【正文】 溫也隨之升高。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。一般地，支管的半徑應(yīng)在 10mm 以上。但要熱水器運(yùn)行起來(lái)，還得配置適當(dāng)?shù)墓艿溃瑢⒓療崞髋c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)。 2）補(bǔ)給水箱 補(bǔ)給水箱是供給冷水的水箱。一般人工放水一天中 12 次。 除塵功能。 節(jié)水功能。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 [9]。 可編程序控制器的工作原理 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。從掃描過(guò)程中的某個(gè)掃描過(guò)程開始，順序掃描后又回到該過(guò)程成為一個(gè)掃描周期。 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。 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。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。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。 PLC 的應(yīng)用范圍在不斷擴(kuò)大 ,可歸納為如下幾個(gè)方面。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?，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(lái)控制各種機(jī)械動(dòng)作。這種控制方法是一種智能的、非線性的控制方法，對(duì)那些無(wú)法取得數(shù)學(xué)模型或數(shù)學(xué)模型相當(dāng)粗糙的系統(tǒng)可以取得較滿意的控制效果，解決一些用傳統(tǒng)控制方法無(wú)法解決的問(wèn)題。另一種方法是估算法 ， 只有開關(guān)量時(shí) ， 所需內(nèi)存總數(shù) =開關(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 [14]。 PLC 硬件控制框圖 上位機(jī)采用 PC 機(jī)，下位機(jī)選用日本三菱公司的 FX2n 系列的 32 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。 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。接線端均有防護(hù)罩覆蓋，使用安全可靠。 圖 3－ 3 供水閥 圖 3－ 4 排水閥 圖 3－ 5 除塵閥 發(fā)光指示燈的選擇 指示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 TLL0501－ HMC 型指示燈。目前循環(huán)水箱以容積分為 500 升和 1000 升二種 ，外形均為方形。 2）補(bǔ)給水箱 補(bǔ)給水箱是供給冷水的水箱。 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。 3) 選擇自動(dòng)開關(guān) Q 為總電源的開關(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。 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。如果沒(méi)有到則系統(tǒng)停止。如果水箱內(nèi)的水溫低于設(shè)定值。然后電機(jī)反轉(zhuǎn) 20秒。根據(jù)控制系統(tǒng)流程圖，繪制太陽(yáng)能熱水器系統(tǒng)控制的梯形圖和編制程序指令表，其完整梯形圖及指令表見(jiàn)附錄。在軌道上，先裝好左右?jiàn)A板，裝上 PLC，然后擰緊螺釘 [20]。 接地電阻應(yīng)小于 100Ω 。 輸入端的一次電路與二次電路之間，采用隔離變壓器。輸入接線端子是 PLC 與外部傳感器負(fù)載轉(zhuǎn)換信號(hào)的端口。當(dāng)電源恢復(fù)時(shí)，若 RUN輸入接通，則操作自動(dòng)進(jìn)行。 盡可能遠(yuǎn)離高壓電源線和高壓設(shè)備，可編程控制器高壓設(shè)備和電源線之間應(yīng)留出至少 200mm的距離。 30 設(shè)計(jì) PLC 控制原理（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。當(dāng)外部環(huán)境溫度超過(guò) 4 度時(shí)。如果水箱內(nèi)的水位低于設(shè)定值。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。如圖 3－ 6 所示 圖 3－ 6 電氣控制主電路圖 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 3－ 6 所示太 陽(yáng)能熱水器系統(tǒng) PLC I/O 控制原理電路圖。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 [19]。補(bǔ)給水箱不宜太大，宜狹而長(zhǎng)。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。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。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。 頻率 為 50HZ。 圖 3— 1 系統(tǒng)控制框圖 各單元功能作用介紹 電機(jī)類型的選擇 電機(jī)類型選擇的原則如下：對(duì)于有特定要求的工作機(jī)械，應(yīng)優(yōu)先選擇專用電機(jī)。 17 ① FX_2n32MRES/UL 簡(jiǎn)介 FX_2n32MRES/UL 屬于 FX2N系列 PLC， FX2N系列 PLC 是 FX系列中高級(jí)的模塊。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。目前 PLC 與 PLC 的通訊網(wǎng)絡(luò)是各廠家專用的。 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。 運(yùn)動(dòng)控制 PLC 可用于對(duì)直線運(yùn)動(dòng)或圓周運(yùn)動(dòng)的控制。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(chǔ)器的容量為 14 2KB8KB。 按結(jié)構(gòu)形式分 按照結(jié)構(gòu)形式的不同， PLC 可分為整體式和模塊式兩種。 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)。硬 13 件方面 ,隔離是抗干擾的主要措施之一。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。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)。而從應(yīng)用角度看， PLC 大概經(jīng)歷了如下幾個(gè)階段： 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。