基于PLC的太阳能热水器自动控制系统的设计(一)

1、北京化工大学北方学院毕业设计（论文）诚信中明本人申明:我所呈交的本科毕业设计（论文）是本人在导师指导下对四年专业知识而进行的研究工作及全面的总结。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢中所罗列的内容以外，论文中创新处不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得北京化工大学北方学院或其它教育机构的学位或证书而已经使用过的材料。与我一同完成毕业设计（论文）的同学对本课题所做的任何贡献均已在文中做了明确的说明并表示了谢意。若有不实之处，本人承担一切相关责任。本人签名:i基于plc的太阳能热水器控制系统设计贾梦龙自动化专业自控1209班 学号 120240248指导教师程杰副教授这篇论文主要讲

2、的是可编程控制与太阳能热水器控制系统的结合使用。论文主要讲了五个方面，第一章是绪论主要讲的是研究太阳能热水器的目的和意义，第二章主要讲 的是太阳能热水器的组成介绍与可编程控制器的工作原理，第三章主要讲的是热水器控制系统的设计方案，第四章主要讲的是软件部分设计的方案，第五章主要讲的是可编程 太阳能热水器能够很好的让人享受科技带来的便利，而且我所设计的太阳能热水器简化了接线，提高了加热效率，即使在阴天或者晚上也能够通过电加热使水温升高让人们舒 舒服服的洗上热水澡。关键词：plc 太阳能 自动控制系统 热水器北京化工大学北方学院毕业设计（论文）design of solar water heater

3、 control system based on plcabstractapplication 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

4、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 pa

5、rt, 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

6、 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 b

7、ecomes more advanced because of my design.key words:plc solar automatic control system water heateriii北京化工大学北方学院毕业设计（论文）目 录刖 目 1第1章概述 2第1.1节研究本课题的目的、意义 2第1.2节当前研究现状 2第1.3节目前我国太阳能热水器的种类 3第1.4节研究的内容 5第2章 太阳能热水器的组成介绍与可编程控制器的工作原理 6第2.1节太阳能热水器系统功能简介 6第2.2节可编程控制器（plq简介 10第3章热水器控制系统的设计方案 12第3.1节系统硬件的设计方案 1

8、2第3.2节系统软件设计方案 19第4章软件部分设计 23第4.1节系统的i/o 口地址及相关的软元件功能设置 23第4.2节编程软件的介绍 24第4.3节pid闭环控制 24第5章可编程控制器（plq的安装、21护和检修 27第5.1节plc的安装 27第5.2节plc系统的电源接线 27第5.3节接地 28第5.4节输入接线 28第5.5节输出接线 29第5.6节plc的维护和检修 29结论 30附录i梯形图 32附录n指令表 35参考文献 41致 42v北京化工大学北方学院毕业设计（论文）、乙 刖 百身为北京化工大学北方学院的一名学生，我深深的体会到了我们学院对我们同学在 教育方面是如何

9、的用心，学院老师是如何的负责。而且我们学院在自动化专业早已形成 了一套规范的管理模式、我完善的教学体制。无论是在对教学材料的选择和老师在备课 教案的制作，老师们都是煞费苦心。2003年4月，教育部在认真总结各地各校办学经验、广泛听取各方面意见的基础上, 制定并下发了名为关于规范并加强普通高校以新的机制和模式试办独立学院管理的若 干意见（以下简称若干意见）的第8号文件，文件提出了发展独立学院的“积极支 持、规范管理”原则。从而，高等教育的这一改革创新得到政策的认可，进入了保护性 和规范性的发展阶段。伴随着独立学院得到政策的认可，独立学院学生管理体制问题也 逐步摆在人们的面前。1第1章概述第1.1

10、节研究本课题的目的、意义太阳能热水器是通过太阳照射使太阳能热水器内部的水温升高从而使人们能够方 便的使用热水。使用太阳能热水器不仅能够给人们提供便利还能够节约资源为人们达到 省钱省力的目的。目前我们国家有着广阔的太阳能热水器的市场，太阳能热水器也应用 在我们的方方面面，涉及到我了很多工作。例如我们的太阳能热水器可以使用在工业用 水的加热、农业用水、商场大厦内的热水应用、还有温水养鱼、净化海水，当然了应用 最为广泛的还是居民用用水的。现在我们国内市场上有很多种热水器例如：热管式太阳 能热水器、平板式太阳能热水器、全玻璃真空管式太阳能热水器、热管真空管式太阳能 热水器等等。但是如果我们能够在太阳能

