CN111142420A - 一种太阳能和沼气能热源采集及供热发电*** - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种太阳能和沼气能热源采集及供热发电***,包括工控机、触摸屏,所述工控机的上部安装有触摸屏,所述工控机的内部安装有主板,所述太阳能和沼气能热源采集及供热发电***由主板、主板控制电路、工控机、触摸屏、模拟量板卡、继电器板卡、无线串口模块、操作***、通信***、和供电多路神经元电源组成,所述主板的上部安装有模拟量板卡、继电器板卡和无线串口模块,所述主板和工控机和触摸屏电性连接,本发明为以ARM为处理核心的太阳能、沼气能综合控制热源***,运用神经网络PID算法,采用全自动控制,对太阳光照强度进行能量跟踪,根据光的强弱判定光照波度,自动控制执行机构对太阳能进行跟踪,输出适应温度热源。
Description
技术领域
本发明涉及洁净能源技术领域,尤其涉及一种太阳能和沼气能热源采集及供热发电***。
背景技术
太阳能为可再生能源,而且不会产生任何污染,它资源丰富,既可***,又无需运输,已经成为热门的研究方向,虽然太阳能资源总量相当于现在人类所利用的能源的一万多倍,但太阳能的能量密度低,而且它因地而异,因时而变,目前国内外现有太阳能均属高成本低产出,不耐严寒,所需的安装面积比较大,因此成本较高,而且没有解决夏季过热控制防冻等问题,采集率也比较低,绝大部分现有产品怕冻,在北方高寒地区不能用,目前太阳能、沼气能两种再生能源相结合的控制***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,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。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有技术中存在的成本较高、管理不便的缺点,而提出的一种太阳能和沼气能热源采集及供热发电***。
为了实现上述目的,本发明采用了如下技术方案:
一种太阳能和沼气能热源采集及供热发电***,包括工控机工控机、触摸屏,所述工控机的上部安装有触摸屏,所述工控机的内部安装有主板,所述太阳能和沼气能热源采集及供热发电***由主板、主板控制电路、触摸屏、模拟量板卡、继电器板卡、无线串口模块、操作***、通信***、和供电多伏不等式电源组成,所述主板的上部安装有模拟量板卡、继电器板卡和无线串口模块,所述主板和触摸屏电性连接,所述主板和供电多伏不等式电源电性连接,所述模拟量板卡包括万能输入板卡和电流电压板卡,万能输入板卡依次连接有热电阻传感器、热电偶传感器、压力传感器和流速传感器,电流电压板卡连接有电流传感器和电压传感器,所述主板的上部设置有四个功能子板接口,且每个功能子板接口分别连接有功能多电压神经元指令子板。
优选的,所述模拟量采集板卡用于采集电压、电流、热电阻、热电偶、压力、流速和温度信号,所述万能输入板卡用于采集热电阻、热电偶、压力和流速信号,所述电流电压板卡用于采集电压和电流信号。
优选的,所述继电器板卡可根据主机***的命令控制相应的继电器,从而控制后级和自然天气多变的因素电路。
优选的,所述通信***设有USB接口、串行接口和网络接口。
优选的,所述无线串口模块连接有wifi模块,用以提供wifi通讯网络,直达企业用户及本项目大数据中心。
优选的,所述供电单元设置有脉冲群抑制器,且脉冲群抑制器为HT626模块。
优选的,所述触摸屏为四线制触摸屏,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从而指令整体需求。
优选的,所述操作***为linux操作***。
本发明的有益效果是:
1、本发明为以ARM为处理核心的太阳能、沼气能综合控制***,运用神经网络PID算法,在linux操作***下,编写了采集、存储、界面的应用程序,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。
2、本发明采用全自动控制,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。
3、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。
附图说明
图1为本发明提出的一种太阳能和沼气能热源采集及供热发电***的采集板卡程序流程图;
图2为本发明提出的一种太阳能和沼气能热源采集及供热发电***的继电器模块电路图;
图3为本发明提出的一种太阳能和沼气能热源采集及供热发电***的按键接口电路图;
图4为本发明提出的一种太阳能和沼气能热源采集及供热发电***的插件接口电路图;
图5为本发明提出的一种太阳能和沼气能热源采集及供热发电***的结构示意图;
图6为本发明提出的一种太阳能和沼气能热源采集及供热发电***的 TC72电路图;
图7为本发明提出的一种太阳能和沼气能热源采集及供热发电***的网络电路原理图;
图8为本发明提出的一种太阳能和沼气能热源采集及供热发电***的DS1337电路原理图;
图9为本发明提出的一种太阳能和沼气能热源采集及供热发电***的ADS7846E电路原理图;
图10为本发明提出的一种太阳能和沼气能热源采集及供热发电***的CAN电路原理图;
图11为本发明提出的一种太阳能和沼气能热源采集及供热发电***的SP708SEN电路原理图;
图12为本发明提出的一种太阳能和沼气能热源采集及供热发电***的NandFlash电路原理图;
图13为本发明提出的一种太阳能和沼气能热源采集及供热发电***的dataflash电路原理图;
图14为本发明提出的一种太阳能和沼气能热源采集及供热发电***的内存电路原理图。
图中:1工控机、2触摸屏。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。
参照图1-14,一种太阳能和沼气能热源采集及供热发电***,包括工控机1、触摸屏2,工控机1的上部安装有触摸屏2,工控机1的内部安装有主板,太阳能和沼气能热源采集及供热发电***由主板、主板控制电路、触摸屏2、模拟量板卡、继电器板卡、无线串口模块、操作***、通信***、和供电多伏不等式电源组成,主板的上部安装有模拟量板卡、继电器板卡和无线串口模块,主板和触摸屏2电性连接,主板和供电多伏不等式电源电性连接,模拟量板卡包括万能输入板卡和电流电压板卡,万能输入板卡依次连接有热电阻传感器、热电偶传感器、压力传感器和流速传感器,电流电压板卡连接有电流传感器和电压传感器,主板的上部设置有四个功能子板接口,且每个功能子板接口分别连接有功能多电压神经元指令子板。
