摘要：太阳能采暖系统投入自动运行后，供回水温度应始终在规定的范围内运行。当水箱中的水温达不到规定范围时，电加热器会自动启动对供水进行加热直至达到规定值；同时，水箱中的水位过低或过高时，报警装置会自动启动报警并采取措施。通过实时曲线和报表还可以随时了解到系统运行时的详细情况，还通过历史趋势曲线和历史报表查询任意时间段的历史数据，对整个系统有更全面的了解，以保证系统的安全，经济地运行。
关键词：组态软件，模拟，太阳能，采暖
中图分类号TK519文献标识号：A
1引言
近年来，随着资源的日益短缺，常规能源的综合利用以及新能源的开发利用迫在眉睫，太阳能采暖系统在建筑中得到广泛的应用和发展。其中，多热源低温地板采暖系统能耗低的特点特别适合别墅以及中国农村用户广泛应用。一方面保证甚至提高人民的生活质量水平，另一方面降低常规能源的消耗提高能源利用率，因此，多热源太阳能供热系统受到了广泛的关注和研究。
为了方便研究和系统的优化设计，使设计过程简单化，并且方便多热源太阳能供热系统的模拟，需要利用计算机在建立数学模型的基础上模拟多热源太阳能供热系统运行情况。在建立的多热源采暖系统的模拟系统上可以通过多次设定多热源供热系统的各个参数后观察运行状况，并记录运行结果。对得到的多个运行结果进行比较分析，可以比较容易的得到该模拟系统的优化参数。该参数可以作为该模型工程设计的参考参数，极大的方便了工程设计
的参数选择，为成功设计出高质量多热源太阳能供热系统的奠定了基础，并且大大减少了试验开销，以及试验的工作量。
该系统的建立与实际各个系统设备越接近，其中各个控制参数选取得当的话可以起到全天候的精确控制，是系统能否安全运行的关键。
2总体设计方案
2.1多热源太阳能采暖系统
本文采用的是以太阳能集热为主，电加热器为辅助热源的低温地板双循环采暖模拟系统。双循环太阳能采暖系统是一种间接加热的采暖方式，主要设备是太阳能集热器、循环水泵、热交换器、储热水箱、电加热器。该系统循环均采用水泵提供循环动力强制循环。考虑到冬季室外气温较低，太阳能集热系统有冻结的可能，所以集热器内循环工质采用防冻液，这样就必须采用间接式系统，因此有两个循环：即太阳能集热系统和采暖系统，两个循环通过一个换热器结合在一起，利用换热器进行热量交换。其中太阳能集热系统利用防冻液做为工质，防冻液在换热器中走管外，这样它在集热器与换热器之间循环流动加热管内工质，利用温差控制全自动强制循环，控制器随时检测换热器与集热器出口温度差，达到设定指标，即启动循环泵，若低于设定指标，即自动停泵；采暖系统利用水做为工质，在换热器内的盘管与地板采暖盘管之间循环流动，从而将热量散发给房间，为了保证系统的正常运行，系统还必须配有自动控制系统，以控制太阳能集热系统和辅助加热系统，储热水箱用来储备在光照强度超出用户消耗热时的多余的太阳能，以作为晚上无光照的时候应用。日照不足时，当储热水箱的热量已达不到用户要求，自动启动电热水辅助加热系统，使供水温度保持设定值，为保证系统安全可靠，换热器与电加热系统采用串联运行方式，换热器出水做为电加热系统进水，太阳能充足时电加热系统不启动，由太阳能集热器提供室内用热需求，太阳能不足时由电补热到设定温度，保证用户使用舒适。对太阳能供热系统进行综合系统工艺设计可实现了自动控制，不但保证在阴天和晚上热用户的需求，而且实现了系统节能与优化。
双循环太阳能采暖系统的主要特点是：系统的太阳能集热器采用平板式太阳能集热器，系统承压能力很高，适合机械循环的方式，而且循环介质是防冻液，没有冬季冻结的担忧；系统采用间接式系统，集热和采暖循环是两个独立的系统，既可以方便防冻液的使用，同时又有利于采暖的运行；系统配备电加热辅助系统，可以满足太阳能集热不足时的需要。一般当太阳能集热面积足够时，电加热的开启时间可以推迟到23点以后，此时正是峰谷电价的谷段，电价很低，经济性好；系统配备了自动控制装置，可以按照事先设定的自动启动或关闭太阳能集热系统，同时，也可以根据太阳能集热的实际情况自动启动电加热，以达到系统稳定、高效运行的要求。
在该系统中，要能够动态显示一天当中室外温度的变化，并且要求根据室外温度变化调整热负荷。在太阳能集热循环中通过数据显示模拟一天当中光照辐射强度变化情况以及集热器的吸热情况。热交换器是关键设备，在热交换器中通过间接换热使太阳能集热循环工质防冻液吸收的太阳能传递给地板采暖系统循环工质水，用于连接两大循环从而实现热量从太阳能集热循环系统中传递给低温地板采暖循环系统中。
2.2多热源太阳能采暖系统模拟方案
整个模拟系统式以MCGS6.20版本作为开发编辑平台。整个系统具有以下功能。
（1）总体监视：显示采集数据的事实模拟数据，主要包括流量，温度，辐射强度，功率，吸热量等数据；（2）控制功能：能动态的开启和关闭阀门，循环水泵等可控制对象；
