基于plc的太阳能热水器控制系统设计

基于plc的太阳能热水器控制系统设计内容摘要：

关量进行控制 ,也可对模拟量进行控制 ,既可控制1台生产机械、1条生产线 ,也可控制1个生产过程。 PLC 还具有通讯联络功能，与上位计算机构成分布式控制系统 ,实现遥控功能。 可靠性高,抗干扰能力强。 大多数用户都将可靠性作为选择控制装置的首要条件。 针对 PLC是专为在工业环境下应用而设计的 ,故采取了一系列硬件和软件抗干扰措施。 硬件方面 ,隔离是抗干扰的主要措施之一。 PLC的输入、输出电路一般用光电耦合器来传递信号 ,使外部电路与CPU之间无电路联系 ,有效地抑制了外部干扰源对PLC的影响,同时,还可以防止外部高电压窜入CPU模块滤波是抗干扰的另一主要措施,在PLC的电源电路和 I/O模块中,设置了多种滤波电路,对高频干扰信号有良好的抑制作用。 软件方面,设置故障检测与诊断程序。 采用以上抗干扰措施后 ,一般 PLC平均无故障时间高达4万～5万h。 编程方法简单,容易掌握。 PLC配备有易于接受和掌握的梯形图语言。 该语言编程元件的符号和表达方式与继电器控制电路原理图相当接近。 控制系统的设计、安装、调试和维修方便。 PLC用软件功能取代了继电器控制系统中大量的中间继电器、时间继电器、计数器等部件,控制柜的设计、安装接线工作量大为减少。 PLC的用户程序大都可以在实验室模拟调试,调试好后再将PLC控制系统安装到生产现场,进行联机统调。 在维修方面,PLC的故障率很低,且有完善的诊断和实现功能,一旦PLC外部的输入装置和执行机构发生故障,就可根据PLC上发光二极管或编程器上提供的信息 ,迅速查明原因。 若是PLC本身问题,则可更换模块,迅速排除故障,维修极为方便。 体积小、质量小、功耗低。 由于PLC是将微电子技术应用于工业控制设备的新型产品,因而结构紧凑、坚固、体积小、质量小、功耗低,而且具有很好的抗震性和适应环境温度、湿度变化的能力。 因此,PLC很容易装入机械设备内部,是实现机电一体化较理想的控制设备。 PLC的基本工作原理。 PLC的循环顺序扫描工作流程图如下图12所示。 开始自诊断有故障。 Y停机出错显示N与编程器进行信息交换是否有网络Y与网络进行信息交换采集现场信号执行用户程序输出处理超时。 Y停机出错显示NN图12 PLC循环顺序扫描工作流程图PLC采用循环（巡回）扫描工作方式，而大、中型PLC还增加了中断工作方式。 循环扫描即可按固定顺序，也可按用户程序所规定一级顺序（高级和低级顺序）或可变顺序等进行。 因为有的用户程序不需要每扫描一次执行一次，也为的是在控制系统需要处理的I/O点数较多时，通过不同的模块组合的安排，采用分时分批扫描执行的办法，可缩短循环扫描周期和控制的实时性。 用户将用户程序设计、调试后，用编程器键入PLC的存储器中，并将现场的输入信号和被驱动的执行元件相应地接在输入模板的输入端和输出模板的输出端上，然后用PLC的控制开关使其处于运行工作方式，PLC就以循环扫描的工作方式进行工作。 在输入信号、用户程序的控制上，产生相应的输出信号，完成预期的控制任务。 PLC的典型的循环顺序扫描工作过程如图12所示。 从图12中可以看出，一个典型的可编程序控制器在一个扫描周期中要完成六个扫描过程。 在系统软件的指挥下，按图12所示的程序流程顺序地执行，这种工作方式称为顺序扫描方式。 从扫描过程中的某个扫描过程开始，顺序扫描后又回到该过程成为一个扫描周期。 进行一个扫描周期所需的时间称为一个扫描周期时间。 本设计研究的主要内容本设计研究的主要内容是用PLC控制太阳能热水器系统，实现太阳能热水器系统自动控制及手工控制，使其满足实际各种控制需要，使更多的工作免于人工参与、使系统更加稳定可靠。 具体研究工作从以下几方面展开：确定系统的各种工序，绘制系统的工艺流程图PLC选型及I/O点分配PLC硬件控制框图系统主电路及PLC控制电路的设计设计、绘制梯形图，满足各个控制要求绘制电气原理图、外部接线图等2 控制系统的硬件设计方案 控制系统的基本功能要求根据人们对热水器的使用习惯和人性化设计要求 , 设计的控制系统具有以下功能：自动控制功能。 