【正文】 陽能熱水器配套的控制的性能還不是很穩(wěn)定，容易產(chǎn)生誤操作，在溫度、水位檢測、控制誤差大、顯示器有時會出現(xiàn)亂碼、電輔助加熱裝置還不能夠很好的配合及太陽能利用率低等[3]。國外相對于國內(nèi)太陽能熱水器方面的研究和推廣應(yīng)用一直比較活躍，對熱管材料、應(yīng)用軟件等做了比較多的技術(shù)研究，比較相對成熟的加熱溫度控制裝備。在工業(yè)生產(chǎn)中經(jīng)常需要高穩(wěn)定度的恒溫環(huán)境,傳統(tǒng)的模擬式儀表溫度控制,以簡單的PID來實現(xiàn),此類儀表對環(huán)境條件和控制參數(shù)較敏感,較難達到理想的波動度,即使能達到要求的波動度時,也需要較長的過渡時間。常規(guī)的PID調(diào)節(jié)具有結(jié)構(gòu)簡單,穩(wěn)定性好,可靠性高,易于工程實現(xiàn)等優(yōu)點,其主要問題是參數(shù)整定問題,一旦整定計算好后,在整個控制過程中都是固定不變的,而在實際系統(tǒng)中,由于系統(tǒng)狀態(tài)和參數(shù)等發(fā)生變化,控制過程具有大滯后、非線性、時變性,采用常規(guī)PID控制較難獲得最佳的控制效果。PLC為核心的溫度控制系統(tǒng),采用了專家智能PID控制方法,利用專家系統(tǒng)知識庫輸出修正PID參數(shù)以及改變PID控制方式。實踐表明用PLC實現(xiàn)的智能PID控制,方法簡單易行、適應(yīng)性好、魯棒性強。本設(shè)計中采用三菱FX2N控制，組態(tài)王界面為控制界面；程序編寫中主要的有針對PLC的A/D模塊所采集的經(jīng)過水箱溫度進行判斷，通過PID算法進行控制，采取太陽能加熱；液位控制通過硬件不同水位的不同模擬信號進行，進行水位控制，再通過執(zhí)行機器如水閥、電熱棒輔助加熱。組態(tài)王與PLC鏈接，采用組態(tài)王的界面，形象的反應(yīng)實際場景，通過數(shù)字字典定義，通過界面的動態(tài)數(shù)據(jù)形象的表示出來。2 太陽能熱水器介紹太陽能熱水器的工作原理:首先,太陽照射在真空集熱管上,給集熱器里邊的水進行加熱。接著集熱器中的溫度傳感器T3與用戶中的設(shè)定溫度TN作比較,若存在偏差,就在熱水箱控制,繼續(xù)用電熱棒加熱,在通過熱水箱的溫度傳感器T1來控制,最終達到用戶的設(shè)定溫度[4]。 系統(tǒng)控制原理注釋:①T1:熱水箱的溫度傳感器 ②T2:循環(huán)水管中的溫度傳感器 ?F1:冷水閥 ④F3:熱水閥3 PLC與組態(tài) 可編程控制器（PLC）簡介可編程控制器（Programmable Logic Controller,簡稱PLC,是一種在工業(yè)環(huán)境中經(jīng)常用到的數(shù)字運算操作的電子系統(tǒng)，是在集成電路、計算機技術(shù)基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一種新型工業(yè)控制設(shè)備。它具有可以編程的存儲器，能在內(nèi)部存儲執(zhí)行邏輯運算、順序控制、運動控制、計數(shù)、定時、步進控制、模/數(shù)和數(shù)/模轉(zhuǎn)換和算術(shù)運算等操作指令，并通過數(shù)字的、模擬的輸入和輸出，控制各種類型的機械或生產(chǎn)過程。PLC及其有關(guān)的外圍設(shè)備都應(yīng)該按易于與工業(yè)控制系統(tǒng)形成一個整體，易于擴展其功能的原則而設(shè)計。 