氣源熱泵熱水機(jī)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(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)ATmega16為核心構(gòu)建熱泵機(jī)組控制器，針對雙壓機(jī)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(jī)故障、傳感器故障的保護(hù)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(jī)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(jī)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(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)，用于測量水箱液位是否達(dá)到高低限和水箱缺水保護(hù)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(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(jī)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(jī)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(jī)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(jī)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(jī)、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(jī)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(jī)。針對系統(tǒng)嚴(yán)重故障，如壓縮機(jī)運行中出現(xiàn)的高壓或低壓保護(hù)，系統(tǒng)報警關(guān)機(jī)。