【正文】 ,也可對模擬量進行控制 ,既可控制 1 臺生產(chǎn)機械、 1 條生產(chǎn)線 ,也可控制 1 個生產(chǎn)過程。 功能性強 ,適應(yīng)面廣 。由于 PLC 產(chǎn)品的系列化和模塊化，配備有品種齊全的各種硬件裝置供用戶選用。進行一個掃描周期所需的時間稱為一個掃描周期時間 [11]。在系統(tǒng)軟件的指揮下，按圖 2－ 4 所示的程序流程順序地執(zhí)行，這種工作方式成為順序掃描方式。 PLC 的典型的循環(huán)順序掃描土作過程如圖 2－ 4 所示。 用戶將用戶程序設(shè)計、調(diào)試后，用編程器鍵入 PLC 的存儲器中，并將現(xiàn)場的輸入信號和被驅(qū)動的執(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)使其處于運行工作方式， PLC 就以循環(huán)掃描的工作方式進行工作。循環(huán)掃描即可按固定順序，也可按用戶程序所規(guī)定一級順序（高級和低級順序）或可變順序等進行。 隨著近代現(xiàn)場總線、網(wǎng)絡(luò)、工業(yè) PC 機（ IPC）、軟 PLC 技術(shù)的發(fā)展，以及系統(tǒng)開放性、電控儀控一體化、管控一體化、 IT 技術(shù)發(fā)展的需求，新型的覆蓋大、中、小系統(tǒng)的PCS 正在形成。 數(shù)臺 PLC 與 1 臺 PC 相連， PC 完成編程和在運行中作為人機界面（ 80 年代后期）。隨著集成電路和計算機技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)在己誕生了第五代 PLC 產(chǎn)品。 11 PLC 的發(fā)展歷史 20 世紀(jì) 70 年代大規(guī)模集成電路和微處理機出現(xiàn)后，正式生產(chǎn)出了現(xiàn)在模式的可編程序邏輯控制器 PLC（ Programmable Logic Controller）產(chǎn)品。 長期以來， PLC 在工業(yè)自動化控制而發(fā)揮著巨大作用，為各種各樣的自動化控制設(shè)備提供了廣泛、可靠的控制應(yīng)用?？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、易于擴充其功能的原則設(shè)計的。 可編程控制器（ PLC）簡介 可編程控制器（ PragrammableLogicController,簡稱 PLC，是一種數(shù)字運算操作的電子系統(tǒng)，是在 20 世紀(jì) 60 年代末面向工業(yè)環(huán)境由美國科學(xué)家首先研制成功的。供水閥供水 5 min，停 2 min。當(dāng)出現(xiàn)故障時，故障指示燈閃爍且報警電鈴響起 ,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。 水箱應(yīng)具備供熱水、保溫的基本功能。 水箱液位控制功能。利用溫度開關(guān)檢測環(huán)境溫度是否適合除塵 ,溫度開關(guān)為 4 ℃?？衫枚〞r控制器和 PLC 自身具有的定時命令加以解決。在非系統(tǒng)工作時間里 定時器自動斷開 PLC 的電源。定時控制器在斷電時正常計時 ,故采用其作為 PLC 的電源控制。 10 系統(tǒng)的要求 根據(jù)人們對熱水器的使用習(xí)慣和人性化設(shè)計要求 , 設(shè)計的控制系統(tǒng)具有以下功能： 自動控制功能。循環(huán)水箱內(nèi)的水溫達到一定溫度時，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。因此，熱水出水管位置愈高，其熱水排放溫度亦愈高；為此，采用定溫自動放水時，它的熱水出水口位置較高。這樣做的優(yōu)點是使冷水和熱水隔開，保持循環(huán)水箱中的熱水水溫穩(wěn)定。自來水不是直接進入循環(huán)。這樣冷水進入循環(huán)水箱時，通過擋板使之?dāng)U散流入不致將箱內(nèi)上部熱水?dāng)嚮臁? 1）循環(huán)水箱 它的作用是保持最高水位平面，同時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。熱水器管道系統(tǒng)連接正確與否，對熱水器循環(huán)系統(tǒng)的效率也有很大影響。 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。如果在金屬片內(nèi)有流道，流體把熱量不斷帶走，為了達到平衡溫度，金屬片便要不斷吸收太陽的輻射能。當(dāng)涂有黑色的金屬片置于陽光下，即可吸收太陽輻射能而 升高溫度，同時也向四周散發(fā)熱量。當(dāng)主管管徑達到一定值以后，增加主管管徑對減小系統(tǒng)阻力意義不大 [8]。