主动式太阳房采暖控制系统设计(上)

摘要随着社会经济的迅速发展和世界能源的紧张，工业和城市居民对供热质量和供热可靠性的要求不断提高，利用先进的自动化技术、控制技术，设计高性能、高节能、能适应不同领域的供热系统成为必然趋势。

本论文首先通过分析太阳能集中供热自动控制系统的基本特性和PID恒温水箱控制原理，阐述了水泵变频运行的节能原理，设计了一种恒温、变频调速恒压供水控制系统。

该系统基于西门子公司PLC及扩展模块构建硬件平台的设计方案，采用温度、水位、压力等测量变送器，对供水箱的温度参数进行检测与控制，根据采集到的温度信号控制进水阀开度的大小和加热器的通断。

供水过程中对管网末端压力及水箱水位参数进行检测和控制，并根据采集到的压力和水位信号，控制水泵的工频运行、变频运行以及启停顺序。

论文主要阐述了I/O分配表、外部端子接线图、主电路控制原理图等硬件设计及梯形图软件设计内容。

目前，本文的太阳能集中供热自动控制系统已在辽工留学生公寓住宅供热控制系统中得到应用，经实践证明该系统具有高度可靠性和实时性，极大地提高了太阳能供热的质量，并且节省了人力，具有明显的经济效益和社会效益。

关键词：可编程控制器；恒温供水；变频器；恒压供水SummaryWith therapid socio-economicdevelopment and theworld's energytension, industrial and urbanresidents'quality of heatingand heatingincreasingreliability requirements, the use ofadvanced automationtechnology, controltechnology, designhigh-performance,high energy,able to adapt todifferentfield ofheating systemshas become an inevitabletrend.This paper first analyzes the solar central heating system, the basic characteristics of the automatic control and PID control theory thermostatic water tank and pump frequency operation described energy conservation principle, the design of a constant temperature, frequency control water supply control system.Thesystem is based onSiemensPLCand expansionmodulesto buildthe hardware platformdesign, the use oftemperature, water leveland pressuremeasurement transducer,the temperature ofthe water supplytankparametersto detect and control, according to thecollectedtemperature signalcontrolledinlet valveopenthe size anddegree ofthe heateroff.Wateron theofficial website of theend ofthe processpressureand waterleveldetection and controlparameters, and according tothe collectedpressureand water levelsignals to control thepumpfrequency operation, frequencyoperation, andstart and stopsequences.Thesisdescribes theI / Oallocation table, the external terminalwiring diagram,main circuitcontrol schematicsand other hardwaredesign andsoftware designladdercontent.Currently,thissolarcentral heatingsystems haveautomatic controlengineeringstudentsinLiaoningapartmentresidential heatingcontrol system has beenapplied,the system hasprovenhigh reliability andreal time,which greatly improved thequality ofsolar heatingandsave manpower,with obvious economicand social benefits.Keywords: PLC;temperature transmitter;inverter;pressure transmitter;LevelTransmitter目录第1章绪论 (1)1.1课题设计的背景 (1)1.2简述太阳能新能源的发展趋势 (1)1.3简述太阳能热利用的意义 (3)1.4任务及要求 (3)第2章系统设计方案 (5)2.1 系统总体设计方案 (5)2.2 液位控制系统设计 (6)2.3 温度控制系统设计 (8)2.3.1 太阳能热水系统辅助热源选择 (8)2.3.2 冷热水混合方案 (9)2.4 压力控制系统设计 (9)2.4.1 变频构成恒压供水系统的构成及工作原理 (10)2.4.2 变频调速原理 (12)2.5 日用水量的确定 (13)2.6 太阳能集热面积的确定 (14)第3章硬件电路设计与器件选型 (15)3.1 I/O分析 (15)3.2 PLC及扩展模块选型 (16)3.3 I/O分配 (17)3.4 调节阀 (18)3.5 压力传感器液位传感器的选择 (19)3.6 温度传感器 (21)3.7 电机水泵 (21)3.8 变频器 (22)3.8.1 变频器的型式选择 (22)3.8.2 变频器容量选择 (23)3.8.3 变频器箱体结构的选用 (23)3.9 电磁阀 (24)3.10 电加热器选择 (25)3.11 恒压供水配电电路图 (26)3.12 水泵控制主电路设计 (27)第4章数字PID及系统编程 (28)4.1 PID调节原理 (28)4.2 PID参数设置 (29)4.3 PID设定值的调整 (30)4.4 STEP7-Micro/Win32简介 (31)4.5 程序流程设计 (32)4.5.1 液位控制系统流程图 (32)4.5.2 温度控制系统流程图 (33)4.5.3 压力控制系统流程图 (34)4.5.4 主程序 (35)4.5.5 初始化程序 (35)4.5.6 控制程序 (37)4.5.7 自动程序 (38)4.5.8 手动程序 (40)第5章设计总结 (42)致谢 (43)参考文献 (44)附录Ⅰ (45)附录Ⅱ (46)附录Ⅲ (47)第1章绪论1.1课题设计的背景太阳能是一种清洁、高效和永不衰竭的新能源。

