以ST公司的STM32 ARM处理器为检测控制核心，具有结构简单，成本低，功能实用，使用方便等优点，实现了对
5、水温、水温的连续测量与显示，上水与电辅热的自动控制。根据系统时钟分时段上水与电辅热，大大提高了太阳能的利用率，节约了电能。STM32处理器通过以太网通信模块和网线与监控室的计算机通信上。监控计算机可对工程现场的水位、水温、冷、热水流量信号进行实时监测、实时显示，可对现场的电加热、电磁阀和水泵等进行自动控制；还可对以上各种参数和控制设备进行远程监控及自动故障诊断；广泛应用于企事业单位、工农业、学校、医院、酒店、房地产、运动场馆等集体供热水系统。随着国家节能减排措施力度不断加大，该系统在太阳能热水的开发利用在社会经济发展具有越来越广阔的前景。 1.2 系统实现的主要功能1.2.1 系统的基本功能（
6、1）、触摸屏显示水温数字、9级水位显示、时间显示及各种工作状态。 （2）、五种上水方式：定时上水；低水位自动上水；手动随时上水；定温上水；恒温逐级上水。 （3）、三种加热方式：太阳能定温直热；空气能定温直热；电加热定温直热。 （4）、系统温差循环加温，达到设定温度可自动启动与停止。 （5）、高温保护：水箱温度可以控制在国家热水标准范围。 （6）、低温保护：防冻自动系统循环保护及管路电伴热带保护。 （7）、热水循环：具有全自动温控洗浴热水循环控制功能。 1.2.2 系统的增强功能（1）、故障报警：液晶图形显示与声音报警。远程报警功能。 （2）、辅助能源设备：定时启动辅助能源设备。恒温控制辅助能源
7、设备。 （3）、智能控制，不用人工操作：控制器全自动运行，可断电记忆来电恢复、无人值守。（4）、远程监控电脑采用图形化方式显示需要监测的各种参数及机组运行状态，并显示监测数据的历史曲线图，并生成报表。第二章 智能控制、监测系统2.1技术领域 2.1.1 控制系统技术领域对目前生活洗浴热水需求上涨以及制热效率低的情况，设计空气源热泵、太阳能热水器联动控制器实时监测水温及水位, 可实现温度、水位检测管理, 故障及相关报警提示等功能, 利用STM32中的flash存储器 对设置的参数保存, 具有断电记忆功能, 断电后, 参数无须重新设置。该款全自动太阳能热水器控制器具有使用方便、稳定性高、节能等特点
8、，实用性高，可广泛应用于热水工程空气能热泵热水器和太阳能热水器的联动自动控制中。2.1.2 监控系统技术领域 针对热水工程中控制器通常安装在屋顶、要了解热水器的运行状况及对热水器进行参数调整，必须到现场，操作较为烦琐，设计出一种基于以太网的热水工程远程监控系统。通过远程监控可以实现现场运行数据的实时采集和快速集中，获得现场监控数据，为远程故障诊断技术提供了物质基础。通过远程监控，技术人员无须亲临现场或恶劣的环境就可以监视并控制现场设备的运行状态及各种参数，方便地利用本地丰富的软硬件资源对远程对象进行高级过程控制，以维护太阳能和空气源热泵热水设备的正常运营。太阳能热水器的网络化，有利于提高热水器
9、产品形象，增强公司的产品竞争力，促进公司的长期可持续发展。本实用新型专利适用热水工程系统的远程监控。2.2控制、监控系统的技术背景 2.2.1 控制系统技术背景随着经济发展和科技的进步，能源和环境是当今世界突出的两大社会问题，这促使人们更多地意识到能源对人类的重要性，而愈来愈重视太阳能利用和节能热泵技术。目前我国太阳能的热利用主要集中在被动式太阳房采暖和热水器提供家用热水上，而主动式太阳能供热系统的开发的利用相对落后。采用节能装置热泵与太阳能集热设备、蓄热机构相联接的系统方式，不仅能够有效地克服太阳能本身所具有的稀薄性和间歇性，而且可以达到节约高位能和减少环境污染的目的，具有很大的开发、应用潜
10、力。热泵技术是一种很好的节能型空调制冷供热技术，是利用少量高品位的电能作为驱动能源，从低温热源高效吸取低品位热能，并将其传输给高温热源，以达到泵热的目的，从而转能质系数低的能源为能质系数高的能源（节约高品位能源），即提高能量品位的技术。随着人们对获取生活用热水的要求日趋提高，具有间断性特点的太阳能难以满足全天候供热。要解决这一问题，热泵技术与太阳能利用相结合无疑是一种好的选择方法。2.2.2 监控系统技术背景 目前，能源短缺已经成为一个全球性问题，寻找和开发新型能源已经成为当务之急。在国家大力倡导建设节约型社会的今天，热水工程中采用太阳能热水器，结合空气源热泵辅助能源，采用集中采热，分散供水的