在一定范圍內(nèi)，當(dāng)主管管徑不變時，加大支管管徑，不僅沿程阻力迅速減小，而且局部阻力也將跟著減小。 集熱器內(nèi)管路系統(tǒng)的阻力主要來自沿程阻力 ，局部阻力的影響要小得多，其中支管的沿程阻力又比主管要大得多。水循環(huán)管路、管徑及管路分布的合理性直接影響到集熱器的熱交換效率。 2） 水循環(huán)管路。吸熱管內(nèi)的水吸熱后溫度升高，比重減小而上升，形成一個向上的動力，構(gòu)成一個熱虹吸系統(tǒng)。 熱水器裝置簡圖 1 一集熱器 2 一下降水管 3 一循環(huán)水管 4 一補給水箱 5 一上升水管 6 一自來水管 7 一熱水出水管 熱水器的基本工作過程 1） 吸熱過程。這 8 樣不斷對流循環(huán)，水溫逐漸提高，直到集熱器吸收的熱量與散失的熱量相平衡時，水溫不再升高。水溫升高后，水的比重 減輕，經(jīng)上升水管進入循環(huán)水箱上部。補給水箱 4 供給循環(huán)水箱 3 所需的冷水。圖中集熱器 1 按最佳傾角放置，下降水管 2 的一端與循環(huán)水箱 3 的下部相連，另一端與集熱器1 的下集管接通。 熱水器組成及原理 熱水器主要由集熱器、循環(huán)管道和水箱等組成。太陽能熱水器能提供的熱水，是目前使用最為普遍和效果最好的太陽能利用裝置 。如淋浴的水溫在 350C~400C 之間，超過 600C 就會感到太熱。 太陽能熱水器組成、原理和工作過程 在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和日常生活中，需要大量的熱水。最終熱水箱的溫度加熱到設(shè)定值 N。控制時段為 6 點一 18 點，具體過程如下 : 若TlN，電加熱接通 。這時它就要發(fā) 揮作用了。當(dāng)溫度加熱到大于 370C 時電熱器 D 斷開，如此反復(fù)循環(huán)保證了溫度的穩(wěn)定。 6 第二章 全玻璃真 空管式 太陽能熱水器的綜述 太陽能熱水器系統(tǒng)功能簡介 圖 2— 1 熱水器系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖 圖 2— 2 系統(tǒng)控制原理圖 : 注釋 : Tl，熱水箱的溫度傳感器 T2，循環(huán)水管中的溫度傳感器 7 T3，集熱器中的溫度傳感器 F1，循環(huán)水閥門 F2，冷水閥門 F3，熱水閥門 此款熱水器利用微機控 制主要有以下兩種 控制功能 :水溫控制、水箱加熱控制。 4）繪制電氣原理圖、外部接線圖等。 2） PLC 選型及 I/O 分配。 研究的內(nèi)容 本課題研究的內(nèi)容是用 PLC 控制太陽能熱水器系統(tǒng)，實現(xiàn)太陽能熱水器系統(tǒng)自動化控制及手工控制，使其滿足實際各種控制需要、使更多的工作免于人參與、使系統(tǒng)更加穩(wěn)定可靠。 上面介紹了目前我國太陽能熱水器的種類，并討論了它們各自的優(yōu) 缺點。 缺點 : 生產(chǎn)成本。 安裝維修方便。 保溫好。 啟動快。 這種集熱器的優(yōu)點： 耐冰凍。上述過程重復(fù)循環(huán)，使集熱 5 管內(nèi)的工質(zhì)不斷升溫。其原理是太陽輻射穿過真空管玻璃外殼，投射在金屬吸熱板上，吸熱板將太陽輻射能轉(zhuǎn)化為熱能，使熱管蒸發(fā)段內(nèi)的傳熱介質(zhì)汽化 。例如，利用熱管起動快，一通過不同工質(zhì)可以控制熱水器的工作溫度，而真空管集熱器在無負(fù)荷悶曬時，往往會出現(xiàn)超過 200℃的高溫，使水的壓力增大，造成使用中的不便等。而且熱管式熱水器的工作溫度范圍也比管板式熱水器寬得多，不用 擔(dān)心 00C 時水會結(jié)冰，也不怕高于 100℃時水會沸騰。由于熱量是由熱管輸送、選擇合適的工質(zhì)與管材、管芯，就能保證其化學(xué)相容性，避免一般管板式熱水器的腐蝕性。 熱管式熱水器在外形結(jié)構(gòu)上很象管板式熱水器，只不過把普通排管變成了熱管，少個或省去了一個集水管，熱管上同樣可裝翅片吸收太陽能。國外同類熱管式熱水器的產(chǎn)量和型號正在不斷增加。甚至從滿足生活熱水的單項要求來說，這種熱管在技術(shù)上和經(jīng)濟上均優(yōu)于真空集熱管。 熱管式太陽能熱水器 熱管式熱水器也是一種可以常年使用的太陽能設(shè)備，基本原理同熱管式太陽灶差不多。 不能承壓，易在玻璃管內(nèi)結(jié)垢，管子易炸裂，而且在嚴(yán)寒地區(qū)使用會凍結(jié)。 使用壽命長，一年四季都可使用。 集熱效率高，保溫性能好。真空集熱器內(nèi)裝有吸氣劑 [4]。全玻璃真空管太陽集熱器的核心元件是玻璃真空集熱管，它采用了真空技術(shù)，消除了氣體的對流與傳導(dǎo)熱損，并應(yīng)用選擇性吸收涂層，使真空集熱管的輻射熱損降到最低，這樣真空管太陽集熱器可以在中高溫下運行，也能在寒冷地區(qū)的冬季及低日照與天氣多變地區(qū)運行，擴大了應(yīng)用領(lǐng)域。 