住宅小区太阳能热水系统智能监控应用研究

罗喜昌，龙学军

（华中师范大学，湖北 武汉 430079）

随着太阳能热水工程市场的不断向前发展，越来越多的大型智能化住宅小区对太阳能热水系统的智能化控制要求也会越来越高，所以对这些热水工程项目建立架构并实现一而且功能强大的计算机智能监控系统。是智能化住宅小区建设的重要组成部分之一。它可以把太阳能热水系统的智能控制、实时监视、故障报警检修、历史数据保存等与集热系统相关的一切因素都有机地联系起来。尤其是针对那些规模大，智能化要求较高的住宅小区来说，计算机远程监控系统构建成功与否直接关系到整个小区的太阳能集热系统的易操控性（包括对系统进行高度集中的实时控制和监视）、运行的效率（包括可最大化地节约系统运行时消耗的常规能源）等等关键性的因素。下面重点介绍智能化监控系统的几个重要的组成部分：

1．智能化监控系统的电气控制架构

为了对集热系统建立基础的电气功控制系统，需要对集热系统中的管路部分、水箱部分、集热器部分建立相应功能的智能控制柜。这些控制柜能起到控制集热系统中各个电气设备的功能，而且控制柜能够采集温度和水位等系统运行的信息。

1.1 控制集热系统中各个电气设备

太阳能集热系统中主要包含的电气设备有水泵、电磁阀、电加热等部件。可用220V单相电气控制柜来控制水泵和电磁阀的开关动作，用380V三相电气控制柜来控制电加热这样大功率的电气的开关动作。单相电气控制柜中装有220V的漏电开关保护器、继电器等元件，其中最重要的是需要配备智能控制通讯板。智能控制通讯板可以与计算机的串口之间进行实时不间断地通讯，从而智能控制通讯板就可以按照计算机程序发出的一系列的指令控制各个电气部件的开关动作。380V三相电气控制柜内的配置则相对比较简单，只需要根据电加势棒的数量配备相应的交流接触器就可以了。住宅小区中的太阳能热水系统的特点应该具有较大的规模和集热系统分布分散性强等特点，如果说集热系统和相应的电气控制柜都能够具有相同的统一标准，那么在整个住宅小区中的各个独立的集热系统之间不仅可以根据具体的情况来相互替换各个部件，而且还可以在太阳能热水集热系统和智能控制柜安装之前就可以预先铺设统一的管线及相关的固定支架，从而最大可能地做到太阳能集热系统与建筑物体本身最佳的结合方式以满足建筑外表美观性的要求。

1.2 采集系统中的温度和水位信息

前面提到的智能控制通讯板除了可以与计算机串口之间进行通讯以外，它的另一个主要的功能就是可以采集太阳能热水集热系统中各个温度传感器和水位压力传感器返回的信号。

1.3 返回电气部件的工作状态

为满足小区综合物业管理人员的监控需要，即实时在计算机屏幕上可以观察到集热系统中各个电气部件的工作状态，可以把电气部件的开关状态返回给智能控制通讯板，一般采用的技术是安装监控用传感器。

2．监控用计算机硬件及其软件架构

2.1 计算机硬件系统

用于监控用的计算机应该放置在住宅小区的中心控制机房，小区里的综合物业管理人员就可以在中心机房集中监控小区内所有的集热设备的运行情况。由于监控计算机要每天24小时不间断地运行，所以系统对于计算机的稳定性有很严格的要求。一般多使用工控机或者服务器之类的计算机来作为监控计算机，这样就能保证监控计算机每天24小时不间断地稳定运行，从而保证整个太阳能热水集热系统的工作稳定性。

2.2 监控软件的特点

软件具有的主要功能有：对设备的实时控制与监视，设备的最佳启停控制和节能运行，设备运行状态的监测，事故报警及维修预报警；参数监测和显示，异常状态报警，能量管理功能，事件记录及显示功能；系统运行状态显示功能等等。太阳能热水集热系统监控软件的最终用户应该是住宅小区的物业管理人员，所以不仅仅要保证软件功能上强大和完备，而且还要特别强调软件的易操作性和监控界面的友善性。

下图1表示软件参数设置界面。

图1

下图2表示集热系统实时监控界面。

图2

3．整个监控系统的通讯网络

由于住宅小区中需要安装的太阳能热水集热系统是按照各个集热子系统全部由中心计算机监控的原则，所以对于监控系统的通讯网络的稳定性尤为重要。可以根据各个住宅小区的实际情况来选择不同的通讯方式，采用串行口计算机与控制柜之间进行通讯。即采用RS485或RS422通讯接口构成的通信。为了能够保证即使在通讯网出故障中断的时候，单片机保护装置仍能可靠地正常运行，同时考虑到今后的整个通讯网络的施工架设的方便性和运行成本费用及其稳定性，可以选择使用超短波无线数传电台作为常用的通讯方式。该方案传输数据的实时性好，可以高速传输数据，无需专门预埋管线，但是传输距离比较近，通常在50公里范围以内，但对于一般的住宅小区来说几公里的覆盖范围已经足矣。无线通讯系统建设成本相对比较高，但是没有后期的月使用费，而采集数据的实时传送，能满足客户对于数据实时性。

4．总体系统原理图

下图 3表示住宅小区内单套太阳能集热系统的计算机监控原理图。

图3

下图 4表示住宅小区内多套太阳能集热系统的计算机监控原理图。

图4