【正文】 ................................................................................ 48 第五章 結(jié)束語 ........................................................................................................................ 49 參考文獻(xiàn) .................................................................................................................................. 50 致謝 .......................................................................................................................................... 51 附錄 A 循環(huán)水泵控制主回路圖 ............................................................................................ 52 附錄 B PLC 程序 ..................................................................................................................... 53 1 第一章 引言 研究背景 ： 能源是人類社會發(fā)展的物質(zhì)基礎(chǔ)，是國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要保障，但是隨著社會的發(fā)展，能源的緊缺已經(jīng)成為了不可避免的嚴(yán)峻問題。在可再生能源中，太陽能最為豐富，幾乎取之不盡、用之不竭，太陽在每秒時間里輻射到地球表面的光的能量約為 17萬億 kW。 課題的目的及意義 目前，中國已成為世界上最大的太陽能熱水設(shè)備生產(chǎn)國及使用國。 PLC 是工業(yè)自動化領(lǐng)域最為廣泛應(yīng)用的 2 技術(shù)之一 ， 在各種各樣的控制系統(tǒng)中得到了普遍的應(yīng)用 ，它 具有穩(wěn)定可靠的性能，強(qiáng)大的功能和高效方便的硬件裝配接線和軟件編程調(diào)試方法，為太陽能鍋爐溫度、水位等控制系統(tǒng)提供了有效可靠的保證。從而使太陽能鍋爐能任何時候都可靠提供熱水。太陽能熱水安全、環(huán)保、經(jīng)濟(jì)，帶有輔助加熱功能的太能能鍋爐可在全年的任何時候使用，設(shè)計(jì)一個安全可靠的測控設(shè)備來幫助人們監(jiān)測控制太陽能鍋爐，讓人們更加方便、更加安全地使用太陽能鍋爐。還有的一些顯示器有時顯示不太準(zhǔn)確；與太陽能鍋爐不能很好配合等諸多問題。 國外太陽能鍋爐發(fā)展現(xiàn)狀幾前景 現(xiàn)狀：根據(jù)國際能源機(jī)構(gòu)發(fā)布的數(shù)據(jù)， 20xx 年，全球新增太陽能熱水器安裝量為1918 萬平方米，包括無蓋板集熱器 90 萬平方米、平板型太陽能熱水器 513 萬平方米，真空管太陽能集熱器 1213 萬平方米。 1999 年至 20xx 年，真空管太陽能熱水器和平板型太陽能熱水器市場在中國、澳大利亞、新西蘭以及歐洲都增長迅速。普通平板式太陽集熱器的熱損失比全玻璃真空管太陽集熱器的熱損失比高兩個數(shù)量級，當(dāng)時，集熱管的選擇性吸收涂層的平場陽光吸收率約為 83%，因而太陽能熱利用技術(shù)水平大大的提升了?，F(xiàn)在 國際上的一些國家已經(jīng)設(shè)計(jì)和進(jìn)行安裝了許多種太陽能組合系統(tǒng)，并且有一大部分都已銷向市場，并且在逐步擴(kuò)大其市場的占有率。 