恒温泳池温度控制系统修订

过程装备控制技术及应用大作业恒温泳池温度控制系统设计方案设计人：张其13011010125肖豪13011010121刘瑜13011010111班级：过控13级1班2目录一、绪论二、控制方案设计三、控制装置结构选型四、控制系统特点分析五、总结六、参考文献3一、绪论1.1、设计背景人们生活水平提高了，对舒适度的要求也越来越高，人们不仅希望能够在夏季享受舒适的游泳乐趣，同时也希望在寒冷的冬天享受温度适中，空气清新的游泳环境。而对于泳池的管理者，也希望能够在满足人们要求的同时，投入成本和管理费大大降低，获取更多的投资回报。因此恒温泳池应运而生。室内泳池在设计的时候一般都会通过燃气锅炉，燃油锅炉，燃气锅炉与平板太阳能系统相结合的方式对室内游泳池的水体进行加热。但是他们都有一定缺陷：（1）燃气锅炉：燃气锅炉分两种天然气和煤气；现在一般都是采用天然气进行供热，费用相对降低，但对总使用量一般都是有要求。（2）燃油锅炉：燃油锅炉一般在大型的供暖场合使用较多，现在已经慢慢被燃气锅炉代替掉了，耗费比较大。1.2、恒温控制系统概述本系统是基于热泵来实现游泳池恒温控制。冬天热泵是以制冷剂为热媒，在空气中吸收热能（在蒸发器中间接换热），经压缩机将低温位的热能提升为高温位热能，加热系统循环水（在冷凝器中间接换热），夏天热泵是以制冷剂为冷媒，在空气中吸收冷量（在冷凝器器中间接换热），经压缩机将高温位的热能降低为低温位冷能，制冷系统循环水（在蒸发器中间接换热），从而使不能直接利用的热能（冷能）再生为可直接利用的热能（冷能），得到了只消耗少量电能，而获得2~6倍于输入功率的节能回报，这是热泵工作原理决定的。利用基于热泵的控制系统能有效的节约能源，减少成本，使泳池温度恒定在一定范围内。4二、控制方案设计2.1、被控对象及其特征1、被控对象：游泳池2、特点：恒温泳池设备可以根据泳池中的水随着外界温度的变化而改变，从而随时调节出更加适合人类身体温度的水温出来。由于泳池较大，热泵输出热水量有限，所以热泵输出的热水不会马上使泳池水温改变，其达到稳态所需时间较长、时间常数大，其容量滞后较大。图2—1恒温泳池温控系统简图2.2、控制方案选取本系统为采取闭环控制的单回路控制系统，能很好的克服干扰作用的影响。对于温度来说其对象容量滞后较大，被控变量受干扰作用后变化缓，运行惯性大，达到稳态所需时间长，所以选用较小的比例度，较大的积分时间，同时加入微分作用，所以本系统采用PID调节算法。5图2—1恒温泳池温控系统方框图三、控制装置结构选型3.1、系统构成1、被控变量：泳池水的温度被控变量是指需要控制的工艺参数，整个过程要使游泳池温度维持在一定温度内，该方案中设定被控变量为27（±1）℃2、测量变送器：热电阻温度测量变送器3、控制器：单片机4、执行器：热泵机组5、操纵变量：热泵出口水温6、干扰：水面蒸发、池水损失需补充冷水、设备管路损失3.2、工作原理热泵吸收空气中的低位热能再加上热泵内压缩机做功产生的热能，对流入热泵内的冷水加热，输出热水到泳池。由传感器实时测量泳池内水温并反馈给单片机处理并反馈给热泵，6热泵根据差值调整热水输出温度，达到恒温控制的目的。3.3、单片机选择这里利用DS18B20芯片作为恒温箱的温度检测元件。DS18B20芯片可以直接把测量的温度值变换成单片机可以读取的标准电压信号。单片机从外部的两位十进拨码键盘进行给定值设定，读入的数据与给定值进行比较，根据偏差的大小，采用闭环控制的方法使控制量更加精准。控制结果通过液晶显示器LCD12864予以显示。3.4、加热装置选择本系统中选择热泵作为加热装置。热泵利用逆卡诺循环原理，通过自然能(空气蓄热)获取低温热源，经系统高效集热整合后成为高温热源，用来取(供)暖、干燥或供应热水。热泵特点：第一，节能，有利于能源的综合利用，高温空气能热泵是把空气中的低温热能吸收进来，经过压缩机压缩后转化为高温热能，其节能效果相当显著；第二，有利于环境保护；第三，冷热结合，设备应用率高，节省出投资，第四，因为它是电驱动，调控比较方便。、系统总体框图键盘设定温度传感器单片机LED显示报警器热泵7四、控制系统特点分析4.1、闭环控制1）系统输出量对控制作用有直接影响。2）有反馈环节，并应用反馈减小误差。3）当出现干扰时，可以自动减弱其影响。4）低精度元件可组成高精度系统。4.2、PID调节规律比例调节（P）：比例调节作用是按比例反应系统的偏差，系统一旦出现了偏差，比例调节立即产生调节作用用以减少偏差，比例调节及时、有力。积分调节（I）：积分调节依据偏差是否存在来动作,它的输出与偏差对时间的积分成比例,.是使系统消除稳态误差，提高无差度。因为有误差，积分调节就进行，直至无差，积分调节停止，积分调节输出一常值。其作用是消除余差。微分调节(D):微分作用反映系统偏差信号的变化率，具有预见性，能预见偏差变化的趋势，因此阻止被调参数的一切变化,有超前调节的作用,，在偏差还没有形成之前，已被微分调节作用消除,对滞后大的对象(温度)有很好的效果。因此，可以改善系统的动态性能。所以采采用PID使该控制系统实现了控制及时、克服偏差、克服余差、克服滞后、保证系统必须的稳定性，同时具有控制方便、结构简单的特点。五、总结通过本次系统设计我们对控制又有了新的认识，对课本知识有了更深的了解并提高了个人实践的能力。进一步了解了控制系统在生活中的应用。控制系统设计是一个复杂过程，需要自己和对友好好配合才能完成。8六、参考文献[1]王毅、张早校等.过程装备控制技术及应用.北京：化学工业出版社，2007.