4、熱泵智能控制系統(tǒng)項(xiàng)目開發(fā)工作總結(jié)

1、 5/54、熱泵智能控制系統(tǒng)項(xiàng)目開發(fā)工作總結(jié) 太陽能熱泵高效智能控制系統(tǒng) (新產(chǎn)品、產(chǎn)業(yè)化) 開發(fā)工作總結(jié) 一、項(xiàng)目背景 1、立項(xiàng)背景 根據(jù)市場調(diào)查：我國普遍使用的熱水供應(yīng)系統(tǒng)有幾種：燃煤爐、燃油爐、燃?xì)鉅t、電熱爐；但是由于近年傳統(tǒng)能源和燃料供需矛盾緊張，市場價(jià)格上揚(yáng)造成燒熱水的成本增加，而且由于傳統(tǒng)熱水供應(yīng)系統(tǒng)的污染大、原料供應(yīng)不穩(wěn)定、能源利用率低等原因，造成許多對(duì)熱水需求量大的行業(yè)和單位紛紛轉(zhuǎn)向使用新型能源的節(jié)能型產(chǎn)品。市場上不斷涌現(xiàn)出了以太陽能、太陽能熱泵、空氣源熱泵、水源熱泵等利用清潔能源的供熱系統(tǒng)。有了穩(wěn)定的能源系統(tǒng)，但是如何能按用戶的用水情況及時(shí)調(diào)整機(jī)組的運(yùn)行，從而達(dá)到節(jié)能的目的，

2、實(shí)現(xiàn)智能化管理供水系統(tǒng)，成了擺在許多用水大戶面前的難題。 普遍存在的問題有： （1）、需要配有專職人員每日值守。 （2）、憑經(jīng)驗(yàn)操作，很難滿足用水高峰時(shí)、低谷時(shí)間段差異所造成的補(bǔ)水不及時(shí)或水量過剩的需求。 （3）、不能按設(shè)定時(shí)間提前加熱，合理安排計(jì)劃供水。如學(xué)校的用水高峰期在周一至周五的16:00至20:00，而燒夠8噸水箱的水所需的時(shí)間為幾個(gè)小時(shí)，工作人員沒有及時(shí)操作，錯(cuò)過時(shí)間，則無法及時(shí)提供足夠的熱水給學(xué)生使用。 （4）、燒熱水過程中，必須要時(shí)時(shí)查看水量、溫度、燃料情況。存水量小時(shí)，必須及時(shí)開關(guān)閥控制進(jìn)出水；溫度達(dá)不到要求時(shí)，要及時(shí)加大火力燒水。 （5）、人工操作過程中可能會(huì)存在安全隱患，

3、影響到操作人員安全。 （6）、人工管理過程中不容易即時(shí)發(fā)現(xiàn)燒水設(shè)備的故障。 （7）、如何同時(shí)調(diào)整和控制多臺(tái)機(jī)組工作狀態(tài)，能穩(wěn)定提供熱水滿足需要，消除實(shí)際使用過程中的人為操作、氣候差異、水箱容量等因素的影響，節(jié)約能源消耗。 為了解決以上熱泵供水系統(tǒng)的智能化、自動(dòng)化控制的難點(diǎn)，本項(xiàng)目太陽能熱泵高效智能控制系統(tǒng)應(yīng)運(yùn)而生，配合太陽能熱泵機(jī)組，可輕松定時(shí)啟動(dòng) 太陽能熱泵機(jī)組；預(yù)設(shè)溫度、時(shí)間、水位等參數(shù)；通過采集參數(shù)對(duì)比，自動(dòng)切換三種循環(huán)加熱狀態(tài)；實(shí)時(shí)顯示能效比、機(jī)組運(yùn)行狀態(tài)的各種參數(shù)。不需要專職管理人員開關(guān)閥、通斷電、加燃料等操作，不需要時(shí)時(shí)查看水量、溫度等參數(shù)，避免燒干水、燒水過剩、系統(tǒng)能耗不合理等情