5 第二章 太陽能鍋爐的綜述 太陽能鍋爐的介紹 太陽能鍋爐是一種新興的鍋爐裝置，由太陽能集熱器和鍋爐組成，太陽能把生產(chǎn) 的熱水注入保溫水箱，并儲存起來，然后水箱和鍋爐的管道系統(tǒng)連接，水箱內(nèi)的熱水順利進(jìn)入鍋爐的管道系統(tǒng)，太陽能本身能產(chǎn)生較高溫度的熱水，相當(dāng)于鍋爐需要加熱的熱媒水的起始溫度大大增高，鍋爐不需要滿負(fù)荷運(yùn)行就能把水加熱到額定溫度，這樣用起來十分節(jié)能。 所謂太陽能鍋爐改造就是通過利用太陽能熱力技術(shù)，并結(jié)合對常規(guī)燃煤、燃油、燃?xì)?、電、沼氣和其他能源鍋爐進(jìn)行節(jié)能減排改造來達(dá)到節(jié)能降耗減排目的的復(fù)合技術(shù)工程。這類技術(shù)在農(nóng)村得到推廣應(yīng)用，為緩解農(nóng)村能源短缺，改善農(nóng)村 生態(tài)環(huán)境 和農(nóng)民生活起了積極的作用，并收到了實(shí)效。中國太陽熱水器 20xx 年安裝量為世界的 77%。形成配套的產(chǎn)業(yè)鏈。在全球能源形勢緊張、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)勢地位。 太陽能鍋爐的構(gòu)造組成 1）太陽能集熱器 在太陽能的熱利用中，關(guān)鍵是將太陽的輻射能轉(zhuǎn)換為熱能。 3）循環(huán)管道 用于連接太陽能集熱器與保溫水箱，利用定溫上水與溫差循環(huán)系統(tǒng)，充分利用太陽能，使保溫水箱中的熱水始終保持較高的溫度水平和讓冷卻下來的水再次進(jìn)入太陽能集熱器中再加熱，充分利用太陽能。綜合考慮選用 8 噸的電加熱鍋爐為本設(shè)計(jì)的輔助加熱系統(tǒng)。這些地方的熱水供應(yīng)一般具備如下特點(diǎn)： 1. 熱水使用量較大，一般是每 天幾 噸或幾十噸，甚至更多； 2. 熱水的要求溫度范圍一般為 40～ 60℃，最高不超過 90℃； 3. 24 小時或白天 8小時供熱水，用水時間長； 4. 用水舒適度一般要求達(dá)到賓館用水要求。 3. U 型管真空管集熱器太陽能熱水系統(tǒng) U型管 真空管集熱器替代全玻璃真空管集熱器在工程中應(yīng)用，解決了系統(tǒng)承壓運(yùn)行等多種問題，但因系統(tǒng)阻力大，熱性能不理想及安裝維護(hù)等因素，使用較少。 【 7】 通過幾方面的比較，結(jié)合考慮本地的自然環(huán)境較惡劣，選擇熱管式集熱器最為合適。不適合北方 全年使用 膠圈隱患大，老化、 不承壓、不能在較大 壓力下正常使用 集熱板密封隱患大 無水垢隱患 有空曬危險(xiǎn) 多云天氣性能佳 維護(hù)困難 維護(hù)方便 系統(tǒng)向室外管路 內(nèi)送入熱水推回涼水實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)防凍 ,系統(tǒng)低溫探點(diǎn)測點(diǎn)超過設(shè)定警戒值時 ,集熱循環(huán)泵關(guān)閉。 12 冬季系統(tǒng)低溫探點(diǎn)達(dá)到設(shè)定警戒值時 ,溫 控電磁閥開啟，系統(tǒng)室外部分的水被排放或回流至儲熱水箱內(nèi)，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)防凍 [4]。 太陽光 透過玻璃管照射在吸熱板上，太陽選擇性吸收膜將太陽輻射能轉(zhuǎn)化為熱能。傾角為20176?！?45176。 (4) 高性能選擇性吸收鍍層及真空保溫技術(shù)，保證在多云天氣及相對溫度大的地 區(qū)仍有較高的熱效率，所以冬天性能尤為突出。 (7) 集熱板封裝于真空玻璃管內(nèi)，即使在潮濕地區(qū)，也不受腐蝕，使用壽命長。供熱水系統(tǒng)搭配混水器負(fù)責(zé)為用戶提供全天候的可持續(xù)熱水供應(yīng)。 