1、基于PLC和變頻器的太陽(yáng)能熱水器控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)摘 要本課題研究了可編程控制器（PLC）與變頻器在太陽(yáng)能熱水器控制器中的應(yīng)用。并詳細(xì)介紹了太陽(yáng)能熱水器的工作原理、工作過(guò)程、系統(tǒng)要求，重點(diǎn)研究了系統(tǒng)要求中的光輻射探測(cè)及循環(huán)水泵的控制、水位控制、壓力控制、加熱控制、防凍控制等。指出了系統(tǒng)的硬件構(gòu)成及系統(tǒng)軟件的設(shè)計(jì)過(guò)程。課題通過(guò)選用s7-200型號(hào)PLC控制器，通過(guò)光輻射探測(cè)器檢測(cè)光照強(qiáng)度來(lái)確定循環(huán)泵的啟動(dòng)與否，利用溫度傳感器檢測(cè)集熱器的溫度來(lái)實(shí)現(xiàn)防凍控制，利用水位傳感器檢測(cè)熱水箱中的水位高低實(shí)現(xiàn)水位控制，利用壓力傳感器檢測(cè)管網(wǎng)末端壓力值并通過(guò)變頻器控制水泵運(yùn)行來(lái)實(shí)現(xiàn)壓力控制，溫度傳感器檢測(cè)管網(wǎng)末端的溫

2、度從而控制鍋爐的啟停來(lái)實(shí)現(xiàn)了加熱控制。同時(shí)運(yùn)用了CPU224及兩個(gè)EM235完成了對(duì)系統(tǒng)的控制，并考慮維護(hù)的方便性、系統(tǒng)可擴(kuò)展性等。通過(guò)用PLC對(duì)太陽(yáng)能的改造，已經(jīng)基本實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)控制的各個(gè)要求，大大減少了系統(tǒng)對(duì)其它元器件的使用，從而使系統(tǒng)接線簡(jiǎn)單、檢修維護(hù)方便快捷、可靠性提高，增進(jìn)了系統(tǒng)的先進(jìn)性，大大減少了制造成本，可以使更多的用戶使用太陽(yáng)能熱水器。關(guān)鍵詞: PLC；太陽(yáng)能；變頻器；熱水器；自動(dòng)控制系統(tǒng)AbstractThis subject research of the programmable controller (PLC) and frequency converter in the

3、 application of solar energy water heater. And introduces the working principle of solar energy water heater, process and system requirements, focus on the system hardware structure and software design of the system process. Points out the key design is mainly PLC can meet the basic control function

4、.The article, through selecting s7-200 PLC and use CPU224 model and two EM235 completion of the system control, and consider the maintenance convenience, system scalability, etc. In this paper in the system to determine the research of each working procedure, to draw the system; the process flow dia

5、gram. The system I/O and soft components distribution, PLC, frequency converter and the various sensors selection of type selection and parameter design; According to the system design requirements of the system design drawing ladder diagram of the system hardware and control such as the wiring diag

6、ram. And introduced the frequency converter constant pressure water supply and the PID control principle.Through the use of solar energy PLCs reform, has realized the system of basic control all requirements, greatly reducing the system to the use of other components, so that the system is simple, m

7、aintenance convenient connection quick, reliability, and enhance the systems advanced, greatly reducing the manufacturing cost, can make more users use solar energy water heater.Keywords: PLC; Solar; Inverter; Water heater; automatic control system目錄 TOC o 1-3 h z u HYPERLINK l _Toc296250568 第一章 緒 論

8、 PAGEREF _Toc296250568 h 1 HYPERLINK l _Toc296250569 第二章 太陽(yáng)能熱水器的綜述 PAGEREF _Toc296250569 h 3 HYPERLINK l _Toc296250570 2.1太陽(yáng)能熱水器的介紹 PAGEREF _Toc296250570 h 3 HYPERLINK l _Toc296250571 2.1.1 概述 PAGEREF _Toc296250571 h 3 HYPERLINK l _Toc296250572 2.1.2 太陽(yáng)能熱水器的基本知識(shí) PAGEREF _Toc296250572 h 6 HYPERLINK l

9、 _Toc296250573 2.2 工藝示意圖 PAGEREF _Toc296250573 h 7 HYPERLINK l _Toc296250574 2.3 工藝流程圖 PAGEREF _Toc296250574 h 8 HYPERLINK l _Toc296250575 2.4 太陽(yáng)能熱水器組成、原理和工作過(guò)程 PAGEREF _Toc296250575 h 10 HYPERLINK l _Toc296250576 2.5 系統(tǒng)的要求 PAGEREF _Toc296250576 h 11 HYPERLINK l _Toc296250577 2.6 本章小結(jié) PAGEREF _Toc296

10、250577 h 12 HYPERLINK l _Toc296250578 第三章 太陽(yáng)能熱水器控制器硬件設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc296250578 h 13 HYPERLINK l _Toc296250579 3.1 PLC的選擇 PAGEREF _Toc296250579 h 13 HYPERLINK l _Toc296250580 3.1.1 概述 PAGEREF _Toc296250580 h 13 HYPERLINK l _Toc296250581 3.1.2可編程控制器應(yīng)用領(lǐng)域 PAGEREF _Toc296250581 h 16 HYPERLINK l _Toc296250

11、582 3.1.3 s7-200的概述 PAGEREF _Toc296250582 h 17 HYPERLINK l _Toc296250583 3.1.4 CPU224的概述 PAGEREF _Toc296250583 h 18 HYPERLINK l _Toc296250584 3.1.5 EM235的概述 PAGEREF _Toc296250584 h 23 HYPERLINK l _Toc296250585 3.1.6 梯形圖概述 PAGEREF _Toc296250585 h 26 HYPERLINK l _Toc296250586 3.2 各單元功能作用介紹 PAGEREF _To

12、c296250586 h 26 HYPERLINK l _Toc296250587 3.3 變頻器的選擇 PAGEREF _Toc296250587 h 30 HYPERLINK l _Toc296250588 3.3.1 變頻器的特點(diǎn) PAGEREF _Toc296250588 h 30 HYPERLINK l _Toc296250589 3.3.2 變頻器恒壓供水工作原理 PAGEREF _Toc296250589 h 30 HYPERLINK l _Toc296250590 3.3.3 變頻器的選擇與參數(shù)設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc296250590 h 31 HYPERLINK l

13、_Toc296250591 3.4 PID控制原理 PAGEREF _Toc296250591 h 32 HYPERLINK l _Toc296250592 3.5 傳感器的選擇 PAGEREF _Toc296250592 h 33 HYPERLINK l _Toc296250593 3.5.1 溫度傳感器 PAGEREF _Toc296250593 h 33 HYPERLINK l _Toc296250594 3.5.2 液位傳感器 PAGEREF _Toc296250594 h 34 HYPERLINK l _Toc296250595 3.5.3 壓力傳感器 PAGEREF _Toc296

14、250595 h 34 HYPERLINK l _Toc296250596 3.5.4 光輻射探測(cè)器 PAGEREF _Toc296250596 h 35 HYPERLINK l _Toc296250597 3.6 系統(tǒng)硬件接線圖 PAGEREF _Toc296250597 h 36 HYPERLINK l _Toc296250598 3.7 本章小結(jié) PAGEREF _Toc296250598 h 36 HYPERLINK l _Toc296250599 第四章 太陽(yáng)能熱水器控制器軟件設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc296250599 h 37 HYPERLINK l _Toc29625060