4、況出現(xiàn)。 對(duì)于學(xué)校、賓館、醫(yī)院、桑拿浴室、企事業(yè)單位等用水點(diǎn)多、用水量大、用水時(shí)段差異情況復(fù)雜的用戶，使用本項(xiàng)目管理太陽能熱泵供水系統(tǒng)后，不但能減少運(yùn)輸和存貯燃料的壓力，減輕管理人員工作量。特別是自動(dòng)調(diào)整用水高峰低谷時(shí)段機(jī)組忙閑工作狀態(tài)和補(bǔ)水方式，能提高能源利用率，節(jié)約能源消耗，降低燒水成本和管理成本，為用戶節(jié)省一筆不小的開支，提高企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益。 國內(nèi)目前只有少數(shù)幾家大公司從事相關(guān)供水控水系統(tǒng)的研制開發(fā)工作，我公司的技術(shù)水平處于國內(nèi)領(lǐng)先水平，填補(bǔ)區(qū)內(nèi)空白，成為廣西第一家率先擁有生產(chǎn)熱泵類智能控制系統(tǒng)的公司。 本項(xiàng)目是根據(jù)市場需求和競爭的需要，充分發(fā)揮現(xiàn)有設(shè)備生產(chǎn)與技術(shù)能力的基礎(chǔ)上對(duì)原有的供水系

5、統(tǒng)進(jìn)行升級(jí)與功能的強(qiáng)化，實(shí)現(xiàn)太陽能熱泵高效智能控制系統(tǒng)產(chǎn)業(yè)化，對(duì)迅速占領(lǐng)廣西市場、全國市場，為市場提供高效節(jié)能的智能控制系統(tǒng)將發(fā)揮積極作用。因此，擴(kuò)大生產(chǎn)規(guī)模，擴(kuò)大產(chǎn)品在全區(qū)乃至全國的影響面及銷量，滿足市場對(duì)產(chǎn)品的需求勢在必行。 經(jīng)調(diào)查研究，公司于2006年正式成立項(xiàng)目小組進(jìn)行研制開發(fā)，2006年8月南寧市經(jīng)委立項(xiàng)（南經(jīng)高新20065號(hào)），獲得南寧市技術(shù)創(chuàng)新資金補(bǔ)助款壹拾萬元，用于文件規(guī)定的技術(shù)創(chuàng)新項(xiàng)目，不足部分由本公司自籌解決。 二、主要內(nèi)容 包括：技術(shù)、市場、效益，重點(diǎn)突出項(xiàng)目的創(chuàng)新點(diǎn)，在國內(nèi)外的技術(shù)水平；項(xiàng)目的總體目標(biāo)（包括：項(xiàng)目總體技術(shù)目標(biāo)，經(jīng)濟(jì)效益、社會(huì)效益目標(biāo)）。 本項(xiàng)目采用嵌入式

6、軟件開發(fā)技術(shù)、模糊控制技術(shù)、單片機(jī)控制技術(shù)、數(shù)字控制技術(shù)，進(jìn)行智能控制產(chǎn)品開發(fā)，實(shí)行點(diǎn)對(duì)點(diǎn)控制，并實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化。太陽能熱泵高效智能控制系統(tǒng)主動(dòng)調(diào)整熱泵系統(tǒng)的忙閑狀態(tài)，有效提高能效比。本系 統(tǒng)的創(chuàng)新點(diǎn)在于可編程設(shè)定按小循環(huán)/大循環(huán)/直接三種模式運(yùn)行加熱。將三種加熱方式集于一身，充分利用三種加熱方式的優(yōu)勢互補(bǔ)。而且實(shí)現(xiàn)即時(shí)電子水位顯示及控制；全中文顯示系統(tǒng)運(yùn)行的重要參數(shù)，讓用戶實(shí)時(shí)了解熱泵系統(tǒng)的工作情況。目前市場上未見適用在太陽能熱泵供水系統(tǒng)，而且功能齊全、模塊化組合、產(chǎn)業(yè)化的項(xiàng)目。 高效：利用流量計(jì)、溫度傳感器、電導(dǎo)式水位傳感器、球閥及球閥驅(qū)動(dòng)器等數(shù)據(jù)采集元器件，實(shí)時(shí)將熱泵系統(tǒng)的參數(shù)采集并傳送到主

7、控制器，主控制器判斷并發(fā)送相應(yīng)的控制指令給系統(tǒng)，能大大縮短熱泵系統(tǒng)機(jī)組、循環(huán)泵、智能加熱柜的響應(yīng)和執(zhí)行操作的時(shí)間、工作狀態(tài)切換速度快，高效完成主控制器發(fā)送的各項(xiàng)指令。 節(jié)能：本項(xiàng)目能夠綜合用水情況、環(huán)境溫度等因素，自動(dòng)調(diào)整機(jī)組運(yùn)行時(shí)間，合理有序調(diào)整多臺(tái)機(jī)組忙閑狀態(tài)，減少機(jī)組的低效運(yùn)行時(shí)間，大大節(jié)約人力、財(cái)力和能源的消耗。 智能控制：利用本公司的技術(shù)優(yōu)勢，編寫嵌入式軟件，結(jié)合單片機(jī)對(duì)熱泵系統(tǒng)進(jìn)行智能化、自動(dòng)化控制。用戶只需預(yù)先設(shè)定好相應(yīng)的時(shí)間、水位、溫度等常用參數(shù)，便可通過本項(xiàng)目自動(dòng)控制太陽能熱泵系統(tǒng)運(yùn)行，完全不需要專職看守人員。 設(shè)計(jì)工藝：回流焊接工藝、波峰焊接工藝、浸焊工藝、熱熔工藝、焊接工

