水源熱泵以其高效節(jié)能、運行穩(wěn)定可靠、屬于可再生能源、環(huán)境效益顯著、一機多用、自動控制程度高、使用壽命可達20年以上、占地面積小等諸多優(yōu)勢，得到許多廠家應(yīng)用。

對水源熱泵而言，用可編程控制器（即PLC）和人機界面觸摸屏（即HMI）自動控制系統(tǒng)較之接觸器-繼電器自動控制系統(tǒng)，硬件系統(tǒng)簡潔明了、軟件系統(tǒng)得天獨厚。

筆者曾在吉林某地就開發(fā)設(shè)計了一套水源熱泵系統(tǒng)，經(jīng)過幾年的實際應(yīng)用，效果良好。筆者愿把開發(fā)設(shè)計的經(jīng)驗獻與同仁。

制熱系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

在與用戶商談時，筆者把水源熱泵冬季供熱，夏季也可以制冷的特點給予敘述，但用戶說北方夏季高溫的情況也就15-20天，不需制冷，但冬天季節(jié)時間長，保證有效供暖即可。水源熱泵系統(tǒng)冬季工作時，地下水由潛水泵抽上來經(jīng)過水源熱泵機組制冷介質(zhì)蒸發(fā)器和冷凝器，通過少量的高位電能輸人，實現(xiàn)低位熱能向高位熱能轉(zhuǎn)移。

熱泵側(cè)循環(huán)水，由用戶末端設(shè)備回來的35℃~40℃的水，經(jīng)過水源熱泵機組再制備成50℃的熱水送到用戶末端設(shè)備進行制熱采暖。取熱后的地下水通過回灌井返回到地下。為節(jié)省篇幅，請見圖1所示，“水源熱泵熱水機組制熱實際系統(tǒng)圖”。

自控系統(tǒng)主電路設(shè)計

本水源熱泵自控系統(tǒng)包括主電路設(shè)計、控制電路設(shè)計。主電路設(shè)計包括熱水泵主電路，冷水泵1/2主電路，壓縮機主電路。主電路需完成的功能由熱水泵啟動及運轉(zhuǎn)；冷水泵1和2啟動及運轉(zhuǎn)；壓縮機啟動及運轉(zhuǎn)。

壓縮機啟動為四級有級調(diào)節(jié)，星-角啟動，并有四個能量電磁閥組成。其分別是25%電磁閥、50%電磁閥、75%電磁閥、100%電磁閥。其中，25%電磁閥為卸荷閥，其余為增加能量電磁閥。為保護壓縮機設(shè)置噴液電磁閥、油位電磁閥、壓縮機加熱電磁閥。請見圖2所示“水源熱泵制熱機組主電路圖”。

圖1：水源熱泵熱水機組制熱實際系統(tǒng)圖

圖2：水源熱泵制熱機組主電路簡圖

自控系統(tǒng)控制電路設(shè)計

本水源熱泵自控系統(tǒng)包括控制回路電器設(shè)計，PLC硬件系統(tǒng)設(shè)計，PLC和HMI的軟件設(shè)計。

1控制回路電器、PLC及HMI硬件系統(tǒng)設(shè)計

根據(jù)PLC控制點數(shù)統(tǒng)計，及本著夠用且實用的原則，選擇韓國LGK7M-DR40U的PLC一套及G7F-RD2A四路模擬輸入、輸出擴展模塊2套；LG PMU-330偽彩，5.7英吋觸摸屏1塊。

2 PLC和HMI系統(tǒng)的硬件設(shè)計

PLC雖然抗干擾能力很強，但設(shè)計時還應(yīng)該考慮電磁干擾，在控制電源回路里加上濾波器，保證PLC有良好的接入電源。為節(jié)省篇幅，PLC和HMI的硬件設(shè)計見圖3所示的水源熱泵機組系統(tǒng)PLC硬件圖。

3 PLC及HMI系統(tǒng)程序軟件設(shè)計

PLC與觸摸屏HMI通過RS232C連接，觸摸屏HMI可實時顯示和監(jiān)控設(shè)備的運行狀態(tài)，并且只需輕觸觸摸屏屏幕地相應(yīng)位置即可向PLC發(fā)出指令和數(shù)據(jù)，再通過PLC完成對設(shè)備的控制，可制成多幅監(jiān)控畫面。

實際上，軟件設(shè)計就是根據(jù)項目的工藝條件而設(shè)計完成的。軟件設(shè)計的好還取決于對工藝的透切理解、以及面對對象多層次的保護。為節(jié)省篇幅，PLC的程序設(shè)計見圖4所示：PLC及HMI程序框圖。

圖3：水源熱泵機組系統(tǒng)PLC硬件圖

圖4：PLC及HMI程序框圖

結(jié)語

水源熱泵項目為吉林梅河口7800平米的中小商場供暖立項，對這個項目，本人初使的設(shè)計構(gòu)思，就是設(shè)計復(fù)雜，但操作極其簡單，維護簡便?，F(xiàn)在從水源熱泵的主電路設(shè)計、控制電路設(shè)計、PLC和觸摸屏HMI的設(shè)計均實現(xiàn)了水源熱泵制熱機組的工藝條件，運轉(zhuǎn)良好。該項目的成功實施，也帶動了水源熱泵在周邊地區(qū)的進展，使之成為帶標志性的項目。

（編自《電氣技術(shù)》，作者為李剛。）