基于PLC的太阳能热水器自动控制系统的设计
基于PLC的太阳能热水器自动控制系统设计
基于PLC的太阳能热水器自动控制系统设计Design of Solar Water Heater Automatic Control System Based on PLC学院：电气工程学院专业班级：自动化1005班学号：100302516学生姓名：魏天野指导教师：白山（教授级高工）2014 年6 月摘要现在，城市居民绝大部分都使用了太阳能热水器，农村也有相当一部分人使用。
太阳能热水器在技术上比较成熟、造价比较低廉，同时由于给人民提供绝对安全的热水而受到人们的欢迎，且具有节能、环保、安全、便利、长久等优点，所以它的应用会越来越广。
因此，研究和开发先进的太阳能热水器控制系统变得越来越重要。
本设计阐述了可编程控制器（PLC）在太阳能热水器控制系统中的应用,重点研究了系统的硬件构成及软件的设计过程。
指出了PLC设计的关键是能满足基本的控制功能,并考虑维护的方便性、系统可扩展性等。
本设计利用西门子S7-200PLC，进行了太阳能热水器自动控制系统的I/O分配和PLC选型，编写了PLC程序梯形图和接线图，实现了自动上水排水、自动循环、自动加热、PID闭环控制恒温出水、手动与自动模式切换等功能。
并在此基础上，利用S7-200的仿真软件对系统进行了仿真，利用WinCC Flexible 软件组态了人机界面，使用MPI通信协议实现了PLC与触摸屏的通信连接。
把可编程控制器PLC作为太阳能热水器的控制系统，增加了系统的方便性与可靠性，减少了其它元器件的使用。
它使系统接线简单，检修维护方便快捷，增进了系统的先进性。
论文分为四章：第一章介绍了太阳能热水器发展背景及设计意义；第二章介绍了太阳能热水器的工作原理；第三章介绍了硬件选型及系统流程；第四章介绍了系统程序的编写、系统的仿真、人机界面（WinCC Flexible）组态过程。
关键词：太阳能热水器；PLC；自动控制系统AbstractNow, vast majority of urban residents use solar water heaters, so do a considerable number of rural people. Solar water heaters are technically more mature, relatively low cost. Meanwhile, since it provide absolute security to the people of hot and people are welcome, and it has some advantages of energy saving, environmental protection, safety, convenience, long, etc. So it will be widely applied. Therefore, the research and development of controlling system of advanced solar water heater are becoming increasingly important.This design expounds the application of PLC in solar water heater automatic controlling system, especially the designing process of hardware and software of the system. Furthermore, the project shows that the key of PLC designing is to satisfy the basic controlling function, considering the convenience of maintenance and scalability. In this design, the address of I/O is resigned and the suitable PLC is chosen. The electrical principle diagram and the interconnection diagram are drawn, according to the requirement. Automatic water