基于觸摸屏的地源熱泵監控系統設計及應用

余銀中

摘? 要：在環境污染和能源緊缺的背景下，對新型供熱制冷系統進行探究與應用就顯得十分重要。地源熱泵計算機監控系統打破了傳統依賴于計算機監控地源熱泵的單一方法的現狀，不但能夠確保系統安全運行，而且節能環保，降低了成本，具有重要的應用價值。該文通過分析傳統系統的控制方案和原理，提出了運用觸摸屏監控設計地源熱泵系統，利用觸摸屏與PLC相結合的方法，對地源熱泵監控系統進行改進。

關鍵詞：觸摸屏;地源熱泵監控系統;PLC

中圖分類號：TP277? ? ? ? ? ? ? 文獻標志碼：A

1912年瑞士物理學家提出了地源熱泵的基本概念。20世紀末的能源緊缺問題使人們開始關注地源熱泵。這一時期地源熱泵技術得到迅猛發展，而且在許多工程中得到普遍應用。地源熱泵是水源熱泵中不可或缺的組成部分，其主要是利用水能與地能進行冷和熱的互換，為水源提供大量的供冷熱源。地源熱泵機組在不同季節有不同的調節作用，冬季把熱量從地下土壤中轉移到建筑物內部，為室內供暖，夏季再把地下的冷量轉移到建筑物內部，為室內降溫，并且地源熱泵還能及時排放地下水。地源熱泵效率高，能在短時間內轉移某一區域的熱量，同時又具有節能性、環保性和安全性等多項優勢。最近幾年，地源熱泵技術已經在眾多領域得到普遍應用。

地源熱泵的供熱制冷方法有很多種，因為PLC具有安全可靠、功能豐富、方便使用以及經濟實用等優勢，所以得到廣泛應用。該文將PLC與觸摸屏進行結合，這樣能夠節省按鈕、轉變開關、中間間繼電器等各種硬元件，并且利用組態軟件將系統的各個現場數據信息集中顯示在觸摸屏上，并自動記錄和認真觀察。

1 地源熱泵系統的工藝介紹

熱源熱泵的主要特點是熱泵機組蒸發器能夠吸收低位能源所產生的熱量。地源熱泵系統將吸收的熱量轉化成低壓炮及蒸汽后，會先進入到壓縮機中，再從壓縮機中排出。地源熱泵通過熱泵機組蒸發器吸收低位能源的熱量，使蒸汽和低壓炮在冷凝器內完成與高危熱源的轉換，給生活熱水放熱或供熱，大幅度提高低溫地熱的能級。

安徽省某個高職院校的地源熱泵僅供學生宿舍使用。該高職院校的學生宿舍有7棟。這些學生宿舍的建筑面積達到43 820 m2，宿舍數量710間，并且有5臺24 kW的地源熱泵熱水機組。土壤換熱器采用雙“U”型埋管方式，平均鉆井深度64 m，埋管總深度400 m。土壤換熱器地源熱泵熱水系統的基本原理如圖1所示。

該系統由地能循泵和地下換熱系統2個部分組成。在這個系統中，被測量為系統熱源側出口水溫、機組熱源測流量、室外溫度、機組輸入功能、系統用戶側出口水溫以及機組輸入功率等;被控量為電磁閥開關等。該系統通過土壤源換熱器獲得低溫度的熱源，提升了能源的有效利用率。

1.1 數據收集

在這個監控系統中，設置底層設備的目的在于收集數據信息及認真執行監控中心下發的上位機控制命令，底層設備主要由2個部分組成：第一，三相電能表。其重點負責搜集系統耗電率及輸入功率等信息。第二，EDA9017模擬量輸入輸出模塊。其負責搜集pt100熱電阻溫度變送器發送出的電信號。

1.2 數據存儲和空間

一般來說，監控中心服務器是對工業計算機的合理利用。其重點是負責實時收集數據采集器獲取的數據信息，象溫度、電參量等。并且能夠在WEB網頁上及時發布計算出的供熱能系數，同時也可以在規定的時間內遠程控制整個地源熱泵系統。

