【正文】 ..........................................25 系統(tǒng)控制流程圖 ....................................................................................................25 設計 PLC控制原理（梯形圖程序） .......................................................................30 第四章 可編程控制器（ PLC）的安裝、維護和檢修 ................................... 31 PLC 的安裝 ..................................................................................................................31 PLC 系統(tǒng)的電源接線 ..................................................................................................31 接地 .............................................................................................................................32 輸入接線 .....................................................................................................................32 輸出接線 .....................................................................................................................32 PLC 的維護和檢修 ......................................................................................................33 第五章 結(jié) 論 ................................................................................................. 34 參考文獻 .......................................................................................................... 34 致 謝 .......................................................................................................... 35 附錄Ⅰ 梯形圖 ................................................................................................. 37 附錄 Ⅱ 指令表 ................................................................................................. 40 1 第一章 緒 論 本課題研究的目的、意義 用太陽能解決我國家庭熱水是最有希望的、最有效可行的途徑。太陽能光熱應用市場前景廣闊，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 水淡化等領域。從發(fā)展角度看，城市家庭生活熱水的供給不應由業(yè)主考慮，而應與建筑設計開發(fā)同時進行。 在此基礎上設計出了全玻璃真空管式熱水器的自動控制系統(tǒng)。 在電子技術飛速發(fā)展的今天，有必要而且有可能采用新技術對原電氣控制系統(tǒng)進行改造，以提高可靠性，并實現(xiàn)系統(tǒng)的自動控制，提高太陽能熱水器穩(wěn)定性?？删幊炭刂破饔捎诳商峁┦褂玫臅r間繼電器和中間繼電器相當多，而且其常開常閉觸點可多次重復使用，使得我們在編程中可以隨心所欲。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間繼電器和中間繼電器，簡化控制線路、有效提高系統(tǒng)的 可靠性，是 PLC 的突出特點 。 目前，我國大部分太陽能熱水器控制部分，往往需要大量的中間繼電器和時間繼電器來滿足生產(chǎn)工藝要求，結(jié)果使電路設計復雜、繁瑣，故障時有發(fā)生，給使用和日常維護帶來了很大的不便。