[发明专利]一种基于PLC的地源热泵热响应测试系统

说明书

 

技术领域

本发明涉及一种土壤热物性测试系统，特别是一种基于PLC的地源热泵热响应测试系统。

 

背景技术

地源热泵技术是指利用存在于地下岩层中可再生的地表热能，如土壤、地下水、地表水或污水等热源中的低品位热能，实现冬季采暖，夏季空调以及全年热水供应的节能新技术。由于其很大限度的减少了常规能源的消耗，运行费用低，无污染等优点，正在我国广泛应用。而土壤导热系数是设计地源热泵比较重要的参数，对地源热泵系统的性能和经济性影响很大，如果土壤的导热系数不准确，设计的系统可能满足不了负荷的要求，也可能规模过大，从而增加了不必要的初投资。

地源热泵系统是以大地为冷源或者热源，通过中间介质为热载体，并使中间介质在埋于土壤中的封闭环路中循环流动，实现中间介质与土壤的热量交换，进而通过热泵实现对建筑物的降温或者供暖。与空气源热泵相比，土壤热泵具有机组性能系数高、节能效果好、利用可再生能源、系统简单、运行费用低等的优点，被称为21世纪的一项以节能和环保为特征的最具有发展前途的绿色空调技术。地源热泵系统在欧美等许多国家的研究和应用已经有数十年的历史了，近年来在中国也受到了广泛的关注并得到了实际应用。土壤源热泵系统中地埋管换热器的数量和性能对整体性能有决定性的影响，而土壤热物性是埋地管换热器性能设计中的关键参数，因而如何建立一种既准确又适合于工程实际应用的快速测量地下岩土热物性参数以及换热器有效换热系数的方法，成为目前地源热泵推广和应用中的关键技术和核心问题。

在现有的基于地源热泵的土壤热物性测试仪技术中，申请号为200810201626.3的地源热泵用高精度土壤热物性测试仪的发明专利，公开了在地源热泵土壤热物性测试仪中使用可编程控制器和液晶显示面板等技术手段来提高测试仪的可操作性和直观性。但是该专利公开的技术无法实现对测试仪实时状态进行有效的监控。

 

发明内容

本发明公开了一种基于PLC的地源热泵热响应测试系统，通过系统中的PLC可编程控制器和WinCC人机界面实现了对地源热泵响应测试系统直观操作和实时监控。

本发明公开的一种基于PLC的地源热泵热响应测试系统，所述的基于PLC的地源热泵热响应测试系统包括电源、水位传感器、可调功率的电加热补水箱、循环水泵、流量计、埋地管换热器、温度传感器和压力计，地埋管换热器的两端分别与循环水泵和流量计相连，并分别再温度传感器，并串接压力计，最后与可调功率的电加热补水箱相连接构成一个测试回路，所述的基于PLC的地源热泵热响应测试系统还包括数据采集控制和分析系统，所述的数据采集控制和分析系统包括可编程控制器PLC、WinCC人机界面、MATLAB分析软件，由PLC分别采集温度传感器和压力计的参数值，并通过以太网送至WinCC人机界面；在WinCC人机界面上，控制电加热器按设定功率加热、循环水泵按设定频率运行，并实时显示系统的状态和参数值，WinCC人机界面长时间存储参数值；并将存储的数据传输至MATLAB分析软件进行计算，得出土壤导热系数K。

可编程控制器PLC主机I/O端口的输入端口用于采集开关量故障输入信号，输出端口用于控制水泵的启停、电加热器的启停和控制加热器的输出功率；标准以太网通讯口与上位机WinCC通讯连接；在可编程控制器PLC主机上扩展了一台模拟量模块，所述的模拟量模块具有4路A/D功能和1路D/A功能，A/D用于采集地埋管进口水温、出口水温和管内水压值，D/A用于控制循环水泵的变频器输出频率。

所述的数据采集和控制系统的WinCC人机界面，通过标准以太网通讯口与可编程控制器PLC相连接，实时显示并存储可编程控制器PLC所采集的信息；同时，将用户在人机界面上的操作传送给可编程控制器PLC，可编程控制器PLC按上位机的命令进行相应工作。

所述的数据分析系统根据测得的72h~96h的进出口温度及加热功率等数据，利用MATLAB软件分析并计算出土壤的导热系数。

本发明公开的基于PLC的地源热泵热响应测试系统，不仅可以应用于工程实际测量，还可以用来土壤热物性参数进行研究，测试仪引入了PLC可编程控制器和WinCC模块实现了对测量和实验状态的远程监控，测试仪的结构紧凑，测试功率范围广，可视化程度高，操作方便，使用安全，测试精度高。

 

说明书附图

图1、本发明公开的基于PLC的地源热泵热响应测试系统的结构示意图。

附图标记列表：