基于三菱PLC的太阳能热水器自动控制新版系统的设计.doc

基于PLC太阳能热水器自动控制系统设计摘 要本课题研究了可编程控制器（PLC）在太阳能热水器自动控制系统中应用。重点研究了系统硬件构成及系统软件设计过程。指出了 PLC 设计核心重要是能满足基本控制功能，并考虑维护以便性、系统可扩展性等。在本文中经研究拟定出了系统各个工序，绘制了系统工艺流程图；进行了系统I/O分派和PLC选型；依照系统设计规定设计绘制了系统控制梯形图；绘制出了控制系统电气原理图和接线图等。通过用PLC对太阳能热水器自动控制系统改造，大大减少了系统对其他元器件使用，使系统接线简朴、检修维护以便快捷、可靠性提高，增进了系统先进性。核心词：PLC；太阳能；自动控制系统；热水器Design of Solar Water HeaterAutomatic Control System Based on PLCAbstract Application of PLC in solar water heater automatic control system is researched in this paper. The content of this paper on the process of system hardware constitution and the system software design is emphasized . And the key of PLC design that is to satisfy the basic control function is pointed out ，meanwhile maintenance convenience and system extension are also considerated. The content of this paper is divided into four parts. In the first part，the procedure of the system is established，and then the treatment flow chart is drawed out；In the second part，The address of I/O is resigned .and the suitable PLC type is choosed. The third part，the control ladder diagram is designed according to the requirement；In the end，the electrical principle diagram and the interconnection diagram are drawn. Through the design of the solar water heater automatic control system，the components that is used in the solar water heater automatic control system are decreased. The performance of the system is lifted，and it has the feature such as simply interconnection，rapid and easy fault detecting and maintenance，and high reliability. In a word，the system becomes more advanced because of my design.Keywords：PLC；solar；automatic control system；water heater目 录摘 要IAbstractII第一章 绪 论11.1 本课题研究目、意义11.2国内外研究现状11.2.1 国内研究现状11.2.2 国外研究现状21.3 当前国内太阳能热水器种类21.3.1 平板式太阳热水器21.3.2 全玻璃真空管式热水器31.3.3 热管式太阳能热水器41.3.4 