系统在自动工作方式时，能自动控制供水水泵的运行与停止和各电磁阀的开关。 定时控制器在断电时正常计时，故采用其作为PLC的电源控制。 在定时控制时间内，由定时器接通PLC的电源，PLC按预先编制的程序依次打开各控制设备电源，并根据输入信号的变化随时调整程序的执行。 在非系统工作时间里，定时器自动断开PLC的电源。 工作时段为6～18 h。 可利用定时控制器和PLC自身具有的定时命令加以解决。 除尘功能。 利用温度开关检测环境温度是否适合除尘，温度开关为4℃。 除尘时用一个电磁阀连续工作2 min。 水箱液位控制功能。 水箱200L，液位控制在180 L。 水箱应具备供热水、保温的基本功能。 水箱采用加厚聚脂发泡保温。 报警功能。 当出现故障时，故障指示灯闪烁且报警电铃响起，操作人员可以按下“消音”按钮以解除铃响，但故障指示灯仍在闪烁；直到故障消除；故障指示灯才停止闪烁。 节水功能。 供水阀供水5 min，停2 min。 可实现手动/自动控制切换。 恒温功能。 出水温度可通过恒温阀控制在30～40℃，当用户需要热水时，可通过手动调节。 控制系统的硬件设计方案根据控制系统要求，首先确定PLC的控制规模，估算出所需要的I/O点数 (数字输入/输出量、模拟输入/输出量) ,再增加10%～20%的备用量，以便随时增加控制功能，保证系统投入运行后能够替换个别故障点或弥补遗漏的点数。 统计出I/O总点数后即可以确定PLC 的控制规模，从而确定存储器(用于存储用户程序和数据)的容量。 存储器容量除了根据PLC 的控制规模确定外，也可以按照如下方法计算，再增加25%～30 %的备用量，以便随时增加用户程序。 一种方法是根据编程实际使用的节点数计算，即编完程序之后，根据节点数计算出实际使用容量。 另一种方法是估算法，只有开关量时，所需内存总数=开关量(输入/输出)总数10；只有模拟量输入时,所需内存总数=模拟量路数120在模拟量输入、输出同时存在时，所需内存总数=模拟量路数250；同时,应考虑PLC提供的内部继电器和寄存器的数量,以便节省资源。 系统水温控制原理框图T3系统控制原理框图如下图21所示。 热水箱T1D集热器F3太阳光F1自来水F2T2 图21 系统控制原理框图注释：T1，热水箱的温度传感器T2，循环水管中的温度传感器T3，集热器中的温度传感器F1，循环水阀门F2，冷水阀门F3，热水阀门此款热水器利用微机控制，主要有以下两种控制功能：水温控制、水箱加热控制。 水温控制为了提供温度不低于370C的水，具体控制过程如下：首先，关闭冷水阀门F2和循环水阀门F1，然后微机开始进行水箱的温度采集，同时进行温度的比较，当水箱中的温度小于370C时，电热器D接通进行加热，同时微机继续对热水箱的水温进行采集。 当温度加热到大于370C时电热器D断开，如此反复循环保证了温度的稳定。 水箱加热控制如果没有日照或者日照很弱时，到了晚上我们是否还能洗上热水澡呢。 答案是肯定的，不要忘了这款热水器还有一个从系统，这时它就要发挥作用了。 热水箱温度为T1，将它和设定值N相比较，从而控制是否打开电加热器。 控制时段为6～18 h，具体过程如下: 若TlN，电加热接通；否则，电加热断开。 最终热水箱的温度加热到设定值N。 由此可见，即使没有日照我们照样可以洗上热水澡。 PLC的选型因为本系统是对开关量控制的应用系统,并对控制速度要求不高,选用核心部件为西门子S7200系列40点可编程控制器（CPU型号为：CPU226）,该编程控制器具有自诊断功能,采用循环扫描工作方式,这完全能满足要求。 西门子S7200系列可编程控制器输入输出控制方式为循环扫描方式、编程语言为梯形图语言、40点的可编程控制器具有24点输入,16点输出。 考虑到该PLC所需的输入、输出点数及类型，选用西门子S7200系列可编程控制器作为该系统的核心，它含有24个输入点和16个输出点足够设计所用。 PLC硬件控制框图本设计选用西门子S7200系列的40点可编程控制器，实现对太阳能热水器的控制，完成太阳能热水器的温度、液位等控制功能。 为提高系统的。