CN110631121A - 太阳能、沼气能综合控制器 - Google Patents

Abstract

太阳能、沼气能综合控制器。太阳能、沼气能只是单一能源进行利用。本发明组成包括：换热***和控制***，所述的换热***包括换热器（4），所述的换热器的出水口（23）与两组地热管（1）通过出水管（10）连接，所述的地热管与所述的换热器的回水口（22）通过回水管（3）连接，所述的换热器的出油口（24）与集热盒（5）通过两个出油管（8）连接，所述的换热器的进油口与所述的集热盒通过进油管（6）连接，所述的控制***包括主控电路（18），所述的主控电路分别与模拟量采集板卡（16）、继电器板卡（19）、CAN收发器（15）、无线串口电路（17）和工控机、显示屏电路（14）电连接。本发明用于太阳能、沼气能综合控制器。

Description

太阳能、沼气能综合控制器

技术领域：

本发明涉及一种太阳能、沼气能综合控制器，属于洁净能源技术领域。

背景技术：

传统***一般都是对太阳能***进行简单的电气控制，对沼气能只是补充的节点控制，一方面在国内太阳能、沼气能只是单一能源进行利用，但是，对于两者太阳能、沼气能进行综合的控制器研发国内外没有此设备，这样对于两种能源的单一控制只是根据不同的设计者和不同的要求进行方式不同的方法使用控制，这样没有统一的控制要求、标准，对工程师而言控制即分散又不方便。

市场上只有小型的太阳能控制器，只是简单的控制一组太阳能进行集热等简单的控制，然而这种控制器只是实用于小型的家庭单组控制，而集中供热领域市场上没有这中控制器，在沼气控制领域也没有这种控制器，在太阳能、沼气能综合互补控制领域也没有此种控制器。

发明内容：

本发明的目的是解决现有的***都是对太阳能、沼气能单一能源进行利用的问题，提供一种对太阳能、沼气能进行日夜、阴晴综合控制的太阳能、沼气能综合控制器。

上述的目的通过以下的技术方案实现：

一种太阳能、沼气能综合控制器，其组成包括：换热***和控制***，所述的换热***包括换热器，所述的换热器的出水口与两组地热管通过出水管连接，所述的地热管与所述的换热器的回水口通过回水管连接，所述的换热器的出油口与集热盒通过两个出油管连接，所述的换热器的进油口与所述的集热盒通过进油管连接；

所述的控制***包括主控电路，所述的主控电路分别与模拟量采集板卡、继电器板卡、CAN收发器、无线串口电路和工控机、显示屏电路电连接。

所述的太阳能、沼气能综合控制器，所述的主控电路包括AT91sam9263处理器、内存电路、NandFlash存储器和DataFlash存储器。

所述的太阳能、沼气能综合控制器，所述的工控机、显示屏电路采用四线制工控机、显示屏。

所述的太阳能、沼气能综合控制器，所述的控制***还包括供电电路，所述的供电电路与所述的模拟量采集板卡、所述的继电器板卡、所述的工控机、显示屏电路和所述的AT91sam9263处理器电连接。

所述的太阳能、沼气能综合控制器，所述的工控机、显示屏电路与时钟电路电连接。

所述的太阳能、沼气能综合控制器，所述的地热管是由三个平行并列布置的蛇形管组成。

所述的太阳能、沼气能综合控制器，所述的出油管上设置有出油泵。

所述的太阳能、沼气能综合控制器，所述的回水管上设置有回水泵。

有益效果：

1.本发明结合太阳能、沼气能的控制特点，对太阳能、沼气能进行所需***分析，控制器不仅可以方便的单一控制太阳能或者单一的沼气能，而且对太阳能、沼气能进行日夜、阴 晴综合控制，既可以对过程中的各种温度、液位、流量、压力等过程物理信号进行控制，而且可对开关量进行相应的控制。这样大大满足了传统的控制器不能满足的要求，大大方便了工程师的设计和技术人员的使用和管理。

本发明填补了国内外市场上对太阳能、沼气能大型互补工业热源的控制器的空白，能够对太阳能、沼气能进行过程量的单一控制和***的综合控制，大大增加了***的集成，节约了在大型控制***的集成化，节约了控制成本。

本发明运用神经网络PID算法控制太阳能与沼气能热源互补自动控制设备，传统PID参数人工整定参数后固定不变进行相应输出控制，引入神经网络算法，对PID参数实行在线自学习，根据过程控制自动优化比例、积分和微分参数，实现人工智能化。

