一種基于plc的太陽能溫室大棚與地源熱泵聯(lián)合控制系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本實用新型一種基于PLC的太陽能溫室大棚與地源熱泵聯(lián)合控制系統(tǒng)，包括溫室大棚、太陽能集熱器、地源熱泵、換熱片、循環(huán)泵、儲熱水箱、生活熱水箱及水井等，溫室大棚內(nèi)設(shè)有溫度計，儲熱水箱內(nèi)設(shè)有溫度傳感器和液位傳感器，生活熱水箱內(nèi)設(shè)有液位傳感器，灌溉系統(tǒng)設(shè)有溫度傳感器和流量計，這些設(shè)備均與PLC控制器連接，通過PLC控制各回路中控制閥及循環(huán)泵的啟停狀態(tài)，最終實現(xiàn)用PLC來控制溫室大棚內(nèi)植物生長所需的最適宜溫度。本實用新型充分利用了太陽能和地源能這兩種清潔能源，對大棚室內(nèi)溫度進行自動控制，解決了植物在冬季因溫度太低生長緩慢以及夏季溫度太高產(chǎn)生萎蔫的問題，滿足植物一年四季的正常生長需求，是一種高效節(jié)能的溫室空調(diào)控制系統(tǒng)。
【專利說明】-種基于PLC的太陽能溫室大棚與地源熱泵聯(lián)合控制系統(tǒng) 【【技術(shù)領(lǐng)域】】
[0001] 本實用新型涉及一種太陽能溫室大棚溫度調(diào)控系統(tǒng)，具體涉及一種基于PLC的太 陽能溫室大棚與地源熱泵聯(lián)合控制系統(tǒng)。 【【背景技術(shù)】】
[0002] 目前，我國北方地區(qū)大型溫室大棚在冬季或夜晚由于地溫偏低，影響了植物吸收 水分、養(yǎng)分，導(dǎo)致作物生長狀況不佳，進而影響產(chǎn)量與效益。為了增加產(chǎn)量，現(xiàn)有溫室系統(tǒng) 主要以中小型燃煤鍋爐作為加熱手段，耗煤量大，在北方地區(qū)冬季加熱成本約占運行總成 本的30%?50%，且燃燒時生成大量的0)、50 2、0)2、勵1等有害氣體，嚴(yán)重污染環(huán)境。中國 普遍流行的溫室大棚都是被動式溫室大棚，其原理就是利用溫室大棚自身作為集熱器，通 過優(yōu)化溫室的結(jié)構(gòu)型式、方位、采光材料、保溫覆蓋材料等影響因素來最大限度地利用太陽 能。由于這種大棚溫室本身就是集熱系統(tǒng)，因此，溫室的采光和保溫性能的優(yōu)劣會直接影響 到溫室的微氣候環(huán)境及地溫情況，直接影響到溫室生產(chǎn)的成敗。
[0003] 近年來，地源熱泵方面的研究越來越成熟，地源熱泵是一種利用地下淺層地?zé)豳Y 源的高效節(jié)能環(huán)保型能源利用技術(shù)，通過輸入少量的高品位電能，即可使能量從低溫?zé)嵩?向高溫?zé)嵩崔D(zhuǎn)移，實現(xiàn)夏季供冷，冬季供熱。因此可將太陽能-地源熱泵系統(tǒng)應(yīng)用于溫室大 棚系統(tǒng)中，為現(xiàn)代化溫室設(shè)計一種"空調(diào)"控制系統(tǒng)，對溫室大棚內(nèi)的溫度進行自動調(diào)控，從 而滿足大棚內(nèi)植物的正常生長需求。 【實用新型內(nèi)容】
[0004] 本實用新型的目的在于針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供了一種基于PLC的太陽能溫室 大棚與地源熱泵聯(lián)合控制系統(tǒng)。
[0005] 為實現(xiàn)上述目的，本實用新型采用的技術(shù)方案為：
