专利名称：太阳能与热泵联合集热计算机控制系统的制作方法
技术领域：
本发明属于计算机应用，具体的说，涉及一种用于新能源领域的太阳能与热泵联合集热计算机控制系统。
背景技术：
太阳能和空气热源属于可再生和可持久利用的能源，太阳能与空气源热泵，是近年来推广的热点产品，它们可以利用清洁卫生无污染的太阳能和空气中的热量，加热生产和生活用水，但是，现有的太阳能与空气源热泵都是独立使用，没有联合控制装置，这样的使用效果不佳。根据申请人进行的资料检索，目前还没有将太阳能与空气源热泵联合使用的方法及其产品。
发明内容
本发明的目的在于，提供一种太阳能与热泵联合集热计算机控制系统，本发明将计算机应用于太阳能与热泵技术中，解决了二者联合供热中的关键技术问题，该控制系统能根据天气、环境温度、水温、水量等参数，自动对联合集热系统设置最佳控制参数，实现最佳控制。
为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案太阳能与热泵联合集热计算机控制系统，其特征在于，该系统包括一信号处理器，用于接收多路温度传感器送来的温度信号，并对温度信号进行滤波、放大和驱动处理；一个热泵、太阳能集热器循环泵、进水电磁阀、用户供水泵、辅助电加热设备的配电柜，用于热泵、太阳能集热器循环泵、进水电磁阀、用户供水泵、辅助电加热设备的执行机构；一监控主机，该监控主机与信号处理器连接，还分别连接有PC计算机、220V交流电源、照度传感器/硅光电池、水位传感器，用于对信号处理器处理后的多个温度信号、照度传感器/硅光电池接收的太阳光照度信号、水位传感器给出的水箱水位信号的数据采集、数字滤波、数据处理与分析，并完成工作参数设定、工作模式设定；通过计算比较，调用主机内存的模糊规则库对热泵、太阳能集热器循环泵、进水电磁阀、用户供水泵、辅助电加热设备的配电柜的全部动力设备的执行机构进行智能控制。
本发明的计算机控制系统，在电脑内建立模糊规则库，通过对多个太阳能集热器的温度、供热水箱温度、环境温度、太阳光照度、水箱水位的采集，使设备的执行机构合理科学的工作。在满足用户使用热水的条件下，最大限度的利用太阳能，最大限度的节约电能。本发明填补了PC计算机+现场监控主机进行太阳能与热泵联合集热控制技术的空白，该系统性能稳定可靠，符合国家能源发展计划，对于节约现有能源、发展新能源具有重要意义，亦具有重要学术意义和经济意义，有广泛的工程应用价值。
图1是太阳能一热泵联合集热系统的结构图，也是本发明一个实际应用系统；图2是本发明的太阳能与热泵联合集热计算机控制系统原理框图；图3是控制系统的PC微机工作界面图；是2005年7月29日早8点21分39秒的实际工作界面。
图4是温度传感器Pt100的3根引出线定义图；图5是智能单元电路图；以下结合附图和工作原理对本发明作进一步的详细说明。
具体实施例方式
本发明可以应用于有多组太阳能集热器、多组热泵组成的系统，也可以用于一组太阳能集热器、一组热泵组成的系统，也可以应用于单一的太阳能系统，也可以应用于单一的热泵系统。
本发明的原理框图与连接关系见图2，太阳能与热泵联合集热计算机控制系统包括信号处理器1，该信号处理器1分别与所有温度传感器Pt100相连，监控主机2，监控主机2分别与信号处理器1、台式PC计算机3、220V交流电源4、热泵、太阳能集热器循环泵、进水电磁阀、用户供水泵、辅助电加热等设备的配电柜5、照度传感器/硅光电池6、水位传感器7相连。220V交流电源4还分别与信号处理器1、PC计算机3、热泵、太阳能集热器循环泵、进水电磁阀、用户供水泵、辅助电加热等设备的配电柜5相连。
这里需要说明的是，本发明的计算机控制系统，在监控主机2内建立模糊规则库，根据采集的各种传感器的数据和当时的季节日期，进行解模糊运算，本发明建立的模糊规则库，以季节(如春、夏、秋、冬)、日期(如几月几日)、天气(由传感器信号判断)和采集的其他信号为模糊输入变量，根据每一个模糊输入变量，进行模糊子集划分，对每一个变量确定相应的隶属度函数，然后进行推理和解模糊，最后获得输出控制所需的模糊解，对热循环泵、热泵机组、进水电磁阀、辅助电加热等设备进行精确控制。目前，模糊控制技术已经成功应用于工业控制领域，但将其应用于太阳能与热泵联合集热控制中尚属首次。关于模糊控制理论与技术，可参看目前书店公开出售的各种模糊数学、模糊控制技术等技术书籍，这里不再赘述。
