太阳能热水器控制系统的设计【优秀机械毕业设计论文】
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毕 业 设 计（论 文） 设计题目： 太阳能热水器控制系统的设计 专 业： 班 级： 学 号： 姓 名： 指导老师： 起讫日期 年 月 日 年 月 日 I 摘 要 电气工程是电气工业的产物，本课题研究了可编程控制器（ 太阳能热水器自动控制系统中的应用。在全球经济发展的大环境下，中国各个行业被其他国家的先进技术影响的同时，越来越多的外国企业和品牌传播到中国已经成为现实。基于 太阳能热水器控制系统的发 展与人类社会的进步和科学技术的水平密切相关 ,所以本次的设计对于太阳能热水器控制系统的研究和发展来说具有现实意义。 本文利用 太阳能热水器的自动控制系统进行，通过使用 以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 ： 电气工程 ， 制系统，元器件，先进性 is on d by of to in of LC of to LC to LC,江苏工程职业技术学院毕业设计（ 论文 ） 太阳能热水器控制系统的设计 1 目 录 摘要 . 错误 !未定义书签。 . 错误 !未定义书签。 1 绪论 . 错误 !未定义书签。 2 本课题研究的目的、意义 . 错误 !未定义书签。 3 国内外 发展 现状 . 错误 !未定义书签。 4 太阳能热水器的综述 . 错误 !未定义书签。 阳能热水器系统功能简介 . 错误 !未定义书签。 阳能热水器 的结构组成以及工作原理 . 8 阳能热水器 的结构特点 . 9 阳能热水器安装的相关规定 . 10 5 全玻璃真空管式太阳能热水器的综述 . 错误 !未定义书签。 阳能热水器系统功能简介 . 错误 !未定义书签。 阳能热水器组成、原理和工作过程 . 8 阳能热水器各单元介绍 . 9 统的要求 . 10 6 制系统 简介 . 错误 !未定义书签。 定义 . 错误 !未定义书签。 控制原理 . 错误 !未定义书签。 分类 . 错误 !未定义书签。 7 热水器控制系统的设计方案 . 12 统 硬件的 设计方案 . 12 选型 . 13 件控制框图 . 13 单元功能作用介绍 . 13 端口分配 . 错误 !未定义书签。 统电路的设计 . 16 统软件设计方案 . 17 件组成 . 17 统控制流程图 . 18 计 制 梯形图程序 . 20 结 论 . 27 致 谢 . 28 参考文献 . 28 江苏工程职业技术学院毕业设计（ 论文 ） 太阳能热水器控制系统的设计 2 1 绪论 机械工业是一个国家的重要产业，机械工业的发展无时不刻都在影响着国家经济的发展，人类的进步离不开机械工业的发展。在全球经济发展的大环境下，中国各个行业被其他国家的先进技术影响的同时，越来越多的外国企业和品牌传播到中国已经成为现实。在新的市场需求的推动下，对物料进行改良和优化是当务之急。有大型物料拾取装置生产企业对该装置的安全指标的有着一定生产的严格要求。在生产设备的企业，充分考虑到在设备运行中可能出现的问题，从而减少 噪声污染引起的振动或不当操作设备的现象等。 可编程序控制器（ 一种新型的通用的自动控制装置，它将传统的继电器控制技术、计算机技术和通讯技术融为一体，是功能加强、编程简单、使用方便以及体积小、重量轻、功耗低等一系列优点。 应用领域已经拓宽到了各个领域， 发展历程在工业生产过程中，大量的开关量顺序控制，它按照逻辑条件进行顺序动作，并按照逻辑关系进行连锁保护动作的控制，及大量离散量的数据采集。在传统上，这些功能是通过气动或电气控制系统来实现的。 基本最广泛的用于开关量的逻辑控制，它取代传 统的继电器电路，实现逻辑控制，顺序控制，既可用于单台设备的控制，也可用于多机群控及自动化流水线。如注塑机，印刷机，订书机，组合智能窗帘，磨床，包装等。目前， 国内外已广泛应用于钢铁，石油，化工，电力，建材，机械制造，汽车，轻纺，交通运输，环保及文化娱乐等各个行业，使用广泛。 2 本课题研究的目的、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。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。从发展角度看，城市家庭生活热 水的供给不应由业主考虑，而应与建筑设计开发同时进行。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 突出特点。 江苏工程职业技术学院毕业设计（ 论文 ） 太阳能热水器控制系统的设计 3 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 发价格便宜。选用 制，它具有速度快，可靠性高，体积小，功能全，编程简单的特点。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 太阳能热水器自动控制系统。 