热管真空管式太阳能热水器41.4 研究内容5第二章 全玻璃真空管式太阳能热水器综述62.1 太阳能热水器系统功能简介62.1.1 太阳能热水器构成、原理和工作过程72.1.2 太阳能热水器各单元简介82.1.3 系统规定102.2 可编程控制器（PLC）简介102.2.1 PLC发展历史112.2.2 可编程序控制器工作原理112.2.3 可编程控制器特点122.2.4 PLC分类132.2.5 可编程控制器应用领域14第三章 热水器控制系统设计方案163.1 系统硬件设计方案163.1.1 PLC选型163.1.2 PLC硬件控制框图173.1.3 各单元功能作用简介173.1.4 PLC端口分派213.1.5 系统电路设计223.2 系统软件设计方案243.2.1 软件构成253.2.2 系统控制流程图253.2.3 设计PLC控制原理（梯形图程序）30第四章 可编程控制器（PLC）安装、维护和检修314.1 PLC安装314.2 PLC系统电源接线314.3 接地324.4 输入接线324.5 输出接线324.6 PLC维护和检修33第五章 结 论34参照文献35致 谢36附录 梯形图37附录 指令表40第一章 绪 论1.1 本课题研究目、意义用太阳能解决国内家庭热水是最有但愿、最有效可行途径。太阳能光热应用市场前景辽阔，除家庭用热水外，还可用于工业热水、采暖、空调、干燥、农业种植、水产养殖、海水淡化等领域。从发展角度看，都市家庭生活热水供应不应由业主考虑，而应与建筑设计开发同步进行。在此基本上设计出了全玻璃真空管式热水器自动控制系统。在电子技术飞速发展今天，有必要并且有也许采用新技术对原电气控制系统进行改造，以提高可靠性，并实现系统自动控制，提高太阳能热水器稳定性。可编程控制器由于可提供使用时间继电器和中间继电器相称多，并且其常开常闭触点可多次重复使用，使得咱们在编程中可以随心所欲。用内部编程“软元件”取代继电器逻辑控制电路中大量时间继电器和中间继电器，简化控制线路、有效提高系统可靠性，是PLC突出特点。当前，国内大某些太阳能热水器控制某些，往往需要大量中间继电器和时间继电器来满足生产工艺规定，成果使电路设计复杂、繁琐，故障时有发生，给使用和寻常维护带来了很大不便。太阳能热水器是太阳能热运用中商业化限度最高 、应用最普遍技术 。但是在热水器自动控制系统中大多采用单片机控制 ，单片机开发价格较高，而PLC开发价格便宜。选用PLC控制，它具备速度快，可靠性高，体积小，功能全，编程简朴特点。通过改进或完善已有太阳能热水器控制系统局限性，设计开发新型太阳能热水控制系统基于PLC太阳能热水器自动控制系统。1.2国内外研究现状1.2.1 国内研究现状国内太阳能热水器产业发展迅速，当前已成为世界上最大太阳热水器生产国，但与太阳热水器配套控制器却始终处在研究和开发阶段，特别是与太阳能热水器系统匹配控制器，至今尚未检索到有关报道。近几年来，市场上陆续浮现了某些太阳能热水器控制器，但大多数控制器存在着诸如性能不稳定，容易产生误操作；温度、水位检测、控制误差大；显示屏有时浮现乱码；与电辅助加热装置不能较好配合；太阳能运用率较低等问题，影响了顾客使用。更有甚者，有些控制器质量较差，经常发生故障，给顾客带来诸多不便，严重影响了顾客使用，从而影响到太阳热水器销售。太阳热水器，特别是太阳热水系统及其控制器有着辽阔发展前景，但既有技术研究和产品开发投入较少。因而，在太阳热水器、太阳热水系统测量控制方面，应引起足够注重，加大投入一定力量研究开发高质量、性能好测控产品1。1.2.2 国外研究现状太阳能热水器是运用太阳辐射能和热水装置。世界上第一台热水器是美国马里兰州肯普于 1891 年创造。到第二次世界大战结束，人们创造了各式各样被统称为“闷晒式”太阳能热水器。第二次世界大战结束后，人们注意力又开始转向发展经济。某些缺少常规能源国家，如日本，开始投入人力物力开发运用太阳能，通过人们努力，各种简易平板太阳集热器已开始在市场中浮现。到 20 世界 70 年代，随着世界性能源危机日益严重，迫使人们对太阳能开发运用又重新注重起来，许多国家花了不少人力物力，用于大力研究和开发太阳能运用技术，特别是太阳能热水器。到上世纪 70 年代末，太阳热水器开发运用在美国、澳大利亚、日本、德国、以色列等国家得到了很大发展.