住宅小區(qū)太陽能熱水系統(tǒng)智能監(jiān)控應(yīng)用研究

羅喜昌，龍學(xué)軍

（華中師范大學(xué)，湖北 武漢 430079）

隨著太陽能熱水工程市場的不斷向前發(fā)展，越來越多的大型智能化住宅小區(qū)對太陽能熱水系統(tǒng)的智能化控制要求也會越來越高，所以對這些熱水工程項目建立架構(gòu)并實現(xiàn)一而且功能強大的計算機智能監(jiān)控系統(tǒng)。是智能化住宅小區(qū)建設(shè)的重要組成部分之一。它可以把太陽能熱水系統(tǒng)的智能控制、實時監(jiān)視、故障報警檢修、歷史數(shù)據(jù)保存等與集熱系統(tǒng)相關(guān)的一切因素都有機地聯(lián)系起來。尤其是針對那些規(guī)模大，智能化要求較高的住宅小區(qū)來說，計算機遠程監(jiān)控系統(tǒng)構(gòu)建成功與否直接關(guān)系到整個小區(qū)的太陽能集熱系統(tǒng)的易操控性（包括對系統(tǒng)進行高度集中的實時控制和監(jiān)視）、運行的效率（包括可最大化地節(jié)約系統(tǒng)運行時消耗的常規(guī)能源）等等關(guān)鍵性的因素。下面重點介紹智能化監(jiān)控系統(tǒng)的幾個重要的組成部分：

1．智能化監(jiān)控系統(tǒng)的電氣控制架構(gòu)

為了對集熱系統(tǒng)建立基礎(chǔ)的電氣功控制系統(tǒng)，需要對集熱系統(tǒng)中的管路部分、水箱部分、集熱器部分建立相應(yīng)功能的智能控制柜。這些控制柜能起到控制集熱系統(tǒng)中各個電氣設(shè)備的功能，而且控制柜能夠采集溫度和水位等系統(tǒng)運行的信息。

1.1 控制集熱系統(tǒng)中各個電氣設(shè)備

太陽能集熱系統(tǒng)中主要包含的電氣設(shè)備有水泵、電磁閥、電加熱等部件?？捎?20V單相電氣控制柜來控制水泵和電磁閥的開關(guān)動作，用380V三相電氣控制柜來控制電加熱這樣大功率的電氣的開關(guān)動作。單相電氣控制柜中裝有220V的漏電開關(guān)保護器、繼電器等元件，其中最重要的是需要配備智能控制通訊板。智能控制通訊板可以與計算機的串口之間進行實時不間斷地通訊，從而智能控制通訊板就可以按照計算機程序發(fā)出的一系列的指令控制各個電氣部件的開關(guān)動作。380V三相電氣控制柜內(nèi)的配置則相對比較簡單，只需要根據(jù)電加勢棒的數(shù)量配備相應(yīng)的交流接觸器就可以了。住宅小區(qū)中的太陽能熱水系統(tǒng)的特點應(yīng)該具有較大的規(guī)模和集熱系統(tǒng)分布分散性強等特點，如果說集熱系統(tǒng)和相應(yīng)的電氣控制柜都能夠具有相同的統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，那么在整個住宅小區(qū)中的各個獨立的集熱系統(tǒng)之間不僅可以根據(jù)具體的情況來相互替換各個部件，而且還可以在太陽能熱水集熱系統(tǒng)和智能控制柜安裝之前就可以預(yù)先鋪設(shè)統(tǒng)一的管線及相關(guān)的固定支架，從而最大可能地做到太陽能集熱系統(tǒng)與建筑物體本身最佳的結(jié)合方式以滿足建筑外表美觀性的要求。

1.2 采集系統(tǒng)中的溫度和水位信息

前面提到的智能控制通訊板除了可以與計算機串口之間進行通訊以外，它的另一個主要的功能就是可以采集太陽能熱水集熱系統(tǒng)中各個溫度傳感器和水位壓力傳感器返回的信號。

