4、热泵智能控制系统项目开发工作总结

1、 5/54、热泵智能控制系统项目开发工作总结 太阳能热泵高效智能控制系统 (新产品、产业化) 开发工作总结 一、项目背景 1、立项背景 根据市场调查：我国普遍使用的热水供应系统有几种：燃煤炉、燃油炉、燃气炉、电热炉；但是由于近年传统能源和燃料供需矛盾紧张，市场价格上扬造成烧热水的成本增加，而且由于传统热水供应系统的污染大、原料供应不稳定、能源利用率低等原因，造成许多对热水需求量大的行业和单位纷纷转向使用新型能源的节能型产品。市场上不断涌现出了以太阳能、太阳能热泵、空气源热泵、水源热泵等利用清洁能源的供热系统。有了稳定的能源系统，但是如何能按用户的用水情况及时调整机组的运行，从而达到节能的目的，

2、实现智能化管理供水系统，成了摆在许多用水大户面前的难题。 普遍存在的问题有： （1）、需要配有专职人员每日值守。 （2）、凭经验操作，很难满足用水高峰时、低谷时间段差异所造成的补水不及时或水量过剩的需求。 （3）、不能按设定时间提前加热，合理安排计划供水。如学校的用水高峰期在周一至周五的16:00至20:00，而烧够8吨水箱的水所需的时间为几个小时，工作人员没有及时操作，错过时间，则无法及时提供足够的热水给学生使用。 （4）、烧热水过程中，必须要时时查看水量、温度、燃料情况。存水量小时，必须及时开关阀控制进出水；温度达不到要求时，要及时加大火力烧水。 （5）、人工操作过程中可能会存在安全隐患，

3、影响到操作人员安全。 （6）、人工管理过程中不容易即时发现烧水设备的故障。 （7）、如何同时调整和控制多台机组工作状态，能稳定提供热水满足需要，消除实际使用过程中的人为操作、气候差异、水箱容量等因素的影响，节约能源消耗。 为了解决以上热泵供水系统的智能化、自动化控制的难点，本项目太阳能热泵高效智能控制系统应运而生，配合太阳能热泵机组，可轻松定时启动 太阳能热泵机组；预设温度、时间、水位等参数；通过采集参数对比，自动切换三种循环加热状态；实时显示能效比、机组运行状态的各种参数。不需要专职管理人员开关阀、通断电、加燃料等操作，不需要时时查看水量、温度等参数，避免烧干水、烧水过剩、系统能耗不合理等情

4、况出现。 对于学校、宾馆、医院、桑拿浴室、企事业单位等用水点多、用水量大、用水时段差异情况复杂的用户，使用本项目管理太阳能热泵供水系统后，不但能减少运输和存贮燃料的压力，减轻管理人员工作量。特别是自动调整用水高峰低谷时段机组忙闲工作状态和补水方式，能提高能源利用率，节约能源消耗，降低烧水成本和管理成本，为用户节省一笔不小的开支，提高企业经济效益。 国内目前只有少数几家大公司从事相关供水控水系统的研制开发工作，我公司的技术水平处于国内领先水平，填补区内空白，成为广西第一家率先拥有生产热泵类智能控制系统的公司。 本项目是根据市场需求和竞争的需要，充分发挥现有设备生产与技术能力的基础上对原有的供水系

5、统进行升级与功能的强化，实现太阳能热泵高效智能控制系统产业化，对迅速占领广西市场、全国市场，为市场提供高效节能的智能控制系统将发挥积极作用。因此，扩大生产规模，扩大产品在全区乃至全国的影响面及销量，满足市场对产品的需求势在必行。 经调查研究，公司于2006年正式成立项目小组进行研制开发，2006年8月南宁市经委立项（南经高新20065号），获得南宁市技术创新资金补助款壹拾万元，用于文件规定的技术创新项目，不足部分由本公司自筹解决。 二、主要内容 包括：技术、市场、效益，重点突出项目的创新点，在国内外的技术水平；项目的总体目标（包括：项目总体技术目标，经济效益、社会效益目标）。 本项目采用嵌入式