在随后十几年里，平板集热器型太阳热水器推广应用在某些国家得到了较快发展。1975 年美国欧文斯伊利诺依（OWens-llinois）公司创造了全玻璃真空管太阳集热器并推向市场。当时，集热管选取性吸取涂层平场阳光吸取率约为83%，但由于采用了高真空技术，使集热器热损失比普通平板式太阳集热器热损失减少了两个数量级，从而将太阳能热运用技术水平大大提高了一大步。在随后十几年内，全玻璃真空管太阳热水器性能通过完善、提高，并逐渐减少成本，因而得到了迅速发展，到上世纪90年代，这种新型太阳能热水器已成为推广应用主流产品。在全玻璃真空管太阳能热水器基本，为进一步提高效率，提高性能，德国研制出热管式真空管太阳热水器，某些国家研制出了某些高质量太阳热水器专用零部件，另某些国家为优化设计专门开发了用于太阳能热水器应用软件。尚有某些国家，开发出功能完善，能全天候使用太阳热水器系统。在西方先进国家，在太阳能热水器方面研发和推广应用始终比较活跃2。1.3 当前国内太阳能热水器种类1.3.1 平板式太阳热水器平板式太阳能热水器又叫“平板集热器”，它是太阳热水器基本型之一。由它可以派生出许多同类热水器，如翅翼型、波纹板型、塑料压制型等等，但它们集热基本原理都同样。水循环靠温差比重不同。热水轻，向上升。冷水密度大，只能从底部慢慢向上顶。水箱中水通过集热器循环加温，逐渐达到平衡，则不再流动。事实上水箱中水总是源源不断进入集热器底部，而热水也不断流入水箱上部。平板型太阳集热器以其简朴、价廉和安装以便在全世界都获得了广泛应用。普通平板型太阳集热器由吸热体、壳体、透明盖板和隔热材料等构成。当太阳照射到集热器时，集热器板上水道中水被加热而发生膨胀、变轻、产生“水往高处流”现象，就像热烟气从烟囱中冒出同样，这就是所谓“热虹吸”现象，系统中水流循环运动完全依托自身各部位温度不同而形成自然循环，即只要有太阳照射，就能实现这种循环。水在集热器中受热变轻，由集热器底部上升至顶部。再经循环管流入保温水箱，水箱下部冷水由下循环管流入集热器底部。如此循环，使整个水箱中是水温升高3。这种集热器长处是：1、工艺不复杂，加工成本低。2、水流循环和加热所有依托集热器吸热作用，不需要泵和其他能源，运营成本低，的确是一次投资，长期受益。3、水流系统常压运营，无需带压设备，没有任何安全隐患。4、整个系统没有运转设备，水对吸热板没有腐蚀作用，故使用寿命很长。缺陷：1、由于白天、晚上温度不同，集热器易产生倒流。2、在高温段效率偏低，表面热损大。3、在冬季低于0时，因集热器中水结冰膨胀，将管子胀裂。4、流动阻力分布不均，抗冻性能差，因此使用范畴局限在北方夏天和南方不结冻地区冬天。1.3.2 全玻璃真空管式热水器全玻璃真空管式太阳能热水器是在平板型太阳集热器基本上发展一种新型太阳能集热装置。全玻璃真空管太阳集热器核心元件是玻璃真空集热管，它采用了真空技术，消除了气体对流与传导热损，并应用选取性吸取涂层，使真空集热管辐射热损降到最低，这样真空管太阳集热器可以在中高温下运营，也能在寒冷地区冬季及低日照与天气多变地区运营，扩大了应用领域。全玻璃真空太阳集热管普通采用单端开口形式，在一端将内、罩玻璃管环形熔封在一起。真空集热器内装有吸气剂4。这种集热器长处是：1、构造简朴、制造以便、可靠性强。2、集热效率高，保温性能好。3、可以在中高温下运营，也能在寒冷地区冬季运营。4、使用寿命长，一年四季都可使用。缺陷：1、管内存水过多，管内水温上升缓慢，并且对于真空管南北放置热水装置，管中热水无法所有取出，致使系统热水运用率减少。2、不能承压，易在玻璃管内结垢，管子易炸裂，并且在寒冷地区使用会冻结。3、价格昂贵。1.3.3 热管式太阳能热水器热管式热水器也是一种可以常年使用太阳能设备，基本原理同热管式太阳灶差不多。但是，由于普通提供洗浴用热水温度不太高，因此对热管规定也比太阳灶要低。甚至从满足生活热水单项规定来说，这种热管在技术上和经济上均优于真空集热管。国内大连生产热管式热水器虽然初始投资高于平板式集热器，但是低于真空管集热器，而使用效果也不差。国外同类热管式热水器产量和型号正在不断增长。此种热水器热管，构造简朴，工质易得，抗冻性和热效率均好，使用寿命也长。