[0006] -種基于PLC的太陽能溫室大棚與地源熱泵聯(lián)合控制系統(tǒng)，包括溫室大棚以及安 裝在溫室大棚上方的太陽能集熱器，安裝在溫室大棚內(nèi)的換熱片，在溫室大棚外還安裝有 儲熱水箱；其中，太陽能集熱器及換熱片分別經(jīng)管路及安裝在該管路上的與PLC控制器相 連的控制閥與儲熱水箱相連通形成循環(huán)回路，且在換熱片與儲熱水箱相連通的一條管路上 還安裝有第一循環(huán)泵，儲熱水箱的出口還通過管路及安裝在該管路上的與PLC控制器相連 的控制閥與生活熱水箱的入口相連通，生活熱水箱的出口通過管路及安裝在該管路上的與 PLC控制器相連的控制閥與生活熱水系統(tǒng)相連通，儲熱水箱的入口經(jīng)水井管路及安裝在該 管路上的與PLC控制器相連的控制閥、第二循環(huán)水泵與水井相連，儲熱水箱還經(jīng)管路及安 裝在該管路上的與PLC控制器相連的控制閥與地源熱泵相連通形成循環(huán)回路，且在地源熱 泵與儲熱水箱相連通的一條管路上還安裝有第三循環(huán)泵。
[0007] 本實用新型進一步改進在于：地源熱泵與儲熱水箱相連通的兩條管路經(jīng)管路及安 裝在該管路上的與PLC控制器相連的控制閥相連通。
[0008] 本實用新型進一步改進在于：第二循環(huán)水泵的出口還與連通生活熱水箱和生活熱 水系統(tǒng)管路上的控制閥相連通。
[0009] 本實用新型進一步改進在于：第二循環(huán)水泵的出口還連接有與安裝在溫室大棚內(nèi) 的灌溉系統(tǒng)相連的灌溉管路，灌溉管路上安裝有與PLC控制器相連的控制閥，且該灌溉管 路還通過另一管路及安裝在該管路上的與PLC控制器相連的控制閥與儲熱水箱相連。
[0010] 本實用新型進一步改進在于：灌溉管路上還安裝有水管溫度傳感器和流量計。
[0011] 本實用新型進一步改進在于：溫室大棚內(nèi)還安裝有與PLC控制器相連的溫度計。
[0012] 本實用新型進一步改進在于：儲熱水箱內(nèi)設(shè)有溫度傳感器和液位傳感器。
[0013] 本實用新型進一步改進在于：生活熱水箱內(nèi)設(shè)有液位傳感器。
[0014] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實用新型的有益效果是：
[0015] 本實用新型將太陽能、地?zé)崮苓@兩種清潔能源應(yīng)用于溫室大棚系統(tǒng)中，為現(xiàn)代化 溫室設(shè)計一種"空調(diào)"自動控制系統(tǒng)。具體來說，太陽能溫室大棚與地源熱泵聯(lián)合控制系統(tǒng) 是一種節(jié)能、環(huán)保及可持續(xù)發(fā)展能源采掘與利用裝置，不僅可以解決現(xiàn)有溫室加熱污染問 題，同時也滿足了當(dāng)前國內(nèi)、國際對新能源開發(fā)利用的號召，具有一定的經(jīng)濟價值與社會價 值。 【【專利附圖】
【附圖說明】】
[0016] 圖1為本實用新型基于PLC的太陽能溫室大棚與地源熱泵聯(lián)合控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示 意圖；
[0017] 圖2為PLC控制器的結(jié)構(gòu)圖。
[0018] 其中，1-溫室大棚，2-太陽能集熱器，3-儲熱水箱，4-生活熱水箱，5-生活熱水系 統(tǒng)，6-水井，7-溫度計，8-換熱片，9-溫度傳感器，10-第一液位傳感器，11-第二液位傳感 器，12-水管溫度傳感器，13-流量計，14-地源熱泵。 【【具體實施方式】】
[0019] 下面結(jié)合附圖和實施例對本實用新型作進一步說明。
[0020] 如圖1所示，本實用新型一種基于PLC的太陽能溫室大棚與地源熱泵聯(lián)合控制系 統(tǒng)，包括溫室大棚1、太陽能集熱器2、儲熱水箱3、生活熱水箱4、生活熱水系統(tǒng)5、水井6、溫 度計7、換熱片8、儲熱水箱內(nèi)的溫度傳感器9和第一液位傳感器10、生活熱水箱內(nèi)的第二 液位傳感器11、灌溉管路上的溫度傳感器12和流量計13、地源熱泵14、換熱片第一循環(huán)泵 B1、水井第二循環(huán)泵B2、地源熱泵第三循環(huán)泵B3及第一至第十二控制閥T1?T12。