11、热水器中加入可编程控制器（plq的话这能够为我们的生活使用提供很多便利。 可编程控制器加入到太阳能热水器中以后能够提高 太阳能热水器的稳定性、可靠性、实用的便利性，这是可编程控制器应用在太阳能热水 器中的种种优点。现在，我们国家的是市场上所存在的太阳能热水器的内部原件和系统操控来说具有 很复杂，比较繁琐的缺点。而且使用了太多的电器原件导致了操作复杂，修理起来也是 特别困难，这就为人们日常生活使用中产生了极大的不便利。而且目前市场所存在的太 阳能热水器因为其中的原件过多导致了太阳能热水器的价格普遍偏高的特点。而可编程控制器应用在太阳能热水器中以后就可以解决这种问题了。可编程控制器价格比较便 宜，

12、适合大多数居民的选择，而且应用可编程控制器后可以很大程度上减少人们的操作， 这样既方便了人们的生活又为人们减少了开支，可谓是一举多得的事情。第1.2节当前研究现状现如今我们国家的太阳能热水器的行业研究速度比较快，新型的产品不断涌现，但 同样热水器的市场也特别的广阔，但是我们国家太阳能热水器的研究现状并不乐观，我 们还没有掌握一些与太阳能热水器相关的核心技术，这些技术长期掌握在国外一些公司的手中。这就使我们的受制于人，所以我国应该加大热水器核心技术的开发利用和开拓。 在我国经过一段时间的发展以后我国太阳能热水器的技术有了明显的发展态势还是处北京化工大学北方学院毕业设计(论文)于较低的水平，系统有

13、时候会出现混乱有时候也会出现乱码。这些情况使人们在使用中 苦不堪言，所以我们还得大力发展热水器的核心技术，是我国早日能够拥有完善的太阳 能热水器。第1.3节 目前我国太阳能热水器的种类1.3.1 热管式太阳能热水器热管式太阳能热水器是我们国家使用范围最为广泛的的设备了，不管是南方。北方 都有使用的。它是通过太阳加热使热水器内的水温升高。但是他同样拥有很多确定，热 管式太阳能热水器通常的加热效率不高， 热水器内的水温提升不够明显只能满足生活日 常用水的基本需求，所以尽管它的应用范围比较广泛但是实际应用性能并不强。但是它 的优点也是比较突出，它制作简单、价格便宜、很适合普通百姓使用。但同样维修起来

14、 不是特别的方便而且使用时间比较短一般也就在 2-3年之间。1.3.2 平板式太阳热水器平板式太阳能热水器也被称为“平板式太阳能集热器”，它是我们国内生产最为广 泛的太阳热水器之一。平板式太阳能热水器在进行加热的时候水在循环时温差比例不一 样，热水重量较轻，因此会向上升。而冷水密度则比较大，因此只能自下向上运动。集 热器使水箱的水循环加温，渐渐使水温达到一个稳定值，此后水箱达到水不再不再变化。 这个时候冷水会不断进入水箱的下方补充热水直到水箱内的水达到了满值。这种原理与与热烟从烟囱冒出来的原理类似，这被称为“热虹吸”效应。这种热水器只要有太阳光 的照射就会不断的使水箱内的水拥有一个温差从而不断

15、循环加热直到水箱内的水的温 度都变成一样的。这种集热器的优点是：(1)制作的流程特别简单，而且能够为我们节约很多钱。(2)集热器的吸热使水位进行反复循环与水位升高而且不需要其他资源环保无污 染。(3)系统水流运行安全，没有任何压力设备，安全无任何危险。(4)在系统中不存在运转消耗设备，日常用水对吸热板没有任何侵蚀作用，因此 具有较长的使用寿命。缺点是：(1)如果在一天当中有温差较大的现象产生的话，这个时候热水器就会产生往回留的现象(2)在高温段集热器表面热量损失较大。(3)在比较寒冷的季节中，管道内的水会因为寒冷而导致体积变大超过管道的容 纳程度导致管道变坏。(4)管道流通性能差，抗冻性低，因

