【導(dǎo)讀】現(xiàn)在，城市居民絕大部分都使用了太陽能熱水器，農(nóng)村也有相當(dāng)一部分人使用。因此，研究和開發(fā)先進的太陽能熱水器控制系統(tǒng)變得越來越重要。指出了PLC設(shè)計的關(guān)鍵是能滿足基本的控制功能,并考慮維護的方便性、系統(tǒng)可擴展性等。并在此基礎(chǔ)上，利用S7-200的仿真軟件對系統(tǒng)進行了仿真，利用WinCCFlexible. 它使系統(tǒng)接線簡單，檢修維護方便快捷，增進了系統(tǒng)的先進性。編寫、系統(tǒng)的仿真、人機界面組態(tài)過程。

　　

【正文】 不斷測量兩者的溫度，并比較兩個溫度值之間的差，如果集熱器出水溫度大于儲水箱水溫度，那么強制進行水循環(huán)，只要兩者之間有溫度差，循環(huán)就不停的進行，這樣可以使太陽能收集到的能量不斷的傳遞到儲水箱里面的水上，使水溫不斷上升，以滿足人們的需要。 沈陽 工業(yè)大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 26 (2) 自動上水流程圖 首先要對儲水箱的液位設(shè)定上下限，根據(jù)液位的情況來決定加水和不加水，所以自動上水流程圖如下： 初 始 化 程 序 開 始設(shè) 定 液 位 上 下 限檢 測 儲 水 箱 液 位液 位 是 否 等 于 上 限液 位 是 否 小 于 下 限上 水 電 磁 閥 開子 程 序 結(jié) 束可 以 洗 浴上 水 電 磁 閥 關(guān)是是否否 圖 42 自動上水流程圖 沈陽 工業(yè)大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 27 (3) PID 閉環(huán)調(diào)節(jié) 與電加熱流程圖 這是恒溫供水最重要的一部分，通過 PID 閉環(huán)控制可以實現(xiàn)對溫度的精確控制，這一方面是人們要求比較高的，關(guān)鍵是用 PLC 里面的 PID 指令來進行控制，如圖 43 所示。 為了全天候的供應(yīng)熱水所以加入了輔助電加熱器，為此在人的正常洗浴溫度左右設(shè)置一個溫度上下限，當(dāng)溫度低于某一值時，電加熱器打開，開始給儲水箱里的水加熱，當(dāng)加熱到上限溫度值時，停止加熱，在本設(shè)計中，設(shè)定溫度上限為 60℃ ，下限為 70℃ ，如圖 44 所示。 初 始 化 程 序開 始出 水 溫 度設(shè) 定三 通 調(diào) 節(jié) 閥 出 水溫 度 檢 測測 量 溫 度 與設(shè) 定 值 比 較P I D 運 算可 以 出 水子 程 序 結(jié) 束=≠初 始 化 程 序開 始溫 度 上 下 限 設(shè) 定檢 測 儲 水 箱 溫 度溫 度 是 否低 于 下 限啟 動 加 熱 器溫 度 達 到 上 限電 加 熱 關(guān)子 程 序 結(jié) 束否是 圖 43 PID 閉環(huán)調(diào)節(jié)程序流程圖 圖 44 電加熱程序流程圖 沈陽 工業(yè)大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 28 設(shè)計 控制系統(tǒng)的梯形圖程序 STEP7 Microwin 編程軟件是專為西門子公司 S7200 系列小型機而設(shè)計的編程工具軟件，使用該軟件可根據(jù)控制系統(tǒng)的要求編制控制程序并完成與PLC 的實時通信，進行程序的下載與上傳及在線監(jiān)控 [25]。 根據(jù)我們設(shè)計的太陽能熱水器自動控制系統(tǒng)的功能與流程， 我們利用 STEP7 Microwin 編程軟件 對 S7200PLC 進行編程，程序如下所示： (1) 程序塊 ： ① 初始化設(shè)定出水口溫度，儲水箱高低溫設(shè)定程序： 沈陽 工業(yè)大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 29 ② 單按鈕手自動切換程序，調(diào)用子程序 SBR_0 或 SBR_1： ③ 單按 鈕 控制儲水箱排空電磁閥啟停 與出水閥控制 程序 ： 沈陽 工業(yè)大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 30 ④ 儲水箱 液位上下限指示 程序 ： ⑤ 儲水箱 溫度與設(shè)定值比較， 高低溫指示與循環(huán)泵故障指示 程序 ： ⑥ 循環(huán)泵故障 指示燈閃爍程序 ， 閃爍 間隔設(shè)置 2S： 沈陽 工業(yè)大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 31 ⑦ 傳感器溫度變送與 PID 整定程序： 沈陽 工業(yè)大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 32 ⑧ 溫度調(diào)節(jié)輸出程序： ⑨ 循環(huán)泵故障停止程序： (2) 自動控制子程序 SBR_0： ① 儲水箱水位控制程序： 沈陽 工業(yè)大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 33 ② 儲水箱與集熱器水溫比較水循環(huán)控制程序： ③ 儲水箱水溫低電加熱器控制程序： 沈陽 工業(yè)大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 