流動阻力分布不均，抗凍性能差，所以使用范圍局限在北方的夏天和南方不結(jié)凍地區(qū)的冬天。 在高溫段效率偏低，表面熱損大。 整個系統(tǒng)沒有運轉(zhuǎn)設(shè)備，水對吸熱板沒有腐蝕作用，故使用壽命很 長。 水流的循環(huán)和加熱全部依靠集熱器的吸熱作用，不需要泵和其它能源，運行成本低，確實是一次投資，長期受益。如此循環(huán)，使整個水箱中是水溫升高 [3]。水在集熱器中受熱變輕，由集熱器底部上升至頂部。普通平板型太陽集熱器由吸熱體、殼體、透明蓋板和隔熱材料等組成。事實上水箱中的水 3 總是源源不斷進入集熱器的底部，而熱水也不斷流入水箱的上部。冷水密度大，只能從底部慢慢向上頂。水的循環(huán)靠溫差比重不同。 目前我國太陽能熱水器的種類 平板式太陽熱水器 平板式太陽能熱水器又叫“平板集熱器”，它是太陽熱水器的基本型之一。還有一些國家，開發(fā)出功能完善，能全天候使用太陽熱水器系統(tǒng)。在隨后的十幾年內(nèi)，全玻璃真空管太陽熱水器性能通過完善、提高，并逐步降低成本，因而得到了快速發(fā)展，到上世紀(jì) 90 年代，這種新型太陽能熱水器已成為推廣應(yīng)用的主流產(chǎn)品。 1975 年美國歐文斯 —伊利諾依（ OWensllinois）公司發(fā)明了全玻璃真空管太陽集熱器并推向市場。到 20 世界 70 年代，隨著世界性能源危機日益嚴(yán)重，迫使人們對太陽能的開發(fā)利用又重新重視起來，許多國家花了不少人力物力，用于大力研究和開發(fā)太陽能利用技術(shù)，尤其是太陽能熱水器。第 二次世界大戰(zhàn)結(jié)束后，人們的注意力又開始轉(zhuǎn)向發(fā)展經(jīng)濟。世界上第一臺熱水器是美國馬里蘭州的肯普于 1891 年發(fā)明的。因此， 2 在太陽熱水器、太陽熱水系統(tǒng)的測量控制方面，應(yīng)引起足夠重視，加大投入一定力量研究開發(fā)高質(zhì)量、性能好的測控產(chǎn)品 [1]。更有甚者，有些控制器質(zhì)量較 差，經(jīng)常發(fā)生故障，給用戶帶來諸多不便，嚴(yán)重影響了用戶的使用，從而影響到太陽熱水器的銷售。 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 國內(nèi)研究現(xiàn)狀 我國太陽能熱水器產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅速，目前已成為世界上最大的太陽熱水器生產(chǎn)國，但與太陽熱水器配套的控制器卻一直處于研究和開發(fā)階段，尤其是與太陽能熱水器系統(tǒng)匹配的控制器，至今尚未檢索到相關(guān)報道。 選用 PLC 控制，它具有速度快，可靠性高，體積小，功能全，編程簡單的特點。太陽能 熱水器是太陽能熱利用中商業(yè)化程度最高 、應(yīng)用最普遍的技術(shù) 。用內(nèi)部編程“軟元件”取代繼電器邏輯控制電路中大量的時間繼電器和中間繼電器，簡化控制線路、有效提高系統(tǒng)的 可靠性，是 PLC 的突出特點 。 在電子技術(shù)飛速發(fā)展的今天，有必要而且有可能采用新技術(shù)對原電氣控制系統(tǒng)進行改造，以提高可靠性，并實現(xiàn)系統(tǒng)的自動控制，提高太陽能熱水器穩(wěn)定性。從發(fā)展角度看，城市家庭生活熱水的供給不應(yīng)由業(yè)主考慮，而應(yīng)與建筑設(shè)計開發(fā)同時進行。 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 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 ........................................................................................................... 1 國內(nèi)研究現(xiàn)狀 ........................................................................................................ 1 國外研究現(xiàn)狀 ........................................................................................................ 2 目前我國太陽能熱水器的種類 .................................................................................. 2 平板式太陽熱水器 ..............................................................