本发明应用的系统示意图见图1。是本发明的第一个实际应用系统。图中显示的系统是两组太阳能集热器和两组热循环泵组成的日供30吨热水的应用系统，水箱上有进水阀和热泵机组，还有一个电辅助加热器，该系统通过本发明的JK2000自动控制系统和用户循环泵将热水提供给用户。
本发明的系统工作原理如下监控主机2完成多路温度信号、太阳光照度信号、水箱水位信号的数据采集、数字滤波、数据处理与分析；完成工作参数设定、工作模式设定；通过计算比较，调用主机内存的模糊规则库对各组热泵、各组太阳能集热器循环泵、各个用户供水泵、水箱供水电磁阀、辅助电加热等全部动力设备的执行机构5进行智能控制；通过485接口与PC计算机3进行数据传输和命令传输通信。监控主机2内部由直流电源、控制主板、信号处理板、控制输出驱动板等电路板组成。
PC计算机3完成所有设备工作状态的彩色图形直观显示，诸如水箱水位、水箱温度、各组太阳能集热器温度、环境温度，并显示各组热泵、各组太阳能集热器循环泵、各个用户供水泵、水箱供水电磁阀、辅助电加热等全部动力设备的工作状态。使值班人员能够一目了然。同时也可以通过PC机设置各种工作参数。其工作界面如图3所示。图3所示的PC机工作界面，是2005年7月29日早8点21分39秒的实际工作界面。该界面显示了所有传感器的工作状态，能方便地修改和设置所有工作参数，包括热泵各工作时段的起止时间、各水位时段的起止时间和各水位时段的最低水位、热泵启动温差和停机温差、热循环泵起动温差和停机温差、辅助电加热启动的环境温度上限等。还有时钟设置、通信波特率设置以及系统维护等。
信号处理器1完成对所有温度传感器送来的信号的滤波放大驱动。将处，理后的信号通过多芯电缆传送给监控主机2。
220V交流电源7为控制系统中的信号处理器1、监控主机2、PC计算机3和泵、太阳能集热器循环泵、进水电磁阀、用户供水泵、辅助电加热设备的配电柜5提供电压。
热泵、太阳能集热器循环泵、进水电磁阀、用户供水泵、辅助电加热设备的配电柜5内安装有三相电源总闸刀、辅助电加热闸刀、各组热泵、各组太阳能集热器循环泵、各个用户供水泵、水箱供水电磁阀、辅助电加热等所有动力设备的接触器和热继电器(保护器)，所有动力设备的接触器的通断都受监控主机2的控制。
每一个温度传感器Pt100的3根引出线定义如图4所示，所有Pt100的TXO线接信号处理器的电路板的地线。所有Pt100的TX1、TX2线顺次接信号处理器信号入口的各引脚。
220V交流电源输入给信号处理器1中的开关电源，由该开关电源再输出±12V和+5V三种电压供给信号处理电路。
该信号处理电路可以处理多路mV级信号(最少14路)，经过滤波放大后将温度传感器的mV级信号转换为最大为±10V的信号。信号处理电路输出端口从第1引脚起，顺次输出放大后的各路温度信号，输出端口的最后两个引脚为信号地线。
从信号处理器送来的多路信号顺次接入监控主机的信号输入端口的各引脚。信号处理器来的地线接入控制主机的信号输入端口的最后两个引脚。
监控主机2与PC计算机3通过RS485总线相连进行通信，在PC计算机的COM1端口加装RS232-RS485通信转换电路，进行电平转换。
以下是发明人给出的实现本发明的电路，其具体说明如下监控主机2内部由直流电源、控制主板、信号处理板、控制输出驱动板等电路板组成。220V交流电源输入给开关电源模块，开关电源输出±12V和+5V三种电压供给各个电路板。各电路板的连接关系如下。
控制主板电路如图5、6所示，各元件的名称、规格以图中所标为准。
图5为智能单元电路图，该单元包括高性能DSP器件TMS320LF2407(U1)及其JTAG接口，逻辑器件EPM7128LSC84(U2)及其JTAG接口，数据存储器IS61LV6416(U3)，12位AD转换器AD1674(U4)，多路模拟开关CD4067(U5)，液晶显示器240128接口LCD1。各元件的线路连接关系为，U1的数据线D00～D07对应连接U2的数据线D00～D07(U2的D00～D07引脚顺次为75、74、77、76、65、67、69、70)，U1的数据线D00～D15对应连接U3的数据线D00～D15，U1的数据线D00～D11对应连接U4的数据线D00～D11。