热管式热水器在外形构造上很象管板式热水器，只但是把普通排管变成了热管，少个或省去了一种集水管，热管上同样可装翅片吸取太阳能。当热管收集到太阳热之后，立即把它输送到集热管，并在水箱中进行换热，于是得到热水。由于热量是由热管输送、选取适当工质与管材、管芯，就能保证其化学相容性，避免普通管板式热水器腐蚀性。同步，由于热管内工质很少，不像管板式热水器里面布满着水，因此热损较低，起动也较快。并且热管式热水器工作温度范畴也比管板式热水器宽得多，不用紧张00C时水会结冰，也不怕高于100时水会沸腾。1.3.4 热管真空管式太阳能热水器热管真空管式集热器是一种新型太阳能集热装置，集中热管式和真空管式集热器两者长处，克服彼此缺陷。例如，运用热管起动快，一通过不同工质可以控制热水器工作温度，而真空管集热器在无负荷闷晒时，往往会浮现超过200高温，使水压力增大，导致使用中不便等。但真空管集热器长处在于绝热性好，热效率高。其原理是太阳辐射穿过真空管玻璃外壳，投射在金属吸热板上，吸热板将太阳辐射能转化为热能，使热管蒸发段内传热介质汽化。蒸汽上升到热管冷凝段后，通过导热块将热量传递给集热管内工质，而自身又凝结成液体，依托重力流回蒸发段。上述过程重复循环，使集热管内工质不断升温。由于运用了真空技术，大幅度减少了集热器热损失，因而使其在高工质温度或低环境温度运营条件下仍具备良好热性能，同步运用了热管技术，被加热工质不直接流经真空管，因而跟普通平板式集热器和真空管集热器比较，热管式真空集热器除了工作温度高，承压能力大和耐热冲击性能好等长处，尚有其明显特点5。这种集热器长处： 1、耐冰冻。热管由特殊材料和工艺保证，虽然在冬季长时间无晴天及夜间寒冷条件下，真空管也不会冻裂。2、启动快。热管热容量很小，受热后及时启动，因而在瞬变太阳辐射条件下能提高集热器输出能量，并且在多云间晴低日照天气也能将水加热。3、保温好。热管具备单向传热特点，即白天由太阳能转换热量可沿热管向上传播去加热水，而夜间被加热水热量不会沿热管向下散发到周边环境。4、安装维修以便。安装以便，操作简朴，易于固定，运营可靠。缺陷:1、生产成本。 2、技术规定高。上面简介了当前国内太阳能热水器种类，并讨论了它们各自优缺陷。最后，在此基本上提出了本文研究重要内容为全玻璃真空管太阳能热水器自动控制系统设计。1.4 研究内容本课题研究内容是用PLC控制太阳能热水器系统，实现太阳能热水器系统自动化控制及手工控制，使其满足实际各种控制需要、使更多工作免于人参加、使系统更加稳定可靠。详细研究工作从如下方面展开：1）拟定系统各种工序，绘制系统工艺流程图。2）PLC选型及I/O分派。3）设计、绘制梯形图，满足各控制规定。4）绘制电气原理图、外部接线图等。5）根据设计规定调试系统成功。第二章 全玻璃真空管式太阳能热水器综述2.1 太阳能热水器系统功能简介图21 热水器系统构造图图22 系统控制原理图:注释：Tl，热水箱温度传感器 T2，循环水管中温度传感器 T3，集热器中温度传感器 F1，循环水阀门 F2，冷水阀门 F3，热水阀门此款热水器运用微机控制重要有如下两种控制功能:水温控制、水箱加热控制。1、水温控制为了提供温度不低于37摄氏度水，详细控制过程如下：一方面，关闭冷水阀门F2和循环水阀门F1，然后微机开始进行水箱温度采集，同步进行温度比较，当水箱中温度不大于370C时，电热器D接通进行加热，同步微机继续对热水箱水温进行采集。当温度加热到不不大于370C时电热器D断开，如此重复循环保证了温度稳定。2、水箱加热控制如果没有日照或者日照很弱时，到了晚上咱们与否还能洗上热水澡呢?答案是必定，不要忘了这款热水器尚有一种从系统。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，从而控制与否打开电加热。控制时段为6点一18点，详细过程如下：若TlN，电加热接通;否则，电加热断开。最后热水箱温度加热到设定值N。由此可见，虽然没有日照咱们照样可以洗上热水澡了。2.1.1 太阳能热水器构成、原理和工作过程在工农业生产和寻常生活中，需要大量热水。此类热水特点是用水量较大而水温不高，普通为400C 600C。如淋浴水温在350C400C之间，超过600C就会感到太热。工业上为了清除油污，热水温度要高某些，但普通在 900C左右。