太陽能熱水系統(tǒng)結(jié)合PLC改造論文.doc

國家職業(yè)資格全國統(tǒng)一鑒定維修電工高級技師論文（國家職業(yè)資格級）論文題目：太陽能熱水系統(tǒng)結(jié)合PLC改造姓 名： 謝 尚 身份證號：考證號： 100080850046 所在省市： 廣東省廣州市 單 位： 廣州工程技術(shù)職業(yè)學(xué)院目 錄目 錄第 1頁前言第 2頁現(xiàn)階段的問題第 3頁了解器件第 3頁溫差儀第 3頁溫度控制器第 4頁兩路時控開關(guān)第4頁全自動水位控制器的原理和在電路中的代表符號第 5頁分析問題第 6頁輔助加熱原理供水工作原理和缺水保護原理第 7頁改造前的系統(tǒng)工作主電路原理圖第 8頁改造前的系統(tǒng)工作控制電路原理圖第 9頁存在問題、解決方案第10頁改造后的系統(tǒng)工作原理第11頁PLC的控制原理第12頁節(jié)能效果評價第13頁改造使用元件明細表第14頁改造后的系統(tǒng)工作控制電路原理圖第15頁I/Q分配圖第 16頁梯形圖第 17頁指令表第 19頁結(jié)束語 、致謝、參考資料第 22頁第 1頁內(nèi)容摘要：為了解決太陽能熱水系統(tǒng)供應(yīng)不足和經(jīng)常出現(xiàn)故障的問題，針對我單位的實際情況，本人介紹了太陽能熱水系統(tǒng)通過時控補水、溫差迭水和PLC控制方式。在現(xiàn)有的條件下，不需對原系統(tǒng)作大型的改造，只需較少的投入，從而解決了熱水供應(yīng)的問題,又能起到節(jié)能的作用。關(guān)鍵詞：時控補水、溫差迭水、PLC控制 前 言隨著廣州工程技術(shù)職業(yè)學(xué)院的教學(xué)發(fā)展，師生人數(shù)數(shù)量也隨之增多，校內(nèi)的熱水使用量也逐漸增大。雖然每一套太陽能熱水系統(tǒng)在設(shè)計上夠800人使用,但是由于系統(tǒng)不夠成熟,不但造成熱水供應(yīng)困難,還浪費了不必要的能源, 最終還是不能滿足師生日常生活用水需要。本論文的編寫是從本人工作單位實際用水情況，結(jié)合本人多年對太陽能熱水系統(tǒng)的了解為基礎(chǔ)，作出合理的太陽能熱水系統(tǒng)結(jié)合PLC改造方案，并帶領(lǐng)技術(shù)改造施工團隊展開工程工作。整個方案編寫總結(jié)了校內(nèi)太陽能熱水系統(tǒng)存在的問題和解決方針。 由于本人水平有限，論文中難免有不當(dāng)之處，請專家讀者給予批評指正。第 2頁一、現(xiàn)階段的問題太陽能熱水系統(tǒng)安裝幾年以來運作基本正常，但是，隨著校區(qū)的發(fā)展，用熱水量也比以前大大增加了。熱水系統(tǒng)執(zhí)行功率已嚴重不足。尤其是到了冬天，熱水?dāng)喙﹩栴}時有發(fā)生。校區(qū)每一棟宿舍的蓄水箱有20噸容量，如果按1個人一天用25升水計算，20噸熱水也夠800人用。但是現(xiàn)在每一棟住宿的師生加起來也不到800人，為什么會出現(xiàn)熱水不熱的現(xiàn)象呢？要搞清問題所在一定要對系統(tǒng)進行一個全面的分析。但在分析問題之前先了解一下幾個器件。二了解器件1、溫差儀（圖1）LC-溫差儀HK-轉(zhuǎn)換開關(guān) （1自動、2手動）KM-交流接觸器RJ-熱計電器HL-指示燈圖 1LCB15B形溫差儀采用熱敏電阻作為感溫元件，可檢測兩點的溫度差，當(dāng)相對高溫感溫頭檢測的溫度減去相對低溫頭檢測的溫度的正差值大于設(shè)定值上限時，繼電器輸出常開觸點吸合，常閉觸點斷開，當(dāng)相對高溫感溫頭檢測的溫度減去相對低溫頭檢測的溫度的正差值少于設(shè)定值上限時，繼電器輸出常開觸點斷開，常閉點吸合。當(dāng)溫度差值大于下限設(shè)置值而小于上限時，則輸出保持原狀態(tài)不變。發(fā)光管數(shù)碼直接顯示溫差測量值及設(shè)定值，上、下限式溫差凋節(jié)方式，控制溫度范040。 