氣源熱泵熱水機組控制器設(shè)計

0 引 言
氣源熱泵熱水器利用的是清潔的電能和空氣能(太陽能)，與傳統(tǒng)熱水器相比，具有節(jié)能、安全、環(huán)保三大特點；缺點是使用范圍有限，設(shè)備造價相對高一些，而且還要考慮備用熱源的問題。因此主要應(yīng)用于商業(yè)領(lǐng)域，尤其是在酒店賓館、醫(yī)院、學(xué)校、休閑場所等商用公用事業(yè)方面應(yīng)用廣泛。
控制系統(tǒng)是整個熱泵熱水系統(tǒng)的指揮中心，現(xiàn)有的熱泵熱水控制器加熱時間長，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ATmega16為核心構(gòu)建熱泵機組控制器，針對雙壓機雙盤管的雙系統(tǒng)，力求縮短加熱時間，并設(shè)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，用于掛接線控面板實現(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
為了監(jiān)測機組的運行，在各個關(guān)鍵環(huán)節(jié)上安置了傳感器。一是溫度傳感器，分別檢測水箱溫度、出水溫度、環(huán)境溫度、盤管溫度和壓縮機排氣溫度等共10個模擬信號的采集?？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(fù)溫度系數(shù)(NTC)熱敏電阻來檢測熱泵熱水器的各種溫度。另一是開關(guān)量傳感器，如壓縮機的進(jìn)、排氣壓力保護開關(guān)，循環(huán)管路的流量開關(guān)，用于調(diào)節(jié)風(fēng)機轉(zhuǎn)速的壓力開關(guān)，用于測量水箱液位是否達(dá)到高低限和水箱缺水保護的三個液位開關(guān)等共11個開關(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(shè)備的控制都是開關(guān)量樁制，故都采用繼電器來控制。控制器采集到的溫度信號和開關(guān)量信號經(jīng)過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RS 485通信總線實現(xiàn)聯(lián)網(wǎng)，一個系統(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，每個從模塊控制器控制兩個壓縮機和一個循環(huán)水泵，檢測本模塊的出水溫度和室外的盤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RS 232接口用于PC機監(jiān)控整個系統(tǒng)的運行。系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。

線控操作面板同樣作為從模塊掛接在RS 485總線上，用于實現(xiàn)控制系統(tǒng)的人機界面，方便遠(yuǎn)程控制。為了實現(xiàn)控制系統(tǒng)功能，要求有開／關(guān)機、系統(tǒng)參數(shù)設(shè)定、時間設(shè)定等功能，并能夠進(jìn)行溫度和機組狀態(tài)的查詢。
控制器針對傳感器的短路或斷路問題，在界面上顯示故障代碼，系統(tǒng)關(guān)機。針對系統(tǒng)嚴(yán)重故障，如壓縮機運行中出現(xiàn)的高壓或低壓保護，系統(tǒng)報警關(guān)機。