太陽能 熱水器是太陽能熱利用中商業(yè)化程度最高 、應用最普遍的技術 。但是在熱水器自動控制系統(tǒng)中大多采用單片機控制 ，單片機開發(fā)價格較高，而 PLC 開發(fā)價格便宜。 選用 PLC 控制，它具有速度快，可靠性高，體積小，功能全，編程簡單的特點。通過改進或完善已有太陽能熱水器控制系統(tǒng)的不足，設計開發(fā)新型太陽能熱水控制系統(tǒng) —基于 PLC 的太陽能熱水器自動控制系統(tǒng)。 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 國內(nèi)研究現(xiàn)狀 我國太陽能熱水器產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅速，目前已成為世界上最大的太陽熱水器生產(chǎn)國，但與太陽熱水器配套的控制器卻一直處于研究和開發(fā)階段，尤其是與太陽能熱水器系統(tǒng)匹配的控制器，至今尚未檢索到相關報道。近幾年來，市場上陸續(xù)出現(xiàn)了一些太陽能熱水器控制器，但大多數(shù)控制器存在著諸如性能不穩(wěn)定，容易產(chǎn)生誤操作；溫度、水位檢測、控制誤差大；顯示器有時出現(xiàn)亂碼；與電輔助加熱裝置不能很好配合；太陽能利用率較低等問題，影響了用戶的使用。更有甚者，有些控制器質(zhì)量較 差，經(jīng)常發(fā)生故障，給用戶帶來諸多不便，嚴重影響了用戶的使用，從而影響到太陽熱水器的銷售。太陽熱水器，尤其是太陽熱水系統(tǒng)及其控制器有著廣闊的發(fā)展前景，但現(xiàn)有的技術研究和產(chǎn)品開發(fā)投入較少。因此， 2 在太陽熱水器、太陽熱水系統(tǒng)的測量控制方面，應引起足夠重視，加大投入一定力量研究開發(fā)高質(zhì)量、性能好的測控產(chǎn)品 [1]。 國外研究現(xiàn)狀 太陽能熱水器是利用太陽輻射能和熱水的裝置。世界上第一臺熱水器是美國馬里蘭州的肯普于 1891 年發(fā)明的。到第二次世界大戰(zhàn)結(jié)束，人們創(chuàng)造了各式各樣被統(tǒng)稱為 “悶曬式 ”的太陽能熱水器。第 二次世界大戰(zhàn)結(jié)束后，人們的注意力又開始轉(zhuǎn)向發(fā)展經(jīng)濟。一些缺少常規(guī)能源的國家，如日本，開始投入人力物力開發(fā)利用太陽能，經(jīng)過人們的努力，各種簡易的平板太陽集熱器已開始在市場中出現(xiàn)。到 20 世界 70 年代，隨著世界性能源危機日益嚴重，迫使人們對太陽能的開發(fā)利用又重新重視起來，許多國家花了不少人力物力，用于大力研究和開發(fā)太陽能利用技術，尤其是太陽能熱水器。到上世紀 70 年代末，太陽熱水器的開發(fā)利用在美國、澳大利亞、日本、德國、以色列等國家得到了很大的發(fā)展 .在隨后的十幾年里，平板集熱器型太陽熱水器的推廣應用在一 些國家得到了較快的發(fā)展。 1975 年美國歐文斯 —伊利諾依（ OWensllinois）公司發(fā)明了全玻璃真空管太陽集熱器并推向市場。當時，集熱管的選擇性吸收涂層的平場陽光吸收率約為 83%，但由于采用了高真空技術，使集熱器的熱損失比普通平板式太陽集熱器的熱損失降低了兩個數(shù)量級，從而將太陽能熱利用技術水平大大提高了一大步。在隨后的十幾年內(nèi)，全玻璃真空管太陽熱水器性能通過完善、提高，并逐步降低成本，因而得到了快速發(fā)展，到上世紀 90 年代，這種新型太陽能熱水器已成為推廣應用的主流產(chǎn)品。在全玻璃真空管太陽能熱水器的基礎， 為進一步提高效率，提高性能，德國研制出熱管式真空管太陽熱水器，一些國家研制出了一些高質(zhì)量的太陽熱水器專用零部件，另一些國家為優(yōu)化設計專門開發(fā)了用于太陽能熱水器的應用軟件。還有一些國家，開發(fā)出功能完善，能全天候使用太陽熱水器系統(tǒng)。在西方先進國家，在太陽能熱水器方面的研發(fā)和推廣應用一直比較活躍 [2]。 目前我國太陽能熱水器的種類 平板式太陽熱水器 平板式太陽能熱水器又叫“平板集熱器”，它是太陽熱水器的基本型之一。由它可以派生出許多同類熱水器，如翅翼型、波紋板型、塑料壓制型等等，但它們的集熱基 本原理都一樣。水的循環(huán)靠溫差比重不同。熱水輕，向上升。冷水密度大，只能從底部慢慢向上頂。水箱中的水通過集熱器的循環(huán)加溫，逐步達到平衡，則不再流動。事實上水箱中的水 3 總是源源不斷進入集熱器的底部，而熱水也不斷流入水箱的上部。平板型太陽集熱器以其簡單、價廉和安裝方便在全世界都獲得了廣泛的應用。普通平板型太陽集熱器由吸熱體、殼體、透明蓋板和隔熱材料等組成。