Este proyecto es uno de los subproyectos del "Proyecto de creación de capacidad para la comercialización de energías renovables de China" apoyado por la Comisión Estatal de Economía y Comercio y el Fondo para el Medio Ambiente Mundial del Programa de las Naciones Unidas para el Desarrollo. Este sistema experimental debe. satisfacer las necesidades de nuevos países El estándar "Método de prueba de rendimiento térmico del sistema solar de agua caliente doméstica" GB/T18708-2002 también debe cumplir con los requisitos de rendimiento del sistema de prueba de rendimiento térmico en la norma internacional ISO 9459-2. El sistema de control consta de tarjetas de placa Advantech, módulos de adquisición de datos, módulos de comunicación y computadoras industriales, y utiliza el software de configuración de soporte Autoview y la lógica suave Kingact de Advantech para realizar las funciones de control de visualización de la computadora host y registro de datos. Los parámetros medidos incluyen la irradiación solar, la velocidad del viento y el caudal, y los objetos controlados incluyen válvulas de tres vías, calefacción eléctrica, convertidores de frecuencia, bombas de agua, válvulas solenoides, etc. Debido a los requisitos de alta precisión del sistema de prueba de temperatura, el artículo presenta en detalle la estrategia de control de temperatura y presenta brevemente las funciones del software. En la actualidad, este sistema de prueba está en uso y funciona de manera estable.
Palabras clave: Calentador solar de agua, sistema de medición y control, control de temperatura, configuración
Con el rápido desarrollo de la economía en los últimos años, la energía y el medio ambiente han comenzado a plantear enormes desafíos a la humanidad. . El desarrollo y utilización de energía renovable verde representada por la energía solar, la energía geotérmica y la energía eólica será una forma eficaz de resolver la crisis energética y ambiental. En la actualidad, los calentadores de agua solares se han convertido en el producto más maduro y utilizado en la utilización de energía solar en mi país. Como uno de los subproyectos del "Proyecto de creación de capacidad para la comercialización de energías renovables de China", respaldado por la Comisión Estatal de Economía y Comercio y el Fondo para el Medio Ambiente Mundial del Programa de las Naciones Unidas para el Desarrollo, el sistema de prueba de rendimiento térmico del calentador de agua solar doméstico será un Prueba autorizada para la industria de calentadores de agua solares domésticos, juicio justo y científico. Para adaptarse a la competencia en los mercados nacionales y extranjeros, este sistema de prueba no solo debe cumplir con la nueva norma nacional "Método de prueba de rendimiento térmico del sistema de agua caliente solar doméstica" GB/T18708-2002, sino también con la norma internacional ISO 9459- 2 para los requisitos de rendimiento de los sistemas de prueba de rendimiento térmico.
1. Introducción al proceso
El proceso de prueba es el siguiente: antes de las 8 de la mañana, vierta agua a 20 ± 0,2 ℃ (la temperatura establecida está relacionada con la temperatura ambiente) en el tanque de almacenamiento de agua del calentador de agua solar. Cuando la temperatura del agua en la entrada y salida del tanque de agua no cambie más de ±1°C dentro del tiempo especificado, cierre las válvulas de entrada y salida del agua solar. Tanque de almacenamiento de agua del calentador. El calentador de agua solar almacena calor bajo la luz solar y la temperatura en ese momento se registra como la temperatura inicial para calcular la ganancia de calor del calentador de agua solar. Después de 8 horas, encienda la bomba de circulación de agua para uniformar la temperatura en el tanque de almacenamiento del calentador de agua solar. Registre la temperatura en este momento y utilice el método de pesaje para medir el volumen de agua en el tanque de agua caliente. Calcule la ganancia de calor del calentador de agua solar de acuerdo con la siguiente fórmula.
QS=PwCWVS (t2-t1)
Donde: QS—el volumen de agua en el tanque de almacenamiento de agua caliente VS contiene la ganancia de calor del sistema, unidad MJ—; Densidad del agua, unidad kg/m3; CW: capacidad calorífica específica del agua, unidad J/kg.℃ VS: volumen de fluido en el tanque de almacenamiento de agua caliente, m3: el final del modelo de recolección de calor es el agua en el; tanque de almacenamiento de agua caliente, unidad ℃; t1 - La temperatura del agua en el tanque de almacenamiento de agua caliente al comienzo de la prueba de recolección de calor, unidad °C
La prueba anterior es una prueba independiente de un día completo, y la prueba completa consta de n pruebas de este tipo. Finalmente, se dan las curvas de rendimiento de los calentadores de agua solares bajo diferentes iluminaciones de amplitud solar.
Este sistema de prueba puede probar el rendimiento térmico de ocho calentadores de agua solares al mismo tiempo, seis de los cuales pueden probarse mediante el método de mezcla de agua y los dos restantes pueden probarse mediante el método de drenaje. El método de prueba presentado anteriormente es el método de agua mixta y en este artículo se omite el principio de prueba del método de drenaje.
