【文章內(nèi)容簡介】 種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過程?？删幊绦蚩刂破骷捌溆嘘P(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。長期以來，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]。 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)掃描過程。在系統(tǒng)軟件的指揮下，從掃描過程中的某個(gè)掃描過程開始，順序掃描后又回到該過程成為一個(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]。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)。編程方法簡單,容易掌握PLC配備有易于接受和掌握的梯形圖語言?？刂葡到y(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。太陽能熱水器控制器采用PID控制算法，這種算法對固定參數(shù)的線性定常系統(tǒng)是非常有效的。通過調(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[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)對太陽能熱水器的控制，完成太陽能熱水器的溫度、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，并允許較長時(shí)間堵轉(zhuǎn)的三相力矩電動(dòng)機(jī)等。對于一般生產(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)。對于連續(xù)運(yùn)行，負(fù)載平穩(wěn)，對起動(dòng)制動(dòng)沒有特殊要求的生產(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]。由于太陽能熱水器屬于連續(xù)運(yùn)行，負(fù)載平穩(wěn)，對起動(dòng)制動(dòng)沒特殊要求，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)系列熱過載繼電器適用于交流50Hz/60Hz、額定電壓690V、1000V。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。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)，通過擋板使之?dāng)U散流入不致將箱內(nèi)上部熱水?dāng)嚮臁?00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。自來水不是直接進(jìn)入循環(huán)。水箱，而是通過補(bǔ)給水箱來補(bǔ)給。這樣做的優(yōu)點(diǎn)是可使冷水和熱水隔開，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。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)。它的外形為350 X830 X 400毫米，其長度是高度的2倍多。傳感器的選型通過各種高性能傳感器對氣候環(huán)境進(jìn)行測量及數(shù)據(jù)采集，并將測量結(jié)果通過接口送至PLC中，PLC根據(jù)控制要求對整個(gè)太陽能熱水器進(jìn)行綜合控制。由于系統(tǒng)對環(huán)境的采樣值都是傳感器輸出的模擬信號(hào)，而且傳感器與PLC的距離也比較遠(yuǎn)，所以在傳感器的選擇上都采用了420mA電流輸出型，從而減小傳輸過程中的干擾，保證采樣值的準(zhǔn)確性與可靠性。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。一般的溫度傳感器基點(diǎn)漂移較其它的氣象傳感器都要顯著，熱敏電阻屬于吸附元件，在測量過程中必然會(huì)受到污染，由污染引起的測量基點(diǎn)漂移，只能用重新檢定的方法加以修正解決。若污染嚴(yán)重，基點(diǎn)漂移量過大，又不能再生，只能將傳感器作報(bào)廢處理[13]。溫度傳感器技術(shù)指標(biāo):1）溫度范圍：0℃~70℃(可根據(jù)用戶要求擴(kuò)展)2）濕度范圍：10%/RH99%RH3）電源： AV220V士10%4）溫度誤差：℃、℃5）數(shù)據(jù)分辨率：6）數(shù)據(jù)更新周期：約1秒7）數(shù)據(jù)線：3類雙絞線8）數(shù)據(jù)傳輸距離 小于1200m根據(jù)硬件的選擇情況，繪制表3－1 表3－1原理總圖的元器件目錄表序號(hào)代號(hào)名稱數(shù)量規(guī)格型號(hào)備注0PLC可編程控制器1FX_2n32MRES/UL繼電器輸出型1HLHL3指示燈4AD1622GLED顯示,220V2KM1KM2交流接觸器2DJX9線圈電壓：220V3SB1SB5按鈕5LAY37綠色4SB啟動(dòng)按鈕1LAY37綠色5S自動(dòng)/手動(dòng)開關(guān)1SR26封閉式6SL1SL2溫度檢測開關(guān)2TH22℃7TC隔離變壓器1BK100電壓：220V8FU1FU8熔斷器8RL115熔體210A9FR熱繼電器2JR1620/3參照電機(jī)電流10M微型電動(dòng)機(jī)1YYHS－45電壓220V頻率50HZ11YA報(bào)警器1SWPX100交流2