drainage, automatic cycle, automatic heating, PID loop control temperature water, manual and automatic mode switching function have been realized. And on this basis, the system was simulated using the simulation software for S7-200, produced a man-machine interface by using WinCC Flexible software. As the controlling system of solar water heater, PLC greatly reduces the number of other components. Moreover, it has the feature such as simple interconnection, rapid and easy fault detecting and maintenance, and advancement of the system.The paper is divided into four chapters: the first chapter describes the background of the development and design of solar water heaters significance; Second chapter describes the working principle of solar water heaters; Third chapter describes the hardware selection and system processes; The fourth chapter describes the procedures for the preparation of the system, system simulation, HMI (WinCC Flexible) configuration process.Keywords: Solar water heater; PLC; Automatic control system目录摘要 (I)Abstract (II)第1章绪论 (1)1.1课题研究的背景 (1)1.2国内外研究现状简述 (2)1.3太阳能热水器市场分析 (3)1.4本设计特点及主要内容 (5)第2章太阳能热水器的组成及工作原理 (6)2.1太阳能热水器的基本结构 (6)2.2太阳能热水器的工作原理 (8)2.3本设计要实现的功能 (10)第3章太阳能热水器硬件的选型及设计 (11)3.1 PLC的工作原理 (11)3.2硬件设备的选型 (13)3.2.1 PLC的选型 (13)3.2.2其他硬件的选型 (15)3.3太阳能热水器的整体设计 (18)3.3.1 PID闭环控制 (18)3.3.2 PLC与外部设备连接方案 (20)3.3.3水工艺流程设计 (22)第4章系统软件框架的构建与系统仿真 (23)4.1系统的I/O口地址及相关的软元件功能设置 (23)4.2系统的程序流程图 (25)4.3设计控制系统的梯形图程序 (28)4.4系统仿真 (35)4.5组态人机界面 (39)第5章结论 (42)参考文献 (43)致谢 (45)附录S7-200仿真监控图 (46)第1章绪论1.1课题研究的背景太阳能（Solar Energy），一般是指太阳光的辐射能量，太阳能是一种可再生能源，广义上的太阳能是地球上许多能量的来源，如风能，生物质能，潮汐能、水的势能等等。
太阳能热水系统结合PLC的改造
太阳能热水系统结合 PLC的改造本文探讨了太阳能热水系统与可编程控制器（PLC）在太阳能热水器控制器中的应用。
并详细介绍了太阳能热水系统的工作原理、工作过程、系统要求，重点研究了系统热水供应不足和经常出现故障的问题及循环水泵的控制、供水控制、时控补水控制、加热控制、可编程器控制等，指出了系统的硬件构成及系统软件的设计过程。
通过结合PLC对太阳能的设计改造，已经基本实现了系统控制的各个要求，解决了热水供应的问题，大大减少了系统对其它元器件的使用，从而使控制系统接线简单、检修维护方便快捷、可靠性提高，增进了系统的先进性,又能起到节能降耗的作用，大大减少了维护成本，可以使更多的用户使用太阳能热水。