14 系統(tǒng)工作原理如圖 所示： 太 陽 能 集 熱 器溫 度 傳 感 器 T 1循 環(huán) 水 泵 M電 磁 閥 D 2電 磁 閥 D 3自來水電 磁 閥 D 4電 磁 閥 D 1溫 度 傳 感 器 T 2保溫水箱水 位 傳 感 器H溢 流 閥燃 氣 鍋 爐溫 度 傳 感 器 T 3用戶圖 2 . 2 太 陽 能 鍋 爐 熱 水 系 統(tǒng) 工 作原 理 圖電 磁 閥 D 5閘 閥 本系統(tǒng)工作原理如下： 檢測水位上水 由水位傳感器檢測水位，如果保溫水箱水位低于補(bǔ)水水位時，上水電磁閥 D1開啟，給系統(tǒng)補(bǔ)入水。 集熱器的冬季防護(hù) 冬季溫度過低，容易引起玻璃等設(shè)備結(jié)凍損壞，所以特設(shè)冬季防凍保護(hù)。 2）保溫桶（儲熱水箱）水位下限報(bào)警。 系統(tǒng)要求 根據(jù)人們對熱 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： 16 。在非系統(tǒng)工作時間里 定時器自動斷開 PLC 的電源。當(dāng)白天太陽輻射不足，儲水箱溫度達(dá)不到設(shè)定值時，控制器自動啟動鍋爐加熱，否則加熱停止。之后系統(tǒng)的描述了太陽能鍋爐的適用范圍，在列出太陽能鍋爐原理圖后深入的剖析了太陽能熱水器的工作原理及應(yīng)該具備的系統(tǒng)要求。它采用可編程序的存儲器，其內(nèi)部存貯執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序控制、定時、計(jì)數(shù)和算術(shù)運(yùn)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(jī)械或生產(chǎn)過程。這主要是源于它能夠?yàn)樽詣踊刂茟?yīng)用提供安全可靠和比較完善的解決方案，適合當(dāng)前自動化工業(yè)企業(yè)的需要。 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。在輸入信號、用戶程序的控制上，產(chǎn)生相應(yīng)的輸出信號，完成預(yù)期的控制任務(wù)。從掃描過程中的某個掃描過程開始，順序掃描后又回到該過程成為一個掃描周期。當(dāng)控制對象的硬件配置確定以后 ,就可通過修改用戶程序 ,方便快速地適應(yīng)工藝條件的變化。 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。硬件方面 ,隔離是抗干擾的主要措施之一。 編程方法簡單 ,容易掌握 PLC 配備有易于接受和掌握的梯形圖語言。 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 ,進(jìn)行聯(lián)機(jī)統(tǒng)調(diào)。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。 按結(jié)構(gòu)形式分 21 按照結(jié)構(gòu)形式的不同， PLC 可分為整體式和模塊式兩種。一般大、中型 PLC 都采用這種結(jié)構(gòu)，如日本三菱公司的 AN 系列。中型 PLC 的 I/O 點(diǎn)數(shù)通常在 120 點(diǎn)至 512 點(diǎn)之間，用戶程序存儲器的容量為 2KB8KB。 PLC 的應(yīng)用范圍在不斷擴(kuò)大 ,可歸納為如下幾個方面。 22 運(yùn)動控制 PLC 可用于對直線運(yùn)動或圓周運(yùn)動的控制。例如 :金屬切削機(jī)床、金屬成型機(jī)械、配裝機(jī)械、機(jī)器人和電梯等。 數(shù)據(jù)處理 現(xiàn)代的 PLC 具有數(shù)學(xué)運(yùn)算、數(shù)據(jù)傳遞、轉(zhuǎn)換、排序和查表、位操作等功能，可以完成數(shù)據(jù)的采集、分析和處理?，F(xiàn)在許多機(jī)器人制造公司，選用 PLC 作為機(jī)器人控制器來控制各種機(jī)械動作。目前 PLC 與 PLC 的通訊網(wǎng)絡(luò)是各廠家專用的。 