15、0 4.1 PLC的I/O口分配與軟元件的分配 PAGEREF _Toc296250600 h 37 HYPERLINK l _Toc296250601 4.2 軟件組成 PAGEREF _Toc296250601 h 38 HYPERLINK l _Toc296250602 4.3 系統(tǒng)控制流程圖 PAGEREF _Toc296250602 h 39 HYPERLINK l _Toc296250603 4.4 設(shè)置梯形圖程序 PAGEREF _Toc296250603 h 43 HYPERLINK l _Toc296250604 4.5 本章小結(jié) PAGEREF _Toc296250604

16、h 44 HYPERLINK l _Toc296250605 第五章 程序調(diào)試 PAGEREF _Toc296250605 h 45 HYPERLINK l _Toc296250606 第六章 總 結(jié) PAGEREF _Toc296250606 h 46 HYPERLINK l _Toc296250607 參考文獻(xiàn) PAGEREF _Toc296250607 h 47 HYPERLINK l _Toc296250608 致 謝 PAGEREF _Toc296250608 h 48 PAGE 65第一章 緒 論隨著實(shí)用型單晶硅電池和選擇性太陽(yáng)吸收涂層的研制成功，以及常規(guī)能源供給的有限性和環(huán)保壓力

17、的增加，開(kāi)發(fā)利用太陽(yáng)能成為各國(guó)制定可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的重要內(nèi)容。太陽(yáng)能是可再生能源，環(huán)保無(wú)污染。在科學(xué)飛速發(fā)展的今天，太陽(yáng)能已經(jīng)應(yīng)用到了很多領(lǐng)域，比如先端科技的衛(wèi)星，美國(guó)將太陽(yáng)能融入智能電網(wǎng)，還有如今最為普遍的太陽(yáng)能熱水器。熱水器是太陽(yáng)能熱利用中商業(yè)化程度最高、應(yīng)用最普遍的技術(shù)。當(dāng)然用太陽(yáng)能解決我們熱水問(wèn)題是最好的。用太陽(yáng)能解決我國(guó)家庭熱水是最有希望的、最有效可行的途徑。太陽(yáng)能光熱應(yīng)用市場(chǎng)前景廣闊，除家庭用熱水外，還可用于工業(yè)熱水、采暖、空調(diào)、干燥、農(nóng)業(yè)種植、水產(chǎn)養(yǎng)殖、海水淡化等領(lǐng)域。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(jì)開(kāi)發(fā)同時(shí)進(jìn)行。在此基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)出了全玻璃真空管式熱

18、水器的自動(dòng)控制系統(tǒng)。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(duì)原電氣控制系統(tǒng)進(jìn)行改造，以提高可靠性，并實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的自動(dòng)控制，提高太陽(yáng)能熱水器穩(wěn)定性。可編程控制器由于可提供使用的時(shí)間繼電器和中間繼電器相當(dāng)多，而且其常開(kāi)常閉觸點(diǎn)可多次重復(fù)使用，使得我們?cè)诰幊讨锌梢噪S心所欲。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(shí)間繼電器和中間繼電器，簡(jiǎn)化控制線路、有效提高系統(tǒng)的可靠性，是PLC的突出特點(diǎn)。目前，我國(guó)大部分太陽(yáng)能熱水器控制部分，往往需要大量的中間繼電器和時(shí)間繼電器來(lái)滿足生產(chǎn)工藝要求，結(jié)果使電路設(shè)計(jì)復(fù)雜、繁瑣，故障時(shí)有發(fā)生，給使用和日常維護(hù)帶來(lái)了很大的不便。太陽(yáng)能熱水器是太陽(yáng)能熱

19、利用中商業(yè)化程度最高 、應(yīng)用最普遍的技術(shù) 。但是在熱水器自動(dòng)控制系統(tǒng)中大多采用單片機(jī)控制 ，單片機(jī)開(kāi)發(fā)價(jià)格較高，而PLC開(kāi)發(fā)價(jià)格便宜。選用PLC控制，它具有速度快，可靠性高，體積小，功能全，編程簡(jiǎn)單的特點(diǎn)。目前市場(chǎng)上出現(xiàn)的國(guó)內(nèi)外生產(chǎn)的PLC已有300多種，而且功能也日趨完善。但是其主要參數(shù)仍有較大的差別，例如IO點(diǎn)數(shù)、存儲(chǔ)器容量、掃描速度、指令數(shù)、編程語(yǔ)言、模擬量IO模塊及智能模塊、通信功能等卻各不相同，適用場(chǎng)合也各有側(cè)重。因此，合理地選擇PLC，對(duì)于提高PLC在控制系統(tǒng)中的應(yīng)用起著重要作用。所以，我們的目標(biāo)是通過(guò)改進(jìn)或完善已有太陽(yáng)能熱水器控制系統(tǒng)的不足，設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)新型太陽(yáng)能熱水控制系統(tǒng)基于PL

20、C的太陽(yáng)能熱水器。太陽(yáng)能本身是一個(gè)不斷變化、而影響其變化的因素又較多、極其復(fù)雜的非線性變量，太陽(yáng)熱水系統(tǒng)工程是一個(gè)非線性系統(tǒng)，很難建立精確的數(shù)學(xué)模型，因此采用傳統(tǒng)的控制方法難以得到較佳的控制效果。而模糊控制是以模糊數(shù)學(xué)為基礎(chǔ)發(fā)展起來(lái)的一種新的控制方法。這種控制方法是一種智能的、非線性的控制方法，對(duì)那些無(wú)法取得數(shù)學(xué)模型或數(shù)學(xué)模型相當(dāng)粗糙的系統(tǒng)可以取得較滿意的控制效果，解決一些用傳統(tǒng)控制方法無(wú)法解決的問(wèn)題。太陽(yáng)能熱水器控制器采用PID控制算法，這種算法對(duì)固定參數(shù)的線性定常系統(tǒng)是非常有效的。通過(guò)調(diào)整PID控制器的參數(shù)，一般都能得到比較滿意的控制效果。第二章 太陽(yáng)能熱水器的綜述2.1太陽(yáng)能熱水器的介紹

21、2.1.1 概述我國(guó)太陽(yáng)能歷史可追溯到1958年， HYPERLINK /view/2945.htm t _blank 天津大學(xué)有12.6平米的 HYPERLINK /view/3160944.htm t _blank 太陽(yáng)能浴室。到1973年世界能源危機(jī)，尋求可再生能源，我國(guó)在上世紀(jì)70年代末起，加大研發(fā)與生產(chǎn)太陽(yáng)能集熱器。1979年前后我國(guó)有些單位迎頭研發(fā)全玻璃真空管集熱器。 HYPERLINK /view/1563.htm t _blank 清華大學(xué)運(yùn)用電真空物理的背景，堅(jiān)持了下來(lái)。結(jié)構(gòu)就是一個(gè)拉長(zhǎng)的暖棚，只不過(guò)在內(nèi)玻璃管上有一層選擇性吸收涂層。清華大學(xué)的發(fā)明專利就是鋁氮/鋁太陽(yáng)選擇性吸