附图说明：

附图1是本发明的结构示意图；

附图2是本发明的原理图；

附图3是继电器卡板电路图；

附图4是按键接口电路图；

附图5是插件接口电路图；

附图6是模拟量采集卡板流程图；

附图7是网络电路原理图；

附图8是DS1337电路原理图；

附图9是ADS7846E电路原理图；

附图10是CAN电路原理图；

附图11是SP70SEN电路原理图；

附图12是NandFlash电路原理图；

附图13是dataflash电路原理图；

附图14是内存电路原理图；

图中：1、地热管；2、蛇形管；3、回水管；4、换热管；5、集热盒；6、进油管；7、供油管；8、出油管；9、出油泵；10、出水管；11、回水泵；12、供油泵；13、按键接口电路；14、工控机、显示屏电路；15、CAN收发器；16、模拟量采集板卡；17、无线串口电路；18、主控电路；19、继电器板卡；20、供电电路；21、时钟电路；22、回水口；23、出水口；24、出油口；25、进油口。

具体实施方式：

实施例1：

一种太阳能、沼气能综合控制器，其组成包括：换热***和控制***，所述的换热***包括换热器4，所述的换热器的出水口23与两组地热管1通过出水管10连接，所述的地热管与所述的换热器的回水口22通过回水管3连接，所述的换热器的出油口24与集热盒5通过两个出油管8连接，所述的换热器的进油口与所述的集热盒通过进油管6连接；

所述的控制***包括主控电路18，所述的主控电路分别与模拟量采集板卡16、继电器板卡19、CAN收发器15、无线串口电路17和工控机、显示屏电路14电连接。

实施例2：

根据实施例1所述的太阳能、沼气能综合控制器，所述的主控电路包括AT91sam9263处理器、内存电路、NandFlash存储器和DataFlash存储器。

实施例3：

根据实施例1或2所述的太阳能、沼气能综合控制器，所述的工控机、显示屏电路采用四线制工控机、显示屏。

实施例4：

根据实施例1或2或3所述的太阳能、沼气能综合控制器，所述的控制***还包括供电电路20，所述的供电电路与所述的模拟量采集板卡、所述的继电器板卡、所述的工控机、显示屏电路和所述的AT91sam9263处理器电连接。

实施例5：

根据实施例1或2或3或4所述的太阳能、沼气能综合控制器，所述的工控机、显示屏电路与时钟电路21电连接。

实施例6：

根据实施例1或2或3或4或5所述的太阳能、沼气能综合控制器，所述的地热管是由三个平行并列布置的蛇形管2组成。

实施例7：

根据实施例1或2或3或4或5或6所述的太阳能、沼气能综合控制器，所述的出油管上设置有出油泵9。

实施例8：

根据实施例1或2或3或4或5或6或7所述的太阳能、沼气能综合控制器，所述的回水管上设置有回水泵11，集热盒上还设置有供油管7，供油管上设置供油泵12。

把传统的太阳能、沼气能进行相应的结合研发出此太阳能、沼气能综合控制器，综合控制器既能对专有的太阳能集热进行***控制，又能对沼气发酵过程进行相应物理量进行控制，对沼气产气到达供气要求后进行相应的程序控制。太阳能、沼气能综合控制器是国 内外现在所没有的控制器，此控制器既能单一的控制太阳能、又能单一的对夏季太阳能过 热、沼能产量过剩，并能对沼气能进行发电过程中的控制，最重要的是能够对太阳能集热、沼气能产气和调温、补湿进行综合控制，此种控制器的控制方式充分利用太阳能、和沼气能两种洁净、绿色、可再生能源充分控制和应用发明的设备。

综合控制器对于太阳能、沼气能的物理特点和控制特征进行分析，把传统的太阳能、沼气能进行相应的结合研发出此太阳能、沼气能综合控制器，综合控制器既能对太阳能集热进行***控制，又能对沼气发酵过程进行相应物理量及夏季过热及产气过剩进行控制，对沼气产气到达供气要求后进行相应的程序控制。太阳能、沼气能综合控制器是国内外现在所没有的控制器，此控制器既能单一的控制太阳能、又能单一的对沼气能进行过程控制，最重要的是能够对太阳能集热、沼气能产气和补温、补热、补湿、补菌进行综合控制，此种控制器的控制方式充分利用太阳能、和沼气能两种洁净能源充分控制和应用发明的设备。