关键词：时控补水；温差迭水；PLC控制1太阳能系统现阶段情况某宿舍楼于1999年投入太阳能热水系统，并分别安装在6栋学生宿舍区楼楼顶上，当时每栋学生宿舍楼的设计容量为20 T的热水供应能力，入住人数约350人，配置每个同学可用热水约60 L，足以满足学生用热水需求，几年以来太阳能热水系统运作基本正常。
但随着校区的日益发展，学生宿舍入住人数的增加到700多人，同时，对热水的需求量也比以前大大的提高了。
热水供应的断供问题时常出现，尤其是到了冬天，对于系统检查与维修工作量成倍增加。
校区每一栋学生宿舍的蓄水箱容量为20 T，如果按1个人一天用热水为25 L来计算，20吨的热水也够800人使用。
但是现在每一栋住宿的学生加起来也不到800人，何以会出现热水不热或断供的现象呢？要搞清其问题所在需要对系统进行一个全面的剖析。
经相关专业技术人员对现太阳能热水系统进行现场调查、分析，研究得出：现配置的热水系统执行功率已严重不足需求，控制系统设计存在缺陷等技术问题。
2.热水系统存在的问题和改造项目2.1热水供应时也进行补水在宿舍热水供应期间，水箱水位下降，浮球阀自动开启进行补充冷水。
这样热水越来越少，反过来冷水就越来越多。
本来有20吨60℃的热水，才用了10多吨,水箱里的水就被冷水对成30℃左右，水当然不热了。
太阳能热水器自动控制系统的设计
２ ． ２具有较 广的功 能性和其 适应 性
在 当代 Ｐ Ｌ Ｃ 可 以 对 常 开 常 闭 开 关 进 行 其 电脑控制 ，使 其方 便，精准计算 。不仅如此 ， Ｐ Ｌ Ｃ具有 电路的一切运算 、处理等功 能，并且 Ｐ Ｌ Ｃ不仅仅 只能控制机器 ，他可 以控制 几台机 器或者 是一 条生产线，使其方便工厂 的加工 ， 向着 人 们 所 希 望 的 方 向 前 进 。
分Ｐ Ｌ Ｃ 由Ｐ Ｌ Ｃ 设 计 的 太 阳 能 热 水 器 自动 控 制 满足其 热 水器 的基 本 控 制 功 能、修 理 更加 的便 利 、 系 统 具有 拓 展 等一 系列优 点。 太 阳 能热水器 自动控制 系统中 由于 Ｐ Ｌ Ｃ 的加入 ，减 少太 阳能 热水 器对 其 他 元件 的使 用， 大大减 少 了热水 器的损 坏 性 ，从 而达 到 了 系统 的
１太 阳能热水器系统发展 的概述
在 工 业革 命发 展 的前 提下 ，世 界各 国工 业 快速 发展。然而工业革命 带来 的环境 问题 日 益突出。现阶段 ，人们 把 目光放在清洁能源上 ， 以求得可持续性发展 。太 阳能，作为源源不断 的能源 一直饱受人们 的关注 。在 现阶段 ，太阳 能发展 已经获得 了卓越 的成 效，例如太阳能 电 池 、 太 阳 能 热 水 器 ，太 阳 能 发 热 等 。但 是 现 阶 段，我国大部分太 阳能热水 器控 制部分是通过 单片机 完成的 ，在单片机 电路中存在大量的中 间继 电器和时 间继 电器来运 行其工作，不仅元 器件过多 ，而且 电路连接 也过于复杂 ，不利于 维修 。现如今 ，电路 的发展 迅速，人们将 目光 放 在简单、实用 的电路上 。人们发现可编程控 制器 （ Ｐ Ｌ Ｃ） 通 过 使 用 时 间 继 电器 和 中 间 继 电 器，重复使用常开 、常闭触 点的方法 ，并且通 过 “ 软元件 ”的方法 使其 取代大量 的时 间继 电 器 和中间继 电器 ，使 复杂 电路简化 ，使其 易于 操作。现阶段 ，太 阳能热 水器的普及 。然而传 统的热水器 中大多采用单 片机控制 ，单片机开 发价格不仅高 ，而且 过于复杂，使得成本逐渐 升高，不利于市场 的普及 。 Ｐ Ｌ Ｃ开发价格较低 ， 操作方便 ，实用性较 强，易于流通市场 。所 以 传统太阳能 已经不适 应人们的生活要求 ，所 以 我们 现阶 段将重 点放 在有 Ｐ Ｌ Ｃ的太阳 能热水 器控制系统 。
基于PLC的太阳能光伏系统设计
基于PLC的太阳能光伏系统设计简介本文档旨在介绍基于PLC（可编程逻辑控制器）的太阳能光伏系统设计。
太阳能光伏系统是一种利用太阳光进行能源转换的系统，通过光伏电池板将太阳光转化为电能。
PLC作为控制器，在太阳能光伏系统中起到关键作用，实现对系统的自动化控制和监测。
系统架构基于PLC的太阳能光伏系统主要包括以下组成部分：1. 光伏电池板：负责将太阳光转化为电能。
根据实际需求，可使用单晶硅、多晶硅或薄膜太阳能电池板。
2. 光伏逆变器：将光伏电池板产生的直流电转换为交流电，以供给电网或直接供电给负载。
