控制系统在家用太阳能热水器热性能测试中的应用？
关键词:温度控制配置太阳能热水器测控系统
近年来，随着经济的快速发展，能源和环境开始对人类构成巨大挑战。以太阳能、地热能、风能为代表的绿色可再生能源的开发利用将是解决能源危机和环境危机的有效途径。目前，太阳能热水器已成为我国太阳能利用最成熟、应用最广泛的产品。作为国家经贸委和联合国开发计划署全球环境基金支持的“加快中国可再生能源商业化能力建设项目”的子项目之一，家用太阳能热水器热性能测试检测系统将对家用太阳能热水器行业做出权威、公证、科学的判断。为了适应国内外市场的竞争，该测试系统不仅要满足新的国家标准《家用太阳能热水系统热性能测试方法》GB/T18708-2002，还要满足国际标准ISO 9459-2的性能要求。
一、流程介绍
测试过程如下:早上8点前，将20±0.2℃(设定温度与环境温度有关)的水泵入太阳能热水器储水箱进水口，当水箱进出口水温在规定时间内变化不超过65438±0℃时，关闭太阳能热水器储水箱进出口阀门。太阳能热水器在阳光照射下储存热量，此时的温度被记录为计算太阳能热水器得热量的初始温度。8小时后，启动循环水泵，使太阳能热水器储水箱内的温度均匀。记录此时的温度，用称重法测量热水箱中水的体积。根据下列公式计算太阳能热水器的得热量。
QS=PwCWVS(t2-t1)
式中:QS是指热水储水箱VS中水的体积所包含的系统得热量，单位为兆焦耳(MJ)；pw—水的密度，单位为千克/立方米(kg/m3)；CW——水的比热容，单位为J/kg。℃;VS——热水储槽中的液体体积，m3；T2——集热模式的终点是热水储水箱中的水，单位为℃；t 1——集热试验开始时热水储槽内的水温，单位为℃；
以上实验为独立全天实验，整个实验由n个这样的实验组成。最后给出了太阳能热水器在不同太阳辐照度下的性能曲线。
该测试系统可以同时测试8台太阳能热水器的热性能，其中6台可以用混水法测试，另外2台可以用排水法测试。上述试验方法为混水法，本文省略排水法原理。
二、测控系统组成
根据工艺，太阳能热水器的进水温度控制在20±0.2℃是非常重要的。因此，采用了计算机测控系统。测控系统由研华PCI、PCL系列板卡、ADAM4000系列数据采集模块、通信模块和工控机组成，上位机的显示控制和数据记录功能利用研华的组态软件Autoview和软逻辑软件Kingact实现。测量的参数包括温度、太阳辐射、风速和流量；被控对象包括三通阀、电加热器、变频器、水泵、电磁阀等。
控制系统的结构如图2所示。
上位机的操作系统是Windows2000。通过运行监控软件，可以实现对现场参数的实时显示、测量、控制和记录，并对超限参数进行报警和采取相应的应急措施。工控组态软件具有良好的人机界面，可以根据需要加载不同硬件产品的驱动程序，缩短了项目的开发周期，避免了重复耗时的硬件接口开发工作。
由于测试系统对温度控制的高精度要求，在整个系统运行的情况下，所有的温度传感器都用铂电阻Pt100校准。根据标定数据，用最小二乘法回归后误差小于0.05℃。经过校准和回归后，流量计的精度在给定的定量范围内优于测量值1%，8个电磁流量计中误差最大的一个的测量误差为0.25%。
三、典型控制环节
1，循环水箱温度控制
冷水机组自带一套控制系统，根据循环水温设定值自动启停风冷机组，冷水机组出口水温在2℃之间波动。板式换热器的一次侧设有电动三通阀，根据循环水箱的温度调节电动三通阀的开度，将循环水箱的温度控制在设定值65438±0℃以内。
2.主进水管的温度控制
来自主进水管的水由循环水箱至各检测单元进水口的一级电加热器加热，一级电加热的可控硅调功器通过PID调节，将主进水管的温度控制在设定温度的±0.5℃以内。
3、测量单元入口温度控制
本测试系统* * *有八个检测单元，每个检测单元的进水温度需要稳定在设定温度的±0.2℃，其设定值设定为进水总管温度设定值加1℃，以减少进水总管温度波动的影响。通过PID调节各检测单元入口二次电加热的SCR控制器，使温度稳定在要求的范围内。
从上面的介绍可以看出，水温控制是一个通过四级控制逐渐收敛的过程。一、冷水机冷却常温水，自动控制冷水机出口水温在16±2℃(以16℃为例)；通过调节板式换热器一次侧电动三通阀，使循环水箱水温保持在181℃；主电加热器将水温升至19±0.5℃；最后，每台热水器进口水温从二级电加热器升高到20±0.2℃。
四、测试数据
图4中的数据曲线是在规范要求的太阳辐射和风速条件下，同时测试四台家用太阳能热水器热性能得到的数据之一。在热水器暴晒前，确保每个检测单元的水温波动在0.2℃以内，流量波动在50l/h以内..
