专利名称：一种智能化小区太阳能热水系统的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及小区集中供热水系统技术领域，具体是一种智能化小区 太阳能热水系统。
背景技术：
到目前为止，国内的大面积太阳能供热水系统主要是由集热器联箱阵列、 储水箱、泵阀等组成直流式、自然循环式和强迫循环式系统，利用电加热等 辅助能源，实现全天候提供热水，利用单片机嵌入式系统和继电器控制系统 对系统进行控制。现有的系统存在如下问题
(1) 电加热水箱不能单独供水，使用不方便，而且造成电加热水箱中热 水的浪费。
(2) 无法对系统性能进行自我测试和优化。系统运行过程中，设计者和
使用者对系统性能和效果没有一个直观量化的指标，更无法对系统进行优化， 系统并不能运行到最佳状态。
(3) 由于嵌入式单片机和继电器控制在工业控制方面的缺陷，系统的可 靠性和抗干扰性稍差，而且与其他控制模块没有标准的接口，系统扩展能力 差。
(4) 可操作性差。控制系统的操作人机界面并不友好，需要专业的人员 进行维护和管理。热水系统安装在楼面，考虑到安装和可靠性问题，控制系 统一般安装在顶楼，而一个大型热水系统需要几套控制系统，这就给维护和 管理带来很大困难
实用新型内容
为了克服上述现有技术存在的缺点，本实用新型的目的在于提供一种智 能化小区太阳能热水系统，它的电加热水箱与蓄热水箱分开控制，并可独立
供水，避免了电热水箱中热水的浪费现象；而且自动化程度高、可靠性高、 抗干扰能力强，操作方便；实现对系统的远程监控，便于管理维护。
本实用新型的技术方案是该智能化小区太阳能热水系统，包括分别安 装在多栋建筑上的太阳能热水单元；每个太阳能热水单元包括太阳能集热器 联箱阵列、蓄热水箱、电加热水箱；蓄热水箱与太阳能集热器之间的循环管 路上设有温差循环泵，电加热水箱与蓄热水箱之间的循环管路上设有电热循 环泵；太阳能集热器上设有温度传感器，蓄热水箱和电加热水箱上均设有温 度传感器、水位传感器；与蓄热水箱连接的供水循环管路上设有管道循环泵 和两个蓄热水箱供水电动阀；供水循环管路上连接热水供水管；所述的电加 热水箱上连接有两个电加热水箱供水电动阀，两个电加热水箱供水电动阀通 过管道与所述的管道循环泵的两端连通；电加热水箱上连接有电热放水电磁 阀，该电热放水电磁阀的另一端与自来水管道连通；每个太阳能热水单元中 的各传感器、循环泵、电磁阀、电动阀均与一 PLC控制器电连接，各PLC控 制器分别连接一可视操作装置，所有的PLC控制器通过RS485总线传输或 GPRS/CDMA无线传输与一远程监控计算机联接。
作为本实用新型的进一步的技术方案
在该太阳能热水系统中，所述的太阳能集热器联箱阵列上连接有排空电 动阀，排空电动阀的另一端连接蓄热水箱。 本实用新型的有益效果是
1、将蓄热水箱和电加热水箱水位分别设定控制，可以根据太阳光照强弱 和小区入住量的多少自由设定，这样既保证了供水的品质，又节约了能源。 电加热水箱与蓄热水箱分开独立供水，避免了电加热水箱中热水的浪费现象。防冻时可采用排空与电伴热带防冻相结合，这样不但解决了管道的防冻，而 且有效利用了能源。
2、 系统本身的自我测试PLC可编程控制器可以对每天系统的总产水量、
温度变化、电加热使用情况、用水情况进行统计，计算出太阳能系统的曰有 用得热量和平均热损系数，对系统本身可以进行直观的测试和评估。系统太
阳能日有用得热量Q=(系统总日用得热量-电加热提供热量)/集热器面积； 热量Q《Am厶t 。
3、 系统本身的自我优化PLC可编程控制器通过检测集热器温度的变化 率(IO分钟温度的变化情况)，可以近似模拟太阳光照强度的强弱，PLC内程 序通过査找光照强弱与系统设定运行参数的对照表，按不同的模式进行运行， 使太阳能热水系统运行效率达到最高，既节约能源又取得高品质热水。
4、 采用PLC可编程控制器模块和人机界面触摸屏可视操作装置，自动化 程度高、可靠性高、抗干扰能力强，操作方便。
5、 利用RS485有线通信或GPRS/CDMA无线通信实现对系统的远程监控， 解决了原来一直困扰太阳能小区供水的管理维护不便的问题。
6、 太阳能集热器和控制系统采用模块组合，根据实际情况选用不同类型 集热器和控制模块，方便实现系统优化和系统的功能扩展。