第 3頁2 、溫度控制器（圖2）T溫度控制器KM交流接觸器T上溫控上限T下溫控下限圖2溫度未達到恒溫值時，T下、T上為常閉狀態(tài)，KM為自鎖閉合，溫度上升到T下限時，下限斷開，由KM自鎖供應(yīng)控制電源，溫度上升到上限時，控制電源斷開，KM自鎖斷開，溫度開始下降，低于上限時，T上限閉合，控制電源未能接通，當(dāng)溫度下降到下限時，T下閉合，控制電源接通，KM重新自鎖，重復(fù)升溫過程，如此循環(huán)工作，可把溫度恒定到上、下限溫度之內(nèi)，恒溫組合是作為定溫產(chǎn)熱（開）水、出熱（開）水及回水和熱水加壓的主要控制部分。3、兩路時控開關(guān)（圖3） DS時控開關(guān)T溫度控制器KM交流接觸器HL-指示燈圖3 本時控開關(guān)，具有12個可預(yù)置的時間程序，按順序設(shè)置可組合成6對定時開關(guān)：其中16程序組成的3對定時開關(guān)為第一路，712程序組成的3對定時開關(guān)為第2路。奇程序為開，偶程序為關(guān)?？蓪蓚€用電器分別進行定時控制，若將兩路輸出合并為一路使用，就可實現(xiàn)每天六開六關(guān)定時控制。第 4頁4、全自動水位控制器的原理和在電路中的代表符號(圖4圖 5)(1)單獨控制上水池(2)單獨控制下水池(3)缺水保護(4)上、下水池聯(lián)合控制 圖 4 A是水箱上限液位控點,接觸水面關(guān)泵B是水箱下限液位控點,脫離水面開泵C是上下水箱與水池地線(公共線) 要 放在水箱的最低點D是水池缺水停泵警告點脫離水面時會停泵E是水池排污或抽水時開泵點,接觸開泵 圖 5第 5頁三、分析問題1、太陽輻射加熱原理（示意圖6）1副水箱 2浮球取水裝置3循環(huán)水箱4集熱器陣5循環(huán)水泵6溫差儀7測溫探頭8排氣閥圖 6 一套熱水系統(tǒng)總共由兩套（如圖6）這樣的加熱系統(tǒng)組成，第一路是一次加熱系統(tǒng)，第二路是二次加熱系統(tǒng)。第一路冷水從水箱進入集熱器，受太陽光輻射加熱，水溫會逐漸升高。當(dāng)集熱器水溫高于水箱內(nèi)的水溫，且達到溫差LG1設(shè)定溫度時，溫差LG1動作,KM1吸合1號循環(huán)水泵工作，將熱水壓到水箱上部，而水箱底部溫度較低的水進入集熱器陣，繼續(xù)受太陽輻射加熱。第二路也是一樣冷水從水箱進入集熱器，受太陽光輻射加熱，水溫也會逐漸升高；當(dāng)集熱器水溫高于水箱內(nèi)的水溫且達到溫差LG2設(shè)定溫度時，溫差LG2動作,KM2吸合2號循環(huán)水泵工作，將熱水壓到水箱上部，而水箱底部溫度較低的水進入集熱器陣，繼續(xù)受太陽輻射加熱。如此循環(huán)使水箱中水溫不斷升高，當(dāng)集熱陣與水箱水溫相等或集熱器陣水溫低于低于水箱水溫時（夜間或陰雨天）均即刻停止循環(huán)。第 6頁2、改造前的系統(tǒng)工作原理（圖7圖 8）（1）輔助加熱原理時控開關(guān)DS一共有兩路，第一路是加熱時間設(shè)定，第二路是供水時間設(shè)定。當(dāng)DS加熱時間達到設(shè)定的時間時，DS第一路常開觸點動作，KM4、KM5得電吸合，A組1號和2號電熱絲工作。跟著，延時開關(guān)KT1得電數(shù)秒后動作，KT1常開觸點吸合KM6得電吸合，A組3號電熱絲工作。而延時開關(guān)KT2得電數(shù)秒后也動作，KT2常開觸點吸合，KM7得電吸合，A組4號和B組1號電熱絲同時工作。之后，延時開關(guān)KT3得電數(shù)秒后動作KM9、 KM10得電吸合，B組2號、3號電熱絲工作；延時開關(guān)KT4得電數(shù)秒后動作，KM11得電吸合，B組4號電加熱工作。如果A組系統(tǒng)達到設(shè)定溫度，溫控T1動作，A組加熱系統(tǒng)停止工作。B組系統(tǒng)達到設(shè)定溫度，溫控T2動作，B組加熱系統(tǒng)停止工作。（2）供水工作原理時控開DS第二路（供水時間）達到設(shè)定時間時，DS第二路常開觸點吸合，電磁閥DF得電工作,熱水流到每個宿舍。KM3同時得電回水泵工作。