3. PLC控制器：作为系统的中枢控制器，接收传感器数据、监测系统状态，控制光伏逆变器和其他关键设备的运行。
4. 电池储能系统：可选的组件，用于存储多余的电能，以备不时之需。
系统设计基于PLC的太阳能光伏系统设计需要考虑以下几个关键方面：1. 传感器选择：选择适合光伏系统监测的传感器，如温度传感器、光照传感器、电流传感器等，以获取系统的实时数据。
2. PLC编程：使用PLC编程软件，根据系统需求设计逻辑控制程序，实现对光伏逆变器和其他设备的控制。
3. 安全保护：设计系统的安全保护措施，如过压保护、过流保护等，以确保系统的可靠运行和人身安全。
4. 通信接口：设计PLC与其他设备之间的通信接口，实现数据的传输和监测，可以采用常见的通信协议如Modbus、Ethernet等。
5. 可视化界面：设计人机界面，通过监测和控制界面直观显示系统状态，方便操作员进行系统管理和故障排除。
总结基于PLC的太阳能光伏系统设计充分利用PLC的控制和监测功能，实现对太阳能光伏系统的自动化控制和优化。
通过合理选择传感器、编写逻辑程序、配置通信接口和设计人机界面，可以使系统更加安全可靠，并提高光伏系统的发电效率。
PLC太阳能热水器自动控制系统
PLC太阳能热水器自动控制系统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的应用。
重点研究了系统的硬件构成及系统软件的设计过程。
指出了 PLC 设计的关键主要是能满足基本控制功能, 并考虑维护的方便性、系统可扩展性等。
在本文中经研究确定出了系统的各个工序，绘制了系统的工艺流程图；进行了系统的I/O分配和PLC的选型；根据系统设计要求设计绘制了系统的控制梯形图；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的改造，大大减少了系统对其它元器件的使用，使系统接线简单、检修维护方便快捷、可靠性提高，增进了系统的先进性。
关键词: PLC；太阳能；自动控制系统；热水器前言用太阳能解决我国家庭热水是最有希望的、最有效可行的途径。
太阳能光热应用市场前景广阔，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。
在此基础上设计出了全玻璃真空管式热水器的自动控制系统。
在电子技术飞速发展的今天，有必要而且有可能采用新技术对原电气控制系统进行改造，以提高可靠性，并实现系统的自动控制，提高太阳能热水器稳定性。
可编程控制器由于可提供使用的时间继电器和中间继电器相当多，而且其常开常闭触点可多次重复使用，使得我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的时间继电器和中间继电器，简化控制线路、有效提高系统的可靠性，是PLC的突出特点。
目前，我国大部分太阳能热水器控制部分，往往需要大量的中间继电器和时间继电器来满足生产工艺要求，结果使电路设计复杂、繁琐，故障时有发生，给使用和日常维护带来了很大的不便。
太阳能热水器是太阳能热利用中商业化程度最高、应用最普遍的技术。
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。
通过改进或完善已有太阳能热水器控制系统的不足，设计开发新型太阳能热水控制系统—基于PLC的太阳能热水器自动控制系统。
基于PLC的太阳能热水器自动控制系统的设计
目录第一章概述 (3)1.1 研究本课题的目的、意义 (3)1.2当前研究现状 (3)1.3 目前我国太阳能热水器的种类 (4)1.3.1 热管式太阳能热水器 (3)1.3.2 平板式太阳热水器 (4)1.3.3 全玻璃真空管式热水器 (5)1.3.4 热管—真空管式太阳能热水器 (5)1.4 研究的内容 (6)第二章全玻璃真空管式太阳能热水器的论述 (7)2.1 太阳能热水器功能简介 (7)2.1.1 太阳能热水器的组成、原理和工作过程 (8)2.1.2 太阳能热水器各单元介绍 (9)2.1.3 系统的要求 (10)2.2 可编程控制器（PLC）简介 (10)2.2.1可编程序控制器的工作原理 (11)2.2.2 可编程控制器的的特点 (11)第三章热水器控制系统的设计方案 (11)3.1 系统硬件的设计方案 (11)3.1.1 PLC的选型 (12)3.1.2 PLC硬件控制框图 (12)3.1.3 各单元功能作用介绍 (16)3.1.4 PLC的端口分配 (17)3.2 系统软件设计方案 (17)3.2.1 软件组成 (17)3.2.2 系统控制流程图 (17)第四章可编程控制器（PLC）的安装、维护和检修 (21)4.1 PLC的安装 (21)4.2 PLC系统的电源接线 (21)4.3 接地 (21)4.4 输入接线 (22)4.5 输出接线 (22)4.6 PLC的维护和检修 (22)第五章结论 (23)参考文献 (24)致谢 (25)附录I 梯形图 (26)附录II 指令表 (28)摘要:本课题主要研究可编程控制器（PLC）在太阳能热水器自动控制系统中的应用。