模拟量采集板卡功能要求是能够采集电压、电流、热电阻、热电偶、压力和流速等模拟信号。板卡采集功能分为万能输入板卡和电流电压板卡。万能输入板卡具有采集电压、电流、热电阻、热电偶、压力和流速参数的功能，但是其只能接入四路传感器。为了能够提供更多的采集路数，设计了电压电流板卡。电压电流板卡只能采集电压电流型号，但是相较于万能输入板卡不同的是，该板卡拥有40路传感器接入功能，大大的提升了传感器接入能力；

继电器板卡可以根据主机***的命令来控制相应的继电器，从而可以控制后级电路发出相应的动作。这种设计使得后级电路的配置更加灵活，显著的提高了对工业环境的适应能力，并对未来清洁、绿色能源进入工业热源市场奠定基础；

主板控制电路部分结构设计上，为用户留有四个功能子板接口。为了能够与对应接口的板卡进行通讯，每个接口都有对应的板卡地址，无论哪种类型的功能子板***接口，其板卡地址都是固定的，也即板卡地址是跟主板上的子板接口绑定的，这样主板能够根据地址与子板进行通讯；

通信***配有USB、串行接口、网络接口工业现场常用的通讯方式。通过U盘导入导出配置文件和导出历史数据。以太网接口选用最常用的RJ45网卡接口，由于RJ45接口和串行通讯接口都是有线接口，所以都放置于太阳能、沼气能综合控制器的后面板，方便于控制柜内部的接线和美观、整齐；

无线串口模块为了避免移动仪表过程当中导致传感器接线掉落、松动或接触不良等隐患问题。所以为了能够更加轻松的对设备进行维护和升级，选择无线的方式作为***的终端串口控制台，这样就免去了移动仪表接线等问题。采用无线串口模块具有低功耗、低成本、短时延、高容量和高安全等特点，适合于嵌入式设备简单的无线通讯实现方案。开发人员只需要携带该模块并接入PC机，在不移动仪表的情况下就可以便捷的接入终端控制台，实现与嵌入式***交互的功能。太阳能、沼气能综合控制器主板控制电路部分和无线串口模块内部主板上预留了一个USB接口，该USB接口用于接入wifi模块，用以提供wifi通讯网络。这样用户可以在现场通过wifi连接，就可以与记录仪表互联进行通讯。达到过程可视， 现场运行直观的管理操作。

供电单元为主板控制电路部分当中AT91SAM9263处理器需要3.3V和 1.2V供电，而USB接口需要5V供电。在板卡电路设计时，每个板卡都统一以5V为总供电电源的供电方案，而面板上的液晶屏驱动电路板也需要5V供电。记录仪选用以220V交流电源作为输入电源，再将其转换为液晶屏驱动电路、主板控制电路部分和板卡电路需要的5V直流电源。电源板通过插件向板卡供电，通过前面的输出端子为主机和液晶屏驱动电路供电。HT626模块作为电源的脉冲群抑制器能够精确的适应工业环境当中所产生的电磁辐射，保证交流电能稳定安全的输入；

主板控制电路部分硬件电路核心板核心主要功能模块AT91sam9263处理器、内存、NandFlash、DataFlash。板主要提供功能模块有工控机、显示屏AD采集、LCD接口、实时时钟、网卡、CAN收发器。核心板采用AT45DB161D-SU作为其DataFlash存储器，芯片采用的是SPI串行通讯接口，拥有网络数据传输功能，ARM处理器内部集成了网络控制器，但还需要配合外部收发器才能完成对数据的传输工作。网络收发器采用DM9161AEP网卡芯片。网卡接口接插件采用型号为13F-64GYD2PL2NL的接口头，该接插件内部集成了网络变压器、隔离器、插线指示灯和数据指示灯功能；

工控机、显示屏部分仪采用四线制工控机、显示屏，根据X轴和Y轴方向上测量的电压值来计算相应的坐标点，而ADS7846E芯片就是专门为四线制工控机、显示屏设计的控制芯片，支持1.5V到5.25V键的低压IO接口，内部配置了2.5V的基准电压电路。采用DS1337芯片作为外部实时时钟芯片，当太阳能、沼气能综合控制器掉电后，由于电池供电，该芯片可继续记录仪时间，当******后会从该芯片内部读取当前时间初始化***内部时钟。