（3）数据存储：每隔一段时间将数据保存起来，方便以后的查询，所保存的数据还可以通过查询进行二次处理；（4）报警功能：当有事故或者故障发生时，微机通过指示灯报警并且在电脑屏幕上显示出来；报警画面上可以设置报警的上限、上上限、下限和下下限，当超过了设置的范围时候就会产生报警信息，保证了系统的运行；（5）报表曲线查询：该系统提供了实时报表和实时曲线的查询，以用来监控当前系统的运行。
3多热源太阳能采暖系统计算机模拟实现
3.1变量定义
如图1所示：在MCGS中，数据不同于传统意义的数据或变量，以数据对象的形式来进行操作与处理。数据对象不仅包含了数据变量的数值特征，还将与数据相关的其它属性（如数据的状态、报警限值等）以及对数据的操作方法（如存盘处理、报警处理等）封装在一起，作为一个整体，以对象的形式提供服务，这种把数值、属性和方法定义成一体的数据称为数据对象。
3.2界面的构建
在MCGS中构建动画界面需要用到动画构件，动画构件本身是一个独立的实体，它比图元和图符包含有更多的特性和功能，它不能和其它图形对象一起构成新的图符。MCGS中动画构件工具箱和常用图符如图2所示：
要建立完整的组态工程，首先要利用动画构件和常用图符构件组态界面，然后在把各个构件和图元和对应的变量建立连接关系，再通过编程使其在运行策略中最终实现系统组态工程。下面以储热水箱为例建立组态界面：
使用流动块构件绘制管道，双击绘制的流动块便可以弹出流动块属性对话框，如图3所示。在流动块构件属性对话框中有三个选项卡：基本属性，流动属性和可见度属性。在基本属性选项卡中可以设置流动块的外观，流动方向和流动速度。如图4所示流动属性需要通过表达式中选取与该流动块对应的变量来控制该流动快的流动。如图5所示可见度属性中选取表达式来控制流动块的可见度。如图6所示通过插入元件构件，选取储藏罐中罐53元件作为储热水箱。
在上述工作的基础初上，再在元件库中插入两个液位传感器和一个温度传感器，用来测量储热水箱的温度和液位，用流动块元件连接各个部件最终建立集热水箱的界面图如图7所示。建立集热水箱变量的连接，变量tanklevel是指的水箱当前水位，tanktemp指的是水箱水当前温度。
按照上述的方法，可以建立换热器，太阳能集热器，电加热器，水泵，阀门和管道界面和变量的连接得到最终的效果图，如图8所示。
该系统总图中主要有控制面板、指示模块、注释说明和系统动画界面。整个系统动画界面中，主要包含太阳能集热循环、采暖循环和生活用水管路三大部分。太阳能集热循环用来收集太阳能辐射能。采暖循环用来为用户提供才怒啊热水。生活用水管路用来给用户提供所需的生活热水。
3.6实时曲线建立
实时曲线用来监控当前系统的运行,它的建立显得尤为重要，如图9所示,在控制台的用户窗口选项卡中新建用户窗口，并且命名窗口名为实时曲线。双击实时曲线窗口进入窗口组态状态，利用实时曲线构件建立该系统的实时曲线如图10所示。
图10实时曲线示意图
Fig.10drawingofrealtimecure
双击实时曲线构件，弹出实时曲线属性设置窗口。设置属性值如图11，图12，图13所示，点击检查无错误后，点击确定完成实时曲线的编辑。这样正在运行的系统既可查看运行曲线，如图14所示。
3.7实时报表建立
实时报表用来监控当前系统的运行，如图15所示在控制台的用户窗口选项卡中新建用户窗口，并且命名窗口名为实时报表。双击实时报表窗口进入窗口组态状态，利用自由表格构件建立实时报表如图16所示。
点击确定完成实时报表建立图的编辑，运行效果图如图17所示，给出多热源太阳能地板采暖系统数据报表
4结论
本系统采用的是太阳能低温地板辐射采暖技术。创建绿色环保工程,有效节约能源,这是当今社会发展对基础设施建设提出的新要求,低温热水地板辐射采暖技术的应用顺应了这一历史的潮流,它是以低温热水为热媒,通过埋设于地板垫层内加热盘管把地板加热,均匀地向室内辐射热量,是对房间热微气候进行调节的节能采暖系统。地板辐射采暖的实感温度比室内环境温度高出2℃～4℃,住宅室内采暖温度每降低1℃,可以节约燃料10%。采用地板辐射采暖,可使人们同时感受到辐射温度和空气温度的双重效应,其室内温度梯度比对流采暖时小,因而可以大大减少房屋上部的热损失,热压减小,冷风渗透量也减小。与传统散热器对流供暖方式相比，它具有许多显著的特点，热效率提高20%~30%左右，即可以节能20—30%能耗，施工方便简单易操作,可缩短施工时间,可节约施工人工费成本,因而非常具有实用经济性。
通过组态模拟系统可将虚拟的数据进行汇总、存储和处理，运用分散控制与集控制相结合手段，对该系统运行的全面测量、管理和控制。当供水温度达不到规定值时，系统可以自动启电加热，将供水加热到规定值，以保证供热质量；当蓄热水箱水温过高和水位过高或过低时，系统会自动启动报警，并采取处理措施，以保证系统的安全经济运行。
综上所述，本系统具有较高的经济实用性，具有很好的发展前景。
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