氣源熱泵熱水機組控制器設計

0 引 言
氣源熱泵熱水器利用的是清潔的電能和空氣能(太陽(yáng)能)，與傳統熱水器相比，具有節能、安全、環(huán)保三大特點(diǎn)；缺點(diǎn)是使用范圍有限，設備造價(jià)相對高一些，而且還要考慮備用熱源的問(wèn)題。因此主要應用于商業(yè)領(lǐng)域，尤其是在酒店賓館、醫院、學(xué)校、休閑場(chǎng)所等商用公用事業(yè)方面應用廣泛。
控制系統是整個(gè)熱泵熱水系統的指揮中心，現有的熱泵熱水控制器加熱時(shí)間長(cháng)，故障保護不完善，低溫條件制熱效率低，不能進(jìn)行聯(lián)網(wǎng)通信實(shí)現遠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ATmega16為核心構建熱泵機組控制器，針對雙壓機雙盤(pán)管的雙系統，力求縮短加熱時(shí)間，并設計出針對壓縮機故障、傳感器故障的保護功能，針對低溫環(huán)境的冬季防凍和化霜功能，用于掛接線(xiàn)控面板實(shí)現遠程控制的聯(lián)網(wǎng)通信功能。

1 控制系統總體方案設計
為了監測機組的運行，在各個(gè)關(guān)鍵環(huán)節上安置了傳感器。一是溫度傳感器，分別檢測水箱溫度、出水溫度、環(huán)境溫度、盤(pán)管溫度和壓縮機排氣溫度等共10個(gè)模擬信號的采集?？紤]到熱水器對溫度檢測精度的要求和產(chǎn)品的成本，采用負溫度系數(NTC)熱敏電阻來(lái)檢測熱泵熱水器的各種溫度。另一是開(kāi)關(guān)量傳感器，如壓縮機的進(jìn)、排氣壓力保護開(kāi)關(guān)，循環(huán)管路的流量開(kāi)關(guān)，用于調節風(fēng)機轉速的壓力開(kāi)關(guān)，用于測量水箱液位是否達到高低限和水箱缺水保護的三個(gè)液位開(kāi)關(guān)等共11個(gè)開(kāi)關(guān)量。
熱泵熱水器的控制對象主要有壓縮機、電加熱、風(fēng)機、四通閥、補水電磁閥、水泵等。這些設備的控制都是開(kāi)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和開(kāi)關(guān)量信號經(jīng)過(guò)控制器分析處理做出響應，完成相應的控制。
控制器之間通過(guò)RS 485通信總線(xiàn)實(shí)現聯(lián)網(wǎng)，一個(gè)系統配置有惟一的主模塊控制器，其余的都被設置成從模塊控制器，每個(gè)從模塊控制器控制兩個(gè)壓縮機和一個(gè)循環(huán)水泵，檢測本模塊的出水溫度和室外的盤(pán)管溫度以及每臺壓縮機的排氣溫度。主模塊控制器還檢測總的水箱溫度、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機監控整個(gè)系統的運行。系統網(wǎng)絡(luò )結構框圖如圖1所示。

線(xiàn)控操作面板同樣作為從模塊掛接在RS 485總線(xiàn)上，用于實(shí)現控制系統的人機界面，方便遠程控制。為了實(shí)現控制系統功能，要求有開(kāi)／關(guān)機、系統參數設定、時(shí)間設定等功能，并能夠進(jìn)行溫度和機組狀態(tài)的查詢(xún)。
控制器針對傳感器的短路或斷路問(wèn)題，在界面上顯示故障代碼，系統關(guān)機。針對系統嚴重故障，如壓縮機運行中出現的高壓或低壓保護，系統報警關(guān)機。