它采用可編程序的存儲(chǔ)器，其內(nèi)部存貯執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序控制、定時(shí)、計(jì)數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等操作指令，并通過(guò)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(guò)程。水箱 200 L ,液位控制在 180 L 。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)先編制的程序依次打開各控制設(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。 3）水箱配管 水箱配管是指進(jìn)出水管、排放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。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。若它吸收的能量與散發(fā)的能量相等，此時(shí)金屬片就不再升溫，這就叫“平衡溫度”。 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。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 [6][7]。下圖為典型的熱水器裝置簡(jiǎn)圖。由此可見(jiàn)，即使沒(méi)有日照我們照樣可以洗上熱水澡了。 水溫控制 為了提供溫度不低于 37 攝氏度的水，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。最后，在此基礎(chǔ)上提出了本文研究的主要內(nèi)容為全玻璃真空管太陽(yáng)能熱水器的自動(dòng)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。熱管的熱容量很小，受熱后立即啟動(dòng)，因而在瞬變的太陽(yáng)輻射條件下能提高集熱器的輸出能量，而且在多云間晴的低日照天氣也能將水加熱。但真空管集熱器的優(yōu)點(diǎn)在于絕熱性好，熱效率高。此種熱水器的 熱管，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，工質(zhì)易得，抗凍性和熱效率均好，使用壽命也長(zhǎng)。 缺點(diǎn)： 管內(nèi)存水過(guò)多，管內(nèi)水溫上升緩慢，而且對(duì)于真空管南北放置的熱水裝置，管中的熱水無(wú)法全部取出，致使系統(tǒng)熱水利 用率降低。 全玻璃真空管式熱水器 全玻璃真空管式太陽(yáng)能熱水器是在平板型太陽(yáng)集熱器的基礎(chǔ)上發(fā)展的一種新型太陽(yáng)能集熱裝置。 這種集熱器的優(yōu)點(diǎn)是： 工藝不復(fù)雜，加工成本低。水箱中的水通過(guò)集熱器的循環(huán)加溫，逐步達(dá)到平衡，則不再流動(dòng)。在全玻璃真空管太陽(yáng)能熱水器的基礎(chǔ)， 為進(jìn)一步提高效率，提高性能，德國(guó)研制出熱管式真空管太陽(yáng)熱水器，一些國(guó)家研制出了一些高質(zhì)量的太陽(yáng)熱水器專用零部件，另一些國(guó)家為優(yōu)化設(shè)計(jì)專門開發(fā)了用于太陽(yáng)能熱水器的應(yīng)用軟件。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(yáng)能熱水器。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)能熱水器自動(dòng)控制系統(tǒng)。 在此基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)出了全玻璃真空管式熱水器的自動(dòng)控制系統(tǒng)。 關(guān)鍵詞 : PLC；太陽(yáng)能；自動(dòng)控制系統(tǒng)；熱水器 II Design of Solar Water Heater Automatic Control System Based on PLC Abstract Application of PLC in solar water heater automatic control system is researched in this paper. The content of this paper on the process of system hardware constitution and the system software design is emphasized . And the key of PLC design that is to satisfy the basic control function is pointed out , meanwhile maintenance convenience and system extension are also considerated. The content of this paper is divided into four parts. In the first part, the procedure of the system is established, and then the treatment flow chart is drawed out。指出了 PLC 設(shè)計(jì)的關(guān)鍵主要是能滿足基本控制功能 , 并考慮維護(hù)的方便性、系統(tǒng)可擴(kuò)展性等。 water heater 目 錄 摘 要 ................................................................................... I Abstract ............................................................................................................. II 第一章 緒 論 .......................................................................... 1 本課題研究的目的、意義 .......................................................................................... 1 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀 ........................................................................................................... 1 國(guó)內(nèi)研究現(xiàn)狀 ........................................................................................................ 1 國(guó)外研究現(xiàn)狀 ........................................................................................................ 2 目前我國(guó)太陽(yáng)能熱水器的種類 .......