S7200 系列的強(qiáng)大功能使其無論在獨(dú)立運(yùn)行中，或相連成網(wǎng)絡(luò)皆能實(shí)現(xiàn)復(fù)雜控制功能。應(yīng)用領(lǐng)域極為廣泛，覆蓋所有與自動檢測，自動化控制有關(guān)的工業(yè)及民用領(lǐng)域，包括各種機(jī)床、機(jī)械、電力設(shè)施、民用設(shè)施、環(huán)境保護(hù)設(shè)備等等。第三，易于掌握。第七，強(qiáng)勁的通訊能。應(yīng)用領(lǐng)域極為廣泛，覆蓋所有與自動檢測，自動化控制有關(guān)的工業(yè)及民用領(lǐng)域，包括各種機(jī)床、機(jī)械、電力設(shè)施、民用設(shè)施、環(huán)境保護(hù)設(shè)備等等?？捎米髫?fù)載電源。中斷輸入允許以極快的速度對過程信號的上升沿作出響應(yīng)。也可以按照如下方法計(jì)算，再增加 25%～ 30 %的備用量，以便隨時增加用戶程序。 表 S7200 系列 PLC 中 CPU22X 的基本單元 型 號 輸入點(diǎn)數(shù)量 輸出點(diǎn)數(shù)量 可擴(kuò)展模塊數(shù) 25 S7200CPU22 6 4 0 S7200CPU222 8 6 2 個擴(kuò)展 模塊 S7200CPU224 14 10 7 個擴(kuò)展模塊 S7200CPU224XP 24 16 7 個擴(kuò)展模塊 S7200CPU226 24 16 7 個擴(kuò)展模塊 EM231 模擬量輸入模塊 EM231 模擬量輸入模塊的功能是把模擬量輸入信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，可以連接 4個模擬量回路的輸入信號，輸入的模擬信號經(jīng)過其內(nèi)置的模數(shù)轉(zhuǎn)換后直接將轉(zhuǎn)換所得的數(shù)字量直接送入 PLC 內(nèi)部的模擬量輸入寄存器 AIW 中。 EM 222 數(shù)字量輸出模塊 本設(shè)計(jì)的數(shù)字量擴(kuò)展模塊選用的是 EM222DO8*24V DC,該數(shù)字?jǐn)U展模塊功耗 2W， EM222 擴(kuò)展模塊模塊輸出數(shù)字量，可以接 8 個數(shù)字量輸出回路，在 PLC 輸出端口不夠用的時候用于擴(kuò)展輸出端口，本設(shè)計(jì)的 LED 顯示設(shè)計(jì)用到的譯碼驅(qū)動 74LS48 需要 8 個輸出點(diǎn)，因此選用 EM222 數(shù)字量輸出模塊。 Q2 LED 七段數(shù)碼顯示管 LED 數(shù)碼管中各段發(fā)光二極管的伏安特性和普通二極管類似，只是正向壓降較大，正向電阻也較大。 LED 數(shù)碼管在電子儀器中常用來顯示數(shù)字，符號，顯示清晰，亮度高，價格便宜，廣泛低應(yīng)用在各種控制系統(tǒng)中。如：顯示一個數(shù)字“ 2”字，那么應(yīng)當(dāng)是 a亮 b 亮 g 亮 e亮 d亮 f不亮 c不亮 dp不亮。發(fā)光二極管的陽極連接到一起連接到電源正極的稱為共陽數(shù)碼管，發(fā)光二極管的陰極連接到一起連接到電源負(fù)極的稱為共陰數(shù)碼管。靜態(tài)驅(qū)動的優(yōu)點(diǎn)是編程簡單，顯示亮度高，缺點(diǎn)是占用 I/O 腳多，如驅(qū)動 5 個數(shù)碼管靜態(tài)顯示則需要 5 8=40 根 I/O 腳來驅(qū)動，故實(shí)際應(yīng)用時必須增加 *驅(qū)動器進(jìn)行驅(qū)動，增加了硬體電路的復(fù)雜性。 PA0~PA7,PC0~PC7 為單片機(jī)的 I/O口，驅(qū)動兩個 4 位的共陽極數(shù)碼管。 如電源電壓 5V， 1k 限流電阻，一個二極管的結(jié)壓降為 ，電流為 。溫度誤差可以在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。 PT1000 高溫型鉑電阻溫度傳感器具有如下優(yōu)點(diǎn) ： 高精度進(jìn)口日本 /德國鉑電阻元件