11、方式可以全天候的提供温度恒定的热水。但通常控制器安装在屋顶，要对热水器进行检查和维护都要到现场，操作较为麻烦。随着太阳能热利用产业的迅猛发展，太阳能热水工程的规模也越来越大，人们对太阳热水器智能化控制的要求越来越高，在以信息化、数字化、网络化为基础的新经济条件下，太阳热水器的网络化终将成为一个科技发展的必然趋势。远程控制技术进入太阳能行业以计算机技术、现代通讯技术、自动控制技术和NTERNET 等技术为前提，这些技术的综合运用可以实现对现场物理量的实时监测和访问及对各种参数和受控设备的远程监控，对热水系统进行统一的、系统性的控制、保护及管理。2.3控制、监控系统的设计内容2.3.1 控制系统的
12、设计内容太阳能热水（系统），是一种利用太阳辐射能加热系统中循环的水，提供热量的装置组合，它由集热器、连接管路、储热水箱、水泵和其他配件以及控制部分组成。由于它依靠太阳幅射产生热量，只有控制系统需要消耗极少量电能，因此具有节能环保的优点，但对天气的依赖较高，在阴雨天不能提供足够的热水。“热泵”是一种能从自然界的空气、水或土壤中获取低位热能，经过热泵做功，输出高位热能的设备，是一种节能、环保、清洁的采暖制冷和热水设备，是全世界倍受关注的新能源技术。空气源热泵热水设备具有高效节能的特点，其节能效果是电热水设备的4倍，是燃气热水设备的3倍。空气源热泵热水器缺点热泵热水器几乎不受天气影响，以全天候产热水
13、，不论刮风下雨白天黑夜，一天24小时生产供应热水。本系统提出一种智能控制系统，实现太阳能热水器和空气源热泵热水器的微电脑智能化联动控制，太阳能和空气能互补，能满足阴雨天及冬季使用热水的要求，确保365天全天候全自动供应足量热水，广泛应用于一般家庭、小单位到大企业、大集团；几十人、几百人甚至上千人的洗浴。本控制器是以ST公司的STM32 ARM处理器为检测控制核心,以太阳能热水器作为主要加热设备以空气能热泵作为辅助加热设备，不仅实现了温度、水位两种参数的实时显示功能, 而且具有温度设定与控制功能。控制器可以根据天气情况设定每天某个时间水箱应达到的预定水位。在白天，太阳能热水器处在工作状态中，当集
14、热装置的水温达到预定温度时向水箱注水。当阳光不够充足，在预定时间未达到预定水位，则启动在辅助加热装置，即空气能热泵，使蓄水箱内的水温达到预先设定的水位后停止工作。在晚上,太阳能热水器工作停止，由于人们用水，使得水位下降，当低于最低水位时启动空气能热泵，达到设定水位后停机，从而达到24小时供应热水的目的。实际应用结果表明, 该控制器具有性价比高、温度控制与显示精度高、使用方便和性能稳定等优点,提高了我国新能源应用领域控制水平, 具有可观的经济效益和社会效益。2.3.2 监控系统的设计内容太阳能热水器远程实时监控系统是用现代化的通讯技术、电子技术和自动监测仪器，对各远端太阳能热水器的水位和温度等参
15、数进行远程实时监控，实现了太阳能供热系统管理的自动化、信息化、网络化。 该设计由热水器控制器、以太网模块、和监控计算组成。控制器由中央控制单元（即STM32处理器、水位检测电路、水温检测电路、触摸屏、驱动电路，实现了温度、水位两种参数的实时显示功能, 而且具有温度设定与控制功能。STM32处理器通过以太网通信模块和网线与监控室的计算机通信上。监控计算机可对工程现场的水位、水温、冷、热水流量信号进行实时监测、实时显示，可对现场的电加热、电磁阀和水泵等进行自动控制；还可对以上各种参数和控制设备进行远程监控及自动故障诊断；提供用户密码管理，具有系统日志功能，可对有关使用该系统的用户情况进行记录，具有电子签名功能，自动记录系统运行情况及系统操作者的任何操作，以便查阅，并自动生成系统运行记录表及日曲线。具有如下特点：系统可脱离上位机单独运行：监控计算机不需24小时开机，现场控制器在不与电脑连接时也可按照预定的程序运行，当需要了解现场的工作情况时，打开监控软件即可读取时时信息和存储的历史信息。功能扩展灵活、方便：该控制系统可根据实际情况的需要进行编程，可以满足太