16、此使用范围仅仅局限在北方的夏天和南方较 为温暖地区。1.3.3全玻璃真空管式热水器这种集热器的优点是：(1)构造简洁、制作方便、稳定性好。(2)集热器集热效率好，具有良好的保温效果。(3)能够在温度较高的环境下使用，同时也能够在冬季比较寒冷的地区使用。(4)运行时间长，一整年都可以使用。缺点：(1)管道内积存太多的水，导致管道内水温回升速度过于慢，同时关于真空管南 北放置的热水装置，管道内的热水没有办法都取出，以至于使系统热水使用效率变低。(2)不可以承受过高的压力，容易在玻璃管之中产生水垢，管子容易爆裂，并且 在严寒环境下运行会冻住。(3)价格昂贵。1.3.4热管一真空管式太阳能热水器这种集

17、热器的优点：(1)耐冰冻。热管由特别的材料和工质确保，即使在冬天比较长的一段时间内没 有晴朗的天气以及夜间的低温的环境下，真空管也不能够爆裂。(2)启动快。热管能够容纳的热量很少，受热后会很快运行，因此再多变的太阳 光辐射情况下能够提升集热器的输送量，并且在天气不是晴朗的情况下也能够使水加 热。(3)保温好。热管拥有单向传热的特点，就是白天使太阳能转换的热量能够沿热 管向上方输送去加热水，到了夜间被加热的水的热量却不能够从热管发散道四周环境 中。(4)安装维修方便。装置操作简单，使用方便，能够简单的固定住，稳定性强。缺点：(1)生产成本。(2)技术要求高。第1.4节研究的内容本篇论文研究的主题

18、是用plc实现对太阳能热水器系统的控制，达到太阳能热水器 系统能够自动化控制及手工控制的效果，使太阳能热水器能够满足实际中的各种控制需要、从而节省人力物力达到方便生活的效果、并增强系统稳定性与可靠行。详细的任务 我们要根据下面的流程来开始：(1)设计控制系统的总体控制框架图，绘制控制系统的运行流程图。(2)对plc进行选择及对i/o接口进行分配。(3)制作梯形图，实现所有系统控制要求。(4)设计原理图、外部接线图等。(5)根据系统设计的要求进行调试并取得成功。9第2章 太阳能热水器的组成介绍与可编程控制器的工作原理第2.1节 太阳能热水器系统功能简介注释：tl ,热水箱的温度传感器t2 ,循环

19、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 ,热水阀门这个热水器主要使用微机控制大致有下列两种控制功能：对水温进行控制、对水箱 内的水进行加热控制。(1)对水温进行控制为了能够使热水器内的水的温度能够达到我们使用所需要的水的温度我们应该按下面操作：在初始阶段，我们开始对热水器内的水温进行一个收集过程，等我们收集到了热水器内的水温开始和我们设定温度进行对比。 如果太阳能热水器内的水温达不到我们使用 的要求这个时候我们就开始了电加热的阶段直到水温达到我们的要求。(2)对水箱内的水进行加热控制例如到了晚上我们还可以舒舒服服的当太阳光照射比较弱或者没有太阳光照

20、射时，洗上一个热水澡呢？这个结果是肯定的，不要忽略此款热水器还有另外一个从系统。此 时它就要发挥出作用了。如此可知，即便没有太阳光照射我们依旧可以洗上一个舒舒服 服的热水澡了。2.1.1太阳能热水器组成、原理和工作过程(1)热水器组成及原理热水器大致由循环管道、集热器和水箱等构成。下图为经典的热水器装置简易图。图中集热器1按照最佳倾斜角度摆放，循环水管3的下部与降水管2的一端连接，集热 器1与将水管2的另一端接通。每当集热器吸收到足够的太阳辐射后，集热器的温度会 不断上升，与此同时水温也会不断升高。水温升高以后，水的重量会变轻，通过上升水 管循环进循环水箱上部。而循环水箱下部重量比较大的冷水，