22、收涂層，在世界上開(kāi)創(chuàng)用單個(gè)鋁陰極通過(guò)磁控濺射制備紅外低發(fā)射率低層、鋁氮化鋁吸收 HYPERLINK /view/597091.htm t _blank 太陽(yáng)光的陶瓷薄膜和淡化鋁減反膜三個(gè)部分。使用真空管的集熱器可在嚴(yán)寒、低太陽(yáng)輻射下利用，很適合多種氣候。這是一個(gè)選擇性吸收涂層的結(jié)構(gòu)，吸收層每層只有10到30個(gè)納米，低發(fā)射層是到150納米。 HYPERLINK /view/4845073.htm t _blank 太陽(yáng)能熱利用產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。在突破了太陽(yáng)選擇性吸收涂層的核心技術(shù)，通過(guò)產(chǎn)學(xué)研結(jié)合，生產(chǎn)性能價(jià)格比較好的介質(zhì)。2001年到2006年太陽(yáng)能熱利用產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展。2006年銷(xiāo)售額近300億元，提

23、供就業(yè)機(jī)會(huì)60多萬(wàn)個(gè)。中國(guó)太陽(yáng)熱水器2005年安裝量為世界的77%。真空管型約占世界總產(chǎn)量的90%以上， HYPERLINK /view/2555688.htm t _blank 硼硅玻璃3.3年產(chǎn)量約占世界70%，吸氣劑約占世界95%以上，年約1.9億支真空集熱管用，年約0.9億支顯像管用。大量顯像管都在中國(guó)生產(chǎn)，吸氣劑也在中國(guó)生產(chǎn)。這三個(gè)方面我們已經(jīng)走在前面。形成配套的產(chǎn)業(yè)鏈。3.3的玻璃30萬(wàn)噸其中用于真空管有28萬(wàn)噸。真空管鍍膜生產(chǎn)線1000條及配套設(shè)備，生產(chǎn)能力為2億支，裝配約2000萬(wàn)平方米太陽(yáng)能熱水器，還有配套設(shè)備。一些骨干企業(yè)做了技術(shù)改造，提高了企業(yè)的裝備水平和條件。在全球能源

24、形勢(shì)緊張、氣候變暖嚴(yán)重威脅經(jīng)濟(jì)發(fā)展和人們生活健康的今天，世界各國(guó)都在尋求新的能源替代戰(zhàn)略，以求得可持續(xù)發(fā)展和在日后的發(fā)展中獲取優(yōu)勢(shì)地位。太陽(yáng)能以其清潔、源源不斷、安全等顯著優(yōu)勢(shì)，成為關(guān)注重點(diǎn)。在太陽(yáng)能產(chǎn)業(yè)的發(fā)展中，太陽(yáng)能熱水器的熱利用轉(zhuǎn)換技術(shù)無(wú)疑是最為成熟的，其產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程也較 HYPERLINK /view/1048663.htm t _blank 光伏電池、太陽(yáng)能發(fā)電等產(chǎn)業(yè)領(lǐng)先一步。但是目前市場(chǎng)還有待規(guī)范，消費(fèi)群體還有待培育，技術(shù)還有尚須改進(jìn)，因而對(duì)于企業(yè)來(lái)說(shuō)還有較大的成長(zhǎng)空間。中國(guó)的太陽(yáng)能熱利用技術(shù)研究開(kāi)發(fā)始于20世紀(jì)70年代末，其重點(diǎn)置于簡(jiǎn)單，價(jià)廉的 HYPERLINK /view/31

25、6966.htm t _blank 低溫?zé)崂玫倪m用技術(shù)，如 HYPERLINK /view/2457074.htm t _blank 太陽(yáng)能溫室，太陽(yáng)灶，被動(dòng) HYPERLINK /view/72329.htm t _blank 太陽(yáng)房，太陽(yáng)熱水器，和太陽(yáng) HYPERLINK /view/25064.htm t _blank 干燥器。這類(lèi)技術(shù)在農(nóng)村得到推廣應(yīng)用，為緩解農(nóng)村能源短缺，改善農(nóng)村 HYPERLINK /view/30803.htm t _blank 生態(tài)環(huán)境和農(nóng)民生活起了積極的作用，并收到了實(shí)效。20世紀(jì)80年代太陽(yáng)能熱水器列入 HYPERLINK /view/8426.htm t

26、 _blank 國(guó)家“六五”和“七五” HYPERLINK /view/2511940.htm t _blank 科技攻關(guān)項(xiàng)目。主要的研發(fā)項(xiàng)目是高效平板太陽(yáng)集熱器和 HYPERLINK /view/1248855.htm t _blank 全玻璃真空集熱管。在90年代全玻璃真空集熱管的科技成果通過(guò)中試轉(zhuǎn)化為生產(chǎn)力形成自行設(shè)計(jì)和配套的集熱管生產(chǎn)線是科技攻關(guān)的最杰出的成果。2007年，中國(guó)太陽(yáng)能熱水器產(chǎn)量的增長(zhǎng)速度約為30%，年產(chǎn)量達(dá)2340萬(wàn)（16380MWth），總保有量約為10800萬(wàn)（75600MWth）（太陽(yáng)能熱水器壽命按10年計(jì)算，1997年前的保有量作廢）。2007年，太陽(yáng)能熱水器市

27、場(chǎng)銷(xiāo)售額約為320億元人民幣，產(chǎn)值億元人民幣以上的企業(yè)有20多家；2007年，太陽(yáng)能熱水器的出口額增長(zhǎng)約為28%，6500萬(wàn)美元左右，產(chǎn)品出口 HYPERLINK /view/3622.htm t _blank 歐洲、美洲、 HYPERLINK /view/6546.htm t _blank 非洲、東南亞等50多個(gè)國(guó)家和地區(qū)。中國(guó)太陽(yáng)能熱水器的年生產(chǎn)量是歐洲的2倍， HYPERLINK /view/595143.htm t _blank 北美的4倍，現(xiàn)已成為世界上最大的太陽(yáng)能熱水器生產(chǎn)國(guó)和最大的太陽(yáng)能熱水器市場(chǎng)，并仍在以每年20%-30%的速度遞增。但是中國(guó)太陽(yáng)能熱水器的生產(chǎn)企業(yè)有5000多家

28、，除桑樂(lè)、皇明、 HYPERLINK /view/502638.htm t _blank 清華陽(yáng)光、華揚(yáng)、太陽(yáng)雨、力諾瑞特等10個(gè)全國(guó)性品牌因質(zhì)量、售后服務(wù)過(guò)硬而市場(chǎng)知名度較高外，行業(yè)中存在著大量紛繁蕪雜的雜牌企業(yè)，這種狀況不利于行業(yè)的長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展，這就要求政府部門(mén)進(jìn)行規(guī)范，加強(qiáng)監(jiān)管引導(dǎo)。盡管市場(chǎng)現(xiàn)狀不如人意，但市場(chǎng)前景仍看好。隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)和人民生活水平的不斷提高，居民對(duì)家庭室內(nèi)熱水的需求越來(lái)越強(qiáng)烈，中國(guó)太陽(yáng)能熱水器市場(chǎng)潛力巨大。隨著人們環(huán)保意識(shí)的不斷加強(qiáng)，越來(lái)越多的 HYPERLINK /view/99548.htm t _blank 消費(fèi)者傾向于選擇太陽(yáng)能熱水器，但很多人對(duì)使用這種產(chǎn)品又不是很