U1的地址线A00～A15对应连接U3的A00～A15，U1的A13～A15连接U2的A13～A15(其引脚顺次为10、27、17)。U2的LDO～LD7引脚顺次为80、58、60、50、49、48、45、44，分别与液晶显示器插座LCD1的引脚6、7、8、9、10、11、12、13相连，LDO～LD3与U5的地址编码输入引脚A0、A1、A2、A3顺次相连。U5的INH脚与U2的37脚相连。U2去输出控制的引脚NN分别为22、24、25、28、29、30、33、35、36。图中U1、U2、U3、U4、U5的其他引脚与外围电阻电容等器件的连接各按其器件使用说明书要求进行，不再说明。
图6为信号调理电路的连接关系。来自传感器的16路信号输入信号调理电路，经过信号调理电路滤波放大，再输出给多路模拟开关。通过多路模拟开关顺次选通进行数据采集。
图7为输出控制电路，这里只画出1路，其他与此完全相同。来自控制单元的某一路控制信号经过电阻RX输入给三极管TX(9013)的基极，9013的发射极接地，其集电极接继电器J13F线圈的一端。J13F线圈的另一端接直流+12V。续流保护二极管DX(IN4007)与J13F相并联用以保护三极管9013，其阳极接9013集电极，其阴极接+12V。交流220V输入经过J13F的动合触头的接通或断开，以供给或撤消交流接触器线圈上的工作电压，从而达到接通或断开设备三相工作电源的目的。
权利要求
1.太阳能与热泵联合集热计算机控制系统，其特征在于，该系统包括一信号处理器(1)，用于接收多路温度传感器送来的温度信号，并对温度信号进行滤波、放大和驱动处理；一个热泵、太阳能集热器循环泵、进水电磁阀、用户供水泵、辅助电加热设备的配电柜(5)，用于热泵、太阳能集热器循环泵、进水电磁阀、用户供水泵、辅助电加热设备的执行机构；一监控主机(2)，该监控主机(2)与信号处理器(1)连接，还分别连接有PC计算机(3)、220V交流电源(4)、照度传感器/硅光电池(6)、水位传感器(7)，用于对信号处理器(1)处理后的多个温度信号、照度传感器/硅光电池(6)接收的太阳光照度信号、水位传感器(7)给出的水箱水位信号的数据采集、数字滤波、数据处理与分析，并完成工作参数设定、工作模式设定；通过计算比较，调用主机内存的模糊规则库对热泵、太阳能集热器循环泵、进水电磁阀、用户供水泵、辅助电加热设备的配电柜(5)的全部动力设备的执行机构进行智能控制。
2.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述的PC计算机(3)用于水箱水位、水箱温度、各组太阳能集热器温度、环境温度的图形直观显示，并显示各组热泵、各组太阳能集热器循环泵、各个用户供水泵、水箱供水电磁阀、辅助电加热全部动力设备的工作状态，和设置各种工作参数。
3.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述的监控主机(2)与PC计算机(3)通过RS485总线相连进行通信，在PC计算机(3)的COM1端口加装RS232-RS485通信转换电路，进行电平转换。
4.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述的监控主机(2)的内部含有直流电源、控制主板、信号处理板、控制输出驱动板。
全文摘要
本发明公开了一种太阳能与热泵联合集热计算机控制系统，它包括现场监控主机、PC计算机、多路温度传感器、水位传感器、太阳光照度传感器、信号处理器。在电脑内建立模糊规则库，通过对多个太阳能集热器的温度、供热水箱温度、环境温度、太阳光照度、水箱水位的采集，根据采集的各种温度数据，进行解模糊运算，输出控制信号，控制太阳能集热器与水箱的循环泵、空气源热泵机组、用户供水泵、供水电磁阀等设备科学合理地工作，在满足用户使用热水的条件下，最大限度的利用太阳能，节约电能。该系统性能稳定可靠，高效节能。符合国家能源发展计划，对于节约现有能源、发展新能源具有重要意义，亦具有重要学术意义、经济意义和广泛的工程应用价值。
文档编号G05D9/00GK1749893SQ20051004302
公开日2006年3月22日 申请日期2005年7月29日 优先权日2005年7月29日
发明者毕宏彦, 侯建伟, 闻宏志 申请人:西安交通大学