图1为本实用新型中太阳能热水单元的结构示意图； 图2为本实用新型中控制系统信号传输原理示意图； 图3为本实用新型中远程监控计算机与各PLC之间采用RS485总线传输 的原理示意图4为本多用新型中远程监控计算机与各PLC之间采用CDMA / GPRS无线 传输的原理示意图中l太阳能集热器联箱阵列，101太阳能集热器，2蓄热水箱，3电加热水箱，4温差循环泵，5电热循环泵，6电加热装置，7定温放水电磁阀， 8电热放水电磁阀，9管道循环泵，IO蓄热水箱供水电动阀，11电加热水箱 供水电动阀，12蓄热水箱供水电动阀，13电加热水箱供水电动阀，14排空电 动阀，71集热器温度传感器，72电加热水箱温度传感器，73蓄热水箱水位传 感器，74蓄热水箱水温传感器，75电加热水箱水位传感器，76管道循环温度 传感器，15热水供水管，16终端匹配电阻。
具体实施方式
该智能化小区太阳能热水系统，包括分别安装在多栋建筑上的太阳能热 水单元。
如图1所示，每个太阳能热水单元包括太阳能集热器联箱阵列1、蓄热水 箱2、电加热水箱3。蓄热水箱2与太阳能集热器101之间的循环管路上设有 温差循环泵4。太阳能集热器联箱阵列1上连接有排空电动阀14,排空电动 阀的另一端连接蓄热水箱2。开启排空电动阀14即可将太阳能集热器中的水 排到蓄热水箱2内，使太阳能集热器排空防冻。太阳能集热器101上设置有 集热器温度传感器71。蓄热水箱2上设置有蓄热水箱温度传感器74、蓄热水 箱水位传感器73。
电加热水箱3与蓄热水箱2之间的循环管路上设有电热循环泵5。电加热 水箱3上设置有电加热水箱温度传感器72、电加热水箱水位传感器75。
与蓄热水箱2连接的供水循环管路上设有管道循环泵9和两个蓄热水箱 供水电动阀10'、 12。供水循环管路上连接热水供水管15。
电加热水箱3上连接有两个电加热水箱供水电动阀11、 13。两个电加热 水箱供水电动阀ll、 13通过管道与管道循环泵9的两端连通。电加热水箱3 上连接有电热放水电磁阀8，电热放水电磁阀8的另一端与自来水管道连通。 打开电热放水电磁阀8即可向电加热水箱3内放入自来水。管道循环温度传感器76可以检测供水循环管路中的水温，即热水供水管15流出的热水温度。 该系统中的温度传感器采用测温电阻温度传感器，水位传感器采用浮球 式水位传感器。
每个太阳能热水单元中的温度传感器、水位传感器、循环泵、电磁阀、 电动阀及电加热水箱的电加热装置均与一 PLC控制器电连接。
如图2所示，各温度传感器、水位传感器检测到的现场信号即模拟量信 号通过PLC控制器的模拟量接线端子、输入接口电路输入，并进一步通过模 拟量扩展模块将这些信号转换成中央处理单元CPU能够识别和处理的数字量 信号，并存到输入映像寄存器中。运行时CPU从输入映像寄存器读取输入信 息并进行计算、线性化处理，将处理结果传送到输出映像寄存器，PLC通过与 设定值的比较，通过其数字量输出模块对输出接口电路将其弱电控制信号转 换成现场需要的强电信号输出，以驱动各电磁阀、电动阀、循环泵等被控设 备的执行元件。
其工作过程为
与自来水管连通的定温放水电磁阀7、温差循环泵4向蓄热水箱2进水， 提升蓄热水箱2的水位，同时太阳能集热器也进水。太阳能集热器联箱阵列1 放置在屋面采集太阳能能量。当集热器温度传感器71检测到太阳能集热器101 里的水温升高到一定温度时，温差循环泵4会使蓄热水箱2的水与集热器1 里的水进行水循环，从而热交换，使蓄热水箱2里的水温升高。
当蓄热水箱2里的水温达不到设定要求而水位符合要求时，经蓄热水箱 温度传感器74、蓄热水箱水位传感器73检测，将信号传递到PLC控制器，PLC 控制器控制开启电加热装置6，并通过电热循环泵5使蓄热水箱2与电热水箱 3换热，提升蓄热水箱2内的水温；同时因为电热水箱3的热水进入蓄热水箱 2，蓄热水箱2.内的水位也提升。如蓄热水箱2的水位过高，蓄热水箱水位控制器将信号传输到PLC控制 器，PLC控制器控制开启电加热装置6，同时控制将蓄热水箱供水电动阀10、 12关闭，蓄热水箱的供水停止；开启电热水箱供水电动阀ll、 13，供水循环 管路与电加热水箱连通，热水供水管采用电热供水。
当水位传感器75检测到电加热水箱3的水位低时，将信号传输到PLC控 制器，PLC控制器则控制启动电热循环泵5，将蓄热水箱2中的水送到电热水 箱3;或者控制打开电热放水电磁阀8，从自来水管向电加热水箱3内放水。
冬季，在太阳能不足时，需要防冻，则开启排空电动阀14即防冻电动阀， 将太阳能集热器中的水全部放到蓄热水箱2中。当集热器温度传感器71检测 到太阳光达到要求时，该传感器将信号传输到PLC控制器，PLC控制器则控制 定温放水阀7或温差循环泵4自动给到太阳能集热器上水。
每个太阳能热水单元的PLC控制器分别连接一可视操作装置。该智能化 小区太阳能热水系统中所有太阳能热水单元的PLC控制器，通过RS485总线 传输或GPRS/CDMA无线传输与一远程监控计算机即PC机联接。