太阳能热水器能提供热水，是当前使用最为普遍和效果最佳太阳能运用装置；这种装置构造简朴、使用方位、不用专人管理，故己在全国推广使用。1、热水器构成及原理热水器重要由集热器、循环管道和水箱等构成。下图为典型热水器装置简图。图中集热器1按最佳倾角放置，下降水管2一端与循环水箱3下部相连，另一端与集热器1下集管接通。上升水管5与循环水箱3上部相连，另一端与集热器1上集管相接。补给水箱4供应循环水箱3所需冷水。当集热器吸取太阳辐射后，集热器内温度上升，水温也随之升高。水温升高后，水比重减轻，经上升水管进入循环水箱上部。而循环水箱下部冷水，比重较大，就由水箱下部流到集热器下方，在集热器内受热后又上升。这样不断对流循环，水温逐渐提高，直到集热器吸取热量与散失热量相平衡时，水温不再升高。这种热水器运用循环加热原理，因而又称为循环式热水器67。热水器装置简图1一集热器 2一下降水管 3一循环水管4一补给水箱 5一上升水管 6一自来水管7一热水出水管2、热水器基本工作过程1） 吸热过程。太阳辐射透过玻璃盖板，被集热板吸取后沿肋片和管壁传递到吸热管内水。吸热管内水吸热后温度升高，比重减小而上升，形成一种向上动力，构成一种热虹吸系统。随着热水不断上移并储存在储水箱上部，同步通过下循环管不断补充温度较低水，如此循环往复，最后整箱水都升高至一定温度。2） 水循环管路。家用太阳能热水器普通按自然循环方式工作，没有外在动力，设计良好系统只要有56以上温差就可以循环较好。水循环管路、管径及管路分布合理性直接影响到集热器热互换效率。 多数状况下，自然循环家用热水器系统管路中流态都可以视为层流。 集热器内管路系统阻力重要来自沿程阻力，局部阻力影响要小得多，其中支管沿程阻力又比主管要大得多。当水温升高后，由于运动粘度减小，沿程阻力变小，局部阻力影响变大。在一定范畴内，当主管管径不变时，加大支管管径，不但沿程阻力迅速减小，并且局部阻力也将跟着减小。普通地，支管半径应在10mm以上。当主管管径达到一定值后来，增长主管管径对减小系统阻力意义不大8。2.1.2 太阳能热水器各单元简介1、集热器平板式太阳能集热器是平板式太阳能热水器重要部件，它由透明玻璃、吸热体、保温层等构成。当涂有黑色金属片置于阳光下，即可吸取太阳辐射能而升高温度，同步也向四周散发热量。若它吸取能量与散发能量相等，此时金属片就不再升温，这就叫“平衡温度”。如果在金属片内有流道，流体把热量不断带走，为了达到平衡温度，金属片便要不断吸取太阳辐射能。运用这种原理，把带有流道金属板封装在一种保温盒体中，上面盖以玻璃，使太阳辐射能可以进入盒体，集热器由于吸热体温度较低，其发射出大某些辐射能波长较长(位于远红外区域)，这些辐射不能穿透玻璃而被阻隔在集热器空腔内，从而产生了所谓温室效应，提高了集热器集热效率。2、循环管道在热水器平面布置方案拟定后，集热器与循环水箱已基本拟定。但要热水器运营起来，还得配备恰当管道，将集热器与水箱有机连接起来，才干形成一种完整循环系统。热水器管道系统连接对的与否，对热水器循环系统效率也有很大影响。3、热水器水箱及水箱配备水箱是热水器重要构成某些。它涉及循环水箱和补给水箱；循环水箱与集热器上下水管相连，供热水循环之用。补给水箱只与循环水箱相通，当循环水箱水位低时，以补给冷水之用。1）循环水箱它作用是保持最高水位平面，同步让水中空气由此处排出，避免带入管道系统，以致导致气阻损失。 循环水箱下部均装有冷水进水挡板。这样冷水进入循环水箱时，通过挡板使之扩散流入不致将箱内上部热水搅混。2）补给水箱补给水箱是供应冷水水箱。自来水不是直接进入循环。而是通过补给水箱来补给。这样做长处是使冷水和热水隔开，保持循环水箱中热水水温稳定。3）水箱配管水箱配管是指进出水管、排放热水管等在水箱中高度位置，它对排放水温起着重要作用。因而，热水出水管位置愈高，其热水排放温度亦愈高；为此，采用定温自动放水时，它热水出水口位置较高。而采用人工放水时，热水出水口位置应较低。循环水箱内水温达到一定温度时，将箱内热水几乎所有放掉，然后放入冷水再重新循环加热。普通人工放水一天中 1-2次。2.1.3 系统规定依照人们对热水器使用习惯和人性化设计规定 ，设计控制系统具备如下功能：1、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运营与停止和各电磁阀开关。