三相电热家庭水暖恒温PID自动控制系统的优化设计

家庭自动化能通过智能设备自动控制家电，如智能灯泡、恒温器和安全系统。 #生活技巧# #居家生活技巧# #家庭自动化#

文章编号：１００４ ４７３６（２００５）０５ ００６０ ０５

三 相 电 热 家 庭 水 暖 恒 温 自 动 控 制 系 统

杨　宁，黄元峰，张志敏

（武汉化工学院电气信息学院，湖北 武汉 ４３００７４）

摘　要：叙述了三相电热式家庭水暖恒温控制系统的设计思路、

ＰＩＤ

调功控制的工作原理、硬件结构、软件实

现方法、控制对象模型的建立与参数的整定、系统实际投运的数据结果．系统采用

Ｍ ＣＳ

５１ 系列单片机、串行

Ａ

／

Ｄ

转换器 ０８３２ 和高精度数字温度传感器 １８

Ｂ

２０ 构成具有电压前馈的单回路闭环控制系统，主要创新点是

采用固态继电器取代现有系统所用的有触点机械控制开关，用

ＰＩＤ

控制器取代原系统的开关控制，实现了无

噪声高精度的控制．实验结果表明，该方法硬件成本低，控制精度高，抗干扰能力强，技术实施方案简单易行、

实用并具有通用性，满足了家庭用户对电热式水循环采暖设备的要求，具有实际推广应用价值．

关键词：

ＰＩＤ

调功控制；单片机；电压前馈

中图分类号：

Ｔ Ｐ

２３ 文献标识码：

Ａ

收稿日期：

２００４ ０９ １４

作者简介：杨　宁（１９５２ ），男，黑龙江泰来人，教授．研究方向：嵌入式系统与

ＤＣＳ

技术应用．

０　引　言

家庭采暖是一个日常生活中的实际问题，集

中供热方式的热源固定，而且能够 ２４

ｈ

供暖，也

算是比较方便实惠．但也存在问题，如供 热 不 及

时、能源浪费、中途能量损耗大、污染严重、收费一

刀切、不便于分散居民使用等．近些年来，随着人

们的生活水平不断提高，人们对生活品质需求也

越来越高，又由于电力资源的不断丰富，电费价格

下降，许多用户开始用起了独立的家庭电热采暖

器，这也满足了人们对家用产品的方便、灵活、卫

生、安全和经济的要求．所以近几年来，电热式采

暖系统越来越受人们的青睐．然而与此同时，也存

在一些问题，经市场调查发现：（１）现在市场上出

现的家庭水暖系统所用的大多采用简单的开关控

制，没有做到恒温控制；（２）所用的交流接触器带

来的噪声令用户十分不满意．

针对 以上问题，以恒热（

ＥＶ ＥＲＨＯＴ

）公 司 生

产的

ＣＳＦＬ

０６０ 型家庭采暖／热水一机两用型机为

例，对其控制电路进行改进，来解决家庭电热采暖

器设计的不足，以满足人们的需求．本设计实现的

功能是：要将系统原来的简单开关控制方法进行

改进，做到恒温控制，消除交流接触器的噪声．

对 象 特 性： 额 定 容 积 ６０

Ｌ

，额 定 功 率 １０．８

ｋＷ

，最大采暖面积 １５０

ｍ

２

，供电电源为三相交流

３８０

Ｖ

，采暖水温调节范围是 ３０～８０ ℃．

１　系统设计目标及算法

对 家 庭 采 暖 系 统

ＣＳＦＬ

０６０ 改 造 期 望 目 标：

（１）改进执行装置，实现无触点式控制，消除机械

噪声；（２）改进控制方法，控制精度达到±０．５ ℃

或更高；（３）系统对水温控制的恒定温度在 ３０～

８０ ℃范围内连续可调；（４）故障提示音报警；（５）

ＰＩＤ

参数可自行设定和修改；（６）装置可将温度数

据通过串口送到上位机，上位机软件将接收到的

数据存贮并显示温度变化曲线．系统总体方案框

图如图 １ 所示．

图 １　系统整体框图

Ｆｉｇ

．１　

Ｗｈｏｌｅ ｂｌｏｃｋ ｄｉａｇｒａｍ ｏｆ ｔｈｅ ｓｙｓｔｅｍ

２００５ 年 ０９ 月　　　　　　　　　Ｊ．　Ｗｕｈａｎ　Ｉｎｓｔ．　Ｃｈｅｍ．　Ｔ ｅｃｈ．　　　　　　　 　　Ｓｅｐ．　２００５

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