安装使用及日常维护中，可通过各可视操作装置的人机界面进行系统参 数的设置，还可以通过装有组态软件的远程监控计算机的监控界面进行系统 参数的设置。系统参数的设置包括定温放水设定温度，电加热设定温度，供 水温度，管道循环设定温度，蓄热水箱设定水位，电加热水箱设定水位，排 空时间的设定以及排空上水时间的设定。
PC机与PLC之间的数据传输通过RS485总线传输实现，釆用Modbus通讯 协议，利用PC机COM 口与PLC的RS—485 口进行通讯，由于PC机COM为RS232 口，需要使用RS232/RS485转换器进行转换，其通讯模型如图3所示。为提 高抗干扰性，位于总线两端的差分端口 VA与VB之间应跨接120 Q终端匹配 电阻16，以减少由于不匹配而引起的反射、吸收噪声，有效地抑制了噪声干扰。通过判断各PLC的站号，上位机即PC机通过RS232/RS485转换器将信号 传送到PLC;或者通过判断PLC的站号，将下位机PLC信号通过RS232/RS485 转换器传送到上位机(PC机)。
PC机与PLC之间的数据传输通过GPRS/CDMA无线传输实现，其通讯组网 方案如图4所示。
多个终端设备PLC与同样数量的CDMA/GPRS设备之间一一对应串口连接； CDMA/GPRS设备通过CDMA无线网络与Internet服务器连接；进一步通过防火 墙与远程监控计算机即PC机的组态软件连接。
该方案需要先在Internet运营商申请ADSL等宽带业务，通过域名注册 工具注册域名，通过域名解析出固定IP。 CDMA数据传输终端上电后，它会根 据预先设定在其内部域名来主动访问网络代理服务器，通过代理服务器和监 控中心建立TCP/IP链路。监控中心主站本身维护接入的每个终端的IP地址 和ID号，当主站要向某个监控终端提出数据请求时，它会根据IP地址和ID 号来找到对应的终端，将命令下发到该终端，终端响应后通过CDMA数据传输 终端把数据发到网络代理服务器端口，通过端口影射转发到监控中心主站， 即完成了一个应答式的通讯流程。通过网络传输将数据反馈到公司服务器， 时刻对现场进行检测，具有远程抄表以及远程报表功能。该方案为中心公网 动态IP+DNS解析服务的方式。
其余未述技术为公知技术。
权利要求1、一种智能化小区太阳能热水系统，包括分别安装在多栋建筑上的太阳能热水单元；每个太阳能热水单元包括太阳能集热器联箱阵列、蓄热水箱、电加热水箱；蓄热水箱与太阳能集热器之间的循环管路上设有温差循环泵，电加热水箱与蓄热水箱之间的循环管路上设有电热循环泵；太阳能集热器上设有温度传感器，蓄热水箱和电加热水箱上均设有温度传感器、水位传感器；与蓄热水箱连接的供水循环管路上设有管道循环泵和两个蓄热水箱供水电动阀；供水循环管路上连接热水供水管，其特征是所述的电加热水箱上连接有两个电加热水箱供水电动阀，两个电加热水箱供水电动阀通过管道与所述的管道循环泵的两端连通；电加热水箱上连接有电热放水电磁阀，该电热放水电磁阀的另一端与自来水管道连通；每个太阳能热水单元中的各传感器、循环泵、电磁阀、电动阀均与一PLC控制器电连接，各PLC控制器分别连接一可视操作装置，所有的PLC控制器通过RS485总线传输或GPRS/CDMA无线传输与一远程监控计算机联接。
2、 根据权利要求1所述的一种智能化小区太阳能热水系统，其特征是所 述的太阳能集热器联箱阵列上连接有排空电动阀，排空电动阀的另一端连接蓄 热水箱。
专利摘要一种智能化小区太阳能热水系统，包括分别安装在多栋建筑上的太阳能热水单元；每个太阳能热水单元包括太阳能集热器联箱阵列、蓄热水箱、电加热水箱；其特征是电加热水箱上连接有两个电加热水箱供水电动阀，两个电加热水箱供水电动阀通过管道与管道循环泵的两端连通；电加热水箱上连接有电热放水电磁阀，该电热放水电磁阀的另一端与自来水管道连通；每个太阳能热水单元中的PLC控制器分别连接一可视操作装置，所有的PLC控制器通过RS485总线传输或GPRS/CDMA无线传输与远程监控计算机联接。它的电加热水箱与蓄热水箱分开控制，并可独立供水，避免了电热水箱中热水的浪费现象；而且自动化程度高、可靠性高、操作方便；系统远程监控，便于管理维护。
文档编号F24D17/00GK201251234SQ20082002484
公开日2009年6月3日 申请日期2008年7月2日 优先权日2008年7月2日
发明者丁丽丽, 超 张, 李光元, 潘友军, 鹏 蒋 申请人:山东桑乐太阳能有限公司