重点研究系统的硬件构成及系统软件的设计过程，指出 PLC 设计的关键是能满足基本控制功能, 并考虑维护的方便性、系统可扩展性等。
在本文中经研究确定出了系统的各个工序，绘制了系统的工艺流程图；进行了系统的I/O分配和PLC的选型；根据系统设计要求设计绘制了系统的控制梯形图；绘制出了控制系统电气原理图和接线图等。
基于plc热水器的设计
单位代码01学号*********分类号TB21密级毕业设计说明书基于PLC的太阳能热水器自动控制系统设计院(系)名称信息工程学院专业名称测控技术与仪器学生姓名指导教师201年月日基于PLC的太阳能热水器自动控制系统设计摘要如今，太阳能热水器在城市中得到了广泛的应用，农村也有相当一部分人在使用太阳能热水器。
因此，研究和开发先进的太阳能热水器控制系统变得越来越重要。
本设计阐述了可编程控制器PLC在太阳能热水器控制系统中的应用，重点研究了系统的硬件构成及软件的设计过程。
指出了PLC设计的关键是能满足基本的控制功能，并考虑维护的方便性、系统可扩展性等。
本设计进行了系统的I/O分配和PLC选型，根据要求绘制出了控制系统电气原理图和接线图等。
把PLC作为太阳能热水器的控制系统，大大减少了其它元器件的使用。
它使系统接线简单，检修维护方便快捷，增进了系统的先进性。
关键词：太阳能热水器，PLC，控制系统Design of Solar Water Heater Control System Based on PLCAuthor: Chen WeiTutor: Wu JuanAbstractNow, vast majority of urban residents use solar water heaters, so do a considerable number of rural people. Therefore, the research and development of controlling system of advanced solar water heater are becoming increasingly important.This design expounds the application of PLC in solar water heater automatic controlling system, especially the designing process of hardware and software of the system. Furthermore, the project shows that the key of PLC designing is to satisfy the basic controlling function, considering the conveniences of maintenance and scalability.In this design, the address of I/O is resigned and the suitable PLC is choosed. The electrical principle diagram and the interconnection diagram are drawn, according to the requirement.As the controlling system of solar water heater; PLC greatly reduces the number of other components. Moreover, it has the feature such as simple interconnection, rapid and easy fault detecting and maintenance, and advancement of the system.Key words:Solar