一种多功能联网型热泵控制系统的设计与实现

实时时钟、E2PROM数据保存和防掉电等功能。每块副面板均对应一台热泵机组。用户面板硬件模块示意图如图6所示。

　　2．3 水箱控制板

　　水箱控制板的主要功能是对蓄水箱进行水路循环泵、补水阀的控制和对水位、水流、过流、电源相序和热水温度等进行探测，以实现水箱的热水循环加热控制，也即热泵热水器的功能控制。水箱控制板硬件模块示意图如图7所示。

2．4 热泵控制板

　　热泵控制板用于控制系统中的单台热泵空调机组，通过改变各个阀的开关实现冷媒流通的管路不同，以实现功能切换。热泵控制板既可以实现空调功能的控制，也可以实现热泵热水器的实现，而且也可以热泵热水器和热泵空调的功能同时实现。热泵控制板也是化霜管理部件。热泵控制板的控制功能包括：控制压缩机、控制室外风机、控制四通阀换向、控制蒸发器电磁阀、冷凝器电磁阀、化霜电磁阀、检测过流保护开关、检澍压缩机压力、检测外风机温度、决定是否进行化霜、控制空调室内机的开关及决定高中低空调风档。热泵控制板硬件模块示意图如图8所示。

　　另外，热泵控制板还需要对冷凝温度、排气温度、压缩机温度、化霜温度、冷媒压力、电源相序等进行探测和监控，以确保系统安全运行将上面的几部分通过网络通信联合在一起就可以组成一个庞大的热泵控制系统，最多可以达到32台热泵机组。这个热泵机组控制系统的结构连接图如图9所示，主面板与水箱控制板以及各热泵板之间用RS485总线或CAN总线通信连接，而各单独的热泵机组与副面板的连接用RS488总线连接。

　　3 系统软件算法的实现

　　3．1 控制软件流程

　　该系统共四套控制软件，分别对应硬件电路中的主面板、副面板、水箱控制板以及热泵控制板。其中，主面板和副面板的控制软件主要是实现联网通信、液晶显示、键盘输入以及多级用户菜单等功能。主面板还需实现对网络中所有分机的数据收集和统筹控制。水箱控制板和热泵控制板的控制软件主要就是实现联网通信、温度采集、各种安全检测以及子设备驱动等功能。

　　主面板和副面板的软件控制流程如图10所示，热泵控制板和水箱控制板的软件控制流程如图11所示。

　　3．2 软件算法

　　在实际的工程应用中，阀门开关组合与电机开关组合的切换有一定的先后顺序，这主要是出于保护压缩机的考虑。压缩机关闭之后必须至少延时3 min的时间才能再启动；而压缩机关闭之后，水泵也必须至少延时30 s再关闭，从而通过水路循环带走热交换机中的余热以冷却机组。作为一个符合工业标准的控制系统，在实现转换控制的同时还要对系统进行各种安全检测，例如冷媒压力过高、冷媒压力偏低、电流过大、水路没有水流、压缩机温度过高、水位探头故障以及温度探头故障等。如果系统探测到以上的安全警报，就会停机报警以保护系统的安全运作。空气源热泵空调的控制动作转换因此变得十分繁杂。

　　为了使系统对各个阀门的控制任务有序地实现，引入了轮询法多任务调度的方法以及软件定时器，节省了中央控制器硬件资源的不足，提高了系统的处理效率。

　　3．2．1 轮询法多任务调度

　　轮询法多任务调度模仿了实时系统(Real-timeOperating System，RTOS)的原理。实时系统的特点是，如果逻辑和时序出现偏差，将会出现严重的后果，这一点与热泵系统具有繁多任务的特点相符。轮询法多任务调度的宗旨是使各个任务尽快地执行，不要求限定某一任务在多长时间内完成。轮询法多任务调度中，各个任务具有同样的优先级。允许一个任务优先确认一段时间，然后切换给另一个任务。其中，时间段的计时由软定时器来实现，具体实施方法如下。

　　在水箱控制器以及热泵控制器中，包含多项子设备的控制。该系统针对每个独立子设备的控制设计了专门的软件控制模块，工程应用中可根据实际需要裁剪所需的模块组合，如图12所示。每个软件功能模块，都采用状态机的方式，每次运行至某一个模块，如果该模块的当前状态未完成，则切换至另一个模块，直到下次切换回该模块，且当前状态完成，才进入下一状态继续运行。每个挂载在主程序中的功能模块，等于是程序中的任务，对于不同任务之间的管理与调度，关乎程序的执行效率。程序中，考虑到任务切换的问题，所以给每个任务每一状态分配的代码执行时间不长，任务内部也并不需要进行占用资源较大的运算等操作。大多数时间任务处于延时等待状态，因此，当某一任务进入延时进程中，控制程序就可以去查询执行其他的任务，等延时完成再执行该任务的处理程序即可。由此可以实现在短时间内的任务循环切换。功能模块内部状态机结构如图13所示。

　　3．2．2 软定时器算法的实现

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