模拟量板卡功能是采集电压、电流、热电阻、热电偶、压力、流速和温度等模拟信号,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,该板卡拥有四十路传感器接入功能,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多电压神经元指令子板***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。
无线串口模块能够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,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为总供电多伏不等式电源的供电方案,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,主要提供功能模块有触摸屏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,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。
触摸屏部分仪采用四线制触摸屏,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,ADS7846E芯片就是专门为四线制触摸屏设计的控制芯片,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。
本实施例中,对太阳能热采集跟踪时,采用伺服电机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。
具体步骤为:S1、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;S2、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。S3、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;S4、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;S5、将输出结果通过DDE通信传递整个***组态中;S6、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。
本实施例中,太阳能、沼气能综合控制器先进的高速ARM9处理器为核心,采用大屏幕、宽视角的TTF彩色液晶屏作为记录仪显示器,配以大容量、高速的SD卡作为数据存储介质,通过显示界面采用棒图、曲线、表格和数值等方式来直观的显示数据,让用户可以多角度更全面的查看当前传感器数值,同时当数据发生超限报警时,记录仪界面会利用其他更加鲜艳的颜色来显示该通道的传感器数值,提示用户注意报警事件的发生,必要时记录仪会触发继电器报警输出,做出相应动作,让用户快速的了解当前工业生产运行环境,从而保护工业现场,整个过程通过设计的子功能板卡对过程模拟量过程信号、数字量信号进行采集分别通过控制器对过程数据进行处理,根据嵌入式程序本别对用户需要完成的功能进行计算执行,最终在多功能板卡中输出模拟量信号和数字量信号,达到太阳能、沼气能在过程控制中需要的控制要求,对于过程信号采用基于单一文件的sqlite数据库来保存采集数据,通过sql语句实现对历史数据的快速高效的查询工作,采用具有高速和高可靠性的CAN总线串行通讯方式来实现主机与功能多电压神经元指令子板之间的数据交互。***在硬件电路上,采用功能多电压神经元指令子板的插卡式结构来提高记录仪采集各种类型传感器数据的适应能力,主机与子板的通讯协议允许记录仪扩展需要的子板板卡类型,人机交互界面采用曲线、数据、表格、棒图的形式来显示功能多电压神经元指令子板采集的实时数据,通过数据采集、数据分析、信号处理、程序控制、数据输出、数据存储数据显示和实时报警等功能,使太阳能、沼气能在过程控制中更加综合的进行控制。
以上所述,仅为本发明较佳的具体实施方式,但本发明的保护范围并不局限于此,任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内,根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变,都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种太阳能和沼气能热源采集及供热发电***,包括工控机工控机(1)、触摸屏(2),所述工控机(1)的上部安装有触摸屏(2),所述工控机(1)的内部安装有主板,其特征在于,所述太阳能和沼气能热源采集及供热发电***由主板、主板控制电路、触摸屏(2)、模拟量板卡、继电器板卡、无线串口模块、操作***、通信***、和供电多伏不等式电源组成,所述主板的上部安装有模拟量板卡、继电器板卡和无线串口模块,所述主板和触摸屏(2)电性连接,所述主板和供电多伏不等式电源电性连接,所述模拟量板卡包括万能输入板卡和电流电压板卡,万能输入板卡依次连接有热电阻传感器、热电偶传感器、压力传感器和流速传感器,电流电压板卡连接有电流传感器和电压传感器,所述主板的上部设置有四个功能子板接口,且每个功能子板接口分别连接有功能多电压神经元指令子板。
2.根据权利要求1所述的一种太阳能和沼气能热源采集及供热发电***,其特征在于,所述模拟量采集板卡用于采集电压、电流、热电阻、热电偶、压力、流速和温度信号,所述万能输入板卡用于采集热电阻、热电偶、压力和流速信号,所述电流电压板卡用于采集电压和电流信号。
3.根据权利要求1所述的一种太阳能和沼气能热源采集及供热发电***,其特征在于,所述继电器板卡可根据主机***的命令控制相应的继电器,从而控制后级和自然天气多变的因素电路。
4.根据权利要求1所述的一种太阳能和沼气能热源采集及供热发电***,其特征在于,所述通信***设有USB接口、串行接口和网络接口。
5.根据权利要求1所述的一种太阳能和沼气能热源采集及供热发电***,其特征在于,所述无线串口模块连接有wifi模块,用以提供wifi通讯网络,直达企业用户及本项目大数据中心。
6.根据权利要求1所述的一种太阳能和沼气能热源采集及供热发电***,其特征在于,所述供电单元设置有脉冲群抑制器,且脉冲群抑制器为HT626模块。
7.根据权利要求1所述的一种太阳能和沼气能热源采集及供热发电***,其特征在于,所述触摸屏(2)为四线制触摸屏,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从而指令整体需求。
8.根据权利要求1所述的一种太阳能和沼气能热源采集及供热发电***,其特征在于,所述操作***为linux操作***。
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