29、了解。在這里，我們將太陽(yáng)能熱水器、電熱水器和 HYPERLINK /view/363637.htm t _blank 燃?xì)鉄崴鞯男阅茏饕粋€(gè)粗略的比較。一、熱水產(chǎn)量方面燃?xì)鉄崴饔?升、7升、8升等不同的型號(hào)，是指在1分鐘內(nèi)將水溫升高25時(shí)所產(chǎn)的熱水量，如果自來(lái)水的溫度為25，則每分鐘可產(chǎn)50的熱水5升、7升或8升。 電熱水器的標(biāo)注則是30升、60升、90升等等，這是指電熱水器的容水量，相當(dāng)于我們?cè)陔姞t子上加一個(gè)水壺，這個(gè)水壺的盛水量是30升、60升、90升。拿一個(gè)8升的燃?xì)鉄崴髋c一個(gè)40升的電熱水器相比較，8升的燃?xì)鉄崴骺蛇B續(xù)不斷地產(chǎn)生每分鐘8升的熱水，而電熱水器需要間隔半小時(shí)加熱一罐水

30、。如果這一罐水用完，還要等半小時(shí)左右。太陽(yáng)能熱水器按照年平均氣溫15.7、年 HYPERLINK /view/272475.htm t _blank 日照時(shí)數(shù)2014小時(shí)、 HYPERLINK /view/1752209.htm t _blank 太陽(yáng)總輻射總量年均為111.59千卡/平方米計(jì)算，如果集熱面積為2平方米，年吸收太陽(yáng)輻射能量為9.37106千焦，按把水溫升高35計(jì)算（基礎(chǔ)水溫10），全年可提供生活用熱水（45）53.5噸，每人每次洗澡用熱水約需50公斤，則全年可洗1070人次，平均每天可洗2.93人次。二、加熱速度方面目前生產(chǎn)的燃?xì)鉄崴鞔蠖酁?HYPERLINK /view/3

31、680105.htm t _blank 快速熱水器，不論什么時(shí)候，只要想用熱水，打開(kāi)燃?xì)忾y和水龍頭，熱水就會(huì)流出來(lái)。而電熱水器需要預(yù)先通電半小時(shí)左右，才能開(kāi)始使用。太陽(yáng)能熱水器在天氣晴朗的時(shí)候使用更好，最理想的樓層在六至八層。三、溫度穩(wěn)定性方面燃?xì)鉄崴饔捎谑强焖偌訜幔⒂姓{(diào)整溫度裝置，只要在使用開(kāi)始時(shí)調(diào)到人體感覺(jué)舒適的溫度，而后就會(huì)一直保持在這一溫度恒定地供應(yīng)熱水。 電熱水器在使用時(shí)需要另外接一根冷水管兌入冷水，當(dāng)罐內(nèi)水不斷流出，冷水不斷加入時(shí)，水溫就會(huì)逐漸下降，直到全部是冷水。所以在使用時(shí)，需要不停地去調(diào)整冷熱水的比例。太陽(yáng)能熱水器使用起來(lái)暫時(shí)還不大方便，要上水，且不能保證時(shí)時(shí)有熱水。 四

32、、 HYPERLINK /view/44147.htm t _blank 功率方面燃?xì)鉄崴鞯墓β室入姛崴鞔蠛芏啵靡粋€(gè)8升的燃?xì)鉄崴骱?0升的電熱水器相比較，8升燃?xì)鉄崴鞯墓β氏喈?dāng)于16-17千瓦，而40升的電熱水器一般為3千瓦，這也是為什么燃?xì)鉄崴骺蛇B續(xù)供應(yīng)熱水的緣故。那么，電熱水器是否也可做成16千瓦的呢？這是不可能的，因?yàn)榧矣秒姳怼㈦娋€都無(wú)法承受。 五、價(jià)格方面8升的燃?xì)鉄崴鲀r(jià)格一般在800元以上，再加上安裝費(fèi)，大約在1000元以上，有的甚至接近2000元。電熱水器現(xiàn)在都在500元以上，加上安裝費(fèi)用，一般不到1000元。太陽(yáng)能熱水器的價(jià)格都在3000元以上。 使用費(fèi)用方面，

33、目前 HYPERLINK /view/1093.htm t _blank 天然氣每立方米為1.7元，每度電為0.44元，而太陽(yáng)能熱水器僅耗水費(fèi)。假設(shè)太陽(yáng)能熱水器和電熱水器的使用壽命都是10年，在使用成本方面，電熱水器就算省著用，一天一罐水，一年要600元左右的電費(fèi)，太陽(yáng)能熱水器一年估計(jì) 40多天要用電，算100元電費(fèi)，十年省5000元左右。購(gòu)買(mǎi)成本方面，電熱水器1000多的就不錯(cuò)了，而買(mǎi)太陽(yáng)能熱水器比電熱水器要貴不少，比較好的產(chǎn)品150立升全套下來(lái)要在4000元左右，比電的貴3000元左右。綜合考慮購(gòu)買(mǎi)成本和使用成本，使用太陽(yáng)能熱水器10年省2000元左右。六、安全性方面燃?xì)鉄崴鞯膬?yōu)點(diǎn)是加熱

34、快、出水量大、溫度穩(wěn)定、結(jié)水垢少、占地小、不受水量控制。缺點(diǎn)是使用時(shí)要排出大量的廢氣，廢氣中除了二氧化碳以外，還有 HYPERLINK /view/4705.htm t _blank 一氧化碳，如果使用時(shí)關(guān)閉門(mén)窗，通風(fēng)不良，一氧化碳會(huì)增加，嚴(yán)重時(shí)會(huì)發(fā)生中毒事故，但如果能正確地了解這一點(diǎn)，使用時(shí)注意，也是很安全的；另外，燃?xì)鉄崴鲉?dòng)水壓高，有些住高層的用戶如果不裝增壓泵就無(wú)法起動(dòng)；安裝不方便，要在墻上打洞、安排氣扇等。 電熱水器的優(yōu)點(diǎn)是能適應(yīng)任何天氣變化，普通家庭可直接安裝使用，長(zhǎng)時(shí)間通電可以大流量供熱水；使用時(shí)不產(chǎn)生廢氣，所以從這一點(diǎn)上講是既安全又衛(wèi)生，目前市場(chǎng)上銷(xiāo)售的電熱水器多數(shù)還帶有防觸

35、電裝置。缺點(diǎn)是體積大、占用室內(nèi)空間大、易結(jié)水垢、對(duì)電能浪費(fèi)大，最新型的電熱水器內(nèi)置了陽(yáng)極鎂棒除垢裝置，解決了產(chǎn)品容易結(jié)垢的問(wèn)題，但陽(yáng)極鎂棒須兩年更換一次，給保養(yǎng)帶來(lái)了麻煩。 太陽(yáng)能熱水器的優(yōu)點(diǎn)是安全、節(jié)能、環(huán)保、經(jīng)濟(jì)，尤其是帶輔助電加熱功能的太陽(yáng)能熱水器，它以太陽(yáng)能為主、電能為輔的能源利用方式，可全年全天候使用。缺點(diǎn)是安裝復(fù)雜，安裝不當(dāng)會(huì)影響住房的外觀、質(zhì)量及城市的市容市貌；因要安裝在室外，維護(hù)較麻煩。2.1.2 太陽(yáng)能熱水器的基本知識(shí)太陽(yáng)能熱水器分為三種，即普通太陽(yáng)能熱水器、全天候太陽(yáng)能熱水器、全自動(dòng)太陽(yáng)能熱水器 。普通太陽(yáng)能熱水器就是最基本的熱水器，在晴好天氣可能出熱水正常使用，但陰天時(shí)如

