基于PLC的太陽(yáng)能熱水器控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 題 目 基于PLC的太陽(yáng)能 熱水器控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 學(xué)生姓名 專業(yè)班級(jí) 自動(dòng)化07-2班 學(xué) 號(hào) 院 （系） 電氣信息工程學(xué)院 指導(dǎo)教師 完成時(shí)間 2011年06月 05日 電氣信息工程學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)題目 基于PLC的太陽(yáng)能熱水器控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 專業(yè) 自動(dòng)化07-2班 學(xué)號(hào) 2 姓名 主要內(nèi)容、基本要求、主要參考資料等：主要內(nèi)容：本設(shè)計(jì)研究的主要內(nèi)容是用PLC控制太陽(yáng)能熱水器系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)太陽(yáng)能熱水器系統(tǒng)自動(dòng)控制及手工控制，使其滿足實(shí)際各種控制需要，使更多的工作免于人工參與、使系統(tǒng)更加穩(wěn)定可靠。基本要求：1、確定系統(tǒng)的各種工序，繪制系統(tǒng)的工藝流程圖。2、PLC選型及I/O點(diǎn)

2、分配。3、設(shè)計(jì)、繪制梯形圖，滿足各個(gè)控制要求。4、繪制電氣原理圖、外部接線圖等。主要參考資料：1袁任光.可編程序控制器技術(shù)與實(shí)例M.廣州：華南理工大學(xué)出版社，2003.215-2382陳宏.可編程控制器( PLC)的選型J.化工進(jìn)展，2003，22 (12) ：1354-13563趙緩,越慧.我國(guó)太陽(yáng)能資源及其開(kāi)發(fā)利用J.經(jīng)濟(jì)地理，1998，98-1254陸維德.我國(guó)太陽(yáng)熱水器產(chǎn)業(yè)的發(fā)展J.太陽(yáng)能,1999(4)：23-255網(wǎng)上查閱的相關(guān)資料等完 成 期 限： 2011.03 2011.06 指導(dǎo)教師簽名： 專業(yè)負(fù)責(zé)人簽名： 2011年 03 月 01 日基于PLC的太陽(yáng)能熱水器控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

3、基于PLC的太陽(yáng)能熱水器控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 摘 要現(xiàn)在，城市居民絕大部分都使用了太陽(yáng)能熱水器，農(nóng)村也有相當(dāng)一部分人使用。因此，研究和開(kāi)發(fā)先進(jìn)的太陽(yáng)能熱水器控制系統(tǒng)變得越來(lái)越重要。本設(shè)計(jì)闡述了可編程控制器（PLC）在太陽(yáng)能熱水器控制系統(tǒng)中的應(yīng)用,重點(diǎn)研究了系統(tǒng)的硬件構(gòu)成及軟件的設(shè)計(jì)過(guò)程。指出了PLC設(shè)計(jì)的關(guān)鍵是能滿足基本的控制功能, 并考慮維護(hù)的方便性、系統(tǒng)可擴(kuò)展性等。本設(shè)計(jì)進(jìn)行了系統(tǒng)的I/O分配和PLC選型，根據(jù)要求繪制出了控制系統(tǒng)電氣原理圖和接線圖等。把PLC作為太陽(yáng)能熱水器的控制系統(tǒng)，大大減少了其它元器件的使用。它使系統(tǒng)接線簡(jiǎn)單，檢修維護(hù)方便快捷，增進(jìn)了系統(tǒng)的先進(jìn)性。關(guān)鍵詞 太陽(yáng)能熱水器 PLC

4、 控制系統(tǒng)DESIGN OF SOLAR WATER HEATER CONTROL SYSTEM BASED ON PLCABSTRACTNow, vast majority of urban residents use solar water heaters, so do a considerable number of rural people. Therefore, the research and development of controlling system of advanced solar water heater are becoming increasingly impo

5、rtant.This design expounds the application of PLC in solar water heater automatic controlling system, especially the designing process of hardware and software of the system. Furthermore, the project shows that the key of PLC designing is to satisfy the basic controlling function, considerring the c

6、onvenionce of maintenance and scalability.In this design, the address of I/O is resigned and the suitable PLC is choosed.the electrical principle diagram and the interconnection diagram are drawn, according to the requirement.As the controlling system of solar water heater, PLC greatly reduces the n

7、umber of other components. Moreover, it has the feature such as simple interconnection, rapid and easy fault detecting and maintenance, and advancement of the system. KEY WORDS Solar water heater PLC Control systemI目 錄摘 要ABSTRACT1 緒論11.1 本設(shè)計(jì)研究的目的和意義11.2國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀11.2.1太陽(yáng)能熱水器概述11.2.2太陽(yáng)能熱水器組成21.2.3 太陽(yáng)能熱水

8、器的基本工作過(guò)程31.2.4 可編程控制器概述51.2.5 PLC的發(fā)展歷史51.2.6 PLC的特點(diǎn)51.2.7 PLC的基本工作原理71.3 本設(shè)計(jì)研究的主要內(nèi)容82 控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)方案92.1 控制系統(tǒng)的基本功能要求92.2 控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)方案92.2.1 系統(tǒng)水溫控制原理框圖102.2.2 PLC的選型112.2.3 PLC硬件控制框圖112.2.4各單元功能作用介紹122.2.5 PLC的端口分配152.3 系統(tǒng)電路的設(shè)計(jì)153 控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)方案193.1 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)方案193.2 軟件組成193.3 系統(tǒng)控制流程圖193.4 設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)的梯形圖程序244 結(jié)論25

9、致 謝26參考文獻(xiàn)27附錄1 原理總圖的元器件清單28附錄2 梯形圖程序291 緒論1.1 本設(shè)計(jì)研究的目的和意義在全球能源形勢(shì)緊張、氣候變暖嚴(yán)重威脅經(jīng)濟(jì)發(fā)展和人們生活健康的今天，世界各國(guó)都在尋求新的能源替代戰(zhàn)略，以求得可持續(xù)發(fā)展和在日后的發(fā)展中獲取優(yōu)勢(shì)地位。太陽(yáng)能以其清潔、源源不斷、安全等顯著優(yōu)勢(shì)，成為關(guān)注的重點(diǎn)。在太陽(yáng)能產(chǎn)業(yè)的發(fā)展中，太陽(yáng)能熱水器的熱利用轉(zhuǎn)換技術(shù)無(wú)疑是最為成熟的，其產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程也較光伏電池、太陽(yáng)能發(fā)電等產(chǎn)業(yè)領(lǐng)先一步。太陽(yáng)能光熱應(yīng)用市場(chǎng)前景廣闊，除家庭用熱水外，還可用于工業(yè)熱水、采暖、空調(diào)、干燥、農(nóng)業(yè)種植、水產(chǎn)養(yǎng)殖、海水淡化等領(lǐng)域。從發(fā)展的角度看，城市家庭生活熱水的供給不應(yīng)由業(yè)