當(dāng)回水溫控T3 達到設(shè)定溫度時T3動作，KM3失電回水泵停止工作。（3）缺水保護原理當(dāng)水箱水位底于水位器SL下水位時，水位器SL1常閉觸點斷開。系統(tǒng)缺水保護。當(dāng)水箱水位高于水位器SL上水位時，水位器SL，常閉觸點閉合。系統(tǒng)正常工作。第 7頁圖7改造前的系統(tǒng)工作主電路原理圖第 8頁圖8改造前的系統(tǒng)工作控制電路原理圖第 9頁四存在問題1、在宿舍熱水供應(yīng)期間，水箱水位下降，浮球閥自動開啟進行補充冷水。這樣熱水越來越少，反過來冷水就越來越多。本來有20噸60的熱水，才用了10多噸,水箱里的水就被冷水對成30左右，水當(dāng)然不熱了。為什么以前沒有這個問題呢？原因是之前人少，用熱水量不多，這樣補充的冷水也不多，水溫沒有明顯的下降。所以，就不會出現(xiàn)熱水不熱的問題。2、30左右的水，經(jīng)過一夜的時間，溫度又下降幾度。集熱器的水受太陽輻射加熱，當(dāng)集熱器水溫高于水箱水溫時，循環(huán)泵工作把集熱器的熱水通過上循環(huán)管壓到水箱，又把水箱底部溫度較低的水通過下循環(huán)管進入集熱器。如此循環(huán)加熱一天，熱水溫度如果回不到60，系統(tǒng)馬上電加熱, 把水溫加熱到60。這樣，太浪費電了!相比之下，之前人少水箱里的水還有45左右，加熱一天, 水箱、里的水的溫度達到或高于60就容易得多了。如果要解決以上問題，只有對太陽能熱水系統(tǒng)，進行改造。五、解決方案1、改造補水裝置。做到在供水時間內(nèi)不給冷水進入熱水箱，過樣熱水就不會被冷水對涼了。2、增加一個溫差迭水裝置。該裝置充分利用水在不同季節(jié)的地底和地面溫差的不同，從而選擇溫度較高的水。（例如：夏天自來水水溫高于地下水水溫, 裝置用自來水。冬天如果自來水水溫低于地下水水溫，裝置用地下水。）3用PLC替代繼電器控制，時間控制和延時計電器。主要是PLC具有可靠性高、抗干擾能力強、編程簡單、使用方便、通用性強、能耗低等特點。 第10頁六、改造后的系統(tǒng)工作原理(示意圖9 圖10 )1、改造后的太陽輻射加熱原理1循環(huán)水箱 測溫探頭2集熱器陣測溫探頭3出水電磁閥測溫探頭4地下水泵溫差儀5入水電磁閥溫差儀6循環(huán)水泵排氣閥7測溫探頭 圖9 與改造前一樣熱水系統(tǒng)總共由兩套加熱系統(tǒng)組成，第一路是一次加熱系統(tǒng)，第二路是二次加熱系統(tǒng)。二次加熱系統(tǒng)保持不變。只是在一次加熱系統(tǒng)中增加了溫差迭水裝置第一路冷水從水箱進入集熱器，受太陽光輻射加熱，水溫會逐漸升高。當(dāng)集熱器水溫高于水箱內(nèi)的水溫，且達到1號溫差設(shè)定溫度時，1號溫差動作、PLC動作 、1號循環(huán)水泵工作，將熱水壓到水箱上部，而水箱底部溫度較低的水進入集熱器陣，繼續(xù)受太陽輻射加熱。第二路也是一樣冷水從水箱進入集熱器，受太陽光輻射加熱，水溫也會逐漸升高；當(dāng)集熱器水溫高于水箱內(nèi)的水溫且達到2號溫差設(shè)定溫度時，2號溫差動作、PLC動作、 2號循環(huán)水泵工作，將熱水壓到水箱上部，而水箱底部溫度較低的水進入集熱器陣，繼續(xù)受太陽輻射加熱。如此循環(huán)使水箱中水溫不斷升高，當(dāng)集熱陣與水箱水溫相等或集熱器陣水溫低于低于水箱水溫時（夜間或陰雨天）均即刻停止循環(huán)。第11頁2、PLC的控制原理PLC的第1步到第34步是作用是要PLC接通電源后以24小時制自動運行,每過24小時驅(qū)動一下Y11動作。M8013驅(qū)動M0每過1秒鐘動作一次，M0動作60次正好是一分鐘，驅(qū)動M1動作。M1動作60次正好是一小時，驅(qū)動M2動作。M2動作24次正好是一天，驅(qū)動M3動作。M3動作驅(qū)動Y11。Y11自鎖動作。系統(tǒng)放水，同時系統(tǒng)輔助加熱。第30步的作用是時控補水，把T5串聯(lián)在里面這樣就做到在供水時間內(nèi)不給冷水進入熱水箱，過樣熱水就不會被冷水對涼了。