36、果儲(chǔ)藏的熱水用完了，就不能出熱水了。全天候的熱水器常備有電加熱系統(tǒng)，當(dāng)陰天時(shí)打開(kāi)電加熱開(kāi)關(guān)，就可以出熱水了，陰雨天照樣能使用。如果再配套一個(gè)小容量的電熱水效果更好。全自動(dòng)太陽(yáng)能熱水器就是能夠?qū)崴樌M(jìn)行簡(jiǎn)單管理的熱水器，裝有定時(shí)電加熱裝置和定時(shí)上水裝置，這種熱水器一般無(wú)須人專心管理，只要打開(kāi)熱水器就可以出熱水。熱水器往往配有水位、水溫顯示器，使您對(duì)屋上的熱水器的工作狀態(tài)基本了解，有的控制儀還有排空和循環(huán)功能使熱水器更好使用。太陽(yáng)能熱水器具有保溫功能，其真空玻璃集熱管是雙層玻璃構(gòu)成，內(nèi)表鍍上熱吸收層，兩層之間為真空，這樣相當(dāng)于一個(gè)拉長(zhǎng)的保溫瓶。熱量只能進(jìn)不能出，熱水器水箱是采用雙層不銹鋼板構(gòu)成

37、，中間是聚胺脂整體發(fā)泡的保溫體，保溫作用十分明顯，一般合格的太陽(yáng)能熱水器每天溫度下降在5以內(nèi)。 按照冬季日 HYPERLINK /view/596796.htm t _blank 溫升50度來(lái)設(shè)計(jì)真空管與水箱容積配比，正常情況下，太陽(yáng)能能達(dá)到50-70度，如果夏天連續(xù)幾天未用，太陽(yáng)能中水溫有可能達(dá)到70-90度。真空管太陽(yáng)能熱水器效率高，在夏季晴天的情況下，不到兩天水溫可達(dá) HYPERLINK /view/81200.htm t _blank 沸點(diǎn)，若長(zhǎng)時(shí)間不用水，如出差、旅游時(shí)，使水箱內(nèi)長(zhǎng)時(shí)間處于高溫、高壓的狀態(tài)下，會(huì)促進(jìn)密封圈的老化，加速 HYPERLINK /view/135477.ht

38、m t _blank 聚氨酯的老化、萎縮，有時(shí)排氣不暢通，壓力太大還會(huì)使水箱脹壞，還會(huì)結(jié)水垢，縮短水箱的壽命。因此，若你長(zhǎng)期不在家，應(yīng)安排別人經(jīng)常放熱水上冷水，或者在真空管集熱器上放置遮蓋物擋住陽(yáng)光，待回家后，再除去。太陽(yáng)能里存儲(chǔ)的熱水如果幾天未用，最好不要用來(lái)洗澡。因?yàn)樘?yáng)能熱水器好幾天未用的水一般都是較熱的水了，達(dá)到70以上，尤其在夏天晴朗天氣超過(guò)2天，水就會(huì)沸騰，到夜間會(huì)適當(dāng)降溫，使水溫保持在6070區(qū)域時(shí)間很長(zhǎng)，而這個(gè)溫度區(qū)域是水中細(xì)菌繁殖的極佳溫度，因此，如好幾天或長(zhǎng)期不用的熱水，水質(zhì)較差，細(xì)菌多，要排放掉，不要洗澡或用來(lái)燒開(kāi)水等飲用，這樣的水洗澡對(duì)皮膚不利，長(zhǎng)期使用這種水洗澡會(huì)引發(fā)

39、皮膚病。太陽(yáng)能熱水器投入使用后，要經(jīng)常使用，建議每天最好使用4至5次，間隔時(shí)間在4小時(shí)以內(nèi)，這是因?yàn)椋阂弧㈤L(zhǎng)時(shí)間地用水，對(duì)樓層較低的用戶來(lái)說(shuō)，所用到的水實(shí)際上是管道中的低溫水（太陽(yáng)能熱水器里面的水停留在管道中降溫后形成）；尤其在北方冬季，外界氣溫低，有時(shí)達(dá)到25以下，上下水管路內(nèi)的水涼地很快，若是六層樓，一樓用戶每次需放掉一臉盆冷水，特別浪費(fèi)，如果頻繁使用就好一些；二、能有效防凍，讓上下水管路始終有熱源，加上保溫層，可有效防凍。在北方冬季，不少人還采用室內(nèi)稍微打開(kāi)熱水器 HYPERLINK /view/9523.htm t _blank 閥門(mén)，往下滴水的辦法來(lái)防凍。當(dāng)冬季時(shí)， HYPERLIN

40、K /view/9196.htm t _blank 日照強(qiáng)度低， HYPERLINK /view/958757.htm t _blank 日照時(shí)間短，且環(huán)境溫度低，有可能當(dāng)天上水當(dāng)天達(dá)不到預(yù)計(jì)溫度，此時(shí)可適當(dāng)控制水箱內(nèi)水量，或在必要時(shí)啟動(dòng)電 HYPERLINK /view/3835493.htm t _blank 輔助系統(tǒng)，或燃?xì)廨o助系統(tǒng)。熱水器里的熱水不需要放掉，因?yàn)樗渲械乃怯蔁崛莸模簿褪钦f(shuō)太陽(yáng)能水箱中的水是有一定熱量的，水量越大，熱容越大，越能延緩結(jié)冰的速度。如果把水放了，真空管中的水是放不出來(lái)的，熱容變小了，容易結(jié)冰。使用太陽(yáng)能熱水器時(shí)，還應(yīng)注意熱水合適上滿與最佳上水時(shí)間，一般太陽(yáng)

41、能熱水器安有溢流管，可根據(jù)溢流管是否排水判斷水滿狀態(tài)，另外可以配備水位控制儀，水滿自動(dòng)報(bào)警，根據(jù)報(bào)警判別。真空管內(nèi)無(wú)水時(shí)，即空曬狀態(tài)下，管內(nèi)溫度能達(dá)到250左右，此時(shí)上水造成真空管爆裂，故在水箱內(nèi)無(wú)水或第一次上水時(shí)必須在日出前或太陽(yáng)落山半小時(shí)后進(jìn)行。使用太陽(yáng)能熱水器要注意使用安全：一是防止使用者燙傷，全國(guó)近兩年來(lái)已有數(shù)例被燙傷的病例，被燙傷者往往認(rèn)為太陽(yáng)能產(chǎn)生的 HYPERLINK /view/3823829.htm t _blank 熱水溫度不會(huì)太高，實(shí)際上在夏天太陽(yáng)能熱水器中的水溫往往達(dá)到80以上，使用者不注意往往被燙傷，在剛放水洗澡時(shí)要注意到起先放出的是水管中儲(chǔ)存的部分涼水，一旦太陽(yáng)能熱

