控制系統(tǒng)是整個(gè)熱泵熱水系統(tǒng)的指揮中心，現(xiàn)有的熱泵熱水控制器加熱時(shí)間長(zhǎng)，故障保護(hù)不完善，低溫條件制熱效率低，不能進(jìn)行聯(lián)網(wǎng)通信實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制等方面的不足影響了熱泵熱水器在更大范圍的推廣使用。本文研究工作是以單片機(jī)為核心構(gòu)建熱泵機(jī)組控制器，針對(duì)雙壓機(jī)雙盤管的雙系統(tǒng)，力求縮短加熱時(shí)間，并設(shè)計(jì)出針對(duì)壓縮機(jī)故障、傳感器故障的保護(hù)功能，針對(duì)低溫環(huán)境的冬季防凍和化霜功能，用于掛接線控面板實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制的聯(lián)網(wǎng)通信功能。
1 控制系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)
為了監(jiān)測(cè)機(jī)組的運(yùn)行，在各個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)上安置了傳感器。一是溫度傳感器，分別檢測(cè)水箱溫度、出水溫度、環(huán)境溫度、盤管溫度和壓縮機(jī)排氣溫度等共10個(gè)模擬信號(hào)的采集。考慮到熱水器對(duì)溫度檢測(cè)精度的要求和產(chǎn)品的成本，采用負(fù)溫度系數(shù)(NTC)熱敏電阻來(lái)檢測(cè)熱泵熱水器的各種溫度。另一是開關(guān)量傳感器，如壓縮機(jī)的進(jìn)、排氣壓力保護(hù)開關(guān)，循環(huán)管路的流量開關(guān)，用于調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速的壓力開關(guān)，用于測(cè)量水箱液位是否達(dá)到高低限和水箱缺水保護(hù)的三個(gè)液位開關(guān)等共11個(gè)開關(guān)量。真空干燥箱的真空油泵廣泛用在制冷設(shè)備抽氣、鍍膜機(jī)、電爐、電子產(chǎn)品排氣設(shè)備、干燥箱等行業(yè)。由于該產(chǎn)品結(jié)構(gòu)緊湊、噪音低、不漏油、不返油，高真空、高可靠性等特點(diǎn)，在高等院校和中科院各實(shí)驗(yàn)室也得到普遍使用。
熱泵熱水器的控制對(duì)象主要有壓縮機(jī)、電加熱、風(fēng)機(jī)、四通閥、補(bǔ)水電磁閥、水泵等。這些設(shè)備的控制都是開關(guān)量樁制，故都采用繼電器來(lái)控制。控制器采集到的溫度信號(hào)和開關(guān)量信號(hào)經(jīng)過(guò)控制器分析處理做出響應(yīng)，完成相應(yīng)的控制。
控制器之間通過(guò)RS 485通信總線實(shí)現(xiàn)聯(lián)網(wǎng)，一個(gè)系統(tǒng)配置有惟一的主模塊控制器，其余的都被設(shè)置成從模塊控制器，每個(gè)從模塊控制器控制兩個(gè)壓縮機(jī)和一個(gè)循環(huán)水泵，檢測(cè)本模塊的出水溫度和室外的盤管溫度以及每臺(tái)壓縮機(jī)的排氣溫度。主模塊控制器還檢測(cè)總的水箱溫度、總的出水溫度和室外環(huán)境溫度，并且通過(guò)RS 232接口用于PC機(jī)監(jiān)控整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行。
線控操作面板同樣作為從模塊掛接在RS 485總線上，用于實(shí)現(xiàn)控制系統(tǒng)的人機(jī)界面，方便遠(yuǎn)程控制。為了實(shí)現(xiàn)控制系統(tǒng)功能，要求有開／關(guān)機(jī)、系統(tǒng)參數(shù)設(shè)定、時(shí)間設(shè)定等功能，并能夠進(jìn)行溫度和機(jī)組狀態(tài)的查詢。
控制器針對(duì)傳感器的短路或斷路問(wèn)題，在界面上顯示故障代碼，系統(tǒng)關(guān)機(jī)。針對(duì)系統(tǒng)嚴(yán)重故障，如壓縮機(jī)運(yùn)行中出現(xiàn)的高壓或低壓保護(hù)，系統(tǒng)報(bào)警關(guān)機(jī)。
2 控制器硬件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)
通過(guò)方案設(shè)計(jì)，可以確定控制系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)，即溫度傳感器輸入的模擬量經(jīng)過(guò)溫度采集模塊送入單片機(jī)；開關(guān)量經(jīng)過(guò)保護(hù)電路后也送入單片機(jī)；實(shí)時(shí)時(shí)鐘模塊保持與單片機(jī)的通信，用于系統(tǒng)計(jì)時(shí)；輸出控制部分，需要外圍驅(qū)動(dòng)電路來(lái)控制繼電器；通信部分，通過(guò)RS485接口模塊掛接到通信總線上實(shí)現(xiàn)聯(lián)網(wǎng)功能，RS 485的總線式拓樸結(jié)構(gòu)允許在同一總線上多可以掛接128個(gè)結(jié)點(diǎn)。線控操作面板，同樣通過(guò)RS 485接口模塊掛接到RS 485總線上，它包含LCD顯示模塊和便捷的按鍵電路，提供給用戶靈活的操作，監(jiān)控總線上的所有控制器。系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)框圖如圖2所示。
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