PLC的特點PLC的抗擾能力強、可靠性能高。PLC主要模塊都使用大規(guī)?；虺笠?guī)模集成電路，采用嚴格的生產(chǎn)工藝制造，內(nèi)部電路采取了先進的抗干擾技術(shù)，具有很強的抗干擾能力和很高的可靠性。PLC的控制能力強。PLC用存儲邏輯代替接線邏輯，大大減少了控制設(shè)備外部的接線，使控制系統(tǒng)設(shè)計及建造的周期大為縮短，同時維護也變得容易起來。更重要的是使同一設(shè)備經(jīng)過改變程序改變生產(chǎn)過程成為可能。PLC的配置靈活。PLC在需要擴展中心單元的I/O口，可以隨意的連接中心基本單元與擴展單元對系統(tǒng)進行擴展。模塊隨著可編程控制器在工業(yè)控制中的廣泛應(yīng)用和發(fā)展，如三菱公司的FX2N系列推出了不同點數(shù)的擴展單元和擴展模塊、不同功能的特殊模塊及各種軟元件[5]。體積小，重量輕，能耗低，以超小型PLC為例，新近出產(chǎn)的品種底部尺寸小于100mm，重量小于150g，功耗僅數(shù)瓦。由于體積小很容易裝入機械內(nèi)部，是實現(xiàn)機電一體化的理想控制設(shè)備。 PLC的結(jié)構(gòu)PLC由中央處理器（CPU）、存儲器（memory）、輸入輸出（I/O）接口以及電源等組成的。這里以三菱公司EX2N系列的PLC為例。 中央處理單元(CPU)是PLC的控制中樞。它按照PLC系統(tǒng)程序賦予的功能接收并存儲從編程器鍵入的用戶程序和數(shù)據(jù)；檢查電源、存儲器、I/O 以及警戒定時器的狀態(tài)，并能診斷用戶程序中的語法錯誤。存儲器（memory）有RAM （Random Assess Memory）、EPROM（Erasable Programmable Read Only Memory）、EEPROM(Electrical Erasable Programmable Read Only Memory)等類型。具有存儲讀寫的作用，存儲器中的一位有兩種狀態(tài)：0和1，通常0代表繼電器失電，1代表繼電器得電。輸入輸出（I/O）接口是與外部控制電路聯(lián)絡(luò)的主要通道，采用了光電隔離、濾波等抗干擾措施，根據(jù)各種型號的輸入輸出接口模塊，分為直流信號輸入輸出、交流信號輸入輸出；或者是數(shù)字量輸入輸出、模擬量輸入輸出[6]。運行開關(guān)鋰電池編程電纜電源指示燈/運行指示燈/電池指示燈/出錯指示燈擴展端口輸出燈輸出端輸入端輸入燈 PLC的外形 PLC的原理常用的PLC可以等效成三個相對獨立的電路：輸入部分電路、邏輯部分電路、輸出部分電路[7]。PLC采用了一種掃描技術(shù)的運行方式，PLC除了正常的內(nèi)部系統(tǒng)初始化及自診斷檢查等工作外，完成一梯形圖的過程可分為以下3個階段：（1） 輸入采樣階段；（2） 程序處理階段；（3） 輸出刷新結(jié)果階段。 PLC 掃描周期圖 組態(tài)組態(tài)的英文叫做“Configuration”,用于應(yīng)用軟件中提供的工具、方法、完成工程中某一具體任務(wù)的過程。組態(tài)最早的概念出現(xiàn)在工業(yè)計算機控制中，如集散系統(tǒng)DSC組態(tài)，可編程控制器PLC梯形圖組態(tài)，而人機界面生成的軟件就叫工控組態(tài)軟件。組態(tài)軟件是指一些數(shù)據(jù)采集與過程控制的專用軟件，它們是在自動控制系統(tǒng)監(jiān)控層一級的軟件平臺和開發(fā)環(huán)境，使用靈活的組態(tài)方式，為用戶提供快速構(gòu)建工業(yè)自動控制系統(tǒng)監(jiān)控功能的、通用層次的軟件工具。