1.3 返回電氣部件的工作狀態(tài)

為滿足小區(qū)綜合物業(yè)管理人員的監(jiān)控需要，即實時在計算機屏幕上可以觀察到集熱系統(tǒng)中各個電氣部件的工作狀態(tài)，可以把電氣部件的開關(guān)狀態(tài)返回給智能控制通訊板，一般采用的技術(shù)是安裝監(jiān)控用傳感器。

2．監(jiān)控用計算機硬件及其軟件架構(gòu)

2.1 計算機硬件系統(tǒng)

用于監(jiān)控用的計算機應(yīng)該放置在住宅小區(qū)的中心控制機房，小區(qū)里的綜合物業(yè)管理人員就可以在中心機房集中監(jiān)控小區(qū)內(nèi)所有的集熱設(shè)備的運行情況。由于監(jiān)控計算機要每天24小時不間斷地運行，所以系統(tǒng)對于計算機的穩(wěn)定性有很嚴(yán)格的要求。一般多使用工控機或者服務(wù)器之類的計算機來作為監(jiān)控計算機，這樣就能保證監(jiān)控計算機每天24小時不間斷地穩(wěn)定運行，從而保證整個太陽能熱水集熱系統(tǒng)的工作穩(wěn)定性。

2.2 監(jiān)控軟件的特點

軟件具有的主要功能有：對設(shè)備的實時控制與監(jiān)視，設(shè)備的最佳啟?？刂坪凸?jié)能運行，設(shè)備運行狀態(tài)的監(jiān)測，事故報警及維修預(yù)報警；參數(shù)監(jiān)測和顯示，異常狀態(tài)報警，能量管理功能，事件記錄及顯示功能；系統(tǒng)運行狀態(tài)顯示功能等等。太陽能熱水集熱系統(tǒng)監(jiān)控軟件的最終用戶應(yīng)該是住宅小區(qū)的物業(yè)管理人員，所以不僅僅要保證軟件功能上強大和完備，而且還要特別強調(diào)軟件的易操作性和監(jiān)控界面的友善性。

下圖1表示軟件參數(shù)設(shè)置界面。

圖1

下圖2表示集熱系統(tǒng)實時監(jiān)控界面。

圖2

3．整個監(jiān)控系統(tǒng)的通訊網(wǎng)絡(luò)

由于住宅小區(qū)中需要安裝的太陽能熱水集熱系統(tǒng)是按照各個集熱子系統(tǒng)全部由中心計算機監(jiān)控的原則，所以對于監(jiān)控系統(tǒng)的通訊網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定性尤為重要?？梢愿鶕?jù)各個住宅小區(qū)的實際情況來選擇不同的通訊方式，采用串行口計算機與控制柜之間進行通訊。即采用RS485或RS422通訊接口構(gòu)成的通信。為了能夠保證即使在通訊網(wǎng)出故障中斷的時候，單片機保護裝置仍能可靠地正常運行，同時考慮到今后的整個通訊網(wǎng)絡(luò)的施工架設(shè)的方便性和運行成本費用及其穩(wěn)定性，可以選擇使用超短波無線數(shù)傳電臺作為常用的通訊方式。該方案傳輸數(shù)據(jù)的實時性好，可以高速傳輸數(shù)據(jù)，無需專門預(yù)埋管線，但是傳輸距離比較近，通常在50公里范圍以內(nèi)，但對于一般的住宅小區(qū)來說幾公里的覆蓋范圍已經(jīng)足矣。無線通訊系統(tǒng)建設(shè)成本相對比較高，但是沒有后期的月使用費，而采集數(shù)據(jù)的實時傳送，能滿足客戶對于數(shù)據(jù)實時性。

4．總體系統(tǒng)原理圖

下圖 3表示住宅小區(qū)內(nèi)單套太陽能集熱系統(tǒng)的計算機監(jiān)控原理圖。

圖3

下圖 4表示住宅小區(qū)內(nèi)多套太陽能集熱系統(tǒng)的計算機監(jiān)控原理圖。

圖4