服務器軟件選用力控組態軟件的主要原因在于其開發環境是相對靈活的，能夠提供功能強大的工具箱和各種畫面模板，能夠實時、準確地模擬真實的工作現場，在地源熱泵系統中，其工作任務是對這個系統的相關參數進行及時檢測，了解和掌握系統的運行情況，并結合實際情況對機組進行遠程控制。總體框架如圖2所示。

軟件編程人員利用不同類型的組態軟件，在靈活的腳本編譯系統中完成所有代碼的編制，根據力控組態軟件提供的圖形組件及圖形數據庫，構建一個完善的人機界面。

在Web頁發布后，用戶可以將服務器用戶名、校驗碼等信息，及時輸入到異地IE瀏覽器中，以此來查詢遠程瀏覽機組的運行動態畫面。

2 觸摸屏監控界面設計

Viieo設計是觸摸屏監控界面軟件全新的改進方案，是一個功能齊全的人機界面設計系統，可以通過對其進行科學設置，來提升系統的運行水平和工作效率。

溫度壓力檢測組態界面的左側有12個溫度傳感器，用于檢測所處地區的溫度，右側重點負責對分水器兩邊產生的壓力進實時檢測。而上位機是通過接收數據信息來保護系統，具體體現在2個方面：一是溫度超限保護，二是差壓超限保護。此外，在溫度壓力檢測組態中操作人員必須對每個輸入設備的操作屬性進行設置，并將設置好的對象及時儲存到相應的數據庫中。

3 通信調試

3.1 智能儀表的測試

對于配電儀表而言，需要結合所選的數據型號對其進行有效調試。數據型主要包括2個方面：一方面是Modbus協議，另一方面是模擬量。模擬量調試可以合理的設置PLC所對應的模擬量接收模式，利用VLadder軟件編輯梯形圖程序，并對PLC“RUN”模式進行設置，利用此軟件對其自身線圈的性能信息做出全面分析。數字量調試利用VLadder軟件，可以針對節點采取強制賦值1/10，認真觀察指示燈，若指示燈正常工作，能夠及時將其啟動，說明通信設施是安全可靠的。

3.2 觸摸屏與PLC調試、通信

在ViieoDeSigner中設置準確的驅動程序，使通信設備符合相關要求，同時在觸摸屏中下載用戶所需的應用程序，這樣就可以實現觸摸屏與PLC以太網通信。不需要編制復雜的通信程序，只需對各個設備的IP和網關進行設置即可。

4 結語

近年來，隨著社會經濟的迅猛發展和科技的日益進步，以往的空調制冷設備及鍋爐供熱方式難以滿足當今社會的可持續發展的實際需求。然而應用地源熱泵技術，可以很大程度地改善以往的制冷供熱系統中能量不足的問題。因此，積極研究和應用地源熱泵技術具有重要意義。

參考文獻

[1]薛增驍，趙莉莉.天津市地源熱泵遙測監控系統的研究與應用[J].海河水利，2017（2）：67-70.

[2]商家偉，蘇華.基于MCGS的地源熱泵監控系統的設計[J].建筑節能，2016，44（11）：84-86，96.

[3]黃越洋，張貴宇，石元博，等.基于觸摸屏的地源熱泵監控系統設計及應用[J].制造業自動化，2016，38（9）：24-26.

[4]張蓉蓉，劉旭.PROFIBUS與WinCC在地源熱泵群監控系統中的應用[J].現代電子技術，2014，37（12）：107-109，112.

[5]馬亞強.基于WebAccess及PAC的地源熱泵示范建筑遠程監控系統設計及實現[D].北京：北京工商大學，2010.

[6]張曉力，廉小親，于重重，等.基于WebAccess的地源熱泵遠程監控系統研究與實現[J].測控技術，2009，28（6）：51-53，57.