相变蓄热空气源热泵热水机组控制系统及其控制方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及一种空气源热累热水机组控制系统，尤其一种用于相变蓄热蒸发型空 气源热累热水机组的控制系统。
【背景技术】
[0002] 本专利申请是基于申请人已申请的公开号为CN102798214A公开的"一种相变蓄 热空气源热累热水机组"的发明专利，实现对其进行智能化自动检测并控制的技术方案申 请，经发明人检索，能够获得的现有技术如下：
[0003][0004][0006] 上述现有空气源热累热水机组在运行时，存在参数不直观、系统数据不明确、工况 不稳定、压缩机易损坏、无法故障预警、故障信息滞后、无系统自保护和控制智能化程度低 等缺陷，迫切需要针对空气源热累热水机组开发一种集监测、控制、保护与智能识别于一体 的自动控制系统。
【发明内容】
[0007] 本发明针对公开号为：CN102798214A公开的"一种相变蓄热空气源热累热水机 组"的发明专利，提供一种相变蓄热空气源热累热水机组控制系统及其控制方法，解决相变 蓄热蒸发型空气源热累热水机组加热效率低，参数监测不准确的问题，实现自动控制。
[0008] 实现上述目的的技术方案如下。
[0009] 一种相变蓄热蒸发型空气源热累热水机组控制系统，包括微控制器单元、传感器 单元、模拟量调理单元、数据采集单元和驱动单元；其特征在于：
[0010] 所述微控制器单元，包括微控制器GPIOA口与数据采集单元通过SPI总线进行通 讯连接；微控制器GPIOE口与电子膨胀阀驱动单元连接，发出电子膨胀阀步进电机所需励 磁信号，实现电子膨胀阀的脉冲控制；微控制器USARTl口与通讯单元通过RS232总线与屏 幕显示单元连接，用于实时显示系统各参数和状态；微控制器GPIOB口与继电器驱动单元 控制端进行连接，通过继电器触点对交流电磁阀、四通换向阀、压缩机和蒸发器进行系统自 动启停控制；微控制器GPIOC口与继电器驱动单元控制端连接，读取继电器当前状态；微控 制器GPI0E15 口与操控单元手/自动按钮输入端连接，CPU获取手自动控制信号，实现系统 手动/自动控制；微控制器GPIOD口与显示单元面板L邸显示灯控制端连接，对指示灯进行 控制，显示当前继电器通断状态；
[0011] 所述传感器单元，包括溫度传感器、液位传感器和压力传感器，其中：在压缩机出 口设置有溫度传感器，用于监测压缩机出口溫度；在压缩机出口与四通换向阀之间安装压 力传感器，监测压缩机出口压力；在冷凝器套管出口设置有溫度传感器，监测冷凝器出口水 溫；在冷凝器出口设置有溫度传感器，监测冷凝器出口工质溫度；在环境空气中设置有溫 度传感器，监测当前环境溫度；在蒸发器出口设置有溫度传感器，监测蒸发器出口工质溫 度；在蓄热器蓄热管道出口设置有溫度传感器，监测蓄热器出口工质溫度；在蓄热器放热 管道进口设置有溫度传感器，监测蓄热器进口工质溫度；在蓄热器放热管道出口设置有溫 度传感器，监测蓄热器出口工质溫度；在保溫水箱内设置有液位传感器，监测保溫水箱的实 时水位；
[0012] 模拟量调理单元，包括溫度调理电路、液位调理电路和压力调理电路，其中：溫度 调理电路输入端分别与溫度传感器输出端相连接，液位调理电路输入端与液位传感器输出 端相连接，压力调理电路的输入端与压力传感器输出端相连接；调理电路单元将传感器单 元的输出信号隔离转变为直流电压信号，传输到数据采集单元信号采集通道输入端；
[0013] 数据采集单元，包括A/D转换器，其中：A/D转换器的信号采集输入端分别与压力 调理电路输出端和溫度调理电路输出端相连接，A/D转换器信号采集输入端分别与液位调 理电路输出端和溫度调理电路输出端相连接；
[0014] 驱动单元，包括继电器驱动电路和电子膨胀阀驱动电路，继电器驱动电路用于 控制电磁阀、四通换向阀、压缩机和蒸发器启停通断，继电器驱动单元控制端与微控制器 GPIOC口连接，向微控制器发送继电器控制单元实时状态；电子膨胀阀驱动单元信号控制 端与微控制器GPIOE口连接，接受微控制器发出的脉冲励磁信号，驱动单元输出端连接有 电子膨胀阀并输出脉冲励磁信号，电子膨胀阀接收励磁脉冲信号后，驱动步进电机正反转 对管路开度进行调节，调整加热装置的制冷剂流量。