21、就会顺水箱下部流到集热 器下方，在集热器中升温以后同样上升。如此循环不断对流循，水温慢慢变高，一直到 集热器所吸收的热量与损失的热量达到平衡时，水温不再升高。这种利用循环加热原理 的热水器，又被叫做循环式热水器咖。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7一热水出水管图2.2热水器装置(2)热水器的基本工作过程 吸热过程。太阳光辐射同过玻璃盖板，经过集热板收集后沿肋片和管壁输送至 吸热管内的水。吸热管内的水受热后温度不断变高，比重减小而上升，造成一个向上运 动的过程，组建了一个热虹吸系统。伴随着热水的源源不断的上升并储存在储水箱上部， 与

22、此同时经过下循环管循环反复的补充温度较低的水， 直至整箱内的水全部升高到特定 的温度。水循环管路日常使用的太阳能热水器是通常按自然循环的方法工作的，无外界的动力，系统设计优良的太阳能热水器只要有 5c 6c以上的温度差距就可以循环很好。 水循环管路、管道直径管道路径分布的合理与不合理，能够直接对集热器的热交换效率 造成影响。 一般状况下，日常家系用统自然循环管路中的流态均可看作层流。集热器 内管路系统具有的阻力大部分来自于沿程阻力，局部阻力对其的作用要十分小，再分支 管中的沿程阻力比主管的沿程阻力要大许多。如果水温升高后，因为运动粘度减弱，沿 程阻力同样减弱，则局部阻力的影响作用要变大一些。在

23、特定范围内，如果主管道管径 不发生变化时，加大支管道管径，不仅能够使沿程阻力迅速减弱，而且能够使局部阻力 也随之变弱。通常，支管的半径一般都会在 10mm以上。如果主管道管径达到一定值之 后，增加主管管径对削弱系统阻力一般会很少有作用 7。2.1.2 太阳能热水器各单元介绍(1)热水器水箱及水箱配置水箱是热水器十分重要组成元件。它包含补给水箱和循环水箱；循环水箱与集热器 与下水管相连接，以提供热水循环使用。补给水箱单独和循环水箱相连接，当循环水箱 水位过低时候，使之以提供冷水使用。循环水箱循环水箱的作用是维持最高水位面，同一时间让水中所包含的空气在这里释放出 来，防止把气体携带进入管道系统，避

24、免造成气体阻止损失。循环水箱的下方都包含冷水进入阻挡板。所以冷水进入循环水箱时候，经过挡板让他分散进入这将样能够避免 箱内上方热水混乱。补给水箱补给水箱是为水箱提供冷水的地方。我们要通过自来水向补给水箱内进行提供水 源，而且还要避免使水温降低 。水箱配管水箱配管是指进水管与出水管、排放热水管这些在水箱中的重要地位，这些对释放 水温发挥着重要作用。所以，热水出水管在越高的位置，它所释放热水的温度也就越高； 因此，使用恒定温度自动排放水时，热水出水管的热水出水口位置较高所以使用人工放 水时，热水出水口位置就相对而言比较低。循环水箱中水的温度上升到了特定温度时， 把循环水箱内热水近似都放掉，之后放入

25、冷水再次循环加热。一般人工而言放水一天中 放水1-2次即可。(2)循环管在热水器表面制定计划完成后，集热器与循环水箱也近似确完成。但是想要热水器 运转起来，还要配置合适的管道，把集热器与水箱有教的接连起来，就能构成一个完好 的循环程序。热水器管道系统接通是否正确，对热水器循环系统的使用有效率同样有巨 大且深远的很大影响。(3)集热器平板式太阳能集热器是平板式太阳能热水器的重要元件，它通过透明玻璃、吸热体、能量与损失的能量相持平，这个时候金属片就不会再升高温度，这个就叫作“稳定温度”。 金属片内如果拥有可以流通的流道，通过流道的流体就会把热量源源不断的带走，但为 了能够实现稳定温度，所以金属片就