10、主考慮，而應(yīng)與建筑設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)同時(shí)進(jìn)行。在此基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)出了全玻璃真空管式太陽(yáng)能熱水器控制系統(tǒng)。目前，我國(guó)大部分太陽(yáng)能熱水器控制部分，往往需要大量的中間繼電器和時(shí)間繼電器來(lái)滿足生產(chǎn)工藝要求，結(jié)果使電路設(shè)計(jì)復(fù)雜、繁瑣，故障時(shí)有發(fā)生，給使用和日常維護(hù)帶來(lái)了很大的不便。在電子技術(shù)飛速發(fā)展的今天，有必要而且有可能采用新技術(shù)對(duì)原電氣控制系統(tǒng)進(jìn)行改造，以提高可靠性，并實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的自動(dòng)控制，提高太陽(yáng)能熱水器穩(wěn)定性?？删幊炭刂破鳎≒LC）由于可提供使用的時(shí)間繼電器和中間繼電器，而且其常開(kāi)、常閉觸點(diǎn)可多次重復(fù)使用，使得我們?cè)诰幊讨锌梢噪S心所欲。用內(nèi)部編程“軟元件”取代繼電器邏輯控制電路中大量的時(shí)間繼電器和中間繼電器，簡(jiǎn)

11、化控制線路、有效提高系統(tǒng)的可靠性，是PLC的突出特點(diǎn)。太陽(yáng)能熱水器是太陽(yáng)能熱利用中商業(yè)化程度最高 、應(yīng)用最普遍的技術(shù) 。但是在熱水器自動(dòng)控制系統(tǒng)中大多采用單片機(jī)控制 ，單片機(jī)開(kāi)發(fā)價(jià)格較高，而PLC開(kāi)發(fā)價(jià)格便宜。選用PLC控制，它具有速度快，可靠性高，體積小，功能全，編程簡(jiǎn)單的特點(diǎn)。通過(guò)改進(jìn)或完善已有太陽(yáng)能熱水器控制系統(tǒng)的不足，設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)新型太陽(yáng)能熱水控制系統(tǒng)基于PLC的太陽(yáng)能熱水器控制系統(tǒng)。1.2國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀1.2.1太陽(yáng)能熱水器概述太陽(yáng)能熱水器是把太陽(yáng)光能轉(zhuǎn)化為熱能，將水從低溫度加熱到高溫度以滿足人們?cè)谌粘Ｉa(chǎn)、生活中需要的熱水器。把太陽(yáng)能轉(zhuǎn)換成熱能主要依靠集熱管，集熱管受陽(yáng)光照射面溫度高，

12、集熱管背陽(yáng)面溫度低，而管內(nèi)水便產(chǎn)生溫差反應(yīng)，利用熱水上浮冷水下沉的原理，使水產(chǎn)生微循環(huán)而達(dá)到所需要的熱水。在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和日常生活中，需要大量的熱水。這類熱水的特點(diǎn)是用水量較大而水溫不高，一般為400C 600C。如淋浴的水溫在350C400C之間，超過(guò)600C就會(huì)感到太熱。工業(yè)上為了清除油污，熱水溫度要高一些，但一般在 900C左右。太陽(yáng)能熱水器能提供的熱水，是目前使用最為普遍和效果最好的太陽(yáng)能利用裝置; 這種裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、使用方便、不用專人管理，故已在全國(guó)推廣使用。我國(guó)太陽(yáng)能熱水器產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅速，目前已成為世界上最大的太陽(yáng)能熱水器生產(chǎn)國(guó)，但與太陽(yáng)能熱水器配套的控制器卻一直處于研究和開(kāi)發(fā)階段，尤

13、其是與太陽(yáng)能熱水器系統(tǒng)匹配的控制器，至今尚未檢索到相關(guān)報(bào)道。太陽(yáng)熱水器，尤其是太陽(yáng)熱水系統(tǒng)及其控制器有著廣闊的發(fā)展前景，但現(xiàn)有的技術(shù)研究和產(chǎn)品開(kāi)發(fā)投入較少。因此，在太陽(yáng)能熱水器、太陽(yáng)能熱水器系統(tǒng)的測(cè)量控制方面，應(yīng)引起足夠重視，加大投入一定力量研究開(kāi)發(fā)高質(zhì)量、性能好的測(cè)控產(chǎn)品。上世紀(jì)70年代末，太陽(yáng)能熱水器的開(kāi)發(fā)利用在美國(guó)、澳大利亞、日本、德國(guó)、以色列等國(guó)家得到了很大的發(fā)展。在隨后的十幾年里，平板集熱器型太陽(yáng)熱水器的推廣應(yīng)用在一些國(guó)家得到了較快的發(fā)展。1975年美國(guó)歐文斯伊利諾依（OWens-llinois）公司發(fā)明了全玻璃真空管太陽(yáng)集熱器并推向市場(chǎng)。當(dāng)時(shí)，集熱管的選擇性吸收涂層的平場(chǎng)陽(yáng)光吸收率

14、約為83%，但由于采用了高真空技術(shù)，使集熱器的熱損失比普通平板式太陽(yáng)能集熱器的熱損失降低了兩個(gè)數(shù)量級(jí)，從而將太陽(yáng)能熱利用技術(shù)水平大大提高了一大步。在隨后的十幾年內(nèi)，全玻璃真空管太陽(yáng)能熱水器性能通過(guò)完善、提高，并逐步降低成本，因而得到了快速發(fā)展，到上世紀(jì)90年代，這種新型太陽(yáng)能熱水器已成為推廣應(yīng)用的主流產(chǎn)品。1.2.2太陽(yáng)能熱水器組成太陽(yáng)能熱水器是由集熱器、保溫水箱、支架、循環(huán)管道等相關(guān)附件組成。1、集熱器集熱器是太陽(yáng)能熱水器的主要部件，它由透明玻璃、吸熱體、保溫層等組成。當(dāng)涂有黑色的金屬片置于陽(yáng)光下，即可吸收太陽(yáng)輻射能而升高溫度，同時(shí)也向四周散發(fā)熱量。若它吸收的能量與散發(fā)的能量相等，此時(shí)金屬片

15、就不再升溫，這就叫“平衡溫度”。如果在金屬片內(nèi)有流體，流體把熱量不斷帶走，為了達(dá)到平衡溫度，金屬片便要不斷吸收太陽(yáng)的輻射能。利用這種原理，把帶有流體的金屬板封裝在一個(gè)保溫盒體中，上面蓋以玻璃，使太陽(yáng)的輻射能可以進(jìn)入盒體，集熱器由于吸熱體溫度較低，其發(fā)射出的大部分輻射能波長(zhǎng)較長(zhǎng)(位于遠(yuǎn)紅外區(qū)域)，這些輻射不能穿透玻璃而被阻隔在集熱器的空腔內(nèi)，從而產(chǎn)生了所謂的溫室效應(yīng)，提高了集熱器的集熱效率。2、循環(huán)管道在熱水器平面布置方案確定后，集熱器與循環(huán)水箱已基本確定。但要熱水器運(yùn)行起來(lái)，還得配置適當(dāng)?shù)墓艿?，將集熱器與水箱有機(jī)的連接起來(lái)，才能形成一個(gè)完整的循環(huán)系統(tǒng)。熱水器管道系統(tǒng)連接正確與否，對(duì)熱水器循環(huán)系