主动式太阳房温度蚁群-PID控制系统研究摘要：文中在研究主动式太阳房采暖系统基础上，针对其中的温度控制，提出了一种蚁群—PID的复合控制算法。

该算法利用蚁群算法在线优化PID控制器的三个参数，达到改善整个控制系统性能、取得最佳控制效果的目的。

经过仿真验证，该复合控制算法的控制性能优于常规的控制器，对主动式太阳房中的温度调节取得了良好的控制精度，以及调节的平滑性、可靠性，提高了太阳能这种可再生能源的使用效率，发挥了其在建筑节能中的作用，突出了信息技术在节能降耗中的功效。

关键词：主动式太阳房集热设备PID 蚁群算法随着我国能源需求的与日俱增，对太阳能这种可再生能源的使用愈加受到人们关注。

尤其在建筑节能中，关于太阳能的应用成为热点。

在以往主动式太阳房的控制系统中，控制系统采用常规的PID温度控制算法。

该算法使得系统的可靠性及鲁棒性都得不到最大的满足，而本文针对“主动式太阳房”这种新型的太阳能应用模式，提出了其中的温度控制算法。

如图1所示，主动式太阳房主要是由太阳能集热器、蓄热水箱、循环水泵、散热器、辅助热源、温度传感器、控制系统等组成，太阳房中的控制系统是恒温控制系统，而太阳房的采暖及供热系统主要是针对温度的控制。

在控制系统策略的选择方面，一般采用PID控制算法，若其三参数、、（­——比例系数；——微分系数；——积分系数）选择恰当，控制算法就有良好的鲁棒性及可靠性。

因此，针对不同被控对象的PID三参数的整定问题，一直是该算法应用的“瓶颈”。

本文正是根据太阳房温度控制的特点，提出蚁群—PID控制算法。

1 主动式太阳房采暖系统[1][2][5]主动式太阳房采暖系统（如图1所示），可分为三个回路，主要包括集热器、蓄热水池、循环水泵、散热器、辅助热源、温度传感器，控制器等设备。

第一个回路为集热回路。

安装在集热器底部的温度传感器采集到的温度高于设定的温度值时，控制器对循环水泵操作，水泵开启，此时水从补水箱经循环泵进入集热器，然后经由补水泵到达蓄热水箱，完成热量的交换和储存。