26、要持续不断收集太阳光的辐射能量。 通过这个道理， 把装有流道的金属板密封在一个能够保持温度的盒子里，在这上面用玻璃当做封盖，让太阳光的辐射能量通过玻璃到盒子里面，集热器因为吸热体的温度略低一些，它发散 出来的绝大多数的的辐射能的波长与其他与对比而言都是略长长(位于远红外区域)，因此这些辐射不可以穿透玻璃因而被阻挡在集热器的空腔中，因此发生了一般而言的温室效应，很大程度上提升了集热器的集热功能效率。2.1.3 系统的要求按照人们对热水器的运用状况与以人为本的设理念，设计的操控系统具有以下功能：(1)自动控制功能。系统在主动工作模式下时 可以主动操控供水水泵的运转与终 止和控制各个电磁阀的开关的状

27、态。定时控制器在断电时正常计时，所以使用它当做plc的电源控制设备。在一操控定时间中 ,把定时操控连接plc的电源，plc按照一 开始编制的程序依次逐个打开各控制电源设备，而且依据输入信号的改变随时改变程序的执行指令。在不是系统工作时间中，定时器则主动切断plc的电源。工作时间是618 ho可以使用定时操控器与 plc原本就带有的定时命指令加以执行。(2)除尘功能。使用温度开关检验周围环境温度是不是适合除尘，符合要求的温度开关为4 c。使用除尘功能时是使用一个电磁阀接连工作 2 min。(3)水箱液位操控功能。水箱容量是 200 l ,液位线应该控制在180 l 。(4)水箱应该拥有提供热水和

28、保温的最基本性能。(5)报警功能。如果发生故障，故障指示灯开始闪烁并且开始报警电铃持续响，在操作人员按下“消音”按钮以后才能让铃声关闭，但是故障指示灯会一直处于闪烁状 态；等到故障修复好之后；故障指示灯才能够熄灭。北京化工大学北方学院毕业设计(论文)（6）节水功能。供水阀提供5 min的自来水， 运行2 min。（7）根据操控者需求可以再手动/自动控制两种状态中自由切换第2.2节可编程控制器（plq简介可编程控制器（pragrammablelogiccontroller,又被叫做plg是一个数字运行的电子控制系统，早在20世纪60年代末面向工业环境由美国一些著名科学家就率先创造 成功了。它使用

29、可编程序的存储设备，它内部储存执行逻辑运算、顺序操控、定时、计 数和算术运算等控制命令，可以使用数字的、模拟的输入和输出，操控各种各样不同型 号的机械或者生产流程。可编程序控制器和与它相关的装置，都是按照为了与工业操控 系统成为一个整体、容易扩展她的功能的要求创造的。plc从创造到现在仅仅有多年的历史，但是实现了快速的发展和在大范围的应用，变成了现在工业自动化控制的重要支 柱的其中一个。再很长一段时间里，plc在工业自动化控制领域着体现着巨大的影响， 给各式各样的自动化控制设备给予了普遍的、稳定的控制使用。这时因为它可以给自动 化操控应用给予极为安全的、可靠的与格外完美的解决计划，完全合适目前

30、自动化工业 企业的需求8。2.2.1 可编程序控制器的工作原理plc使用的循环模拟工作模式，并且有些大、中型 plc还添加了终止工作模式。循 环扫描可以依照固定顺序运行，同样可以依据用户程序所制定的第一个次序（高级和低 级次序）亦或改变次序等运行。由于有的用户程序不需要每检查一个运行一次，同样是 因为在控制系统要求处置的i/o点数量特别多的时候，应该各种各样的模块结合在一起 排列的，运用不同时间不同方式的检测运行的方式，可以极大程度上减少反复检测的一 遍所用的时间与操控的即时状态9o使用者可以根据设计者设计的系统、调整以后，根据程序编辑器输入进plc的存储设备里面，同时让使用者所需要的输入信号

31、与被驱动的运行部件彼此对照地连接在输入 模块的输入的那一个端口和输出模块的输出的那一个端口钟，之后让plc的控制开关将其一直在执行工作的模式，plc可以通过反复检车的工作模式一直运行程序。然而会通 过输入信号、使用者程序的操控上，出现相互对应的输出信号，实现使用者所预料的的 操控计划。一个优秀的可编程序控制器在一个检测时间段内能够时间六个检测过程。根据所设定的程序系统软件的指示，在一个检测时间段内的其中一个检测过程的开端，一次检测以后还会来到这过程的开端即是一个检测周期。完成一个检测周期要使用的的时间被教做一个检测周期所需要的时间10 02.2.2 可编程控制器的的特点(1)通用性强，使用方便