6、软件开发技术、模糊控制技术、单片机控制技术、数字控制技术，进行智能控制产品开发，实行点对点控制，并实现产业化。太阳能热泵高效智能控制系统主动调整热泵系统的忙闲状态，有效提高能效比。本系 统的创新点在于可编程设定按小循环/大循环/直接三种模式运行加热。将三种加热方式集于一身，充分利用三种加热方式的优势互补。而且实现即时电子水位显示及控制；全中文显示系统运行的重要参数，让用户实时了解热泵系统的工作情况。目前市场上未见适用在太阳能热泵供水系统，而且功能齐全、模块化组合、产业化的项目。 高效：利用流量计、温度传感器、电导式水位传感器、球阀及球阀驱动器等数据采集元器件，实时将热泵系统的参数采集并传送到主

7、控制器，主控制器判断并发送相应的控制指令给系统，能大大缩短热泵系统机组、循环泵、智能加热柜的响应和执行操作的时间、工作状态切换速度快，高效完成主控制器发送的各项指令。 节能：本项目能够综合用水情况、环境温度等因素，自动调整机组运行时间，合理有序调整多台机组忙闲状态，减少机组的低效运行时间，大大节约人力、财力和能源的消耗。 智能控制：利用本公司的技术优势，编写嵌入式软件，结合单片机对热泵系统进行智能化、自动化控制。用户只需预先设定好相应的时间、水位、温度等常用参数，便可通过本项目自动控制太阳能热泵系统运行，完全不需要专职看守人员。 设计工艺：回流焊接工艺、波峰焊接工艺、浸焊工艺、热熔工艺、焊接工

8、艺、扭力测试工艺、计算机通讯测试工艺、计算机串行接口测试工艺。 目前国内只有少数几家大公司从事相关热泵供水系统的研制开发工作，而且大都只是针对某一客户需求开发其专用的控制系统，并未实现产业化。而有些控制系统的开发则是直接依附在机组控制电路上进行简单功能控制，用户在购买多台机组的同时重复投资在控制装置上。 国外也有相关的技术，但是国外由于研发核心的嵌入式软件和硬件设备费用高，所以产品价格和维护成本也偏高。我国目前只从国外引进热泵机组重要零件，进行热泵机组的组装和生产。我公司的自行研制的智能控制系统技术水平处于国内领先水平，填补区内空白，成为广西第一家率先拥有生产热泵类智 能控制系统的公司，完全拥

9、有产品的知识产权。 经查新，我公司开发的太阳能热泵高效智能控制系统技术水平处于国内领先水平，填补了区内空白，引领智能化、自动化控制技术创新与应用的潮流。 项目的总体目标（包括：项目总体技术目标，经济效益、社会效益目标）。 三、项目组织 介绍单位围绕完成项目，在项目研发制度、研发机构组织、人员配置方面做的组织工作，以及项目进度规划，负责人员落实情况。 2006年1月至2006年2月，完成项目可行性，研究确定技术及工艺参数，验证设计方案。 2006年2月至2006年9月，嵌入式软件设计开发，硬件开发，测试，完善技术文件。 2006年10月至2007年1月，购设备、样机生产及小试。 2007年1月至

10、2007年3月，中试生产，试点工程运行。 我公司以陈永林总经理为领导核心，产品研发队伍强大，杨宗光副总、刘成文、黄庭华等多名资深工程师各自带领的项目开发小组，负责公司新产品的设计、开发，核心技术在国内处于领先水平；生产部拥有多名优秀的技术骨干人员，曾萍副总带领的一流销售团队，在广西、云南、广东等多个省市地区有着优秀的销售业绩。 四、项目实施 控制系统采用分布式控制结构，由一个主控器通过RS485通信网络操纵一至多个智能加热柜进行相应的工作。而每个智能加热柜能控制一至两台热泵机组。 采用分布式控制结构的好处是，可以根据实际的工程对机组数量的需求，灵活的组建系统（配置相应数量的智能加热柜）。而参数

11、设置、运行状态显示、定时控制、供水、回水、保温控制等都是每个系统必备的功能，则由主控制器来完成。 分布式控制的难点是通信的可靠性问题。热泵控制系统是工作在强干扰的环境下，在实际工程中，通信线路的走线与强电的走线相互平行是不可避免的，所以通信的可靠性是整个系统成败的关键因素。我们除了在硬件方面采用了抗干扰措施外，在软件方面也做了大量的工作。主控器与智能加热柜之间的通信数据采用严格的检验机制，确保了通信数据的可靠性。另外在强干扰下，MCU 的通信功能可能会暂时失效，在软件上也采用了必要的措施，使MCU能自动恢复通信功能。 主控制器采用了双MCU的结构，一片MCU实现参数输入及显示和时控功能，并和上