[0021] 具體來說，本實用新型包括溫室大棚1以及安裝在溫室大棚1上方的太陽能集熱 器2,安裝在溫室大棚1內(nèi)的換熱片8,在溫室大棚1外還安裝有儲熱水箱3 ;其中，太陽能 集熱器2經(jīng)管路及安裝在該管路上的與PLC控制器相連的第一控制閥T1、第二控制閥T2與 儲熱水箱3相連通形成循環(huán)回路，換熱片8經(jīng)管路及安裝在該管路上的與PLC控制器相連 的第三控制閥T3、第四控制閥T4與儲熱水箱3相連通形成循環(huán)回路，且在換熱片8與儲熱 水箱3相連通的一條管路上還安裝有第一循環(huán)泵B1 ;儲熱水箱3的出口還通過管路及安裝 在該管路上的與PLC控制器相連的第五控制閥T5與生活熱水箱4的入口相連通，生活熱水 箱4的出口通過管路及安裝在該管路上的與PLC控制器相連的第八控制閥T8與生活熱水 系統(tǒng)5相連通；儲熱水箱3的入口經(jīng)水井管路及安裝在該管路上的與PLC控制器相連的第 六控制閥T6、第二循環(huán)水泵B2與水井6相連，儲熱水箱3還經(jīng)管路及安裝在該管路上的與 PLC控制器相連的第十控制閥Τ10、第十一控制閥Τ11與地源熱泵14相連通形成循環(huán)回路， 且在地源熱泵14與儲熱水箱3相連通的一條管路上還安裝有第三循環(huán)泵Β3,當(dāng)太陽能集熱 器2提供的能量不能或者超過溫室所需的能量時，可以通過調(diào)節(jié)地源熱泵14進行輔熱或制 冷，使大棚保持植物所需溫度。
[0022] 進一步地，地源熱泵14與儲熱水箱3相連通的兩條管路經(jīng)管路及安裝在該管路上 的與PLC控制器相連的第十二控制閥Τ12相連通。
[0023] 第二循環(huán)水泵Β2的出口還與連通生活熱水箱4和生活熱水系統(tǒng)5管路上的第八 控制閥Τ8相連通。此外，第二循環(huán)水泵Β2的出口還連接有與安裝在溫室大棚1內(nèi)的灌溉 系統(tǒng)相連的灌溉管路，灌溉管路上安裝有與PLC控制器相連的第七控制閥Τ7,且該灌溉管 路還通過另一管路及安裝在該管路上的與PLC控制器相連的第九控制閥T9與儲熱水箱4 相連，此外，灌溉管路上還安裝有水管溫度傳感器12和流量計13,通過調(diào)節(jié)水溫和流量使 灌溉達到最佳效果，且不影響植物一年四季生長。
[0024] 進一步地，溫室大棚1內(nèi)還安裝有與PLC控制器相連的溫度計7,可隨時監(jiān)測并通 過控制系統(tǒng)來調(diào)節(jié)室內(nèi)溫度，保證植物最適宜的生長溫度，且溫室大棚1內(nèi)的多組換熱器 片8,冬天可通過開啟第一控制閥Τ1、第二控制閥Τ2對溫室大棚1進行熱量補充。儲熱水 箱3內(nèi)設(shè)有溫度傳感器9和第二液位傳感器11，通過自動調(diào)節(jié)控制閥和第一循環(huán)泵的開啟， 使儲熱水箱3內(nèi)溫度和液位保持設(shè)定值。生活熱水箱4內(nèi)設(shè)有第一液位傳感器10,通過第 二循環(huán)泵Β2控制水井6的上水，生活熱水箱4的出水口處設(shè)有的第八控制閥Τ8,通過混合 熱水和井水，為日常生活提供適宜溫度的生活用水。
[0025] 如圖2所示，PLC控制器通過TCP/IP接口與上位機網(wǎng)絡(luò)進行數(shù)據(jù)通信，并將運行 狀態(tài)顯示在顯示器上，上位機實時從PLC采集數(shù)據(jù)，并向其發(fā)送啟停、急停、暫停、復(fù)位等開 關(guān)量信號以及溫度傳感器、液位傳感器及流量計等模擬量信號，并由PLC輸出數(shù)字量信號 控制控制閥、循環(huán)泵等啟停狀態(tài)，自動調(diào)節(jié)溫室大棚內(nèi)溫度。具體控制情況見下表：
[0026] 表1 PLC輸入/輸出信號
[0027] 輸入信號 代碼|輸出信號 代碼|通訊信號 代碼|接口信號 代碼 上電 Α0~~太陽能電磁閥 Β0 上位機網(wǎng)絡(luò)~S TCP/IP接口Ρ 啟停 Α1 地源熱泵電磁閥 Β1 暫停 Α2 循環(huán)泵繼電器 Β2 急停 Λ3 混水閥繼電器 Β3 自動/手動 Λ4 旁路調(diào)節(jié)閥繼電器Β4 復(fù)位 Α5 運行指示燈 Β5 溫度傳感器 Λ6 報警指示燈 Β6 液位傳感器 Α7 顯示器 Β7 流量計 Α8