16、統(tǒng)的效率也有很大影響。3、熱水器水箱及水箱配置水箱是熱水器的重要組成部分。它包括循環(huán)水箱和補(bǔ)給水箱；循環(huán)水箱與集熱器上下水管相連，供熱水循環(huán)之用。補(bǔ)給水箱只與循環(huán)水箱相通，當(dāng)循環(huán)水箱水位低時(shí)，以補(bǔ)給冷水之用。1）循環(huán)水箱它的作用是保持最高水位平面，同時(shí)讓水中空氣由此處排出，避免帶入管道系統(tǒng)，以致造成氣阻損失。 循環(huán)水箱的下部均裝有冷水進(jìn)水擋板。這樣冷水進(jìn)入循環(huán)水箱時(shí)，通過(guò)擋板使之?dāng)U散流入不致將箱內(nèi)上部熱水?dāng)嚮臁?）補(bǔ)給水箱補(bǔ)給水箱是供給冷水的水箱。自來(lái)水不是直接進(jìn)入循環(huán)。而是通過(guò)補(bǔ)給水箱來(lái)補(bǔ)給。這樣做的優(yōu)點(diǎn)是使冷水和熱水隔開(kāi)，保持循環(huán)水箱中的熱水水溫穩(wěn)定。3）水箱配管水箱配管是指進(jìn)出水管、排放

17、熱水管等在水箱中的高度位置，它對(duì)排放水溫起著主要作用。因此，熱水出水管位置愈高，其熱水排放溫度亦愈高；為此，采用定溫自動(dòng)放水時(shí)，它的熱水出水口位置較高。而采用人工放水時(shí)，熱水出水口位置應(yīng)較低。循環(huán)水箱內(nèi)的水溫達(dá)到一定溫度時(shí)，將箱內(nèi)熱水幾乎全部放掉，然后放入冷水再重新循環(huán)加熱。一般人工放水一天中 12次。1.2.3 太陽(yáng)能熱水器的基本工作過(guò)程下圖為典型的太陽(yáng)能熱水器裝置簡(jiǎn)圖。圖中集熱器1按最佳傾角放置，下降水管2的一端與循環(huán)水箱3的下部相連，另一端與集熱器1的下集管接通。上升水管5與循環(huán)水箱3的上部相連，另一端與集熱器1的上集管相接。補(bǔ)給水箱4供給循環(huán)水箱3所需的冷水。當(dāng)集熱器吸收太陽(yáng)輻射能后，

18、集熱器內(nèi)溫度上升，水溫也隨之升高。水溫升高后，水的比重減輕，經(jīng)上升水管進(jìn)入循環(huán)水箱上部。而循環(huán)水箱下部的冷水，比重較大，就由水箱下部流到集熱器下方，在集熱器內(nèi)受熱后又上升。這樣不斷對(duì)流循環(huán)，水溫逐漸提高，直到集熱器吸收的熱量與散失的熱量相平衡時(shí)，水溫不再升高。這種熱水器利用循環(huán)加熱的原理，因此又稱為循環(huán)式熱水器。太陽(yáng)能熱水器裝置簡(jiǎn)圖如下圖1-1所示。1532764F3F1F2圖1-1 太陽(yáng)能熱水器裝置簡(jiǎn)圖1、集熱器 2、下降水管 3、循環(huán)水箱4、補(bǔ)給水箱 5、上升水管 6、自來(lái)水管7、熱水出水管F1、循環(huán)水閥門 F2、冷水閥門 F3、熱水閥門1） 吸熱過(guò)程。太陽(yáng)輻射透過(guò)玻璃蓋板，被集熱板吸收后

19、沿肋片和管壁傳遞到吸熱管內(nèi)的水。吸熱管內(nèi)的水吸熱后溫度升高，比重減小而上升，形成一個(gè)向上的動(dòng)力，構(gòu)成一個(gè)熱虹吸系統(tǒng)。隨著熱水的不斷上移并儲(chǔ)存在儲(chǔ)水箱上部，同時(shí)通過(guò)下循環(huán)管不斷補(bǔ)充溫度較低的水，如此循環(huán)往復(fù)，最終整箱水都升高至一定的溫度。2） 水循環(huán)管路。家用太陽(yáng)能熱水器通常按自然循環(huán)方式工作，沒(méi)有外在的動(dòng)力，設(shè)計(jì)良好的系統(tǒng)只要有56以上的溫差就可以循環(huán)很好。水循環(huán)管路、管徑及管路分布的合理性直接影響到集熱器的熱交換效率。多數(shù)情況下，自然循環(huán)家用熱水器系統(tǒng)管路中的流態(tài)都可以視為層流。 集熱器內(nèi)管路系統(tǒng)的阻力主要來(lái)自沿程阻力，局部阻力的影響要小得多，其中支管的沿程阻力又比主管要大得多。當(dāng)水溫升高后

20、，由于運(yùn)動(dòng)粘度減小，沿程阻力變小，局部阻力的影響變大。在一定范圍內(nèi)，當(dāng)主管管徑不變時(shí)，加大支管管徑，不僅沿程阻力迅速減小，而且局部阻力也將跟著減小。一般地，支管的半徑應(yīng)在10mm以上。當(dāng)主管管徑達(dá)到一定值以后，增加主管管徑對(duì)減小系統(tǒng)阻力意義不大。1.2.4 可編程控制器概述可編程控制器（PragrammableLogicController）簡(jiǎn)稱 PLC，它是一種數(shù)字運(yùn)算操作的電子系統(tǒng)，專為工業(yè)環(huán)境而設(shè)計(jì)。它采用了可編程序的存儲(chǔ)器，用來(lái)在其內(nèi)部存儲(chǔ)邏輯運(yùn)算、順序控制、定時(shí)、計(jì)數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等操作的指令，并通過(guò)數(shù)字式和模擬式的輸入和輸出，控制各種類型機(jī)械的生產(chǎn)過(guò)程；而有關(guān)的外圍設(shè)備，都應(yīng)按易于與工

21、業(yè)控制系統(tǒng)形成一體、易于擴(kuò)充其功能的原則設(shè)計(jì)。PLC自產(chǎn)生至今只有30多年的歷史，卻得到了迅速發(fā)展和廣泛應(yīng)用，成為當(dāng)代工業(yè)自動(dòng)化的主要支柱之一。長(zhǎng)期以來(lái)，PLC在工業(yè)自動(dòng)化控制中發(fā)揮著巨大的作用，為各種各樣的自動(dòng)化控制設(shè)備提供了廣泛、可靠的控制應(yīng)用，這主要是源于它能夠?yàn)樽詣?dòng)化控制應(yīng)用提供安全可靠和比較完善的解決方案，適合當(dāng)前自動(dòng)化工業(yè)企業(yè)的需要。1.2.5 PLC的發(fā)展歷史20世紀(jì)70年代大規(guī)模集成電路和微處理機(jī)出現(xiàn)后，正式生產(chǎn)出了現(xiàn)在模式的可編程序邏輯控制器PLC（Programmable Logic Controller）產(chǎn)品。這類產(chǎn)品具有穩(wěn)定可靠、價(jià)格便宜、功能齊全、體積小、應(yīng)用靈活方便

