恒温泳池温度控制系统修订讲解.doc

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 肖 刘班级： 过控13级1班 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 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。 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。 图2—1 恒温泳池温控系统方框图 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，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。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。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。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 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 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，在偏差还没有形成之前，已被微分调节作用消除。因此，可以改善系统的动态性能。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。 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。 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. 4 热泵 报警器 LED显示 单片机 温度传感器 键盘设定