3 国内 外发展现状 太阳能热水器作为家居生活的常规品，经过了多年的发展，经历了一下几个发展阶段： 第一阶段： 1897 年，第一个太阳能热水器专利在美国诞生，用的是黑油漆吸收太阳能。此阶段可以算作是雏形阶段，大概时间可以算作是 1920 年以前，而 1920 年以后的近 30年内，二次世界大战爆发，矿物能源的开发占主导地位。 第二阶段： 1955 年以色列 泰伯 等在第一次国际太阳热科学会议上提出选择性涂层的基础理论，并研制成实用的黑镍等选择性涂层， 为高效集热器的发展创造了条件。 1960 年，在美国 佛罗里达 建成世界上第一套用 平板集热器 供热的氨 水吸收式空调系统，制冷能力为 5 冷吨。 1965 年以后的 10 年，太阳能的研制工作停滞不前，主要原因是太阳能利用技术处于成长阶段，尚不成熟，并且投资大，效果不理想，难以与 常规能源 竞争，因而得不到公众、企业和政府的重视和支持。这个时期内，我国的 平板集热器 （热水器）遭遇了第一次成型的失败。 第三阶段： 1973 年， 中 东战争 爆发，能源危机（也叫石油危机）受到重视， 世界各国出现了开发太阳能的热潮，此后的 20 年，太阳能开发利用工作处于前所未有的大发展时期，集热管等成果在这个时期出现。热水器也逐步走向成熟化和商业化。而 80 年代后 10年，太阳能发展又进入低谷，主要原因是：世界石油价格大幅度回落，而太阳能产品价格居高不下，缺乏竞争力；太阳能技术没有重大突破，提高效率和降低成本的目标没有实现，以致动摇了一些人开发利用 太阳能的信心；核电发展较快，对太阳能的发展起到了一定的抑制作用。但研发工作在大量削减的研发经费等不利影响下，并未停止。 第四个阶段： 1992 年世界环境与发展大会在巴西召开，各国对太阳能的研发重新重视，太阳能光热在我国推广成为典范，走了特色的低端线路：太阳能热水器。成为唯一一个不需要政府支持而能够自我良性发展的太阳能光热利用案例。 以上是国际太阳能热水器发展历程，参照太阳能发展历程编辑。如果是国内的发展阶段，好像没人总结过。不过可以按照太阳能国标的规定来界定。在此不再陈述。 下图 333别为现阶段太阳能热水器的产品： 江苏工程职业技术学院毕业设计（ 论文 ） 太阳能热水器控制系统的设计 4 图 3 图 3 图 3 4 太阳能热水器的综述 阳能热水器系统功能简介 太阳能热水系统是利用太阳能集热器，收集太阳辐射能把水加热的一种装置，是目前太阳热能应用发展中最具经济价值、技术最成熟且已商业化的一项应用产品。 太阳能热水系统的分类以加热循环方式可分为：自然循环式太阳能热水器、强制循环式太阳能热水系统、储置式太阳 能热水器等三种。 阳能热水器 的结构组成以及工作原理 传统的太阳能热水器分别由一下几个部分组成： 集热器 系统中的集热元件，其功能相当于电热水器中的电加热管。和电热水器、燃气热水器不同的是， 太阳能集热器 利 用的是太阳的辐射热量，故而加热时间只能在有太阳照射的白昼，所以有时需要辅助加热，如锅炉、电加热等。 保温水箱 和电 热水器的保温水箱一样，是储存热水的容器。因为太阳能热水器只能白天工作，而人们一般在晚上才使用热水，所以必须通过保温水箱把集热器在白天产出的热水储存起来。容积是每天晚上用热水量的总和。采用搪瓷内胆承压保温水箱，保温效果好，耐腐蚀，水质清洁，使用寿命可长达 20 年以上。 连接管路 将热水从 集热器 输送到保温水箱、将冷水从保温水箱输送到集 热器的通道，使整套系统形成一个闭合的环路。设计合理、连接正确的循环管道对太阳能系统是否能达到最佳工作状态至关重要。热水管道必须做保温防冻处理。管道必须有很高的质量，保证有 20 年以上的使用寿命。 控制中心 太阳能热水系统与普通太阳能热水器的区别就是控制中心。作为一个系统，控制中心负责整个系统的监控、运行、调节等功能，的技术已经可以通过互联网 远程控制 系统的正江苏工程职业技术学院毕业设计（ 论文 ） 太阳能热水器控制系统的设计 5 常运行。 太阳能热水系统控制中心主要由电脑软件及变电箱、循环泵组成。 热交换器 板壳式全焊接换热器吸取了可拆板式换热器高效、紧凑的优点，弥补了管壳式换热器换热效率低、占地大等缺点。板壳式换热器传热板片呈波状椭圆形，圆形板片增加热长，大大提高传热性能。广泛用于高温、高压条件的换热工况。 其中太阳能热水器的系统工作原理图如下图所示： 太阳能热水器工作原理图 太阳能热水器的系统结构图如 下图所示： 太阳能热水器系统结构图 阳能热水器 的结构特点 太阳能热水器的结构特点可以分为一下几种类型： 无动力型 系统组成：真空管集热器、可连接水箱、可调整支架、换热器。 无动力循环即热式太阳能热水系统运行原理：真空管内的水遇到阳光辐射后，开始升温，管内的水升温后密度变小，自然循环到水箱内，逐步把水箱内的水加热，升温后的水江苏工程职业技术学院毕业设计（ 论文 ） 太阳能热水器控制系统的设计 6 储存在具有聚氨酯发泡保温的的水箱内。室内冷水经过水箱内固定好的波纹管流道流过，把带有压力的自 来水温升到几乎与水箱内水温相同的温度（温差小于 2 度）流出。从而获得稳定、有压力的、洁净的热水。 