[0028] 冬季供暖工況：當(dāng)太陽能可滿足溫室大棚1內(nèi)溫度計7設(shè)定值時，第十控制閥 Τ10、第十一控制閥Τ11和第十二控制閥Τ12關(guān)閉，地源熱泵關(guān)閉，太陽能溫室大棚系統(tǒng)打 開，第一至第四控制閥Τ1?Τ4開啟。太陽能集熱器2通過吸收太陽能提供熱量，加熱儲熱 水箱3內(nèi)的水，儲熱水箱3內(nèi)設(shè)有溫度傳感器9和液位傳感器11，根據(jù)設(shè)定值控制儲熱水箱 3內(nèi)溫度和液位保持恒定，儲熱水箱3通過第四控制閥T4與第一循環(huán)泵B1相連，最終和溫 室大棚1內(nèi)的換熱片8形成一個控制回路，然后通過溫室大棚1內(nèi)的溫度計7監(jiān)測并控制 溫室大棚1內(nèi)的溫度值，保證植物最適宜的生長溫度；當(dāng)不能滿足溫室大棚1內(nèi)溫度計7的 設(shè)定值時，同時啟動地源熱泵14和太陽能溫室大棚系統(tǒng)，第一至第四控制閥T1?T4以及 第十至第十二控制閥T10?T12開啟，此時地源熱泵14通過輔熱對太陽能進行能量補充。 地源熱泵14通過第三循環(huán)泵B3向儲熱水箱3提供地?zé)崮?，控制溫室大?內(nèi)換熱片8的 溫度，從而保持溫室大棚1在設(shè)定的溫度內(nèi)。
[0029] 夏季制冷工況：當(dāng)夏季溫度過高時，超過溫室大棚1內(nèi)溫度計7的設(shè)定值時，地源 熱泵14打開，太陽能溫室大棚系統(tǒng)關(guān)閉，第三控制閥T3、第四控制閥T4以及第十至第十二 控制閥T10?T12開啟，第一控制閥T1和第二控制閥T2關(guān)閉。此時，地源熱泵14通過第三 循環(huán)泵B3,采用地下水機組，與比環(huán)境空氣溫度低的土壤進行熱交換，形成一條空調(diào)回路， 對溫室大棚1進行制冷，從而保證植物生長溫度。
[0030] 晝夜交替工況：夜間運行采用地源熱泵14,第一控制閥T1、第二控制閥T2關(guān)閉，第 十控制閥T10、第十一控制閥T11開啟，第十二控制閥T12開啟，日間則采用太陽能熱泵聯(lián)合 控制系統(tǒng)，在此期間讓土壤溫度自然恢復(fù)，此種工況適于應(yīng)用于冬季晝夜均需保溫的植物。
[0031] 生活用水系統(tǒng)：打開第五控制閥T5、第六控制閥T6和第八控制閥T8,這樣就可以 通過儲熱水箱3、生活熱水箱4、第八控制閥T8和生活用水系統(tǒng)5為日常生活提供適宜溫度 的生活用水。生活熱水箱4內(nèi)設(shè)有第一液位傳感器10,當(dāng)液位低于設(shè)定值時可自動開啟第 二循環(huán)泵B2從水井6上水。
[0032] 灌溉系統(tǒng)：打開灌溉系統(tǒng)和太陽能系統(tǒng)，關(guān)閉其他系統(tǒng)，灌溉水管內(nèi)設(shè)有溫度傳感 器12和流量計13。當(dāng)冬季地下水溫度過低，低于植物灌溉需求溫度設(shè)定值時，第一控制閥 T1、第二控制閥T2、第六控制閥T6、第七控制閥T7和第九控制閥T9開啟，水井6內(nèi)的水通 過第二循環(huán)泵B2將水抽出來以后，經(jīng)過儲熱水箱3處的第九控制閥T9將井水進行一定的 混合預(yù)熱后，再進行灌溉；夏天大棚內(nèi)溫度過高且需要灌溉時，根據(jù)設(shè)定情況，第九控制閥 T9關(guān)閉，第七控制閥T7開啟，水井6內(nèi)的水直接通過第二循環(huán)泵B2被抽出，并采用噴灌方 式對溫室大棚1內(nèi)植物進行灌溉，同時井水在噴灌過程可帶走一部分熱量，幫助降低溫室 大棚1內(nèi)溫度，使其滿足植物的生長條件。
[0033] 需要說明的是：上述涉及的PLC控制器，其涉及的軟件均為現(xiàn)有軟件，本實用新型 在于硬件的組合創(chuàng)新。