34 (3) 手動控制子程序 SBR_1： ① 循環(huán)泵手動控制 程序 ： ② 單按鈕儲水箱手動上水控制程序： ③ 電加熱手動控制程序： 沈陽 工業(yè)大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 35 ④ 儲水箱高低溫指示程序： 系統(tǒng)仿真 (1) 用 STEP 7Micro/WIN 軟件編好如下程序： 圖 45 程序界面 沈陽 工業(yè)大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 36 (2) 將編好的程序進行編譯 、導(dǎo)出 ： 圖 46 導(dǎo)出程序 (3) 打開仿真軟件， 選擇 PLC 型號為 CPU224XP： 圖 47 選擇 PLC 型號 (4) 選擇模擬量模塊 EM235： 沈陽 工業(yè)大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 37 圖 48 選擇模擬量模塊 (5) 選擇編程時導(dǎo)出的 “ 太陽能熱水器自動控制 魏天野 .awl” 工程文件 ： 圖 49 選擇文件 (6) 裝載后顯示項目名稱，點擊綠色 運行 按鈕運行程序 ： 沈陽 工業(yè)大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 38 圖 410 仿真界面 運行后 響應(yīng)端口 綠色運行燈亮， 表示該端口有信號 。 (7) 監(jiān)控 AQW4 模擬量輸出端口，調(diào)節(jié) AIW8 端口代表出水口溫度變化，可以看到 AQW4 模擬量輸出端口地址值由于 PID 程序的整定發(fā)生變化，代表恒溫調(diào)節(jié)出水 ，仿真完成 。 沈陽 工業(yè)大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 39 圖 411 模擬輸出監(jiān)控 組態(tài)人機界面 WinCC Flexible 組態(tài)軟件簡單直觀、功能強大、應(yīng)用靈活且智能高效 [26]。 (1) 打開 WinCC Flexible，選擇創(chuàng)建一個新項目，選擇設(shè)備類型。 (2) 創(chuàng) 建連接。在左側(cè)的項目樹中，雙擊 “ 通訊 ” 單元下的 “ 連接 ” ，在彈出的 對話框中，創(chuàng)建并設(shè)置與 S7200PLC 的連接 ，雙擊第一行的空白處，新建一個連接， “ 接口 ” 觸摸屏連接設(shè)置里，波特率設(shè)定 ，通信協(xié)議為MPI，站地址為 1，目標(biāo) PLC 地址為 2,PLC 里通信端口波特率設(shè)定 ，通信協(xié)議為 MPI，站地址為 2，下載到 PLC，連接電腦和 PLC 通信電纜 。 沈陽 工業(yè)大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 40 圖 412 建立通信 (3) 創(chuàng)建變量。在左側(cè)的項目樹中，雙擊 “ 通訊 ” 單元下的 “ 變量 ” ，在彈出的的對話框中，創(chuàng)建所需要的變量，設(shè)置變量時，應(yīng)注意變量要與程序中變量一一對應(yīng)，如圖 413 所示： 沈陽 工業(yè)大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 41 圖 413 變量表 (4) 組態(tài)畫面。新建一個監(jiān)控畫面，如圖 414 所示，繪制好畫面后，設(shè)置其中按鈕、指示燈和表盤等器件的關(guān)聯(lián)變量、函數(shù)及動畫。 圖 414 組態(tài)畫面 沈陽 工業(yè)大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 42 第 5 章 結(jié)論 本次設(shè)計以 S7200PLC、 WinCC Flexible 為基礎(chǔ)， 利用 STEP7 Microwin 軟件 編寫的程序，實現(xiàn)了對太陽能熱水器自動控制系統(tǒng)的各項要求。實現(xiàn)了WinCC Flexible 與 PLC 的通信，構(gòu)成了一整套控制系統(tǒng)。 通過本次畢業(yè)設(shè)計，使太陽能熱水器達到了系統(tǒng)的各種控制要求，成功地完成了太陽能熱水器的 PLC 控制系統(tǒng)的設(shè)計。經(jīng)過對系統(tǒng)程序的運行調(diào)試，實現(xiàn)了太陽能熱水器的恒溫出水、自動循環(huán)、自動上水、 自動加熱 、手自動切換等功能，提高了系統(tǒng)的可靠性，達到了設(shè)計的目標(biāo)。 本次設(shè)計凸顯了 S7200 PLC 控制功能強大、簡單、可靠、靈活等特點。美中不足的是，由于缺乏經(jīng)驗和設(shè)計時間、條件有限 ，沒有做出實物，且 在一些細(xì)節(jié)有待于改進。沈陽 工業(yè)大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 43 參考文獻 [1] 姚偉 .太陽能利用與可持續(xù)發(fā)展 [J ].中國能源， 2020， 27(2)： 4647. 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