动词 （verb的缩写）软件的主要功能
1.实时监控人机界面
研华Autoview组态软件开发了方便、易用、友好的人机界面。根据功能和过程的不同，画面分为以下几类:过程画面、检测单元画面、报警画面、报表查询画面、实时趋势画面、历史趋势画面、PID控制画面、环境参数画面，可以方便地切换，实时在线调整各种参数。
在工艺流程画面上，可以显示工艺流程各单元与设备运行状态的关系，如水泵的启停、故障状态、水泵变频调速器设定的频率值、各控制点的实时温度数据等。在PID控制界面上，可以显示控制环节的设定值、实时温度数据、输出百分比、PID参数和温度控制过程曲线。您可以在此界面上修改设定值、PID参数等。
2.警报和事件
报警和事件主要包括变量报警事件、操作事件和用户登录事件。通过这些报警和事件，用户可以方便地监控和检查系统的报警和运行情况。当参数超过限值时，报警画面会出现相应的提示，当参数回到正常范围时，报警画面会提示报警恢复。报警和事件历史可在上位机实时显示，报警和事件可通过ODBC写入ACCESS数据库，便于故障和事件分析。
3.实时趋势和历史趋势
PID调节参数时，通过实时趋势画面的显示可以观察到设定值与实际值的差异，进而调节比例、积分、微分参数。历史趋势画面可以同时查询某段时间内八个参数的变化趋势。历史趋势屏幕还可以自由选择要查看的参数和查询时间段。
4.声明
在报告屏幕中，操作人员可以根据需要选择报告所需的参数和相应的时间间隔，查询结果显示在屏幕上，并可由打印机直接打印输出。
5.数据记录
系统采集和控制的历史数据以rec格式保存在指定的数据库路径下。可以通过报表查询和历史趋势调用查看历史数据。由于记录数据量大，重要参数通过脚本编程调用SQL函数，设置ODBC传输数据访问数据库。
6.系统的安全管理
为了保证系统的正常运行，防止误操作对整个系统的影响，同时考虑到软件本身的安全性，防止操作人员误操作修改源程序，设计了不同的安全区，给不同的操作人员分配不同的权限，保证控制命令的准确传递。
7.软逻辑与组态软件的结合
用Kingact软逻辑软件实现复杂的控制功能。软逻辑控制器作为控制设备加载到组态软件中。将采集到的被控参数、需要设置和调整的参数、用于控制的条件参数设置并赋给相应的软逻辑参数寄存器，然后传输给Kingact的相关功能模块。用梯形图编程Kingact，然后进行在线调试、动态编辑和下载，用软逻辑实现控制功能。实践证明，取得了良好的控制效果。
更多工程/服务/采购招标信息，提高中标率，可点击官网客服底部免费咨询:/#/？source=bdzd