主动式太阳能热水供热采暖系统设计一、引言太阳能热水供热采暖系统是指通过太阳能采集器将太阳能转化为热能，用于供应热水和供热采暖。

本文将介绍一个基于主动式太阳能热水供热采暖系统的设计。

二、系统工作原理1.太阳能采集器：通过该部件将太阳能转化为热能，一般采用平板式太阳能集热器或真空管式太阳能集热器。

太阳能采集器通常安装在屋顶或阳台等能够接受充足阳光的位置。

2.储热水箱：该水箱用于存储太阳能采集器采集到的热能，保证系统在夜间或无太阳能供应时仍能提供热水和采暖。

储热水箱具有一定的绝热性能，以减少热损失。

3.循环泵：通过循环泵，将储热水箱中的热水循环送至用户使用处，如热水龙头和采暖设备，确保用户得到热水和供暖。

4.控制系统：控制系统是系统的智能大脑，通过监测太阳能采集器的热能输出和储热水箱的温度，自动控制循环泵的运行和关闭，以保证系统性能和操作的便利性。

三、系统设计要点在设计太阳能热水供热采暖系统时，需要考虑以下几个要点：1.太阳能采集器的选择：选择合适的太阳能采集器非常关键。

平板式太阳能采集器适合于采集温度在60℃以下的热水，而真空管式太阳能采集器适合于采集高温水。

根据不同地区的太阳能资源和用户需求，选择合适的太阳能采集器。

2.储热水箱的设计：储热水箱应具有足够的容积，以满足用户的热水使用需求和采暖需要。

同时，储热水箱应具备较好的绝热性能，以减少热损失。

3.循环泵的选择：循环泵应具备较高的扬程和循环流量，以确保热水能够顺畅地从储热水箱送至用户使用处。

4.控制系统的设计：控制系统应具备可靠的控制功能，能够智能地监测太阳能采集器的热能输出和储热水箱的温度，并根据实际情况自动调节循环泵的运行和关闭。

五、系统优势1.环保节能：太阳能作为可再生能源，不会产生二氧化碳等有害气体，对环境友好。

同时，太阳能的利用可以减少传统能源的消耗，达到节能的目的。

2.经济实用：太阳能是一种免费的能源，通过太阳能热水供热采暖，可以减少传统能源的使用，降低能源成本。

主动式太阳房的设计应用张宁;张殿光【摘要】以一栋小规模别墅为对象，提出了以太阳能—热泵为热源供热的方法，确定了太阳能集热器的面积和贮热水箱的容量，解决了太阳能的不可控制性等问题，对节约能源以及环境保护有重要的作用。

%Taking a small-scale villa as the target,the paper puts forward heating methods with solar energy-heat pump as heating source,deter-mines the solar heating cluster case area and hot water storage tank volume,and solves uncontrollability problemsof solar energy,which has sig-nificant role for saving energy resources and protecting environment.【期刊名称】《山西建筑》【年(卷),期】2016(042)014【总页数】2页(P180-181)【关键词】主动式太阳房;集热器;贮热水箱;热泵【作者】张宁;张殿光【作者单位】大连海洋大学机械与动力工程学院，辽宁大连 116000;大连海洋大学机械与动力工程学院，辽宁大连 116000【正文语种】中文【中图分类】TU201.5能源是人类生存和社会发展的物质基础,相比煤，石油，天然气等不可再生能源燃料，太阳能燃烧时不会释放大量气体，使环境受到污染，而且我国是太阳能资源十分丰富的国家之一，尤其是大西北，太阳能的开发利用具有巨大的潜力。

太阳能作为新能源，目前已经成为国内外研究的热点。

比利时的LV.Polle 通过实验方法分别测定和比较了玻璃和塑膜内壁凝结对太阳能透射率的影响。

北京林业大学研制的太阳能用于木材干燥系统验证了太阳能应用于木材干燥工艺的流程及效果；繆恩等介绍了太阳能干燥室干燥硬杂木的工艺。

楼房户式太阳能采暖系统设计方案（要点）南宝铉国内学界研究表明，分户式采暖节能经济性优于集中供热采暖（参看年月日新京报刊登的“发改为成立南方采暖课题组专家称供暖威胁能耗”一文）。

笔者在“建设科技”第一期发表的“延吉生态家园电暖楼与楼房户式太阳能采暖简称生态家园”一文中，分析了延吉生态家园电暖楼成功运行十年的成因与楼房户式太阳能采暖的节能经济性。