組態(tài)軟件應(yīng)該能支持各種工控設(shè)備和常見的通信協(xié)議，并且通常應(yīng)提供分布式數(shù)據(jù)管理和網(wǎng)絡(luò)功能。對應(yīng)于原有的HMI（人機接口軟件，Human Machine Interface）的概念，組態(tài)軟件應(yīng)該是一個使用戶能快速建立自己的HMI的軟件工具，或開發(fā)環(huán)境。在組態(tài)軟件出現(xiàn)之前，工控領(lǐng)域的用戶通過手工或委托第三方編寫HMI應(yīng)用，開發(fā)時間長，效率低，可靠性差；或者購買專用的工控系統(tǒng)，通常是封閉的系統(tǒng)，選擇余地小，往往不能滿足需求，很難與外界進行數(shù)據(jù)交互，升級和增加功能都受到嚴重的限制。組態(tài)軟件的出現(xiàn)，把用戶從這些困境中解脫出來，可以利用組態(tài)軟件的功能，構(gòu)建一套最適合自己的應(yīng)用系統(tǒng)。隨著它的快速發(fā)展，實時數(shù)據(jù)庫、實時控制、SCADA、通訊及聯(lián)網(wǎng)、開放數(shù)據(jù)接口、對I/O設(shè)備的廣泛支持已經(jīng)成為它的主要內(nèi)容，隨著技術(shù)的發(fā)展，監(jiān)控組態(tài)軟件將會不斷被賦予新的內(nèi)容[8]。 組態(tài)的特點與功能組態(tài)軟件是數(shù)據(jù)采集監(jiān)控系統(tǒng)（Supervisory Control and Data Acquisition）的軟件平臺工具，是工業(yè)應(yīng)用軟件的一個組成部分。它的主要特點有：延續(xù)性、可擴充性、封裝性、通用性。它的主要功能有：（1） 對工控系統(tǒng)中的各種資源（設(shè)備、標簽量、畫面等）進行配置和編輯；（2） 處理數(shù)據(jù)報警和系統(tǒng)報警；（3） 提供各種數(shù)據(jù)驅(qū)動程序；（4） 各類報表的生成和打印輸出；（5） 使用腳本語言提供二次開發(fā)的功能；（6） 存儲歷史數(shù)據(jù)并支持歷史數(shù)據(jù)的查詢等。 組態(tài)的系統(tǒng)成員構(gòu)成組態(tài)軟件因為功能強大，每個功能具有一定的獨立性，典型組件可以分為七大類：（1） 應(yīng)用程序管理器；（2） 圖形界面開發(fā)程序；（3） 圖形界面運行程序；（4） 實時數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)組態(tài)程序；（5） 實時數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)運行程序；（6） I/O驅(qū)動程序；（7） 擴展可選組件[9]。 I/O口的分配圖及其接線圖 輸入輸出端各有十六個I/O口，水箱水位高低的七個水位的七個線接入PLC的輸入端，同時通過外面的燈顯示器水位的情況；在用戶界面中，通過人為的控制水泵和控制溫度的參數(shù)輸入PLC的輸入端；在PLC的輸出端中，根據(jù)用戶的選定和設(shè)計的要求，通過PLC的輸出端進行接線。 PLC的I/O分配圖 輸入端 輸出端X0 給定溫度實時溫度轉(zhuǎn)換鍵Y0 水泵啟動X1 次高水位Y1 加熱控制X2 第三高水位Y2 報警燈X3 中間水位Y3 溫度顯示X4 第三低水位Y4 溫度顯示X5 次低水位Y5 溫度顯示X6 最低水位Y6