直流式 直流式太阳能热水系统是使水一次通过集热器就被加热到所需的温度，被加热的热水陆续进入贮水箱中。 系统运行过程中，为了得到温度符合用户要求的热水，通常采用定温放水的方法。集热器进口管与自来水管连接。集热器内的水受太阴辐射能加热后，温度逐步升高。在集热器出口处安装测温元件，通过温度控制器，控制安装在集热器进口管理上电动阀的开度，根据集热器出口温度来调节集热器进口水流量，使出口水温始终保持恒定。这种系统运行的可靠 性取决于变流量电动阀和控制器的工作质量。 阳能热水器安装的相关规定 动，严格遵守劳动纪律，执行安全规范制度，确保安全生产、文明生产，确保施工质量。 班时间穿戴整齐，严禁穿拖鞋进入工地。 有危险的房顶施工应注意系上保险绳，确保人身安全。 班后应保持文明举止，不要大声喧哗和做一些不文明的举动。 度，除在工作场地和必要的联系地点外，不得到与工作无关的厂房、办公室、仓库等场所；爱护客户公共设备、花木和一切生产和非生产设施。未经客户许可，不得参观客户厂房和设施。 督促个施工人员在工作之余应注意安全，做一个遵章守纪的公民，不做违法之事。 5 全玻璃真空管式太阳能热水器的综述 阳能热水器系统功能简介 江苏工程职业技术学院毕业设计（ 论文 ） 太阳能热水器控制系统的设计 7 注释 : 水箱的温度传感器 环水管中的温度传感器 热器中的温度传感器 环水阀门 水阀门 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。 1、水温控制 江苏工程职业技术学院毕业设计（ 论文 ） 太阳能热水器控制系统的设计 8 为了提供温度不低于 37 摄氏度的水，具体控制过程如下： 首先，关闭冷水阀门 循环水阀门 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。 2、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 它和设定值 N 相比较，从而控制是否打开电加热。控制时段为 6 点一 18 点，具体过程如下 : 若501 244 010 245 8067 246 016 247 248 249 8000 250 37 255 1800 260 3000 265 0030 270 80 275 0 280 2000 285 0 290 10 292 10 293 11 294 8002 295 0 3300 04 8000 305 0 151 14 11 315 152 318 11 319 150 160 苏工程职业技术学院毕业设计（ 论文 ） 太阳能热水器控制系统的设计 25 328 161 333 334 13 335 12 337 338 10 339 11 340 11 341 247 344 247 345 11 346 247 348 151 376 012 377 8067 378 017 379 380 381 2 382 51 383 5 384 41 385 3 386 江苏工程职业技术学院毕业设计（ 论文 ） 太阳能热水器控制系统的设计 26 387 4 388 51 389 390 4 393 4 394 41 395 5 396 51 397 3 398 41 399 5 402 51 403 41 404 013 405 41 406 51 407 014 409 410 江苏工程职业技术学院毕业设计（ 论文 ） 太阳能热水器控制系统的设计 27 结 论 在最近的一段时间的毕业设计，使我们充分把握的设计方法和步骤，不仅复习所学的知识，而且还获得新的经验与启示，在各种软件的使用找到的资料或图纸设计，会遇到不清楚的作业，老师和学生都能给予及时的指导，确保设计进度，本文所设计的是太阳能热水器控制系统的设计，通过初期的定稿，查资料和开始正式做毕设，让我系统 地了解到了所学知识的重要性，从而让我更加深刻地体会到做一门学问不易，需要不断钻研，不断进取才可要做的好，总之，本设计完成了老师和同学的帮助下，在大学研究的最感谢帮助过我的老师和同学，是大家的帮助才使我的论文得以通过。 江苏工程职业技术学院毕业设计（ 论文 ） 太阳能热水器控制系统的设计 28 致 谢 至此在论文完成之际，向我的导师表示由衷的感谢！真心的感谢我的导师这年来我谆谆教导，感谢我敬爱的老师，您不仅在学习学业上给我以精心的指导，同时还在思想给我以无微不至的关怀支持和理解，给予我人生的启迪，使我在顺利地完成大学阶段的学业同时，也学到了很多有用的做人的道理，明确了人生目标。知道自己想要什么了，不再是从前那个爱贪玩的我了。导师严谨求实的治学态度，锐意创新的学术作风，认真加负责，公而忘私的敬业精神，豁达开朗的宽广胸怀，平易近人。经过近半年努力的设计与计算，查找了各类的 键槽加工设备的 设计资料，论文终于可以完成了，我的心里无比的激动和开心。虽然它不是最完美的，也不是最好的，但是在我心里，它
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