【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 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。 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)。熱水器管道系統(tǒng)連接正確與否，對(duì)熱水器循環(huán)系統(tǒng)的效率也有很大影響。 集熱器 平板式太陽(yáng)能集熱器是平板式太陽(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)金屬片就不再升溫，這就叫“平衡溫度”。如果在金屬片內(nèi)有流道，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，把帶有流道的金屬板封裝在一個(gè)保 10 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。 系統(tǒng)的要求 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： 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。工作為 6～ 18 h。可利用定時(shí)控制器和 PLC 自身具有的定時(shí)命令加以解決。 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 用一個(gè)電磁閥連續(xù)工作 2 min。 水箱液位控制功能。水箱 200 L ,液位控制在 180 L 。 水箱應(yīng)具備供熱水、保溫的基本功能。 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。 節(jié)水功能。供水閥供水 5 min，停 2 min。 可實(shí)現(xiàn)手動(dòng) /自動(dòng)控制切換。 可編程控制器（ PLC）簡(jiǎn)介 可編程控制器（ PragrammableLogicController,簡(jiǎn)稱 PLC，是一種數(shù)字運(yùn)算操作的電子系統(tǒng)，是在 20 世紀(jì) 60 年代末面向工業(yè)環(huán)境由美國(guó)科學(xué)家首先研制成功的。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。可編程序控制器及其有關(guān)設(shè)備，都是按易于與工業(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)的。 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)化控制而發(fā)揮著巨大作用，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 [8]。 11 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。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 [9]。 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， PLC 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)。 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，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 [10]。 可編程控制器的的特點(diǎn) 通用性強(qiáng) ,使用方便。 功能性強(qiáng) ,適應(yīng)面廣。 可靠性高 ,抗干擾能力強(qiáng)。 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。 控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、安裝、調(diào)試和維修方便。 體積 小、質(zhì)量小、功耗低。 第三章 熱水器控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案 太陽(yáng)能本身是一個(gè)不斷變化、而影響其變化的因素又較多、極其復(fù)雜的非線性變量，太陽(yáng)熱水系統(tǒng)工程是一個(gè)非線性系統(tǒng)，很難建立精確的數(shù)學(xué)模型，因此采用傳統(tǒng)的控制方法難以得到較佳的控制效果。太陽(yáng)能熱水器控制器采用 PID 控制算法，這種算法對(duì)固定參數(shù)的線性定常系統(tǒng)是非常有效的。通過(guò)調(diào)整 PID 控制器的參數(shù)，一般都能得到比較滿意的控制效果。 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 12 量除了根據(jù) PLC 的控制規(guī)模確定 。 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 [11]。 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。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 3— 1。 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)。如可工作于高濕度，有鹽霧、霉菌、凝露等環(huán)境的船用電動(dòng)機(jī)；有較高的效率及節(jié)能指標(biāo)的紡織電動(dòng)機(jī)；有作為激振動(dòng)力源，如用于糧食加工機(jī)械或振動(dòng)篩、振動(dòng)輸送機(jī)的振動(dòng)異步電動(dòng)機(jī)；在化工、橡膠、紡織、造紙等工業(yè)中有時(shí)要求軟機(jī)械特性和寬調(diào)速范圍的電動(dòng)機(jī)，當(dāng)負(fù)載增加時(shí)電 動(dòng)機(jī)的出軸轉(zhuǎn)速隨之降低而輸出力矩增加，保持與負(fù)載平衡，并允許較長(zhǎng)時(shí)間堵轉(zhuǎn)的三相力矩電動(dòng)機(jī)等。 對(duì)于一般生產(chǎn)機(jī)械，在滿足生產(chǎn)機(jī)械要求的前提下，優(yōu)先選用結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、工作可靠、價(jià)格便宜、維護(hù)方便的電動(dòng)機(jī)。從一般要求看，交流電動(dòng)機(jī)優(yōu)于直流電動(dòng)機(jī)，交流異步 13 電動(dòng)機(jī)優(yōu)于交流同步電動(dòng)機(jī)，鼠籠式異步電動(dòng)機(jī)優(yōu)于繞線式異步電動(dòng)機(jī)。 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) [12]。 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。 功率為 10w。 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 AC3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。 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， NR4(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 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： 、 、IEC6094741 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 。 電磁閥的選擇 電磁閥選用 SSFKC024 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 3220V，使用可靠，完全可以達(dá)到使用要求 。 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。 隔離變壓器的選擇 本生產(chǎn)線選用 BK－ 100型號(hào)隔離變壓器，該隔離變壓器變比 1： 1，電壓 220V AC。 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。 14 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 1000 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?500 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)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)。