X0是手動出水，X1是停止。X5是調(diào)時 X16是調(diào)分主要用來調(diào)節(jié)PLC時間。第35步到第58步的作用是控制每天放水和輔助加熱的時間。Y11動作,定時器T0延時50分鐘（30000毫秒）動作驅(qū)動定時器T1。T1延時50分鐘，驅(qū)動定時器T2。就這樣定時器控制定時器每驅(qū)動1級定時器就延時50分鐘直到T5動作Y11才斷開。系統(tǒng)停止放水輔助加熱同時停止。第59步到第71步作用是溫差迭水，通過溫差儀檢測地下水和自來水的溫度控制X5的通斷從而選擇溫度較高的水。（例如：夏天自來水水溫高于地下水水溫, 系統(tǒng)用自來水。冬天自來水水溫低于地下水水溫，系統(tǒng)用地下水。）萬一地下水泵過載X13動作系統(tǒng)同樣會選取自來水。只要水位器檢測到水箱滿水X6斷開系統(tǒng)不再加水。第72到第79步是缺水保護和過載保護主要用來控制母線一但水位器檢測到水箱缺水或者電機過載母線斷開。之后的輔助加熱和熱水循環(huán)馬上停止工作。第80步到第83步作用是回水溫度控制只要系統(tǒng)供水,Y11動作Y2動作回水泵工作，直到回水溫控動作X14斷開，回水泵才停止工作。第84步到第89步是控制1號循環(huán)水泵和2號循環(huán)水泵。由一號溫差X3和2號溫差X4控制。第12頁第90步到第112步是輔助加熱,只要Y11動作,Y4吸合A組1號電加熱工作。延時10秒后Y5吸合A組2號電加熱工作。延時10秒Y6吸合B組1號電加熱工作。延時10秒Y7吸合B組2號電加熱工作第113步到第120是控制Y12故障指示燈。七、節(jié)能效果評價 1系統(tǒng)通過溫差選水裝置自動選擇溫度較高的水，減少了系統(tǒng)加熱的時間，從而減少了不必要的電能損耗。 2通過增加一個補水裝置使熱水得到充分的利用，也減少了加熱用不完導(dǎo)至次日再次加熱從而減少了不必要的電能損耗。 通過以上二點改進，系統(tǒng)在加熱方面得到進一步的完善，使每月用電量減少10%左右而且又能滿足熱水需要從而達到真正節(jié)能的目的。第13頁八、改造使用元件明細表代號名稱型號數(shù)量PLC可編程控制器FX2N-48MR1QS空氣開關(guān)HZ2-100/31M水泵ALG50-1254FR熱繼電器JR0-10/3D4KM交流接觸器CJ10-40，220V4KM交流接觸器CJ10-60，220V4SB按紐LA2，220V，5A4LC溫差儀LC15B3T溫度控制器XMT-62SL水位控制器LX912A2HL指示燈11R電熱管9KW4第14頁圖10改造后的系統(tǒng)工作主電路原理圖第15頁I/Q分配圖圖 11 第16頁梯形圖第17頁梯形圖第18頁0 LD M80001 1AND M8013 2 OUT M03 LD M04 OUT C101 K607 LD C101 8 OR X0169 OUT M110 RST C10112 LD M113 OUT C102 K6016 LD C10217 OR X01518 OUT M219 RST C10221 LD M222 OUT C103 K2425 LD C10326 OUT M327 RST C10329 LD M330 OR Y01131 OR X00032 ANI T533 AND X00134 OUT Y01135 LD Y01136 OUT T0 K3000039 LD T0 40 OUT T1 K30000第19頁43 LD T144 OUT T2 K3000047 LD T248 OUT T3 K3000051 LD T352 OUT T4 K3000055 LD T456 OUT T5 K3000059 LD M800060 ANI Y01161 ANI X00662 MPS 63 LDI X00564 OR X01365 ANB 66 OUT Y01067 MPP68 ANI Y01069 AND X00570 ANI X01371 OUT Y00372 LDI X00773 ANI X01074 ANI X01175 ANI X01276