42、水器中的水流到，溫度會(huì)忽然上升到80以上，造成燙傷；二是要把熱水器緊固以防臺(tái)風(fēng)將其從房項(xiàng)吹落，造成傷害。除此之外，使用太陽(yáng)能熱水器還應(yīng)注意以下事項(xiàng)：1、注意上水時(shí)間。2、根據(jù)天氣情況，決定上水量，保證洗浴時(shí)適當(dāng)?shù)乃疁亍?、定期檢查熱水器的管道，排氣孔等元件是否正常工作。4、 HYPERLINK /view/42413.htm t _blank 大氣污染嚴(yán)重或風(fēng)沙大、干燥地區(qū)定期沖洗真空管。 5、熱水器安裝后，非專業(yè)人員不要輕易挪動(dòng)、裝卸整機(jī)，以免損壞關(guān)鍵元件。2.2 工藝示意圖太陽(yáng)能熱水器一般主要由太陽(yáng)能集熱箱，集熱器，混合水箱等幾部分組成。其工藝流程圖如圖1所示，圖1中當(dāng)光輻射探測(cè)器檢測(cè)到有

43、陽(yáng)光射入時(shí)，將相應(yīng)電信號(hào)（020mA）輸入PLC控制器，控制器輸出信號(hào)啟動(dòng)循環(huán)泵實(shí)現(xiàn)循環(huán)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)自來(lái)水的循環(huán)加熱，同時(shí)，自來(lái)水與被加熱的水還將流入混合水箱，使之達(dá)到合適的洗浴溫度，最后傳給用戶使用。當(dāng)溫度較低且無(wú)光照時(shí)，此系統(tǒng)還具備防凍控制。無(wú)光照時(shí)，集熱器中設(shè)置有溫度傳感器，當(dāng)溫度小于4度時(shí)，將相應(yīng)電信號(hào)（020mA）輸入PLC控制器，循環(huán)泵啟動(dòng)，當(dāng)溫度大于8時(shí)，防凍循環(huán)停止。在太陽(yáng)能集熱相中，當(dāng)水位低于設(shè)定水位時(shí)，集熱箱中水位傳感器檢測(cè)到的電信號(hào)（020mA）輸入PLC控制器，控制器輸出信號(hào)啟動(dòng)補(bǔ)水泵補(bǔ)水。集熱器管道中設(shè)有靶流開(kāi)關(guān)，當(dāng)管道中無(wú)水流時(shí)，靶流開(kāi)關(guān)將信號(hào)送入PLC控制器并報(bào)警。

44、供水管中設(shè)有壓力傳感器檢測(cè)供水管網(wǎng)壓力，當(dāng)管網(wǎng)壓力不合適時(shí)，通過(guò)變頻器控制管網(wǎng)壓力實(shí)現(xiàn)定壓控制。混合水箱達(dá)不到設(shè)定溫度時(shí)，管網(wǎng)末端的溫度傳感器將電信號(hào)傳入PLC，通過(guò)PLC控制自動(dòng)啟動(dòng)鍋爐，加熱到合適溫度時(shí)停止加熱。圖1 太陽(yáng)能熱水器工藝結(jié)構(gòu)示意圖2.3 工藝流程圖通過(guò)理解太陽(yáng)能熱水器工藝結(jié)構(gòu)示意圖，我們不難完成此熱水器的流程圖，流程圖如下：開(kāi)始自來(lái)水進(jìn)入太陽(yáng)能集熱水箱開(kāi)始自來(lái)水進(jìn)入太陽(yáng)能集熱水箱是否有陽(yáng)光攝入集熱管是否有水流循環(huán)泵啟動(dòng)報(bào)警器報(bào)警集熱器加熱冷熱水進(jìn)入混合水箱用戶否是否是2.4 太陽(yáng)能熱水器組成、原理和工作過(guò)程1、熱水器組成及原理太陽(yáng)能熱水器是太陽(yáng)能成果應(yīng)用中的一大產(chǎn)業(yè)，它以環(huán)保

45、、安全、節(jié)能、衛(wèi)生等優(yōu)點(diǎn)，迅速贏得了廣大消費(fèi)者的青睞， HYPERLINK /view/61891.htm t _blank 中國(guó)，是一個(gè)能源消耗大國(guó)，每年全國(guó)能耗約占全世界能耗總量的13，而全國(guó)總能耗中，有13是來(lái)自建筑能耗。“向屋頂要能源”，太陽(yáng)能熱水器就是吸收太陽(yáng)的輻射熱能，加熱冷水提供給人們?cè)谏睢⑸a(chǎn)中使用的節(jié)能設(shè)備。熱水器主要由集熱器、水泵和水箱等組成。下圖為典型的熱水器裝置簡(jiǎn)圖。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。上升水管5與循環(huán)水箱3的上部相連，另一端與集熱器1的上集管相接。補(bǔ)給水箱4供給循環(huán)水箱3所需的冷水。當(dāng)集熱

46、器吸收太陽(yáng)輻射后，集熱器內(nèi)溫度上升，水溫也隨之升高。水溫升高后，水的比重減輕，經(jīng)上升水管進(jìn)入循環(huán)水箱上部。而循環(huán)水箱下部的冷水，比重較大，就由水箱下部流到集熱器下方，在集熱器內(nèi)受熱后又上升。這樣不斷對(duì)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(shí)，水溫不再升高。這種熱水器利用循環(huán)加熱的原理，因此又稱為循環(huán)式熱水器。熱水器裝置簡(jiǎn)圖1一集熱器 2一下降水管 3一循環(huán)水管4一補(bǔ)給水箱 5一上升水管 6一自來(lái)水管 7一熱水出水管圖2-3熱水器裝置簡(jiǎn)圖2、熱水器的基本工作過(guò)程1） 吸熱過(guò)程。太陽(yáng)輻射透過(guò)玻璃蓋板，被集熱板吸收后沿肋片和管壁傳遞到吸熱管內(nèi)的水。吸熱管內(nèi)的水吸熱后溫度升高，比

47、重減小而上升，形成一個(gè)向上的動(dòng)力，構(gòu)成一個(gè)熱虹吸系統(tǒng)。隨著熱水的不斷上移并儲(chǔ)存在儲(chǔ)水箱上部，同時(shí)通過(guò)下循環(huán)管不斷補(bǔ)充溫度較低的水，如此循環(huán)往復(fù)，最終整箱水都升高至一定的溫度。2） 水循環(huán)管路。家用太陽(yáng)能熱水器通常按自然循環(huán)方式工作，沒(méi)有外在的動(dòng)力，設(shè)計(jì)良好的系統(tǒng)只要有56以上的溫差就可以循環(huán)很好。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。 多數(shù)情況下，自然循環(huán)家用熱水器系統(tǒng)管路中的流態(tài)都可以視為層流。 集熱器內(nèi)管路系統(tǒng)的阻力主要來(lái)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。當(dāng)水溫升高后，由于運(yùn)動(dòng)粘度減小，沿程阻力變小，局部阻力的影響變大。在一定

48、范圍內(nèi)，當(dāng)主管管徑不變時(shí)，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。一般地，支管的半徑應(yīng)在10mm以上。當(dāng)主管管徑達(dá)到一定值以后，增加主管管徑對(duì)減小系統(tǒng)阻力意義不大。2.5 系統(tǒng)的要求太陽(yáng)能熱水器的電路控制非常重要，好的智能控制儀表應(yīng)該具備以下功能：1、太陽(yáng)能集熱循環(huán)控制白天太陽(yáng)能循環(huán)泵不間斷連續(xù)運(yùn)行，夏季夜晚停泵，冬季溫控循環(huán)防凍。2、光輻射探測(cè)及循環(huán)水泵的控制當(dāng)光輻射探測(cè)器探測(cè)到太陽(yáng)光時(shí)，將相應(yīng)電信號(hào)（020mA）輸入PLC控制器，控制器輸出信號(hào)啟動(dòng)循環(huán)泵實(shí)現(xiàn)循環(huán)，同時(shí)在管道上探測(cè)水流，當(dāng)無(wú)水時(shí)將信號(hào)送入PLC控制器并報(bào)警。3、水位控制將水位傳感器檢測(cè)到的電信號(hào)（020