分析表明，楼房户式太阳能采暖，是城市居住建筑实施太阳能采暖的有效途径。

笔者在“中国太阳能产业资讯网”年月发表的“楼房户式太阳能采暖技术”一文中，提出了楼房户式太阳能采暖系统设计技术要点。

本文将根据近几年的实践和研究，充实和完善这一系统设计技术方案。

二、图一，延吉市“天宇生态家园”号电暖楼，（摄于）一，延吉生态家园楼房户式电采暖成功运行年的启示延吉生态家园有三栋电暖楼，户（见图一）。

电暖楼为层带阁楼的节能建筑，地面散热，户式采暖，除户用油（气）采暖，其余全都用电采暖。

年投入运行，至今已有年。

生态家园内有几十栋集中供热楼，电暖楼之所以能够运行至今，唯一条件，是电暖费用不高于和低于当地集中供热收缴费用。

集中供热费用，是电暖楼居民能够承担的采暖费用上限，而电暖费用不高于集中供热费用，是坚持用电采暖的心理底线。

按集中供热费用测算的电暖楼户式采暖耗热量为㎡，大幅低于集中供热耗热量。

（详见“生态家园”一文）。

电暖楼低费节能机理在于，以节能建筑和地暖为条件，实施户式采暖，行为节能成为需要和可能，用户可按自身需要的室温，居家时段，需暖房间调控采暖，杜绝集中供热无时不热,无处不热,开窗降温现象。

测算表明，节能多层地暖楼户式采暖的采暖期平均热负荷（耗热量）仅占集中供热采暖的采暖期国标设计平均热负荷（耗热量）的。

楼房户式太阳能采暖，以节能建筑地暖户式采暖这一电暖楼采暖基础结构为条件，引入太阳能供热，辅之以电能或其他常规能源采暖，也将产生节能经济功效。

在多层建筑（层），实施以电暖楼采暖基础结构为条件的太阳能与电能或其他常规能源互补采暖是可行的。

能源科学技术：太阳能光伏发电技术必看题库知识点（题库版）1、单选安全生产事故发生的原因，在事故总数中占有很大比重的原因是（）A、人的不安全行为B、管理上的缺陷C、不可抗力D、以上都是正确答案：A2、填空题生（江南博哥）产多晶硅带的方法主要有定边喂膜法、蹼状枝晶法、绳带法和模板生长法，其中产出率最高的方法为（）正确答案：模板生长法3、填空题（）是太阳能采暖的关键部件。

正确答案：集热器4、单选产品的主要技术指标检测包括外观检查、（）测定、绝缘强度和耐压等指标检测等。

A.自身误差B.基本误差C.化误差D.误差正确答案：B5、填空题楼房建材一体型太阳光发电系统的模板形式有（）；（）、强化玻璃合成型等。

正确答案：普通型、屋顶材料一体型6、填空题透明盖板是平板型集热器中（），并由透明（）材料组成的板状部件。

正确答案：覆盖吸热板；或半透明7、填空题单晶硅太阳能电池组件的生产流程：（）硅棒（）（）太阳电池组件；多晶硅太阳能电池组件的生产流程：（）硅碇（）硅片太阳电池太阳电池组件。

正确答案：高纯硅材料；硅片；太阳电池；高纯硅材料；硅块8、填空题太阳能到达地球的总辐射能量应该是太阳常数与（）的乘积。

正确答案：地球面投影面积9、问答题太阳能发电的优点？正确答案：（1）没有运转部件，可以安静地生产清洁能源（2）维护简单，容易实现自动化和无人化（3）与规模大小无关，可按一定的效率发电（4）由于是模板结构，易于产生规模化效益（5）用扩散光也可以发电（6）光发电是对废弃能源的有效利用（7）太阳储量无限并且免费10、填空题利用风力机可将风能转换成（）、机械能和热能等。

正确答案：电能11、填空题聚光太阳灶是利用（）聚光的特性，大大提高了太阳灶的功率和聚光度。

正确答案：抛物面12、问答题HZT035-18型号代表什么意思？正确答案：H-皇明；Z-公共场所照明；T-庭院灯；035-灯光源高度3.5米；18-18款式。

13、填空题构成太阳的主要成分是（）和氦正确答案：氢14、填空题阴雨天（）占总辐射的大部分。