采用全自动控制，主要体现在全天时、全自4动、智能算法运算应用；

对太阳光照强度进行角度跟踪，根据光的强弱判定光照角度，自动控制执行机构对太阳能进行跟踪，输出适应热源；

运用神经网络PID算法控制太阳能与沼气能热源互补自动控制设备，传统PID参数人工整定参数后固定不变进行相应输出控制，本公司实行引入神经网络算法，对PID参数实行在线自学习，根据过程控制自动优化比例、积分和微分参数，实现人工智能化；

设计了以ARM为处理核心的太阳能、沼气能综合控制器，主机的硬件电路，在linux操作***下，编写了采集、存储、界面的应用程序。设计了以STM32处理核心的太阳能、沼气能综合控制器的功能子板，包括万能输入板卡、电压电流板卡、报警板卡。此种设计能够利用嵌入式和操作***等高科技手段完成精确的太阳能、沼气能过程控制参数的数据精确采集和高速的数据通信，能够满足太阳能、沼气能的过程实时控制和数据传输；

对太阳能热采集跟踪方法：

1.采用私服电机２个，控制仰角横纵坐标，可以全天候跟踪太阳能角度，角度传感器采用光感传感器，通过采集控制器单片机采集传感器模拟信号，通过数字量转换，全天候跟踪太阳角度。

、算法采用神经网络ＰＩＤ进行控制，自动根据输出热源量和设定流速值进行比较，比较后根据结构判定误差率，然后在神经网络根据采集信号和输出参数进行自动学习，自动优化ＰＩＤ三个参数。

、采用ＶＢ编写神经网络算法程序，通过前台运算后建立数据库，通过数据库建立为组态提供数据参数，然后通过大型太阳能、沼气能自动控制能源中心***进行控制太阳能和沼气能日夜互补，综合太阳能不足时补能。

控制步骤：

1、通过ＰＬＣ控制器设计控制***，采集太阳能沼气能整个***的温度、压力、流量和液位、温度等参数。

、通过光照传感器采集光照模拟量值，通过单片机ＡＤ转换成工程量光照，所集能 量。

、通过ＶＢ编写的神经网络ＰＩＤ算法，先对过程参数进行自学习，学习后进行数据输出。

、单片机信息处理后控制私服电机跟踪太阳能角度并输出参数到***该数据库。

、将输出结果通过ＤＤＥ通信传递整个***组态中。

、组态通过通信线路控制太阳能、沼气能自动控制***相关执行器。达到清洁绿色 可再生能源替代石化燃料。

Claims (8)

1.一种太阳能、沼气能综合控制器，其组成包括：换热***和控制***，其特征是：所述的换热***包括换热器，所述的换热器的出水口与两组地热管通过出水管连接，所述的地热管与所述的换热器的回水口通过回水管连接，所述的换热器的出油口与集热盒通过两个出油管连接，所述的换热器的进油口与所述的集热盒通过进油管连接；

所述的控制***包括主控电路，所述的主控电路分别与模拟量采集板卡、继电器板卡、CAN收发器、无线串口电路和工控机、显示屏电路电连接。

2.根据权利要求1所述的太阳能、沼气能综合控制器，其特征是：所述的主控电路包括AT91sam9263处理器、内存电路、NandFlash存储器和DataFlash存储器。

3.根据权利要求1或2所述的太阳能、沼气能综合控制器，其特征是：所述的工控机、显示屏电路采用四线制工控机、显示屏。

4.根据权利要求1或2或3所述的太阳能、沼气能综合控制器，其特征是：所述的控制***还包括供电电路，所述的供电电路与所述的模拟量采集板卡、所述的继电器板卡、所述的工控机、显示屏电路和所述的AT91sam9263处理器电连接。

5.根据权利要求1或2或3所述的太阳能、沼气能综合控制器，其特征是：所述的工控机、显示屏电路与时钟电路电连接。

6.根据权利要求1或2或3或4或5所述的太阳能、沼气能综合控制器，其特征是：所述的地热管是由三个平行并列布置的蛇形管组成。

7.根据权利要求1或2或3或4或5或6所述的太阳能、沼气能综合控制器，其特征是：所述的出油管上设置有出油泵。

8.根据权利要求1或2或3或4或5或6或7所述的太阳能、沼气能综合控制器，其特征是：所述的回水管上设置有回水泵。

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