8、藝、扭力測試工藝、計(jì)算機(jī)通訊測試工藝、計(jì)算機(jī)串行接口測試工藝。 目前國內(nèi)只有少數(shù)幾家大公司從事相關(guān)熱泵供水系統(tǒng)的研制開發(fā)工作，而且大都只是針對(duì)某一客戶需求開發(fā)其專用的控制系統(tǒng)，并未實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化。而有些控制系統(tǒng)的開發(fā)則是直接依附在機(jī)組控制電路上進(jìn)行簡單功能控制，用戶在購買多臺(tái)機(jī)組的同時(shí)重復(fù)投資在控制裝置上。 國外也有相關(guān)的技術(shù)，但是國外由于研發(fā)核心的嵌入式軟件和硬件設(shè)備費(fèi)用高，所以產(chǎn)品價(jià)格和維護(hù)成本也偏高。我國目前只從國外引進(jìn)熱泵機(jī)組重要零件，進(jìn)行熱泵機(jī)組的組裝和生產(chǎn)。我公司的自行研制的智能控制系統(tǒng)技術(shù)水平處于國內(nèi)領(lǐng)先水平，填補(bǔ)區(qū)內(nèi)空白，成為廣西第一家率先擁有生產(chǎn)熱泵類智 能控制系統(tǒng)的公司，完全擁

9、有產(chǎn)品的知識(shí)產(chǎn)權(quán)。 經(jīng)查新，我公司開發(fā)的太陽能熱泵高效智能控制系統(tǒng)技術(shù)水平處于國內(nèi)領(lǐng)先水平，填補(bǔ)了區(qū)內(nèi)空白，引領(lǐng)智能化、自動(dòng)化控制技術(shù)創(chuàng)新與應(yīng)用的潮流。 項(xiàng)目的總體目標(biāo)（包括：項(xiàng)目總體技術(shù)目標(biāo)，經(jīng)濟(jì)效益、社會(huì)效益目標(biāo)）。 三、項(xiàng)目組織 介紹單位圍繞完成項(xiàng)目，在項(xiàng)目研發(fā)制度、研發(fā)機(jī)構(gòu)組織、人員配置方面做的組織工作，以及項(xiàng)目進(jìn)度規(guī)劃，負(fù)責(zé)人員落實(shí)情況。 2006年1月至2006年2月，完成項(xiàng)目可行性，研究確定技術(shù)及工藝參數(shù)，驗(yàn)證設(shè)計(jì)方案。 2006年2月至2006年9月，嵌入式軟件設(shè)計(jì)開發(fā)，硬件開發(fā)，測試，完善技術(shù)文件。 2006年10月至2007年1月，購設(shè)備、樣機(jī)生產(chǎn)及小試。 2007年1月至

10、2007年3月，中試生產(chǎn)，試點(diǎn)工程運(yùn)行。 我公司以陳永林總經(jīng)理為領(lǐng)導(dǎo)核心，產(chǎn)品研發(fā)隊(duì)伍強(qiáng)大，楊宗光副總、劉成文、黃庭華等多名資深工程師各自帶領(lǐng)的項(xiàng)目開發(fā)小組，負(fù)責(zé)公司新產(chǎn)品的設(shè)計(jì)、開發(fā)，核心技術(shù)在國內(nèi)處于領(lǐng)先水平；生產(chǎn)部擁有多名優(yōu)秀的技術(shù)骨干人員，曾萍副總帶領(lǐng)的一流銷售團(tuán)隊(duì)，在廣西、云南、廣東等多個(gè)省市地區(qū)有著優(yōu)秀的銷售業(yè)績。 四、項(xiàng)目實(shí)施 控制系統(tǒng)采用分布式控制結(jié)構(gòu)，由一個(gè)主控器通過RS485通信網(wǎng)絡(luò)操縱一至多個(gè)智能加熱柜進(jìn)行相應(yīng)的工作。而每個(gè)智能加熱柜能控制一至兩臺(tái)熱泵機(jī)組。 采用分布式控制結(jié)構(gòu)的好處是，可以根據(jù)實(shí)際的工程對(duì)機(jī)組數(shù)量的需求，靈活的組建系統(tǒng)（配置相應(yīng)數(shù)量的智能加熱柜）。而參數(shù)