22、、工程周期短、操作維護(hù)方便、應(yīng)用領(lǐng)域廣闊等優(yōu)點(diǎn)。隨著集成電路和計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)在己誕生了第五代PLC產(chǎn)品。而從應(yīng)用角度看，PLC大概經(jīng)歷了如下幾個(gè)階段：1、單機(jī)就地控制，取代繼電器柜，至今仍然是PLC應(yīng)用的主流。2、數(shù)臺(tái)PLC與1臺(tái)PC機(jī)相連，PC機(jī)完成編程和在運(yùn)行中作為人機(jī)界面（80年代后期）。3、90年代，隨著系統(tǒng)集成能力的提高，PLC提供系統(tǒng)通信的能力，構(gòu)成可編程控制系統(tǒng)PCS（Programmable Control System），人機(jī)界面逐步完善，具有離散量和模擬量數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的監(jiān)控能力。4、隨著近代現(xiàn)場(chǎng)總線、網(wǎng)絡(luò)、工業(yè)PC機(jī)（IPC）、軟PLC技術(shù)的發(fā)展，以及系統(tǒng)開(kāi)放性、電控

23、儀控一體化、管控一體化、IT技術(shù)發(fā)展的需求，新型的覆蓋大、中、小系統(tǒng)的PCS正在形成。1.2.6 PLC的特點(diǎn)現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程是復(fù)雜多樣的，他們對(duì)控制的要求也各不相同。PLC專為工業(yè)控制應(yīng)用而設(shè)計(jì)，一經(jīng)出現(xiàn)就受到了廣大工程技術(shù)人員的歡迎。其主要特點(diǎn)有：1、通用性強(qiáng),使用方便。由于PLC產(chǎn)品的系列化和模塊化，配備有品種齊全的各種硬件裝置供用戶選用。當(dāng)控制對(duì)象的硬件配置確定以后 ,就可通過(guò)修改用戶程序 ,方便快速地適應(yīng)工藝條件的變化。2、功能性強(qiáng),適應(yīng)面廣?，F(xiàn)代 PLC不僅具有邏輯運(yùn)算、計(jì)時(shí)、計(jì)數(shù)、順序控制等功能 ,而且還具有A/D和D/A轉(zhuǎn)換、數(shù)值運(yùn)算、數(shù)據(jù)處理等功能。因此 ,它既可對(duì)開(kāi)關(guān)量進(jìn)行

24、控制 ,也可對(duì)模擬量進(jìn)行控制 ,既可控制1臺(tái)生產(chǎn)機(jī)械、1條生產(chǎn)線 ,也可控制1個(gè)生產(chǎn)過(guò)程。PLC 還具有通訊聯(lián)絡(luò)功能，與上位計(jì)算機(jī)構(gòu)成分布式控制系統(tǒng) ,實(shí)現(xiàn)遙控功能。3、可靠性高,抗干擾能力強(qiáng)。大多數(shù)用戶都將可靠性作為選擇控制裝置的首要條件。針對(duì) PLC是專為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)的 ,故采取了一系列硬件和軟件抗干擾措施。硬件方面 ,隔離是抗干擾的主要措施之一。PLC的輸入、輸出電路一般用光電耦合器來(lái)傳遞信號(hào) ,使外部電路與CPU之間無(wú)電路聯(lián)系 ,有效地抑制了外部干擾源對(duì)PLC的影響,同時(shí),還可以防止外部高電壓竄入CPU模塊濾波是抗干擾的另一主要措施,在PLC的電源電路和 I/O模塊中,設(shè)置了

25、多種濾波電路,對(duì)高頻干擾信號(hào)有良好的抑制作用。軟件方面,設(shè)置故障檢測(cè)與診斷程序。采用以上抗干擾措施后 ,一般 PLC平均無(wú)故障時(shí)間高達(dá)4萬(wàn)5萬(wàn)h。4、編程方法簡(jiǎn)單,容易掌握。PLC配備有易于接受和掌握的梯形圖語(yǔ)言。該語(yǔ)言編程元件的符號(hào)和表達(dá)方式與繼電器控制電路原理圖相當(dāng)接近。5、控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、安裝、調(diào)試和維修方便。PLC用軟件功能取代了繼電器控制系統(tǒng)中大量的中間繼電器、時(shí)間繼電器、計(jì)數(shù)器等部件,控制柜的設(shè)計(jì)、安裝接線工作量大為減少。PLC的用戶程序大都可以在實(shí)驗(yàn)室模擬調(diào)試,調(diào)試好后再將PLC控制系統(tǒng)安裝到生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng),進(jìn)行聯(lián)機(jī)統(tǒng)調(diào)。在維修方面,PLC的故障率很低,且有完善的診斷和實(shí)現(xiàn)功能,一旦P

26、LC外部的輸入裝置和執(zhí)行機(jī)構(gòu)發(fā)生故障,就可根據(jù)PLC上發(fā)光二極管或編程器上提供的信息 ,迅速查明原因。若是PLC本身問(wèn)題,則可更換模塊,迅速排除故障,維修極為方便。6、體積小、質(zhì)量小、功耗低。由于PLC是將微電子技術(shù)應(yīng)用于工業(yè)控制設(shè)備的新型產(chǎn)品,因而結(jié)構(gòu)緊湊、堅(jiān)固、體積小、質(zhì)量小、功耗低,而且具有很好的抗震性和適應(yīng)環(huán)境溫度、濕度變化的能力。因此,PLC很容易裝入機(jī)械設(shè)備內(nèi)部,是實(shí)現(xiàn)機(jī)電一體化較理想的控制設(shè)備。1.2.7 PLC的基本工作原理。 PLC的循環(huán)順序掃描工作流程圖如下圖1-2所示。開(kāi)始自診斷有故障？Y停機(jī)出錯(cuò)顯示N與編程器進(jìn)行信息交換是否有網(wǎng)絡(luò)Y與網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行信息交換采集現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)執(zhí)行用戶

27、程序輸出處理超時(shí)？Y停機(jī)出錯(cuò)顯示NN圖1-2 PLC循環(huán)順序掃描工作流程圖PLC采用循環(huán)（巡回）掃描工作方式，而大、中型PLC還增加了中斷工作方式。循環(huán)掃描即可按固定順序，也可按用戶程序所規(guī)定一級(jí)順序（高級(jí)和低級(jí)順序）或可變順序等進(jìn)行。因?yàn)橛械挠脩舫绦虿恍枰繏呙枰淮螆?zhí)行一次，也為的是在控制系統(tǒng)需要處理的I/O點(diǎn)數(shù)較多時(shí)，通過(guò)不同的模塊組合的安排，采用分時(shí)分批掃描執(zhí)行的辦法，可縮短循環(huán)掃描周期和控制的實(shí)時(shí)性。用戶將用戶程序設(shè)計(jì)、調(diào)試后，用編程器鍵入PLC的存儲(chǔ)器中，并將現(xiàn)場(chǎng)的輸入信號(hào)和被驅(qū)動(dòng)的執(zhí)行元件相應(yīng)地接在輸入模板的輸入端和輸出模板的輸出端上，然后用PLC的控制開(kāi)關(guān)使其處于運(yùn)行工作方式，P

