住宅小區太陽能熱水系統智能監控應用研究

羅喜昌，龍學軍

（華中師范大學，湖北 武漢 430079）

隨著太陽能熱水工程市場的不斷向前發展，越來越多的大型智能化住宅小區對太陽能熱水系統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并實現一而且功能強大的計算機智能監控系統。是智能化住宅小區建設的重要組成部分之一。它可以把太陽能熱水系統的智能控制、實時監視、故障報警檢修、歷史數據保存等與集熱系統相關的一切因素都有機地聯系起來。尤其是針對那些規模大，智能化要求較高的住宅小區來說，計算機遠程監控系統構建成功與否直接關系到整個小區的太陽能集熱系統的易操控性（包括對系統進行高度集中的實時控制和監視）、運行的效率（包括可最大化地節約系統運行時消耗的常規能源）等等關鍵性的因素。下面重點介紹智能化監控系統的幾個重要的組成部分：

1．智能化監控系統的電氣控制架構

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

1.1 控制集熱系統中各個電氣設備

太陽能集熱系統中主要包含的電氣設備有水泵、電磁閥、電加熱等部件。可用220V單相電氣控制柜來控制水泵和電磁閥的開關動作，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動作。單相電氣控制柜中裝有220V的漏電開關保護器、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出的一系列的指令控制各個電氣部件的開關動作。380V三相電氣控制柜內的配置則相對比較簡單，只需要根據電加勢棒的數量配備相應的交流接觸器就可以了。住宅小區中的太陽能熱水系統的特點應該具有較大的規模和集熱系統分布分散性強等特點，如果說集熱系統和相應的電氣控制柜都能夠具有相同的統一標準，那么在整個住宅小區中的各個獨立的集熱系統之間不僅可以根據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和智能控制柜安裝之前就可以預先鋪設統一的管線及相關的固定支架，從而最大可能地做到太陽能集熱系統與建筑物體本身最佳的結合方式以滿足建筑外表美觀性的要求。

1.2 采集系統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

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

2．監控用計算機硬件及其軟件架構

2.1 計算機硬件系統

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

2.2 監控軟件的特點

軟件具有的主要功能有：對設備的實時控制與監視，設備的最佳啟停控制和節能運行，設備運行狀態的監測，事故報警及維修預報警；參數監測和顯示，異常狀態報警，能量管理功能，事件記錄及顯示功能；系統運行狀態顯示功能等等。太陽能熱水集熱系統監控軟件的最終用戶應該是住宅小區的物業管理人員，所以不僅僅要保證軟件功能上強大和完備，而且還要特別強調軟件的易操作性和監控界面的友善性。

下圖1表示軟件參數設置界面。

圖1

下圖2表示集熱系統實時監控界面。

圖2

3．整個監控系統的通訊網絡

由于住宅小區中需要安裝的太陽能熱水集熱系統是按照各個集熱子系統全部由中心計算機監控的原則，所以對于監控系統的通訊網絡的穩定性尤為重要。可以根據各個住宅小區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通訊接口構成的通信。為了能夠保證即使在通訊網出故障中斷的時候，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絡的施工架設的方便性和運行成本費用及其穩定性，可以選擇使用超短波無線數傳電臺作為常用的通訊方式。該方案傳輸數據的實時性好，可以高速傳輸數據，無需專門預埋管線，但是傳輸距離比較近，通常在50公里范圍以內，但對于一般的住宅小區來說幾公里的覆蓋范圍已經足矣。無線通訊系統建設成本相對比較高，但是沒有后期的月使用費，而采集數據的實時傳送，能滿足客戶對于數據實時性。

4．總體系統原理圖

下圖 3表示住宅小區內單套太陽能集熱系統的計算機監控原理圖。

圖3

下圖 4表示住宅小區內多套太陽能集熱系統的計算機監控原理圖。

圖4