11、設(shè)置、運(yùn)行狀態(tài)顯示、定時(shí)控制、供水、回水、保溫控制等都是每個(gè)系統(tǒng)必備的功能，則由主控制器來完成。 分布式控制的難點(diǎn)是通信的可靠性問題。熱泵控制系統(tǒng)是工作在強(qiáng)干擾的環(huán)境下，在實(shí)際工程中，通信線路的走線與強(qiáng)電的走線相互平行是不可避免的，所以通信的可靠性是整個(gè)系統(tǒng)成敗的關(guān)鍵因素。我們除了在硬件方面采用了抗干擾措施外，在軟件方面也做了大量的工作。主控器與智能加熱柜之間的通信數(shù)據(jù)采用嚴(yán)格的檢驗(yàn)機(jī)制，確保了通信數(shù)據(jù)的可靠性。另外在強(qiáng)干擾下，MCU 的通信功能可能會(huì)暫時(shí)失效，在軟件上也采用了必要的措施，使MCU能自動(dòng)恢復(fù)通信功能。 主控制器采用了雙MCU的結(jié)構(gòu)，一片MCU實(shí)現(xiàn)參數(shù)輸入及顯示和時(shí)控功能，并和上

12、位機(jī)進(jìn)行通信。另一片MCU實(shí)現(xiàn)具體控制功能和水位、溫度檢測；并與下位機(jī)（智能加熱柜）進(jìn)行通信。兩片MCU之間使用I2C總線進(jìn)行通信。MCU 之間的I2C通信與MCU通過RS485與下位機(jī)（智能加熱柜）進(jìn)行通信時(shí)，容易產(chǎn)生沖突，從而造成上位機(jī)與下位機(jī)之間的通信錯(cuò)誤。我們?cè)谲浖喜扇×艘恍┍匾拇胧?，有效的避免了這種沖突。在將控制系統(tǒng)與熱泵聯(lián)機(jī)調(diào)試時(shí)，發(fā)現(xiàn)I2C總線容易在強(qiáng)干擾下出錯(cuò)，經(jīng)適當(dāng)降低I2C總線的通信速度，問題得到解決。 在熱泵系統(tǒng)實(shí)際運(yùn)行過程中，熱泵系統(tǒng)并不是每天都需要按貯水箱容積產(chǎn)水。很多時(shí)候的產(chǎn)水量要遠(yuǎn)小于貯水箱的容積。為了更好的控制熱泵系統(tǒng)的產(chǎn)水量，主控制器的水位檢測除了常規(guī)的電

13、導(dǎo)式水位傳感器外，還使用了壓力傳感器進(jìn)行水箱水位檢測。使用壓力傳感器的好處是，控制器檢測到的水位信息是連續(xù)的模擬量，而不是像電導(dǎo)式水位傳感器那樣只能得到開關(guān)量。這樣用戶就可以在控制面板上直接設(shè)置水位參數(shù)，從而達(dá)到控制目標(biāo)產(chǎn)水量的目的。而不需要像電導(dǎo)式水位傳感器那樣去調(diào)整傳感器的安裝高度。用戶甚至可以在遠(yuǎn)程監(jiān)控計(jì)算機(jī)的監(jiān)控軟件上，直接調(diào)整目標(biāo)水位參數(shù)。 主控制器可以選擇通過RS485網(wǎng)絡(luò)或者GPRS網(wǎng)絡(luò)與計(jì)算機(jī)通信。用戶可以在遠(yuǎn)程計(jì)算機(jī)上看到熱泵系統(tǒng)的運(yùn)行狀況，并可以通過修改各種運(yùn)行參數(shù)來影響熱泵系統(tǒng)的運(yùn)行。從而實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程甚至是異地監(jiān)控?？赡苁怯捎谝苿?dòng)通信商的原因，GPRS模塊往往會(huì)產(chǎn)生假連接或者