28、LC就以循環(huán)掃描的工作方式進(jìn)行工作。在輸入信號(hào)、用戶程序的控制上，產(chǎn)生相應(yīng)的輸出信號(hào)，完成預(yù)期的控制任務(wù)。PLC的典型的循環(huán)順序掃描工作過(guò)程如圖1-2所示。從圖1-2中可以看出，一個(gè)典型的可編程序控制器在一個(gè)掃描周期中要完成六個(gè)掃描過(guò)程。在系統(tǒng)軟件的指揮下，按圖1-2所示的程序流程順序地執(zhí)行，這種工作方式稱為順序掃描方式。從掃描過(guò)程中的某個(gè)掃描過(guò)程開(kāi)始，順序掃描后又回到該過(guò)程成為一個(gè)掃描周期。進(jìn)行一個(gè)掃描周期所需的時(shí)間稱為一個(gè)掃描周期時(shí)間。1.3 本設(shè)計(jì)研究的主要內(nèi)容本設(shè)計(jì)研究的主要內(nèi)容是用PLC控制太陽(yáng)能熱水器系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)太陽(yáng)能熱水器系統(tǒng)自動(dòng)控制及手工控制，使其滿足實(shí)際各種控制需要，使更多的工

29、作免于人工參與、使系統(tǒng)更加穩(wěn)定可靠。具體研究工作從以下幾方面展開(kāi)：1、確定系統(tǒng)的各種工序，繪制系統(tǒng)的工藝流程圖2、PLC選型及I/O點(diǎn)分配3、PLC硬件控制框圖4、系統(tǒng)主電路及PLC控制電路的設(shè)計(jì)5、設(shè)計(jì)、繪制梯形圖，滿足各個(gè)控制要求6、繪制電氣原理圖、外部接線圖等2 控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)方案2.1 控制系統(tǒng)的基本功能要求根據(jù)人們對(duì)熱水器的使用習(xí)慣和人性化設(shè)計(jì)要求 , 設(shè)計(jì)的控制系統(tǒng)具有以下功能：1、自動(dòng)控制功能。系統(tǒng)在自動(dòng)工作方式時(shí)，能自動(dòng)控制供水水泵的運(yùn)行與停止和各電磁閥的開(kāi)關(guān)。定時(shí)控制器在斷電時(shí)正常計(jì)時(shí)，故采用其作為PLC的電源控制。在定時(shí)控制時(shí)間內(nèi)，由定時(shí)器接通PLC的電源，PLC按預(yù)先

30、編制的程序依次打開(kāi)各控制設(shè)備電源，并根據(jù)輸入信號(hào)的變化隨時(shí)調(diào)整程序的執(zhí)行。在非系統(tǒng)工作時(shí)間里，定時(shí)器自動(dòng)斷開(kāi)PLC的電源。工作時(shí)段為618 h?？衫枚〞r(shí)控制器和PLC自身具有的定時(shí)命令加以解決。2、除塵功能。利用溫度開(kāi)關(guān)檢測(cè)環(huán)境溫度是否適合除塵，溫度開(kāi)關(guān)為4。除塵時(shí)用一個(gè)電磁閥連續(xù)工作2 min。3、水箱液位控制功能。水箱200L，液位控制在180 L。4、水箱應(yīng)具備供熱水、保溫的基本功能。水箱采用加厚聚脂發(fā)泡保溫。5、報(bào)警功能。當(dāng)出現(xiàn)故障時(shí)，故障指示燈閃爍且報(bào)警電鈴響起，操作人員可以按下“消音”按鈕以解除鈴響，但故障指示燈仍在閃爍；直到故障消除；故障指示燈才停止閃爍。6、節(jié)水功能。供水閥供

31、水5 min，停2 min。7、可實(shí)現(xiàn)手動(dòng)/自動(dòng)控制切換。8、恒溫功能。出水溫度可通過(guò)恒溫閥控制在3040，當(dāng)用戶需要熱水時(shí)，可通過(guò)手動(dòng)調(diào)節(jié)。2.2 控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)方案根據(jù)控制系統(tǒng)要求，首先確定PLC的控制規(guī)模，估算出所需要的I/O點(diǎn)數(shù) (數(shù)字輸入/輸出量、模擬輸入/輸出量) ,再增加10%20%的備用量，以便隨時(shí)增加控制功能，保證系統(tǒng)投入運(yùn)行后能夠替換個(gè)別故障點(diǎn)或彌補(bǔ)遺漏的點(diǎn)數(shù)。統(tǒng)計(jì)出I/O總點(diǎn)數(shù)后即可以確定PLC 的控制規(guī)模，從而確定存儲(chǔ)器(用于存儲(chǔ)用戶程序和數(shù)據(jù))的容量。存儲(chǔ)器容量除了根據(jù)PLC 的控制規(guī)模確定外，也可以按照如下方法計(jì)算，再增加25%30 %的備用量，以便隨時(shí)增加用戶

32、程序。一種方法是根據(jù)編程實(shí)際使用的節(jié)點(diǎn)數(shù)計(jì)算，即編完程序之后，根據(jù)節(jié)點(diǎn)數(shù)計(jì)算出實(shí)際使用容量。另一種方法是估算法，只有開(kāi)關(guān)量時(shí)，所需內(nèi)存總數(shù)=開(kāi)關(guān)量(輸入/輸出)總數(shù)×10；只有模擬量輸入時(shí),所需內(nèi)存總數(shù)=模擬量路數(shù)×120在模擬量輸入、輸出同時(shí)存在時(shí)，所需內(nèi)存總數(shù)=模擬量路數(shù)×250；同時(shí),應(yīng)考慮PLC提供的內(nèi)部繼電器和寄存器的數(shù)量,以便節(jié)省資源。2.2.1 系統(tǒng)水溫控制原理框圖T3系統(tǒng)控制原理框圖如下圖2-1所示。熱水箱T1D集熱器F3太陽(yáng)光F1自來(lái)水F2T2 圖2-1 系統(tǒng)控制原理框圖注釋：T1，熱水箱的溫度傳感器T2，循環(huán)水管中的溫度傳感器T3，集熱器中的溫

33、度傳感器F1，循環(huán)水閥門F2，冷水閥門F3，熱水閥門此款熱水器利用微機(jī)控制，主要有以下兩種控制功能：水溫控制、水箱加熱控制。1、水溫控制為了提供溫度不低于370C的水，具體控制過(guò)程如下：首先，關(guān)閉冷水閥門F2和循環(huán)水閥門F1，然后微機(jī)開(kāi)始進(jìn)行水箱的溫度采集，同時(shí)進(jìn)行溫度的比較，當(dāng)水箱中的溫度小于370C時(shí)，電熱器D接通進(jìn)行加熱，同時(shí)微機(jī)繼續(xù)對(duì)熱水箱的水溫進(jìn)行采集。當(dāng)溫度加熱到大于370C時(shí)電熱器D斷開(kāi)，如此反復(fù)循環(huán)保證了溫度的穩(wěn)定。2、水箱加熱控制如果沒(méi)有日照或者日照很弱時(shí)，到了晚上我們是否還能洗上熱水澡呢？答案是肯定的，不要忘了這款熱水器還有一個(gè)從系統(tǒng)，這時(shí)它就要發(fā)揮作用了。熱水箱溫度為T1