[0015] 一种用于上述相变蓄热蒸发型空气源热累热水机组控制系统的控制方法，所述控 制方法是通过对压缩机、冷凝器、蒸发器、蓄热器、保溫水箱W及环境空气中设置的溫度传 感器、压力传感器和液位传感器，由微控制器采集传感器信号，对相变蓄热蒸发型空气源热 累热水机组运行状态、环境溫度和冷凝器进口水溫进行综合判断，识别系统所处不同工况， 微控制器的驱动单元控制热水机组中的电磁阀及电子膨胀阀的开度，对系统工质流经路径 进行控制，对工质流量进行调节，改变系统的运行状态，微控制器的驱动单元控制保溫水箱 电磁阀对保溫水箱水位进行调节；同时通过微控制器对采集的信号进行分析、处理、显示和 上传，提供热水机组的运行信息。
[0016] 上述的控制方法中，所述控制方法对当前系统不同工况的判断方法是通过数据采 集单元所采集的传感器信息，微处理器计算得到溫度、压力和液位实际值，并对信号进行信 息融合，进而综合判断系统冷凝器进口水溫Tl,当冷凝器进口水溫Tl大于设定阔值时，进 入单独蓄热模式，在此期间，判断蓄热器出口工质溫度T4,当T4大于设定阔值时，系统发生 保护并停机；当冷凝器进口水溫Tl小于设定阔值并且环境空气溫度化大于设定阔值时，系 统进入供热一蓄热模式；当冷凝器进口水溫Tl小于设定阔值并且环境空气溫度化小于设 定阔值时，系统进入供热一放热模式；当环境空气溫度化小于设定阔值，并且蒸发器出口 工质溫度T3与蒸发器进口工质溫度巧差值大于设定值时，系统进入除霜工况；
[0017] 上述的控制方法中，所述控制方法对系统工质流经路径进行控制的方法是根据微 处理器计算、分析和判断各个参数，得出系统应处工况，系统发出控制信号，驱动电路通过 对相应电磁阀进行开断操作，从而使工质流经路径发生改变；具体操作如下： 阳0化](1)关闭电磁阀F1、F2、F6与巧,开通电磁阀F3、巧和四通换向阀，并启动水累、蒸 发器和压缩机，此时系统处于单独蓄热模式；
[0019] 似关闭电磁阀F2、F5、F6与F7，开通电磁阀Fl、F3和四通换向阀，并启动水累、 蒸发器和压缩机，此时系统处于供热一蓄热模式；
[0020] 做关闭电磁阀F5、F6与F7，开通电磁阀Fl、F2、F3和四通换向阀，并启动水累、 蒸发器和压缩机，此时系统处于供热一放热模式；
[0021] (4)关闭电磁阀F1、F2、F3、F5、四通换向阀、水累及蒸发器，开通电磁阀F6、巧与 压缩机，此时系统处于除霜模式。
[0022] 上述的控制方法中，所述控制方法是对系统工质流量进行调节控制，根据微处理 器计算得出工质流量所需开度，进一步计算出电子膨胀阀步进电机所需励磁脉冲数，微处 理器对步进电机驱动电路输出控制信号，进而对电子膨胀阀进行脉冲励磁控制。
[0023] 上述的控制方法中，所述控制方法是对保溫水箱水位进行调节控制，当微处理器 识别到液位传感器数值小于设定低值时，微处理器发出控制信号，驱动电路对控制信号做 出相应的操作，电磁阀F4开启，对保溫水箱进行注水；当微处理器识别到液位传感器数值 大于设定高值时，微处理器发出控制信号，驱动电路对控制信号做出相应的操作，电磁阀F4 关闭，对保溫水箱停止注水。
[0024] 上述的控制方法中，所述控制方法是对传感器数字量信号进行软件滤波处理控 审IJ，微处理器对每路传感器数字量信号数值采集五次，CPU对五个数值进行从大到小顺序排 列，去除最大值和最小值，并对中间=个值进行平均计算，取该平均值为传感器当前数值。
[0025] 上述的控制方法中，所述控制方法是对实时系统工况状态进行判断控制，通过数 据采集单元所采集的传感器信息，微处理器计算得到溫度、压力和液位实际值，并对上述信 号进行信息融合，进而综合判断出系统所处工况，系统发出控制信号，驱动电路通过对相应 电磁阀进行开断操作，从而使工质流经路径发生改变；系统共有四种不同工况，首先，判断 冷凝器进口水溫Tl,当冷凝器进口水溫Tl大于设定阔值时，进入单独蓄热模式，此时电磁 阀F3、巧和水累开启，F1、F2、F6、巧关闭，压缩机、蒸发器开启，四通换向阀接通，工质流经 路径为：压缩机一四通换向阀一相变蓄热器一储液器一电子膨胀阀R2-室外翅片式蒸发 器一四通换向阀一气液分离器I-压缩机，在此期间，判断蓄热器出口工质溫度T4,当T4 大于设定阔值时，系统发生保护并停机；当冷凝器进口水溫Tl小于设定阔值并且环境空气 溫度化大于设定阔值时，系统进入供热一蓄热模式，此时，电磁阀Fl、F3开启，F2、巧、F6、巧 关闭，开通四通换向阀，并启动水累、蒸发器和压缩机，工质流经路径为：压缩机一四通换向 阀一冷凝器一相变蓄热器一储液器一电子膨胀阀R2-室外翅片式蒸发器一四通换向阀一 气液分离器II-压缩机；当冷凝器进口水溫Tl小于设定阔值并且环境空气溫度化小于设 定阔值时，系统进入供热一放热模式，此时，电磁阀F1、F2、