基于触摸屏的地源热泵监控系统设计及应用

余银中

摘  要：在环境污染和能源紧缺的背景下，对新型供热制冷系统进行探究与应用就显得十分重要。地源热泵计算机监控系统打破了传统依赖于计算机监控地源热泵的单一方法的现状，不但能够确保系统安全运行，而且节能环保，降低了成本，具有重要的应用价值。该文通过分析传统系统的控制方案和原理，提出了运用触摸屏监控设计地源热泵系统，利用触摸屏与PLC相结合的方法，对地源热泵监控系统进行改进。

关键词：触摸屏;地源热泵监控系统;PLC

中图分类号：TP277              文献标志码：A

1912年瑞士物理学家提出了地源热泵的基本概念。20世纪末的能源紧缺问题使人们开始关注地源热泵。这一时期地源热泵技术得到迅猛发展，而且在许多工程中得到普遍应用。地源热泵是水源热泵中不可或缺的组成部分，其主要是利用水能与地能进行冷和热的互换，为水源提供大量的供冷热源。地源热泵机组在不同季节有不同的调节作用，冬季把热量从地下土壤中转移到建筑物内部，为室内供暖，夏季再把地下的冷量转移到建筑物内部，为室内降温，并且地源热泵还能及时排放地下水。地源热泵效率高，能在短时间内转移某一区域的热量，同时又具有节能性、环保性和安全性等多项优势。最近几年，地源热泵技术已经在众多领域得到普遍应用。

地源热泵的供热制冷方法有很多种，因为PLC具有安全可靠、功能丰富、方便使用以及经济实用等优势，所以得到广泛应用。该文将PLC与触摸屏进行结合，这样能够节省按钮、转变开关、中间间继电器等各种硬元件，并且利用组态软件将系统的各个现场数据信息集中显示在触摸屏上，并自动记录和认真观察。

1 地源热泵系统的工艺介绍

热源热泵的主要特点是热泵机组蒸发器能够吸收低位能源所产生的热量。地源热泵系统将吸收的热量转化成低压炮及蒸汽后，会先进入到压缩机中，再从压缩机中排出。地源热泵通过热泵机组蒸发器吸收低位能源的热量，使蒸汽和低压炮在冷凝器内完成与高危热源的转换，给生活热水放热或供热，大幅度提高低温地热的能级。

安徽省某个高职院校的地源热泵仅供学生宿舍使用。该高职院校的学生宿舍有7栋。这些学生宿舍的建筑面积达到43 820 m2，宿舍数量710间，并且有5台24 kW的地源热泵热水机组。土壤换热器采用双“U”型埋管方式，平均钻井深度64 m，埋管总深度400 m。土壤换热器地源热泵热水系统的基本原理如图1所示。

该系统由地能循泵和地下换热系统2个部分组成。在这个系统中，被测量为系统热源侧出口水温、机组热源测流量、室外温度、机组输入功能、系统用户侧出口水温以及机组输入功率等;被控量为电磁阀开关等。该系统通过土壤源换热器获得低温度的热源，提升了能源的有效利用率。

1.1 数据收集

在这个监控系统中，设置底层设备的目的在于收集数据信息及认真执行监控中心下发的上位机控制命令，底层设备主要由2个部分组成：第一，三相电能表。其重点负责搜集系统耗电率及输入功率等信息。第二，EDA9017模拟量输入输出模块。其负责搜集pt100热电阻温度变送器发送出的电信号。

1.2 数据存储和空间

一般来说，监控中心服务器是对工业计算机的合理利用。其重点是负责实时收集数据采集器获取的数据信息，象温度、电参量等。并且能够在WEB网页上及时发布计算出的供热能系数，同时也可以在规定的时间内远程控制整个地源热泵系统。

服务器软件选用力控组态软件的主要原因在于其开发环境是相对灵活的，能够提供功能强大的工具箱和各种画面模板，能够实时、准确地模拟真实的工作现场，在地源热泵系统中，其工作任务是对这个系统的相关参数进行及时检测，了解和掌握系统的运行情况，并结合实际情况对机组进行远程控制。总体框架如图2所示。

软件编程人员利用不同类型的组态软件，在灵活的脚本编译系统中完成所有代码的编制，根据力控组态软件提供的图形组件及图形数据库，构建一个完善的人机界面。

在Web页发布后，用户可以将服务器用户名、校验码等信息，及时输入到异地IE浏览器中，以此来查询远程浏览机组的运行动态画面。

2 触摸屏监控界面设计

Viieo设计是触摸屏监控界面软件全新的改进方案，是一个功能齐全的人机界面设计系统，可以通过对其进行科学设置，来提升系统的运行水平和工作效率。

温度压力检测组态界面的左侧有12个温度传感器，用于检测所处地区的温度，右侧重点负责对分水器两边产生的压力进实时检测。而上位机是通过接收数据信息来保护系统，具体体现在2个方面：一是温度超限保护，二是差压超限保护。此外，在温度压力检测组态中操作人员必须对每个输入设备的操作属性进行设置，并将设置好的对象及时储存到相应的数据库中。

3 通信调试

3.1 智能仪表的测试

对于配电仪表而言，需要结合所选的数据型号对其进行有效调试。数据型主要包括2个方面：一方面是Modbus协议，另一方面是模拟量。模拟量调试可以合理的设置PLC所对应的模拟量接收模式，利用VLadder软件编辑梯形图程序，并对PLC“RUN”模式进行设置，利用此软件对其自身线圈的性能信息做出全面分析。數字量调试利用VLadder软件，可以针对节点采取强制赋值1/10，认真观察指示灯，若指示灯正常工作，能够及时将其启动，说明通信设施是安全可靠的。

3.2 触摸屏与PLC调试、通信

在ViieoDeSigner中设置准确的驱动程序，使通信设备符合相关要求，同时在触摸屏中下载用户所需的应用程序，这样就可以实现触摸屏与PLC以太网通信。不需要编制复杂的通信程序，只需对各个设备的IP和网关进行设置即可。

4 结语

近年来，随着社会经济的迅猛发展和科技的日益进步，以往的空调制冷设备及锅炉供热方式难以满足当今社会的可持续发展的实际需求。然而应用地源热泵技术，可以很大程度地改善以往的制冷供热系统中能量不足的问题。因此，积极研究和应用地源热泵技术具有重要意义。

参考文献

[1]薛增骁，赵莉莉.天津市地源热泵遥测监控系统的研究与应用[J].海河水利，2017（2）：67-70.

[2]商家伟，苏华.基于MCGS的地源热泵监控系统的设计[J].建筑节能，2016，44（11）：84-86，96.

[3]黄越洋，张贵宇，石元博，等.基于触摸屏的地源热泵监控系统设计及应用[J].制造业自动化，2016，38（9）：24-26.

[4]张蓉蓉，刘旭.PROFIBUS与WinCC在地源热泵群监控系统中的应用[J].现代电子技术，2014，37（12）：107-109，112.

[5]马亚强.基于WebAccess及PAC的地源热泵示范建筑远程监控系统设计及实现[D].北京：北京工商大学，2010.

[6]张晓力，廉小亲，于重重，等.基于WebAccess的地源热泵远程监控系统研究与实现[J].测控技术，2009，28（6）：51-53，57.