定期控制器在断电时正常计时 ,故采用其作为 PLC 电源控制。在定期控制时间内 ,由定期器接通 PLC 电源 ,PLC 按预先编制程序依次打开各控制设备电源 ,并依照输入信号变化随时调节程序执行。在非系统工作时间里 定期器自动断开 PLC 电源。工作为 618 h。可运用定期控制器和 PLC 自身具备定期命令加以解决。2、除尘功能。运用温度开关检测环境温度与否适合除尘 ,温度开关为 4 。除尘用一种电磁阀持续工作2 min。3、水箱液位控制功能。水箱 200 L ,液位控制在 180 L 。4、水箱应具备供热水、保温基本功能。5、报警功能。当浮现故障时，故障批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，但故障批示灯仍在闪烁；直到故障消除；故障批示灯才停止闪烁。6、节水功能。供水阀供水 5 min，停 2 min。7、可实现手动/自动控制切换。2.2 可编程控制器（PLC）简介可编程控制器（PragrammableLogicController,简称 PLC，是一种数字运算操作电子系统，是在20世纪60 年代末面向工业环境由美国科学家一方面研制成功。它采用可编程序存储器，其内部存贮执行逻辑运算、顺序控制、定期、计数和算术运算等操作指令，并通过数字、模仿输入和输出，控制各种类型机械或生产过程。可编程序控制器及其关于设备，都是按易于与工业控制系统形成一体、易于扩充其功能原则设计。PLC自产生至今只有30近年历史，却得到了迅速发展和广泛应用，成为当代工业自动化重要支柱之一。长期以来，PLC在工业自动化控制而发挥着巨大作用，为各种各样自动化控制设备提供了广泛、可靠控制应用。这重要是源于它可觉得自动化控制应用提供安全可靠和比较完善解决方案，适合当前自动化工业公司需要9。2.2.1 PLC发展历史20世纪70年代大规模集成电路和微解决机浮现后，正式生产出了当前模式可编程序逻辑控制器PLC（Programmable Logic Controller）产品。此类产品具备稳定可靠、价格便宜、功能齐全、体积小、应用灵活以便、工程周期短、操作维护以便、应用领域辽阔等长处。随着集成电路和计算机技术发展，当前己诞生了第五代PLC产品。而从应用角度看，PLC大概经历了如下几种阶段：1、单机就地控制，取代继电器柜，至今依然是PLC应用主流。2、数台PLC与1台PC相连，PC完毕编程和在运营中作为人机界面（80年代后期）。3、90午代，随着系统集成能力提高，PLC提供系统通信能力，构成可编程控制系统PCS（Programmable Control System），人机界面逐渐完善，具备离散量和模仿量数据采集系统监控能力。4、随着近代现场总线、网络、工业PC机（IPC）、软PLC技术发展，以及系统开放性、电控仪控一体化、管控一体化、IT技术发展需求，新型覆盖大、中、小系统PCS正在形成。2.2.2 可编程序控制器工作原理PLC采用循环（巡回）扫描工作方式，而大、中型PLC还增长了中断工作方式。循环扫描即可按固定顺序，也可按顾客程序所规定一级顺序（高档和低档顺序）或可变顺序等进行。由于有顾客程序不需要每扫描一次执行一次，也为是在控制系统需要解决I/O点数较多时，通过不同模块组合安排，采用分时分批扫描执行办法，可缩短循环扫描周期和控制实时性10。顾客将顾客程序设计、调试后，用编程器键入PLC存储器中，并将现场输入信号和被驱动执行元件相应地接在输入模板输入端和输出模板输出端上，然后用PLC控制开关使其处在运营工作方式，PLC就以循环扫描工作方式进行工作。在输入信号、顾客程序控制上，产生相应输出信号，完毕预期控制任务。PLC典型循环顺序扫描土作过程如图24所示。图24 PLC循环顺序扫描工作流程图从图24中可以看出，一种典型可编程序控制器在一种扫描周期中要完毕六个扫描过程。在系统软件指挥下，按图24所示程序流程顺序地执行，这种工作方式成为顺序扫描方式。从扫描过程中某个扫描过程开始，顺序扫描后又回到该过程成为一种扫描周期。进行一种扫描周期所需时间称为一种扫描周期时间11。2.2.3 可编程控制器特点1、通用性强,使用以便。由于PLC产品系列化和模块化，配备有品种齐全各种硬件装置供顾客选用。