34、，將它和設(shè)定值N相比較，從而控制是否打開(kāi)電加熱器?？刂茣r(shí)段為618 h，具體過(guò)程如下: 若Tl<N，電加熱接通；否則，電加熱斷開(kāi)。最終熱水箱的溫度加熱到設(shè)定值N。由此可見(jiàn)，即使沒(méi)有日照我們照樣可以洗上熱水澡。2.2.2 PLC的選型因?yàn)楸鞠到y(tǒng)是對(duì)開(kāi)關(guān)量控制的應(yīng)用系統(tǒng),并對(duì)控制速度要求不高,選用核心部件為西門子S7-200系列40點(diǎn)可編程控制器（CPU型號(hào)為：CPU226）,該編程控制器具有自診斷功能,采用循環(huán)掃描工作方式,這完全能滿足要求。西門子S7-200系列可編程控制器輸入輸出控制方式為循環(huán)掃描方式、編程語(yǔ)言為梯形圖語(yǔ)言、40點(diǎn)的可編程控制器具有24點(diǎn)輸入,16點(diǎn)輸出?？紤]到該P(yáng)LC

35、所需的輸入、輸出點(diǎn)數(shù)及類型，選用西門子S7-200系列可編程控制器作為該系統(tǒng)的核心，它含有24個(gè)輸入點(diǎn)和16個(gè)輸出點(diǎn)足夠設(shè)計(jì)所用。2.2.3 PLC硬件控制框圖本設(shè)計(jì)選用西門子S7-200系列的40點(diǎn)可編程控制器，實(shí)現(xiàn)對(duì)太陽(yáng)能熱水器的控制，完成太陽(yáng)能熱水器的溫度、液位等控制功能。為提高系統(tǒng)的安全性，需要有報(bào)警點(diǎn)輸入并且用聲光信號(hào)顯示故障類型，同時(shí)發(fā)出警報(bào)提醒值班人員及時(shí)處理事故。當(dāng)故障出現(xiàn)時(shí)，故障指示燈閃爍且報(bào)警電鈴響起，操作人員可以按下“消音”按鈕以解除鈴響，但故障指示燈仍在閃爍，直到故障消除，故障指示燈才停止閃爍。系統(tǒng)控制框圖如圖2-2所示。自動(dòng)總停手動(dòng)上水手動(dòng)加熱消音按鈕液位檢測(cè)開(kāi)關(guān)溫度

36、開(kāi)關(guān)（常閉）溫度開(kāi)關(guān)（常開(kāi)）自動(dòng)總開(kāi)自動(dòng)/手動(dòng)選擇除塵閥報(bào)警器供水閥排水閥繼電器除塵電機(jī)PLC24點(diǎn)輸入 16點(diǎn)輸出模擬量輸入模塊EM235溫度變送器PT100溫度傳感器圖2-2系統(tǒng)控制框圖2.2.4各單元功能作用介紹1、電機(jī)類型的選擇對(duì)于連續(xù)運(yùn)行，負(fù)載平穩(wěn)，對(duì)起動(dòng)制動(dòng)沒(méi)有特殊要求的生產(chǎn)機(jī)械，應(yīng)優(yōu)先采用普通鼠籠異步電動(dòng)機(jī)，它廣泛用于各種機(jī)床、水泵和風(fēng)機(jī)等。大中功率的空壓機(jī)和皮帶輸送機(jī)等生產(chǎn)機(jī)械要求有較大的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩，應(yīng)采用深槽式或雙鼠籠式異步電動(dòng)機(jī)。由于太陽(yáng)能熱水器屬于連續(xù)運(yùn)行，負(fù)載平穩(wěn)，對(duì)起動(dòng)制動(dòng)沒(méi)特殊要求，綜合各方面考慮，本系統(tǒng)微型電機(jī)選用Y系列三相異步電動(dòng)機(jī)。電壓為220V。頻率為50HZ

37、。功率為10w。2、交流接觸器的選擇本系統(tǒng)選用正泰公司生產(chǎn)的CJX1系列交流接觸器，該接觸器為雙斷點(diǎn)觸頭的直動(dòng)式運(yùn)動(dòng)結(jié)構(gòu)，動(dòng)作機(jī)構(gòu)靈活，手動(dòng)檢察方便，結(jié)構(gòu)緊湊。觸頭，磁系統(tǒng)采用封閉結(jié)構(gòu)，能提高壽命。接線端均有防護(hù)罩覆蓋，使用安全可靠。安裝可用螺釘緊固，也可扣裝在35毫米的安裝軌上，裝卸方便。CJX1系列交流接觸器適用于交流50Hz（或60Hz），額定電壓至660V，在AC-3使用類別下工作電壓為380V，供遠(yuǎn)距離和分?jǐn)嚯娐芳邦l繁起動(dòng)和控制交流電動(dòng)機(jī)，并可與適合的熱繼電器組成電磁起動(dòng)器，以保護(hù)可能發(fā)生操作過(guò)負(fù)荷電路。3、熱繼電器的選擇本系統(tǒng)所用的熱繼電器為正泰公司生產(chǎn)的NR4(JRS2)系列，N

38、R4(JRS2)系列熱過(guò)載繼電器適用于交流50Hz/60Hz、額定電壓690V、1000V，電流0.1-180A的長(zhǎng)期工作或間斷長(zhǎng)期工作的交流電動(dòng)機(jī)的過(guò)載與斷相保護(hù)。該熱繼電器具有斷相保護(hù)、溫度補(bǔ)償、動(dòng)作指示、自動(dòng)與手動(dòng)復(fù)位，該產(chǎn)品動(dòng)作可靠。另外，該產(chǎn)品符合：GB14048.4、GB14048.5、IEC60947-4-1等標(biāo)準(zhǔn)，可靠性較高。該熱繼電器可與CJX1系列交流接觸器接插安裝。4、電磁閥的選擇電磁閥選用SSFK-C024型電磁閥，原產(chǎn)地: 浙江宋氏閥控，該產(chǎn)品主要用于太陽(yáng)能熱水器等潔具類，工作電壓適用范圍廣、交直流3-220V，使用可靠，完全可以達(dá)到使用要求。5、發(fā)光指示燈的選擇指示

39、燈選用兩色二極管指示燈，當(dāng)機(jī)器運(yùn)行時(shí)，指示燈顯示綠色，機(jī)器通電不運(yùn)行時(shí)，指示燈顯示紅色，要求指示燈質(zhì)量可靠，根據(jù)要求，選用TLL0501HMC型指示燈。6、隔離變壓器的選擇本生產(chǎn)線選用BK100型號(hào)隔離變壓器，該隔離變壓器變比1：1，電壓220V AC。7、水箱的選擇水箱的選用要根據(jù)情況來(lái)確定。水箱是熱水器重要組成部分。它包括循環(huán)水箱和補(bǔ)給水箱，循環(huán)水箱與集熱器上下水管相連，供熱水循環(huán)之用。補(bǔ)給水箱只與循環(huán)水箱相通，當(dāng)循環(huán)水箱水位低時(shí)，以補(bǔ)給冷水之用。1）循環(huán)水箱循環(huán)水箱容量大小是根據(jù)熱水器裝置日產(chǎn)熱水量而定。為了便于加工提高經(jīng)濟(jì)性和通用性，循環(huán)水箱已標(biāo)準(zhǔn)化。目前循環(huán)水箱以容積分為500升和1