Water Heater, PLC, Control System目录1 绪论 (1)1.1 本设计研究的目的和意义 (1)1.2 国内外研究现状 (1)1.2.1 国内研究现状 (1)1.2.2 国外研究现状 (2)1.3 我国太阳能热水器的种类 (2)1.3.1 平板式太阳热水器 (2)1.3.2 全玻璃真空管式热水器 (3)1.3.3 热管式太阳能热水器 (3)1.3.4 热管—真空管式太阳能热水器 (4)1.4 研究的内容 (4)2 太阳能热水器系统功能简介 (5)2.1 太阳能热水器概述 (5)2.2 太阳能热水器组成 (6)2.3 太阳能热水器的基本工作过程 (7)2.4 可编程控制器概述 (8)2.5 PLC的发展历史 (8)2.6 PLC的特点 (9)2.7 PLC的基本工作原理 (10)3 控制系统的硬件设计方案 (12)3.1 控制系统的基本功能要求 (12)3.2 控制系统的硬件设计方案 (12)3.2.1 系统水温、水位控制原理框图 (13)3.2.2 PLC的选型 (13)3.2.3 PLC硬件控制框图 (14)3.2.4 各单元功能作用介绍 (14)3.2.5 PLC的端口分配 (16)3.3 系统电路的设计 (17)4 控制系统的软件设计方案 (20)4.1 系统软件设计方案 (20)4.2 软件组成 (20)4.3 系统控制流程图 (20)4.4 系统控制顺序功能图 (22)4.5 设计控制系统的梯形图程序 (23)结论 (24)致谢 (25)参考文献 (26)附录 (27)1 绪论1.1 本设计研究的目的和意义用太阳能解决我国家庭热水是最有希望的、最有效可行的途径。
基于PLC的太阳能水温控制装置--软件设计
目录前言 (1)1 汽车主要参数的选择 (2)1.1 汽车主要尺寸的确定 (2)1.1.1 轴距L (2)1.1.2 前轮距B1和后轮距B2 (3)1.1.3 外廓尺寸 (4)1.1.4 前悬LF和后悬LR (4)1.2 汽车质量参数的确定 (5)1.2.1 整车整备质量m0 (5)1.2.2 汽车的载客量和装载质量 (6)1.2.3 质量系数 (6)1.2.4 汽车总质量 (7)1.2.5 轴荷分配 (7)2 转向系的概述及主要性能参数 (9)2.1 转向系的概述 (9)2.1.1 转向操纵机构 (9)2.1.2 转向传动机构 (10)2.1.3 转向器 (10)2.1.4 转角及最小转弯半径 (11)2.1.5 对转向系的要求 (13)2.2 转向系主要性能参数 (13)2.2.1 转向系的效率 (13)2.2.2 转向器的正效率η+ (14)2.2.3 转向器的逆效率η- (15)2.2.4 角传动比 (15)2.2.5 力传动比 (16)2.2.6 转向器传动副的传动间隙△t (17)2.2.7 转向盘的总转动圈数 (17)3 转向器机械部分的设计与计算 (19)3.1 转向器的结构形式选择 (19)3.2 转向系计算载荷的确定 (20)3.3循环球式转向器设计与计算 (20)3.4 循环球式转向器零件强度计算 (22)4 动力转向系的设计计算 (23)4.1 对动力转向机构的要求 (23)4.2 动力转向机构布置方案的选择 (23)4.2.1 动力转向形式与结构方案 (23)4.2.2 传能介质的选择 (24)4.2.3 液压转向加力装置的选择 (25)4.2.4 液压转向加力装置转向控制阀的选择 (26)4.3 动力缸的设计计算 (27)4.3.1 刚径尺寸Dc的计算 (27)4.3.2 活塞行程s的计算 (29)4.3.3 动力缸缸筒壁厚t的计算 (30)4.4 分配阀的参数选择与设计计算 (30)4.4.1 预开隙e (30)14.4.2 滑阀总移动量e (31)4.4.3 局部压力降p∆ (31)4.4.4 油液流速的允许值[v] (32)4.4.5 滑阀直径d (32)4.4.6 滑阀在中间位置时的油液流速v (32)4.4.7 分配阀的泄漏量Q∆ (33)4.5 回位弹簧的预紧力和反作用阀直径的确定 (33)4.6 油泵排量与油罐容积的确定 (34)4.7 液压动力转向的工作特性 (35)5 转向传动机构设计 (37)5.1转向传送机构的臂、杆与球销 (38)5.2 转向操纵机构的防伤安全措施 (39)6 经济技术路线分析 (42)7 结论 (43)致谢 (44)参考文献 (45)前言100多年前，汽车刚刚诞生后不久，其转向操作是模仿马车和自行车的转向方式，用一个操纵杆或手柄来使前轮偏转实现转向的。