当控制对象硬件配备拟定后来 ,就可通过修改顾客程序 ,以便迅速地适应工艺条件变化。2、功能性强,适应面广。当代 PLC不但具备逻辑运算、计时、计数、顺序控制等功能 ,并且还具备A/D和D/A转换、数值运算、数据解决等功能。因而 ,它既可对开关量进行控制 ,也可对模仿量进行控制 ,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 还具备通讯联系功能，与上位计算机构成分布式控制系统 ,实现遥控功能。3、可靠性高,抗干扰能力强。大多数顾客都将可靠性作为选取控制装置首要条件。针对 PLC是专为在工业环境下应用而设计 ,故采用了一系列硬件和软件抗干扰办法。硬件方面 ,隔离是抗干扰重要办法之一。PLC输入、输出电路普通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影响,同步,还可以防止外部高电压窜入CPU模块滤波是抗干扰另一重要办法,在PLC电源电路和 I/O模块中,设立了各种滤波电路,对高频干扰信号有良好抑制作用。软件方面,设立故障检测与诊断程序。采用以上抗干扰办法后 ,普通 PLC平均无端障时间高达4万5万h。4、编程办法简朴,容易掌握PLC配备有易于接受和掌握梯形图语言。该语言编程元件符号和表达方式与继电器控制电路原理图相称接近。5、控制系统设计、安装、调试和维修以便。PLC用软件功能取代了继电器控制系统中大量中间继电器、时间继电器、计数器等部件,控制柜设计、安装接线工作量大为减少。PLC顾客程序大都可以在实验室模仿调试,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故障率很低,且有完善诊断和实现功能,一旦PLC外部输入装置和执行机构发生故障,就可依照PLC上发光二极管或编程器上提供信息 ,迅速查明因素。若是PLC自身问题,则可更换模块,迅速排除故障,维修极为以便。6、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新型产品,因而构造紧凑,结实,体积小,质量小,功耗低,并且具备较好抗震性和适应环境温度、湿度变化能力。因而,PLC很容易装入机械设备内部,是实现机电一体化较抱负控制设备12。2.2.4 PLC分类当前，PLC应用广泛，国内外生产厂家众多，所生产PLC产品更是品种繁多，其型号、规格和性能各不相似。普通，可以按照构造形式不同及功能差别进行大体分类。1、按构造形式分按照构造形式不同，PLC可分为整体式和模块式两种。前者具备构造紧凑、体积小、重量轻、价格低长处，易于装在工业设备内部，普通适于单机工作。普通小型和超小型PLC多采用这种构造，如日本三菱FX系列PLC。后者配备灵活，装载和维修以便，功能易于扩展，其缺陷是构造较复杂，造价也较高。普通大、中型PLC都采用这种构造，如日本三菱公司AN系列。、按功能、点数分按功能、输入输出点数和存储器容量不同，PLC可分为小型、中型和大型三类。小型PLC又称为低档PLC。此类PLC规模较小，它输入输出点数普通从20点到128点。中型PLCI/O点数普通在120点至512点之间，顾客程序存储器容量为2KB-8KB。大型PLC又称为高档PLC，I/O点数在512点以上，其中I/O点数不不大于8192点又称为超大型PLC，顾客程序存储器容量在8KB以上。2.2.5 可编程控制器应用领域在发达工业国家 ,PLC已经广泛应用于钢铁、石油、化工、电力、建材、机械制造、汽车、轻纺、交通运送、环保及文化娱乐等各行各业。随着 PLC性能价格比不断提高 ,某些过去使用专用计算机场合 ,也转向使用 PLC。PLC应用范畴在不断扩大 ,可归纳为如下几种方面。1、开关量逻辑控制这是 PLC 最基本最广泛应用领域。PLC 取代继电器控制系统 ,实现逻辑控制。例如：机床电气控制，冲床、锻造机械、运送带、包装机械控制，注塑机控制，化工系统中各种泵和电磁阀控制，冶金公司高炉上料系统、轧机、连铸机、飞剪控制，电镀生产线、啤酒灌装生产线、汽车配装线、电视机和收音机生产线控制等。2、运动控制PLC可用于对直线运动或圆周运动控制。初期直接用开关量 I/O模块连接位置传感器与执行机构 ,当前普通使用专用运动控制模块。