40、000升二種，外形均為方形。容積500升的水箱外形尺寸為: 778 X 778 X 880毫米。容積1000升的水箱外形尺寸為:8 X 928 X 1300毫米。循環(huán)水箱的上部均裝有漲水管及透氣孔，其位置稍高于水位。溢水管和透氣孔制成一體，它的作用是保持最高水位平面，同時(shí)讓水中空氣由此處排出，避免帶入管道系統(tǒng)，以致造成氣阻損失。循環(huán)水箱的下部均裝有冷水進(jìn)水擋板。這樣冷水進(jìn)入循環(huán)水箱時(shí)，通過(guò)擋板使之?dāng)U散流入不致將箱內(nèi)上部熱水?dāng)嚮臁?00升與1000升循環(huán)水箱，結(jié)構(gòu)基本相同，后者增加一些肋條和拉條，以增強(qiáng)水箱的強(qiáng)度和則度。2）補(bǔ)給水箱補(bǔ)給水箱是供給冷水的水箱。自來(lái)水不是直接進(jìn)入循環(huán)。水箱，而是通過(guò)

41、補(bǔ)給水箱來(lái)補(bǔ)給。這樣做的優(yōu)點(diǎn)是可使冷水和熱水隔開(kāi)，保持循環(huán)水箱中的熱水水溫穩(wěn)定。補(bǔ)給水箱不宜太大，宜狹而長(zhǎng)。補(bǔ)給水箱內(nèi)需安裝浮球，以保持最高水位。通用設(shè)計(jì)中最常用的一種補(bǔ)給水箱結(jié)構(gòu)。它的外形為350 X830 X 400毫米，其長(zhǎng)度是高度的2倍多。8、傳感器的選型通過(guò)各種高性能傳感器對(duì)氣候環(huán)境進(jìn)行測(cè)量及數(shù)據(jù)采集，并將測(cè)量結(jié)果通過(guò)接口送至PLC中，PLC根據(jù)控制要求對(duì)整個(gè)太陽(yáng)能熱水器進(jìn)行綜合控制。由于系統(tǒng)對(duì)環(huán)境的采樣值都是傳感器輸出的模擬信號(hào)，而且傳感器與PLC的距離也比較遠(yuǎn)，所以在傳感器的選擇上都采用了4-20mA電流輸出型，從而減小傳輸過(guò)程中的干擾，保證采樣值的準(zhǔn)確性與可靠性。溫度誤差可以在

42、電路上或軟件上采取補(bǔ)償措施，不同的補(bǔ)償方法，其整體溫度系數(shù)差異較大，但仍與元件本身的溫度特性有關(guān)，一般將敏感元件和電路的溫度系數(shù)合在一起考慮。一般的溫度傳感器基點(diǎn)漂移較其它的氣象傳感器都要顯著，熱敏電阻屬于吸附元件，在測(cè)量過(guò)程中必然會(huì)受到污染，由污染引起的測(cè)量基點(diǎn)漂移，只能用重新檢定的方法加以修正解決。若污染嚴(yán)重，基點(diǎn)漂移量過(guò)大，又不能再生，只能將傳感器作報(bào)廢處理。溫度傳感器技術(shù)指標(biāo):1）溫度范圍：-070(可根據(jù)用戶要求擴(kuò)展)2）濕度范圍：10%/RH-99%RH3）電源： AV220V士10%4）溫度誤差：一般士0.2、最大士0.55）數(shù)據(jù)分辨率：0.16）數(shù)據(jù)更新周期：約1秒7）數(shù)據(jù)線：

43、3類雙絞線8）數(shù)據(jù)傳輸距離：小于1200m2.2.5 PLC的端口分配根據(jù)以上硬件選型設(shè)計(jì)，編制I/O接口功能表，如下表2-1和2-2所示。表 2-1 PLC的輸入端口分配輸入點(diǎn)代號(hào)工程名稱I0.0SF啟動(dòng)按鈕I0.1SF1總停按鈕I0.2BT1 溫度開(kāi)關(guān)（常開(kāi)）I0.3BT2 溫度開(kāi)關(guān)（常閉）I0.4SF2手動(dòng)上水開(kāi)關(guān)I0.5SF3手動(dòng)排水開(kāi)關(guān)I0.6SF4手動(dòng)消音開(kāi)關(guān)I0.7SF5手動(dòng)加熱開(kāi)關(guān)I1.0SF6液位檢測(cè)開(kāi)關(guān)I1.1EM235模擬量輸入模塊表 2-2 PLC的輸出端口分配輸出點(diǎn)代號(hào)工程名稱Q0.0PG啟動(dòng)指示燈Q0.1PG1總停指示燈Q0.2PG2除塵指示燈Q0.3PB報(bào)警蜂鳴器

44、Q0.4PG3故障指示燈Q0.5MB1供水電磁閥Q0.6MB2排水電磁閥Q0.7QA1除塵電機(jī)正轉(zhuǎn)接觸器Q1.0MB3除塵閥Q1.1QA2除塵電機(jī)反轉(zhuǎn)接觸器Q1.2KF1電加熱器2.3 系統(tǒng)電路的設(shè)計(jì)1、主電路的設(shè)計(jì)：1) 接觸器QA1和QA2分別控制電機(jī)的正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)。2) 電動(dòng)機(jī)有熱繼電器實(shí)現(xiàn)過(guò)載保護(hù)。3) 選擇自動(dòng)開(kāi)關(guān)QA為總電源的開(kāi)關(guān)，即可完成主回路的短路保護(hù)，又起到隔離三相交流電源的作用，使使用和維護(hù)更加方便。4) 由FA1、FA2、FA3、FA4、FA5、FA6分別實(shí)現(xiàn)各負(fù)載回路的短路保護(hù)作用，F(xiàn)A7、FA8完成PLC控制回路的短路保護(hù)。根據(jù)上述設(shè)計(jì)原則繪制出電氣控制主電路圖，如圖2

45、-3所示。圖2-3 電氣控制主電路圖2、PLC控制電路的設(shè)計(jì)根據(jù)系統(tǒng)的控制要求、系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)及系統(tǒng)所選的元器件，設(shè)計(jì)出系統(tǒng)的控制原理圖及PLC外部接線圖，如圖2-4所示太陽(yáng)能熱水器系統(tǒng)PLC I/O控制原理電路圖。圖2-4 太陽(yáng)能熱水器系統(tǒng)PLC I/O控制原理圖注釋：1、PLC系統(tǒng)的電源接線：PLC供電電源可采用直流24V、交流100V120V或200V240V的工作電源。如果電源發(fā)生故障，中斷時(shí)間少于10ms ，PLC工作不受影響。若電源中斷超過(guò)10ms或電源下降超過(guò)允許值，則PLC停止工作，所有的輸出點(diǎn)均同時(shí)斷開(kāi)。當(dāng)電源恢復(fù)時(shí)，若RUN輸入接通，則操作自動(dòng)進(jìn)行。對(duì)于電源線來(lái)的干擾，PL

46、C本身具有足夠的抵制能力，也可以安裝一個(gè)變比為1:1的隔離變壓器，以減少設(shè)備與地之間的干擾。2、接地：良好的接地是保證PLC可靠工作的必要條件。在接地時(shí)應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：1） PLC的接地線應(yīng)為直徑在2mm以上的專用線2） 接地電阻應(yīng)小于1003） PLC的地線不能和其它設(shè)備共用4） PLC的各單元地線應(yīng)相連在一起3、PLC的維護(hù)和檢修：雖然PLC的設(shè)計(jì)，已使維修和運(yùn)行故障減少到最小程度，但為了保證系統(tǒng)的正常工作，盡量延長(zhǎng)系統(tǒng)的使用壽命，應(yīng)定期進(jìn)行維護(hù)和檢修。注意電源電壓、環(huán)境指標(biāo)、I/0參數(shù)、安裝情況及備份電池等情況的檢查與維護(hù)，確保PLC正確穩(wěn)定的運(yùn)行。3 控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)方案3.1 系統(tǒng)