49、mA）輸入PLC控制器，到水位低于設(shè)定水位時(shí)控制器輸出信號(hào)啟動(dòng)補(bǔ)水泵補(bǔ)水。4、壓力控制將供水管網(wǎng)壓力傳感器檢測(cè)到的電信號(hào)（020mA）輸入PLC控制器，利用變頻器對(duì)末端壓力實(shí)現(xiàn)定壓控制。5、加熱控制根據(jù)需求端的實(shí)際用水情況，采用出水溫度控制的方式控制鍋爐的啟停。當(dāng)白天太陽(yáng)輻射不足，儲(chǔ)水箱溫度達(dá)不到設(shè)定值時(shí)，控制器自動(dòng)啟動(dòng)鍋爐加熱，否則加熱停止。6、管道防凍在集熱器的供水管上設(shè)置溫度傳感器，當(dāng)溫度小于4時(shí)，循環(huán)泵啟動(dòng)，當(dāng)溫度大于8時(shí)，防凍循環(huán)停止。7、防空曬、悶曬2.6 本章小結(jié)本章講述了太陽(yáng)能熱水器的發(fā)展歷程，發(fā)展領(lǐng)域，并且增加了一些日常使用太陽(yáng)能熱水器所必要的小知識(shí)。之后系統(tǒng)的描述了本設(shè)計(jì)的

50、示意圖，并在深刻理解示意圖的基礎(chǔ)上開(kāi)發(fā)出了流程圖，深入的剖析了太陽(yáng)能熱水器的組成原理及工作過(guò)程和應(yīng)該具備的系統(tǒng)要求。讀者在閱讀本章后，會(huì)對(duì)太陽(yáng)能熱水器這一概念有了總體上的初步認(rèn)識(shí)，并且對(duì)于本設(shè)計(jì)有了初步的了解，至于熱水器中更加系統(tǒng)的軟件硬件設(shè)計(jì)，將在后續(xù)幾章里講述。第三章 太陽(yáng)能熱水器控制器硬件設(shè)計(jì)3.1 PLC的選擇可編程控制器（PragrammableLogicController,簡(jiǎn)稱 PLC，是一種數(shù)字運(yùn)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(guó)科學(xué)家首先研制成功的。它采用可編程序的存儲(chǔ)器，其內(nèi)部存貯執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序控制、定時(shí)、計(jì)數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等操作指令，并通過(guò)數(shù)字的

51、、模擬的輸入和輸出，控制各種類(lèi)型的機(jī)械或生產(chǎn)過(guò)程。可編程序控制器及其有關(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(kuò)充其功能的原則設(shè)計(jì)的。PLC自產(chǎn)生至今只有30多年的歷史，卻得到了迅速發(fā)展和廣泛應(yīng)用，成為當(dāng)代工業(yè)自動(dòng)化的主要支柱之一。長(zhǎng)期以來(lái)，PLC在工業(yè)自動(dòng)化控制而發(fā)揮著巨大作用，為各種各樣的自動(dòng)化控制設(shè)備提供了廣泛、可靠的控制應(yīng)用。這主要是源于它能夠?yàn)樽詣?dòng)化控制應(yīng)用提供安全可靠和比較完善的解決方案，適合當(dāng)前自動(dòng)化工業(yè)企業(yè)的需要。3.1.1 概述20世紀(jì)70年代大規(guī)模集成電路和微處理機(jī)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 Contr

52、oller）產(chǎn)品。這類(lèi)產(chǎn)品具有穩(wěn)定可靠、價(jià)格便宜、功能齊全、體積小、應(yīng)用靈活方便、工程周期短、操作維護(hù)方便、應(yīng)用領(lǐng)域廣闊等優(yōu)點(diǎn)。隨著集成電路和計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)在己誕生了第五代PLC產(chǎn)品。PLC采用循環(huán)（巡回）掃描工作方式，而大、中型PLC還增加了中斷工作方式。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(jí)順序（高級(jí)和低級(jí)順序）或可變順序等進(jìn)行。因?yàn)橛械挠脩舫绦虿恍枰繏呙枰淮螆?zhí)行一次，也為的是在控制系統(tǒng)需要處理的I/O點(diǎn)數(shù)較多時(shí)，通過(guò)不同的模塊組合的安排，采用分時(shí)分批掃描執(zhí)行的辦法，可縮短循環(huán)掃描周期和控制的實(shí)時(shí)性。用戶將用戶程序設(shè)計(jì)、調(diào)試后，用編程器鍵入PLC的存儲(chǔ)器中，并將現(xiàn)場(chǎng)的輸入

53、信號(hào)和被驅(qū)動(dòng)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(kāi)關(guān)使其處于運(yùn)行工作方式，PLC就以循環(huán)掃描的工作方式進(jìn)行工作。在輸入信號(hào)、用戶程序的控制上，產(chǎn)生相應(yīng)的輸出信號(hào)，完成預(yù)期的控制任務(wù)。PLC的典型的循環(huán)順序掃描土作過(guò)程如圖2所示。從圖2中可以看出，一個(gè)典型的可編程序控制器在一個(gè)掃描周期中要完成六個(gè)掃描過(guò)程。在系統(tǒng)軟件的指揮下，按圖24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。從掃描過(guò)程中的某個(gè)掃描過(guò)程開(kāi)始，順序掃描后又回到該過(guò)程成為一個(gè)掃描周期。進(jìn)行一個(gè)掃描周期所需的時(shí)間稱為一個(gè)掃描周期時(shí)間。輸出服務(wù)是否超時(shí)？輸出服務(wù)是否超時(shí)？停機(jī)出錯(cuò)顯示否

54、是與編程器進(jìn)行信息交換是否有網(wǎng)絡(luò)與網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行信息交換采集現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)執(zhí)行用戶程序開(kāi)始自診斷是否故障停機(jī)出錯(cuò)顯示是否是否圖2 PLC循環(huán)順序掃描工作流程圖1、通用性強(qiáng),使用方便。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。當(dāng)控制對(duì)象的硬件配置確定以后 ,就可通過(guò)修改用戶程序 ,方便快速地適應(yīng)工藝條件的變化。2、功能性強(qiáng),適應(yīng)面廣。現(xiàn)代 PLC不僅具有邏輯運(yùn)算、計(jì)時(shí)、計(jì)數(shù)、順序控制等功能 ,而且還具有A/D和D/A轉(zhuǎn)換、數(shù)值運(yùn)算、數(shù)據(jù)處理等功能。因此 ,它既可對(duì)開(kāi)關(guān)量進(jìn)行控制 ,也可對(duì)模擬量進(jìn)行控制 ,既可控制1臺(tái)生產(chǎn)機(jī)械、1條生產(chǎn)線 ,也可控制1個(gè)生產(chǎn)過(guò)程。PLC 還具有通