當太陽照射到集熱器時，集熱器板上水道中的水被加熱而發(fā)生膨脹、變輕、產(chǎn)生“水往高處流”的現(xiàn)象，就像熱煙氣從煙囪中冒出一樣，這就是所謂的“熱虹吸”現(xiàn)象，系統(tǒng)中水流的循 環(huán)運動完全依靠自身各部位溫度不同而形成自然循環(huán)，即只要有太陽照射，就能實現(xiàn)這種循環(huán)。水在集熱器中受熱變輕，由集熱器底部上升至頂部。再經(jīng)循環(huán)管流入保溫水箱，水箱下部的冷水由下循環(huán)管流入集熱器底部。如此循環(huán)，使整個水箱中是水溫升高 [3]。 這種集熱器的優(yōu)點是： 工藝不復雜，加工成本低。 水流的循環(huán)和加熱全部依靠集熱器的吸熱作用，不需要泵和其它能源，運行成本低，確實是一次投資，長期受益。 水流系統(tǒng)常壓運行，無需帶壓設備，沒有任何安全隱患。 整個系統(tǒng)沒有運轉(zhuǎn)設備，水對吸熱板沒有腐蝕作用，故使用壽命很 長。 缺點： 由于白天、晚上的溫度不同，集熱器易產(chǎn)生倒流。 在高溫段效率偏低，表面熱損大。 在冬季低于 0℃時，因集熱器中的水結(jié)冰膨脹，將管子脹裂。 流動阻力分布不均，抗凍性能差，所以使用范圍局限在北方的夏天和南方不結(jié)凍地區(qū)的冬天。 全玻璃真空管式熱水器 全玻璃真空管式太陽能熱水器是在平板型太陽集熱器的基礎上發(fā)展的一種新型太陽能集熱裝置。全玻璃真空管太陽集熱器的核心元件是玻璃真空集熱管，它采用了真空技術，消除了氣體的對流與傳導熱損，并應用選擇性吸收涂層，使真空集熱管的輻射熱損降到最低，這樣真空管太陽集熱器可以在中高溫下運行，也能在寒冷地區(qū)的冬季及低日照與天氣多變地區(qū)運行，擴大了應用領域。全玻璃真空太陽集熱管通常采用單端開口的形式，在一端將內(nèi)、罩玻璃管環(huán)形熔封在一起。真空集熱器內(nèi)裝有吸氣劑 [4]。 這種集熱器的優(yōu)點是： 結(jié)構簡單、制造方便、可靠性強。 集熱效率高，保溫性能好。 4 可以在中高溫下運行，也能在寒冷地區(qū)的冬季運行。 使用壽命長，一年四季都可使用。 缺點： 管內(nèi)存水過多，管內(nèi)水溫上升緩慢，而且對于真空管南北放置的熱水裝置，管中的熱水無法全部取出，致使系統(tǒng)熱水利 用率降低。 不能承壓，易在玻璃管內(nèi)結(jié)垢，管子易炸裂，而且在嚴寒地區(qū)使用會凍結(jié)。 價格昂貴。 熱管式太陽能熱水器 熱管式熱水器也是一種可以常年使用的太陽能設備，基本原理同熱管式太陽灶差不多。但是，由于一般提供洗浴用的熱水溫度不太高，所以對熱管的要求也比太陽灶要低。甚至從滿足生活熱水的單項要求來說，這種熱管在技術上和經(jīng)濟上均優(yōu)于真空集熱管。我國大連生產(chǎn)的熱管式熱水器雖然初始投資高于平板式集熱器，但是低于真空管集熱器，而使用效果也不差。國外同類熱管式熱水器的產(chǎn)量和型號正在不斷增加。此種熱水器的 熱管，結(jié)構簡單，工質(zhì)易得，抗凍性和熱效率均好，使用壽命也長。 熱管式熱水器在外形結(jié)構上很象管板式熱水器，只不過把普通排管變成了熱管，少個或省去了一個集水管，熱管上同樣可裝翅片吸收太陽能。當熱管收集到太陽的熱之后，立刻把它輸送到集熱管，并在水箱中進行換熱，于是得到熱水。由于熱量是由熱管輸送、選擇合適的工質(zhì)與管材、管芯，就能保證其化學相容性，避免一般管板式熱水器的腐蝕性。同時，因為熱管內(nèi)的工質(zhì)很少，不像管板式熱水器里面充滿著水，所以熱損較低，起動也較快。而且熱管式熱水器的工作溫度范圍也比管板式熱水器寬得多，不用 擔心 00C 時水會結(jié)冰，也不怕高于 100℃時水會沸騰。 熱管 — 真空管式太陽能熱水器 熱管 — 真空管式集熱器是一種新型的太陽能集熱裝置，集中熱管式和真空管式集熱器二者的優(yōu)點，克服彼此的缺點。例如，利用熱管起動快，一通過不同工質(zhì)可以控制熱水器的工作溫度，而真空管集熱器在無負荷悶曬時，往往會出現(xiàn)超過 200℃的高溫，使水的壓力增大，造成使用中的不便等。但真空管集熱器的優(yōu)點在于絕熱性好，熱效率高。其原理是太陽輻射穿過真空管玻璃外殼，投射在金屬吸熱板上，吸熱板將太陽輻射能轉(zhuǎn)化為熱能，使熱管蒸發(fā)段內(nèi)的傳熱介質(zhì)汽化 。蒸汽上升到熱管冷凝段后，通過導熱塊將熱量傳遞給集熱管內(nèi)的工質(zhì)，而自身又凝結(jié)成液體，依靠重力流回蒸發(fā)段。上述過程重復循環(huán)，使集熱 5 管內(nèi)的工質(zhì)不斷升溫。由于運用了真空技術，大幅度降低了集熱器的熱損失，因而使其在高工質(zhì)溫度或低環(huán)境溫度的運行條件下仍具有良好的熱性能，同時運用了熱管技術，被加熱工質(zhì)不直接流經(jīng)真空管，因而跟普通平板式集熱器和真空管集熱器比較，熱管式真空集熱器除了工作溫度高，承壓能力大和耐熱沖擊性能好等優(yōu)點，還有其顯著特點 [5]。 這種集熱器的優(yōu)點： 耐冰凍。熱管由特殊的材料和 工藝保證，即使在冬季長時間無晴天及夜間的嚴寒條件下，真空管也不會凍裂。 啟動快。熱管