世界上各重要 PLC 厂家生产 PLC 几乎均有运动控制功能。PLC运动控制功能广泛地用于各种机械。例如:金属切削机床、金属成型机械、配装机械、机器人和电梯等。3、闭环过程控制过程控制是指对温度、压力、流量等持续变化模仿量闭环控制。PLC通过模仿量 I/O模块实现模仿量与数字量之间 A/D,D/A转换 ,并对模仿量进行闭环 PID 控制 ,可用 PID 子程序来实现 ,也可使用专用 PID 模块。PLC 模仿量控制功能已经广泛应用于塑料挤压成型机、加热炉、热解决炉、锅炉等设备，还广泛地应用于轻工、化工、机械、冶金、电力和建材等行业。4、数据解决当代PLC具备数学运算、数据传递、转换、排序和查表、位操作等功能，可以完毕数据采集、分析和解决。这些数据可以与存贮在存储器中参照值比较 ,也可以用通讯功能传送到别智能装置，或将其打印制表。数据解决普通用在大、中型控制系统 ,如柔性制造系统、过程控制系统等。5、机器人控制机器人作为工业过程自动生产线中重要设备，已成为将来工业生产自动化 3大支柱之一。当前许多机器人制造公司，选用 PLC作为机器人控制器来控制各种机械动作。随着PLC体积进一步缩小，功能进一步增强，PLC在机器人控制中应用必将更加普遍。6、通讯联网PLC通讯涉及PLC之间通讯、PLC与上位计算机和其她智能设备之间通讯。PLC和计算机具备接口，用双绞线、同轴电缆或光缆将其联成网络，以实现信息互换，并可构成“集中管理，分散控制”分布式控制系统。当前PLC与PLC通讯网络是各厂家专用。PLC与计算机之间通讯，某些PLC生产厂家采用工业原则总线 ,并向原则通讯合同靠拢13。第三章 热水器控制系统设计方案太阳能自身是一种不断变化、而影响其变化因素又较多、极其复杂非线性变量，太阳热水系统工程是一种非线性系统，很难建立精准数学模型，因而采用老式控制办法难以得到较佳控制效果。而模糊控制是以模糊数学为基本发展起来一种新控制办法。这种控制办法是一种智能、非线性控制办法，对那些无法获得数学模型或数学模型相称粗糙系统可以获得较满意控制效果，解决某些用老式控制办法无法解决问题。太阳能热水器控制器采用PID控制算法，这种算法对固定参数线性定常系统是非常有效。通过调节PID控制器参数，普通都能得到比较满意控制效果。3.1系统硬件设计方案依照控制系统规定 ,一方面拟定 PLC 控制规模 ,估算出所需要I/O点数 (数字输入/输出量、模仿输入/输出量) ,再增长10%20%备用量，以便随时增长控制功能，保证系统投入运营后可以替代个别故障点或弥补漏掉点数。记录出I/O总点数后即可以拟定 PLC 控制规模 从而拟定存储器(用于存储顾客程序和数据)容量。存储器容量除了依照PLC 控制规模仿定。也可以按照如下办法计算，再增长25%30 %备用量，以便随时增长顾客程序。一种办法是依照编程实际使用节点数计算，即编完程序之后，依照节点数计算出实际使用容量。另一种办法是估算法，只有开关量时，所需内存总数=开关量(输入/输出)总数10；只有模仿量输入时,所需内存总数=模仿量路数120在模仿量输入、输出同步存在时，所需内存总数=模仿量路数250；同步,应考虑PLC提供内部继电器和寄存器数量,以便节约资源14。3.1.1 PLC选型由于本系统是对开关量控制应用系统,并对控制速度规定不高,选用核心部件为三菱公司FX_2n-32MR-ES/UL系列32点编程控制器,该编程控制器具备自诊断功能,采用循环扫描工作方式,这完全能满足规定。FX_2n-32MR-ES/U属微型编程控制器、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、32点编程控制器具备16点输入,16点输出。考虑到该PLC所需输入、输出点数及类型，选用三菱FX_2n-32MR-ES/UL可编程控制器作为该系统核心，它具有16个输入点（漏型）和16个输出点（继电器型），足够设计所用15。FX_2n-32MR-ES/UL简介FX_2n-32MR-ES/UL属于FX2N系列PLC，FX2N系列PLC是FX系列中高档模块。它拥有无以匹及速度、高档功能、逻辑选件以及定位控制等特点，FX2N是从16到256路输入、输出各种应用选取方案。FX_2n-32MR-ES/UL特点