II. Composición del sistema de medición y control
Se puede ver en el proceso que es fundamental controlar la temperatura del agua de entrada del calentador de agua solar a 20 ± 0,2 ℃. Para ello se utiliza un sistema informático de medición y control. El sistema de medición y control consta de placas de las series Advantech PCI y PCL, módulos de adquisición de datos de la serie ADAM4000, módulos de comunicación y computadoras industriales. El software de configuración de soporte Autoview y el software de lógica suave Kingact de Advantech se utilizan para realizar las funciones de control de visualización y registro de datos del host. computadora. Los parámetros medidos incluyen temperatura, radiación solar, velocidad del viento y caudal; los objetos controlados incluyen válvulas de tres vías, calentadores eléctricos, convertidores de frecuencia, bombas de agua, válvulas solenoides, etc.
La estructura del sistema de control se muestra en la Figura 2.
El sistema operativo de la computadora host es Windows 2000. Al ejecutar el software de monitoreo, se puede realizar visualización, medición, control y registro en tiempo real de los parámetros en el sitio, y se pueden emitir alarmas por más de -Se pueden tomar parámetros límite y las medidas de emergencia correspondientes. El software de configuración de control industrial tiene una buena interfaz hombre-máquina y puede cargar controladores para diferentes productos de hardware según sea necesario, acortando el ciclo de desarrollo del proyecto y evitando trabajos de desarrollo de interfaz de hardware repetidos y que consumen mucho tiempo.
Debido a los requisitos de alta precisión del control de temperatura en el sistema de prueba, todos los sensores de temperatura utilizan resistencias de platino Pt100, que se calibran mientras todo el sistema está en funcionamiento. Se utiliza el método de mínimos cuadrados para ajustar y. Haga una regresión de los datos basándose en los datos calibrados. El error final es inferior a 0,05 ℃. Después de la calibración y la regresión, el caudalímetro tiene una precisión mejor que ±1% del valor medido dentro de un rango determinado. El error de medición del que tiene el mayor error entre los ocho caudalímetros electromagnéticos es del 0,25%.
3. Enlaces de control típicos
1. Control de temperatura del tanque de agua en circulación
La enfriadora viene con un sistema de control que se inicia automáticamente en función del valor establecido. La temperatura del agua en circulación detiene la unidad de enfriamiento de aire y la temperatura del agua en la salida del enfriador fluctúa dentro de ±2 °C. Se instala una válvula eléctrica de tres vías en el lado primario del intercambiador de calor de placas. La apertura de la válvula eléctrica de tres vías se ajusta de acuerdo con la temperatura del tanque de agua en circulación para controlar la temperatura del tanque de agua en circulación dentro del rango. del valor ajustado ±1°C.
2. Control de temperatura de la tubería principal de entrada
El agua en la tubería principal de entrada es calentada por el calentador eléctrico primario desde el tanque de agua de circulación y enviada a la entrada de agua de cada uno. unidad de detección. La electricidad primaria se ajusta a través de PID. El regulador de potencia controlado por silicio calentado controla la temperatura de la tubería principal de entrada de agua dentro de ±0,5 °C de la temperatura establecida.
3. Control de temperatura de entrada de la unidad de medición
Este sistema de prueba experimental tiene 8 unidades de detección. La temperatura del agua de entrada de cada unidad de detección debe ser estable en ±0,2 de la temperatura establecida. ℃, establezca su valor de configuración en el valor de configuración de temperatura de la tubería principal de entrada de agua más 1 ℃ para reducir el impacto de las fluctuaciones de temperatura en la tubería principal de entrada de agua. El regulador secundario de tiristor de calefacción eléctrica en la entrada de cada unidad de detección se ajusta mediante PID para estabilizar la temperatura dentro del rango requerido.
Como se puede ver en la introducción anterior, el control de la temperatura del agua es un proceso que converge gradualmente a través de cuatro niveles de control. Primero, el enfriador enfría el agua a temperatura normal y controla automáticamente el agua de salida. temperatura del enfriador a 16 ± 2 ℃ (se usa 16 ℃ como ejemplo), luego ajuste la válvula eléctrica de tres vías en el lado primario del intercambiador de calor de placas para mantener la temperatura del agua en el tanque de agua en circulación a 18 ± 1); ℃; use el calentador eléctrico de tubería seca para elevar la temperatura del agua a 19 ± 0,5 ℃; finalmente, para cada entrada del calentador de agua, la temperatura del agua se eleva a 20 ± 0,2 ℃ mediante el calentador eléctrico secundario.