12、位机进行通信。另一片MCU实现具体控制功能和水位、温度检测；并与下位机（智能加热柜）进行通信。两片MCU之间使用I2C总线进行通信。MCU 之间的I2C通信与MCU通过RS485与下位机（智能加热柜）进行通信时，容易产生冲突，从而造成上位机与下位机之间的通信错误。我们在软件上采取了一些必要的措施，有效的避免了这种冲突。在将控制系统与热泵联机调试时，发现I2C总线容易在强干扰下出错，经适当降低I2C总线的通信速度，问题得到解决。 在热泵系统实际运行过程中，热泵系统并不是每天都需要按贮水箱容积产水。很多时候的产水量要远小于贮水箱的容积。为了更好的控制热泵系统的产水量，主控制器的水位检测除了常规的电

13、导式水位传感器外，还使用了压力传感器进行水箱水位检测。使用压力传感器的好处是，控制器检测到的水位信息是连续的模拟量，而不是像电导式水位传感器那样只能得到开关量。这样用户就可以在控制面板上直接设置水位参数，从而达到控制目标产水量的目的。而不需要像电导式水位传感器那样去调整传感器的安装高度。用户甚至可以在远程监控计算机的监控软件上，直接调整目标水位参数。 主控制器可以选择通过RS485网络或者GPRS网络与计算机通信。用户可以在远程计算机上看到热泵系统的运行状况，并可以通过修改各种运行参数来影响热泵系统的运行。从而实现远程甚至是异地监控。可能是由于移动通信商的原因，GPRS模块往往会产生假连接或者

14、是掉线，我们在软件上使用了一些必要 的措施来对假连接或掉线进行检测，发现假连接或者是掉线立刻重新建立连接，并定时地发送心跳包来维系这个连接，从而保证了GPRS通信的可靠性。 智能加热柜是我们具有独创性的设计，智能加热柜的主要功能是通过管路的切换来实现直接将热水补入贮水箱中。对于一些用水时间较长的用户，可以充分的利用供水的这段时间补入热水。同时能避免冷水兑入热水再加热造成的能效比下滑。它的关键在球阀的控制和水位的检测和温度的检测。管路切换选用球阀而不是电磁阀，除了考虑到球阀的流量系数较大外，球阀开启和关闭是缓启缓闭，可以有效的避免水锤对机组的影响，同时也可以减小切换噪声。智能加热柜的水位检测使用

15、电导式水位传感器。温度的检测点是整个控制的关键，如果检测点选择不合理，那么加热柜在向主贮水箱补水的末阶段时，机组出水温度会上升过高，从而造成机组停机。这样就可能对机组的寿命产生不利的影响。我们经过分析，选择在管路上进行温度检测，经实践检验，在智能加热柜在向主贮水箱开始补水到补水结束，机组出水管的温度只上升了2左右，完全达到了我们的预期目标。 具有流量检测和电量检测是本热泵控制系统的一个特点，流量检测采用的是韦根流量计，电量检测则通过捕捉电子式电能表的脉冲来实现。因为有了水量电量的检测，在加水位、温度的检测。那么实现水箱水位显示、产水量显示、电量累计、流量累计、能效比计算等功能就不是什么难事了。

16、 MCU的抗干扰是工控产品不可避免的问题。热泵控制系统的PCB和电源部分经过精心设计，软件中也采用了很多的抗干扰措施，比如温度、水位检测经多次数字滤波，电导式水位检测经一定的延时，IO设置定时刷新，定时初始化LCD，长时间通信不上自动初始化甚至重启，条件判断等。控制器的抗干扰能力还不错。在设计的过程中发现，原先选择的负责显示、键盘、定时控制及与上位机通信的那片MCU在实验环境中一切正常，可一带上接触器就容易受干扰自动复位，严重时影响到时钟芯片的数据。经仔细检查PCB的设计，发现PCB设计并无问题，经与MCU的代理商核实，该MCU的抗干扰能力确实不行。之后换上了一款抗干扰能力超强的MCU，问题迎刃而解。值得一提的是，智能控制柜的 环境温度实际达到65，由于我们选用的都是工业级的MCU，通信和软件的运行都很正常。通过这个项目的完成，我们觉得，内部RC振荡、内部复位及内部看门狗是提高嵌入系统抗干扰能力很好的手段。 通过这个项目的实施，我们发现GPRS模块的抗干扰能力还不错，完全可以在强电磁干扰的环境下可靠地工作。 软件的实现，软件使用C51来实现，使用C51的优点是维护、排错工作量小，扩展功能简单，