55、訊聯(lián)絡(luò)功能，與上位計(jì)算機(jī)構(gòu)成分布式控制系統(tǒng) ,實(shí)現(xiàn)遙控功能。3、可靠性高,抗干擾能力強(qiáng)。大多數(shù)用戶都將可靠性作為選擇控制裝置的首要條件。針對(duì) PLC是專為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)的 ,故采取了一系列硬件和軟件抗干擾措施。硬件方面 ,隔離是抗干擾的主要措施之一。PLC的輸入、輸出電路一般用光電耦合器來(lái)傳遞信號(hào) ,使外部電路與CPU之間無(wú)電路聯(lián)系 ,有效地抑制了外部干擾源對(duì)PLC的影響,同時(shí),還可以防止外部高電壓竄入CPU模塊濾波是抗干擾的另一主要措施,在PLC的電源電路和 I/O模塊中,設(shè)置了多種濾波電路,對(duì)高頻干擾信號(hào)有良好的抑制作用。軟件方面,設(shè)置故障檢測(cè)與診斷程序。采用以上抗干擾措施后 ,一

56、般 PLC平均無(wú)故障時(shí)間高達(dá)4萬(wàn)5萬(wàn)h。4、編程方法簡(jiǎn)單,容易掌握PLC配備有易于接受和掌握的梯形圖語(yǔ)言。該語(yǔ)言編程元件的符號(hào)和表達(dá)方式與繼電器控制電路原理圖相當(dāng)接近。5、控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、安裝、調(diào)試和維修方便。PLC用軟件功能取代了繼電器控制系統(tǒng)中大量的中間繼電器、時(shí)間繼電器、計(jì)數(shù)器等部件,控制柜的設(shè)計(jì)、安裝接線工作量大為減少。PLC的用戶程序大都可以在實(shí)驗(yàn)室模擬調(diào)試,調(diào)試好后再將PLC控制系統(tǒng)安裝到生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng),進(jìn)行聯(lián)機(jī)統(tǒng)調(diào)。在維修方面,PLC的故障率很低,且有完善的診斷和實(shí)現(xiàn)功能,一旦PLC外部的輸入裝置和執(zhí)行機(jī)構(gòu)發(fā)生故障,就可根據(jù)PLC上發(fā)光二極管或編程器上提供的信息 ,迅速查明原因。若是P

57、LC本身問(wèn)題,則可更換模塊,迅速排除故障,維修極為方便。6、體積小、質(zhì)量小、功耗低。由于PLC是將微電子技術(shù)應(yīng)用于工業(yè)控制設(shè)備的新型產(chǎn)品,因而結(jié)構(gòu)緊湊,堅(jiān)固,體積小,質(zhì)量小,功耗低,而且具有很好的抗震性和適應(yīng)環(huán)境溫度、濕度變化的能力。因此,PLC很容易裝入機(jī)械設(shè)備內(nèi)部,是實(shí)現(xiàn)機(jī)電一體化較理想的控制設(shè)備。PLC的分類(lèi)目前，PLC應(yīng)用廣泛，國(guó)內(nèi)外生產(chǎn)廠家眾多，所生產(chǎn)的PLC產(chǎn)品更是品種繁多，其型號(hào)、規(guī)格和性能各不相同。通常，可以按照結(jié)構(gòu)形式的不同及功能的差異進(jìn)行大致的分類(lèi)。1、按結(jié)構(gòu)形式分按照結(jié)構(gòu)形式的不同，PLC可分為整體式和模塊式兩種。前者具有結(jié)構(gòu)緊湊、體積小、重量輕、價(jià)格低的優(yōu)點(diǎn)，易于裝在工

58、業(yè)設(shè)備的內(nèi)部，通常適于單機(jī)工作。一般小型和超小型PLC多采用這種結(jié)構(gòu)，如日本三菱FX系列的PLC。后者配置靈活，裝載和維修方便，功能易于擴(kuò)展，其缺點(diǎn)是結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，造價(jià)也較高。一般大、中型PLC都采用這種結(jié)構(gòu)，如日本三菱公司的AN系列。2、按功能、點(diǎn)數(shù)分按功能、輸入輸出點(diǎn)數(shù)和存儲(chǔ)器容量不同，PLC可分為小型、中型和大型三類(lèi)。小型PLC又稱為低檔的PLC。這類(lèi)PLC的規(guī)模較小，它的輸入輸出點(diǎn)數(shù)一般從20點(diǎn)到128點(diǎn)。中型PLC的I/O點(diǎn)數(shù)通常在120點(diǎn)至512點(diǎn)之間，用戶程序存儲(chǔ)器的容量為2KB-8KB。大型PLC又稱為高檔的PLC，I/O點(diǎn)數(shù)在512點(diǎn)以上，其中I/O點(diǎn)數(shù)大于8192點(diǎn)的又稱為超

59、大型PLC，用戶程序存儲(chǔ)器容量在8KB以上。3.1.2可編程控制器應(yīng)用領(lǐng)域在發(fā)達(dá)的工業(yè)國(guó)家 ,PLC已經(jīng)廣泛應(yīng)用于鋼鐵、石油、化工、電力、建材、機(jī)械制造、汽車(chē)、輕紡、交通運(yùn)輸、環(huán)保及文化娛樂(lè)等各行各業(yè)。隨著 PLC性能價(jià)格比的不斷提高,一些過(guò)去使用專用計(jì)算機(jī)的場(chǎng)合 ,也轉(zhuǎn)向使用 PLC。PLC的應(yīng)用范圍在不斷擴(kuò)大,可歸納為如下幾個(gè)方面。1、開(kāi)關(guān)量的邏輯控制這是 PLC 最基本最廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域。PLC 取代繼電器控制系統(tǒng) ,實(shí)現(xiàn)邏輯控制。例如：機(jī)床電氣控制，沖床、鑄造機(jī)械、運(yùn)輸帶、包裝機(jī)械的控制，注塑機(jī)的控制，化工系統(tǒng)中各種泵和電磁閥的控制，冶金企業(yè)的高爐上料系統(tǒng)、軋機(jī)、連鑄機(jī)、飛剪的控制，電鍍

60、生產(chǎn)線、啤酒灌裝生產(chǎn)線、汽車(chē)配裝線、電視機(jī)和收音機(jī)的生產(chǎn)線控制等。2、運(yùn)動(dòng)控制PLC可用于對(duì)直線運(yùn)動(dòng)或圓周運(yùn)動(dòng)的控制。早期直接用開(kāi)關(guān)量 I/O模塊連接位置傳感器與執(zhí)行機(jī)構(gòu) ,現(xiàn)在一般使用專用的運(yùn)動(dòng)控制模塊。世界上各主要PLC 廠家生產(chǎn)的 PLC 幾乎都有運(yùn)動(dòng)控制功能。PLC的運(yùn)動(dòng)控制功能廣泛地用于各種機(jī)械。例如:金屬切削機(jī)床、金屬成型機(jī)械、配裝機(jī)械、機(jī)器人和電梯等。3、閉環(huán)過(guò)程控制過(guò)程控制是指對(duì)溫度、壓力、流量等連續(xù)變化的模擬量的閉環(huán)控制。PLC通過(guò)模擬量 I/O模塊實(shí)現(xiàn)模擬量與數(shù)字量之間的 A/D,D/A轉(zhuǎn)換 ,并對(duì)模擬量進(jìn)行閉環(huán) PID 控制 ,可用 PID 子程序來(lái)實(shí)現(xiàn) ,也可使用專用的