4. Datos de prueba
La curva de datos de la Figura 4 se obtiene probando simultáneamente el rendimiento térmico de cuatro calentadores de agua solares domésticos en las condiciones de irradiancia solar y velocidad del viento requeridas por el especificación. Un grupo en los datos. Antes de exponer el calentador de agua al sol, asegúrese de que la temperatura del agua de cada unidad de detección fluctúe dentro del rango de ±0,2°C y que el caudal fluctúe dentro del rango de ±50L/h.
V. Funciones principales del software
1. Monitoreo en tiempo real de la interfaz hombre-máquina
Cómodo, fácil de usar y de usuario. -friendly se realizan a través del software de configuración Advantech Autoview Desarrollo de la interfaz de la computadora. Según las diferentes funciones y procesos, las pantallas se dividen en las siguientes categorías: pantalla de flujo de proceso, pantalla de unidad de detección, pantalla de alarma, pantalla de consulta de informes, pantalla de tendencia en tiempo real, pantalla de tendencia histórica, pantalla de control PID y pantalla de parámetros ambientales. La pantalla se puede cambiar cómodamente y se pueden ajustar varios parámetros en línea en tiempo real.
En la pantalla de flujo del proceso se puede visualizar la relación entre cada unidad del proceso y el estado de funcionamiento del equipo, tales como: arranque y parada de la bomba de agua, estado de falla, valor de frecuencia fijado por el Convertidor de frecuencia de bomba de agua, datos de temperatura en tiempo real de cada punto de control, etc. En la interfaz de control PID, se pueden mostrar el valor establecido del enlace de control, los datos de temperatura en tiempo real, el porcentaje de salida, los parámetros PID y la curva del proceso de control de temperatura. Los valores de configuración, los parámetros PID, etc. se pueden modificar en esta interfaz.
2. Alarmas y eventos
Las alarmas y eventos incluyen principalmente eventos de alarma variables, eventos de operación y eventos de inicio de sesión de usuario. A través de estas alarmas y eventos, los usuarios pueden monitorear y ver fácilmente las alarmas y el estado de operación del sistema. Cuando un parámetro excede el límite, aparecerá el mensaje correspondiente en la pantalla de alarma. Cuando el parámetro vuelva al rango normal, la pantalla de alarma solicitará que se restablezca la alarma. Los registros del historial de eventos y alarmas se pueden mostrar en la computadora host en tiempo real, y las alarmas y eventos se escriben en la base de datos ACCESS a través de ODBC para facilitar el análisis de fallas y eventos.
3. Tendencia en tiempo real y tendencia histórica
Al ajustar los parámetros a través de PID, a través de la visualización de la pantalla de tendencia en tiempo real, puede observar la diferencia entre el valor establecido y el valor real y luego compare la relación, ajuste los parámetros integrales y diferenciales. La pantalla de tendencias históricas puede consultar las tendencias cambiantes de ocho parámetros en un determinado período de tiempo al mismo tiempo. En la pantalla de tendencia histórica también se pueden seleccionar libremente los parámetros a visualizar y el periodo de tiempo a consultar.
4. Informe
En la pantalla del informe, el operador puede seleccionar los parámetros requeridos para el informe y el intervalo de tiempo correspondiente según sea necesario. Los resultados de la consulta se muestran en la pantalla y pueden. imprimirse directamente a través de la impresora.
5. Registro de datos
Los datos históricos recopilados y controlados por el sistema se guardan en formato rec en la ruta de base de datos especificada. Los datos históricos se pueden recuperar y ver mediante consultas de informes y tendencias históricas. Dado que la cantidad de datos registrados es relativamente grande, parámetros importantes llaman a funciones SQL mediante programación de scripts y configuran ODBC para transmitir datos a la base de datos ACCESS.
6. Gestión de la seguridad del sistema
Con el fin de garantizar el funcionamiento normal del sistema y evitar el impacto de un mal funcionamiento en todo el sistema, teniendo en cuenta al mismo tiempo la seguridad de El software en sí evita que los operadores realicen un mal funcionamiento y modifiquen la fuente. El programa diseña diferentes zonas de seguridad y asigna diferentes permisos a diferentes operadores para garantizar la transmisión precisa de los comandos de control.
7. Combinación de lógica suave y software de configuración
Utilice el software de lógica suave Kingact para realizar funciones de control complejas. El controlador Soft Logic se considera un dispositivo de control y se carga en el software de configuración. Los parámetros controlados recopilados, los parámetros que deben configurarse y ajustarse y los parámetros condicionales para el control se asignan a los registros de parámetros de lógica suave correspondientes después de la configuración y luego se transfieren a los módulos de funciones relevantes de Kingact. Kingact se programa mediante un diagrama de escalera y luego se realiza la depuración en línea, la edición dinámica y la descarga, y la función de control se implementa con lógica suave. La práctica ha demostrado que se logran buenos resultados de control.
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