14、是掉線，我們?cè)谲浖鲜褂昧艘恍┍匾?的措施來對(duì)假連接或掉線進(jìn)行檢測，發(fā)現(xiàn)假連接或者是掉線立刻重新建立連接，并定時(shí)地發(fā)送心跳包來維系這個(gè)連接，從而保證了GPRS通信的可靠性。 智能加熱柜是我們具有獨(dú)創(chuàng)性的設(shè)計(jì)，智能加熱柜的主要功能是通過管路的切換來實(shí)現(xiàn)直接將熱水補(bǔ)入貯水箱中。對(duì)于一些用水時(shí)間較長的用戶，可以充分的利用供水的這段時(shí)間補(bǔ)入熱水。同時(shí)能避免冷水兌入熱水再加熱造成的能效比下滑。它的關(guān)鍵在球閥的控制和水位的檢測和溫度的檢測。管路切換選用球閥而不是電磁閥，除了考慮到球閥的流量系數(shù)較大外，球閥開啟和關(guān)閉是緩啟緩閉，可以有效的避免水錘對(duì)機(jī)組的影響，同時(shí)也可以減小切換噪聲。智能加熱柜的水位檢測使用

15、電導(dǎo)式水位傳感器。溫度的檢測點(diǎn)是整個(gè)控制的關(guān)鍵，如果檢測點(diǎn)選擇不合理，那么加熱柜在向主貯水箱補(bǔ)水的末階段時(shí)，機(jī)組出水溫度會(huì)上升過高，從而造成機(jī)組停機(jī)。這樣就可能對(duì)機(jī)組的壽命產(chǎn)生不利的影響。我們經(jīng)過分析，選擇在管路上進(jìn)行溫度檢測，經(jīng)實(shí)踐檢驗(yàn)，在智能加熱柜在向主貯水箱開始補(bǔ)水到補(bǔ)水結(jié)束，機(jī)組出水管的溫度只上升了2左右，完全達(dá)到了我們的預(yù)期目標(biāo)。 具有流量檢測和電量檢測是本熱泵控制系統(tǒng)的一個(gè)特點(diǎn)，流量檢測采用的是韋根流量計(jì)，電量檢測則通過捕捉電子式電能表的脈沖來實(shí)現(xiàn)。因?yàn)橛辛怂侩娏康臋z測，在加水位、溫度的檢測。那么實(shí)現(xiàn)水箱水位顯示、產(chǎn)水量顯示、電量累計(jì)、流量累計(jì)、能效比計(jì)算等功能就不是什么難事了。

16、 MCU的抗干擾是工控產(chǎn)品不可避免的問題。熱泵控制系統(tǒng)的PCB和電源部分經(jīng)過精心設(shè)計(jì)，軟件中也采用了很多的抗干擾措施，比如溫度、水位檢測經(jīng)多次數(shù)字濾波，電導(dǎo)式水位檢測經(jīng)一定的延時(shí)，IO設(shè)置定時(shí)刷新，定時(shí)初始化LCD，長時(shí)間通信不上自動(dòng)初始化甚至重啟，條件判斷等?？刂破鞯目垢蓴_能力還不錯(cuò)。在設(shè)計(jì)的過程中發(fā)現(xiàn)，原先選擇的負(fù)責(zé)顯示、鍵盤、定時(shí)控制及與上位機(jī)通信的那片MCU在實(shí)驗(yàn)環(huán)境中一切正常，可一帶上接觸器就容易受干擾自動(dòng)復(fù)位，嚴(yán)重時(shí)影響到時(shí)鐘芯片的數(shù)據(jù)。經(jīng)仔細(xì)檢查PCB的設(shè)計(jì)，發(fā)現(xiàn)PCB設(shè)計(jì)并無問題，經(jīng)與MCU的代理商核實(shí)，該MCU的抗干擾能力確實(shí)不行。之后換上了一款抗干擾能力超強(qiáng)的MCU，問題迎刃而解。值得一提的是，智能控制柜的 環(huán)境溫度實(shí)際達(dá)到65，由于我們選用的都是工業(yè)級(jí)的MCU，通信和軟件的運(yùn)行都很正常。通過這個(gè)項(xiàng)目的完成，我們覺得，內(nèi)部RC振蕩、內(nèi)部復(fù)位及內(nèi)部看門狗是提高嵌入系統(tǒng)抗干擾能力很好的手段。 通過這個(gè)項(xiàng)目的實(shí)施，我們發(fā)現(xiàn)GPRS模塊的抗干擾能力還不錯(cuò)，完全可以在強(qiáng)電磁干擾的環(huán)境下可靠地工作。 軟件的實(shí)現(xiàn)，軟件使用C51來實(shí)現(xiàn)，使用C51的優(yōu)點(diǎn)是維護(hù)、排錯(cuò)工作量小，擴(kuò)展功能簡單，