[0034] 上述的實施案例，只是本實用新型的一個實例并不是用來限制本實用新型的實施 與權(quán)力范圍，因此，在不脫離本實用新型范疇的情況下所做的改進和修改都應(yīng)該在本實用 新型的保護范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1. 一種基于PLC的太陽能溫室大棚與地源熱泵聯(lián)合控制系統(tǒng)，其特征在于：包括溫室 大棚（1)以及安裝在溫室大棚（1)上方的太陽能集熱器（2)，安裝在溫室大棚（1)內(nèi)的換 熱片（8)，在溫室大棚（1)外還安裝有儲熱水箱（3);其中，太陽能集熱器（2)及換熱片（8) 分別經(jīng)管路及安裝在該管路上的與PLC控制器相連的控制閥與儲熱水箱（3)相連通形成循 環(huán)回路，且在換熱片（8)與儲熱水箱（3)相連通的一條管路上還安裝有第一循環(huán)泵（B1)，儲 熱水箱（3)的出口還通過管路及安裝在該管路上的與PLC控制器相連的控制閥與生活熱水 箱⑷的入口相連通，生活熱水箱⑷的出口通過管路及安裝在該管路上的與PLC控制器 相連的控制閥與生活熱水系統(tǒng)（5)相連通，儲熱水箱（3)的入口經(jīng)水井管路及安裝在該管 路上的與PLC控制器相連的控制閥、第二循環(huán)水泵（B2)與水井（6)相連，儲熱水箱（3)還 經(jīng)管路及安裝在該管路上的與PLC控制器相連的控制閥與地源熱泵（14)相連通形成循環(huán) 回路，且在地源熱泵（14)與儲熱水箱（3)相連通的一條管路上還安裝有第三循環(huán)泵（B3)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于PLC的太陽能溫室大棚與地源熱泵聯(lián)合控制系統(tǒng)， 其特征在于：地源熱泵（14)與儲熱水箱（3)相連通的兩條管路經(jīng)管路及安裝在該管路上的 與PLC控制器相連的控制閥相連通。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于PLC的太陽能溫室大棚與地源熱泵聯(lián)合控制系統(tǒng)， 其特征在于：第二循環(huán)水泵（B2)的出口還與連通生活熱水箱（4)和生活熱水系統(tǒng)（5)管路 上的控制閥相連通。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于PLC的太陽能溫室大棚與地源熱泵聯(lián)合控制系統(tǒng)， 其特征在于：第二循環(huán)水泵（B2)的出口還連接有與安裝在溫室大棚（1)內(nèi)的灌溉系統(tǒng)相連 的灌溉管路，灌溉管路上安裝有與PLC控制器相連的控制閥，且該灌溉管路還通過另一管 路及安裝在該管路上的與PLC控制器相連的控制閥與儲熱水箱（4)相連。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種基于PLC的太陽能溫室大棚與地源熱泵聯(lián)合控制系統(tǒng)， 其特征在于：灌溉管路上還安裝有水管溫度傳感器（12)和流量計（13)。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于PLC的太陽能溫室大棚與地源熱泵聯(lián)合控制系統(tǒng)， 其特征在于：溫室大棚（1)內(nèi)還安裝有與PLC控制器相連的溫度計（7)。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于PLC的太陽能溫室大棚與地源熱泵聯(lián)合控制系統(tǒng)， 其特征在于：儲熱水箱（3)內(nèi)設(shè)有溫度傳感器（9)和液位傳感器。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于PLC的太陽能溫室大棚與地源熱泵聯(lián)合控制系統(tǒng)， 其特征在于：生活熱水箱（4)內(nèi)設(shè)有液位傳感器。
【文檔編號】A01G9/24GK203896900SQ201420351785
【公開日】2014年10月29日 申請日期:2014年6月26日 優(yōu)先權(quán)日:2014年6月26日
【發(fā)明者】董繼先, 蘇偉, 穆青, 朱劍祥, 王博 申請人:陜西科技大學(xué)