47、軟件設(shè)計(jì)方案可編程控制器是掃描工作方式，能同時(shí)對(duì)多個(gè)模塊進(jìn)行控制，在整個(gè)程序掃描時(shí)間里加上不同的輸入檢測(cè)信號(hào)，就可使程序按所檢測(cè)信號(hào)判斷進(jìn)入不同的分支程序。主程序包含有多個(gè)分支程序，這樣既提高了編程的靈活性又減少了不必要的代碼重復(fù)，同時(shí)也方便以后系統(tǒng)擴(kuò)展對(duì)軟件的修改，系統(tǒng)主要是接收上位機(jī)的控制參數(shù)，并完成太陽(yáng)能熱水器溫度、液位的測(cè)量和控制任務(wù)。3.2 軟件組成軟件系統(tǒng)通常分為兩大類：一類是系統(tǒng)軟件，另一類是應(yīng)用軟件。系統(tǒng)軟件指的是操作系統(tǒng)、程序設(shè)計(jì)系統(tǒng)等與計(jì)算機(jī)密切相關(guān)的程序。系統(tǒng)軟件一般由計(jì)算機(jī)生產(chǎn)商或各種軟件公司提供，帶有一定的通用性，用不著自己編寫(xiě)。應(yīng)用軟件是用戶根據(jù)要解決的實(shí)際問(wèn)題而編

48、寫(xiě)的各種程序。在計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)中，每個(gè)控制對(duì)象或控制任務(wù)都要有相應(yīng)的控制程序，用這些控制程序來(lái)完成對(duì)象的不同要求，這種程序通常稱為應(yīng)用程序。本設(shè)計(jì)主要根據(jù)太陽(yáng)能熱水器的各種輸入輸出狀態(tài)來(lái)編制PLC的梯形圖程序。3.3 系統(tǒng)控制流程圖1、建立系統(tǒng)控制流程圖根據(jù)系統(tǒng)的控制要求及實(shí)際的控制需要，繪制系統(tǒng)控制流程圖1）主程序控制系統(tǒng)流程圖如下圖3-1所示開(kāi)始初始狀態(tài)檢查設(shè)置工作時(shí)間段啟動(dòng)定時(shí)器系統(tǒng)工作時(shí)間是否到？YN端口控制邏輯正常？終止工作各開(kāi)關(guān)狀態(tài)檢測(cè)溫度子程序水位子程序符合除塵條件？除塵子程序Y記錄端口狀態(tài)，返回NN圖3-1 主程序控制系統(tǒng)流程圖2）水位子程序流程圖如下圖3-2所示水位子程序入口

49、系統(tǒng)采樣是否達(dá)到設(shè)定水位YN上水是否超過(guò)警戒線Y停止，報(bào)警N圖3-2 水位子程序流程圖3）溫度子程序流程圖如下圖3-3所示系統(tǒng)采樣是否達(dá)到設(shè)定溫度YN驅(qū)動(dòng)電加熱器加熱是否超過(guò)警戒線Y停止，報(bào)警N溫度子程序入口圖3-3 溫度子程序流程圖4）除塵子程序流程圖如下圖3-4所示電機(jī)正轉(zhuǎn)電機(jī)正轉(zhuǎn)定時(shí)時(shí)間是否到Y(jié)電機(jī)反轉(zhuǎn)NYN停止YN除塵子程序入口電機(jī)反轉(zhuǎn)定時(shí)時(shí)間是否到循環(huán)定時(shí)時(shí)間是否到圖3-4 除塵子程序流程圖流程圖簡(jiǎn)介:PLC投入運(yùn)行，系統(tǒng)處于初始狀態(tài)，準(zhǔn)備好起動(dòng)。根據(jù)太陽(yáng)能熱水器定時(shí)器設(shè)定的工作時(shí)間段看是否到工作時(shí)間。如果沒(méi)有到則系統(tǒng)停止。如果到工作時(shí)間，則調(diào)用溫度子程序和水位子程序。根據(jù)水箱內(nèi)的水

50、位和水溫進(jìn)行PID調(diào)節(jié)。如果水箱內(nèi)的水位低于設(shè)定值，則打開(kāi)供水閥先供水5分鐘，然后停2分鐘，實(shí)現(xiàn)節(jié)水功能。如果水箱內(nèi)的水溫低于設(shè)定值，則進(jìn)行加熱。如果水位過(guò)高或者水溫過(guò)高，則系統(tǒng)發(fā)出報(bào)警信號(hào)。當(dāng)外部環(huán)境溫度超過(guò)40C時(shí)，則調(diào)用除塵子程序。除塵時(shí)，電機(jī)先正轉(zhuǎn)20秒，然后電機(jī)反轉(zhuǎn)20秒，循環(huán)直到除塵達(dá)到兩分鐘。然后返回從開(kāi)始的全部動(dòng)作，進(jìn)行下一次大循環(huán)。此外，還可以按手動(dòng)按鈕以實(shí)現(xiàn)手動(dòng)供水、排水和手動(dòng)加熱功能。3.4 設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)的梯形圖程序程序設(shè)計(jì)：用流程圖表達(dá)出各控制對(duì)象的動(dòng)作順序，相互間的制約關(guān)系。明確寄存器空間的分配，專用寄存器的確定等?？刂葡到y(tǒng)的程序設(shè)計(jì)，主程序的編制及各功能子程序的編制以及程序的調(diào)試。其他輔助程序的設(shè)計(jì)，如故障應(yīng)急程序等。根據(jù)控制系統(tǒng)流程圖，繪制太陽(yáng)能熱水器系統(tǒng)控制的梯形圖，其完整梯形圖見(jiàn)附錄二。4 結(jié)論通過(guò)本次畢業(yè)設(shè)計(jì)，使太陽(yáng)能熱水器達(dá)到了系統(tǒng)的各種控制要求，成功地完成了太陽(yáng)能熱水器的PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。經(jīng)過(guò)對(duì)系統(tǒng)程序的運(yùn)行調(diào)試，實(shí)現(xiàn)了太陽(yáng)能熱水器的自動(dòng)及手動(dòng)控制，提高了系統(tǒng)的可靠性，達(dá)到了設(shè)計(jì)的目標(biāo)。不過(guò)，設(shè)計(jì)中還是存在著一些不足，本系統(tǒng)還有待于進(jìn)一步的完善和改進(jìn)。與國(guó)外相比，我國(guó)的太陽(yáng)能熱水器自動(dòng)控制系統(tǒng)卻一直處于研究和開(kāi)發(fā)階段，尤其是與太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)匹配的控制系統(tǒng)。國(guó)外已經(jīng)發(fā)展用PLC對(duì)太陽(yáng)能熱水器的精細(xì)控制，我國(guó)對(duì)太陽(yáng)能熱水器控