32、。(2)功能性强，适应面广。(3)具有特别高的可靠性能，能够很好地忽略周围环境的干扰。(4)程序的编写方式极为简便，可以很好的学会plc所具有的程序语言和梯形图语 言。(5) plc的操控系统的编写、组装和调节和修理简便。(6)占用空间小、所用的质量特别小、所消耗的功率比较低。15第3章热水器控制系统的设计方案太阳能原本就是一种持续不断改变的、但是能使其发生改变的原因又特别多、又有 极为困难的的非线性改变量，太阳能热水系统它不是一个经常见到的线性系统，不容易 制作一个十分准确的数学模型，所以使用普遍的的操控模式很不容易得到比较好的的操 控效果。太阳能热水器操控设备使用 pid操控算法，此算法对

33、于数值固定的参数线性的 稳定常见的系统是是十分有用的。通过调整 pid控制器的参数，一般都能得到比较满意 的控制效果。第3.1节 系统硬件的设计方案按照控制系统所指定的目标，第一应该先选定plc的控制范围规模，第二要大致计算出要使用的i/o点数（数字输入/输出量、模拟输入/输出量），之后要将范围上调 20%-25%勺作为预备使用量，用来能够第一时间增添控制的功用，确保系统在日后使用 过程中可以替换单个出现错误或者修复所丢失的点数。计算出i/o点数，并且根据i/o点数来制定plc的大小规模之后就可以选择存储设备的容量。存储设备的容量一般情 况下都是由plc的操控规模大小来指定的。但是同样也可以按

34、照以下的方式进行运算， 再次上升百分之二十五到百分之三十作为备用量，用来可以随时随便地的添加用户所需 要的系统程序。依据编写程序时所使用的节点数量的计算方式是另一种方式，在编程完成以后，其 实际使用量是由节点数量的运算得到的。而估算法是最后一种方式，单单只给出了开关 量时，开关量（输出/入）总数乘以十得到了所要求的内存总的数量；只有模拟量输入时，所需内存总数=f拟量品&数x 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x 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11。3.1.1 plc硬件控制框图本系统的我所使用的上位机是 pc端，下位机是采用

35、的国外某公司所生茶的 gx型号 的操控器，完成针对于太阳能热水设备的操控，并且由plc控制实现对太阳能热水器的温度控制和液位稳定等操控性能。为了使 plc控制系统的稳定性能够有所提高，这就要 求系统有危险故障警告功能而且能够让人们很容易的看到或者听到警告信，这样就能使使用者再第一时间察觉到危险。当发生故障以后，警告声会迅速响起并且伴随着持续闪烁着的信号指示灯，要想解除警报声音这就要使用者点击关闭声音的按钮，但是故障指 示灯会一直闪烁直到但故障修复完毕故障灯才会关闭。plc电源 16点输入16点输出主机消音4适度开关常用 温度奏常开 日动总开，曷、手勒aa3.1.2 各单元功能作用介绍(1)电机

36、类型的选择我们依据下面的原则进行选择的电机类型：一些工作用的机械对于要求比较严格， 所以我们一定要第一时间选择电机。 对于工作环境的不同我们可以选择不同的电机比如 船用电机比较适合在一些潮湿、盐雾的环境工作；如果对于电机的工作功率的要求比较 高的话我们要优先选择纺织电机，纺织电机可以提供较大的功率；而安装在震动传输机 上的震动异步电机和在农业中粮食加工机械中的振动筛都有激振动力源。然而软机械特点的电机与调速范围比较宽的电机一般会在应用在化学工业、橡胶行业、衣物纺织行业、制造纸张的行业，如果太多的机械设备接在电机上，电机的出轴转速回越来越低并且输 送的力矩也会变大。通常目前市场比较普遍的生产机械

37、，在实现了生产设备的目标的要求下，一般都会 选择一些构造简洁、性能稳定、性价比比较高的、容易修理的电动机。一般针对一些使用时间比较长的、连接设备所消耗的功率比较固定的、针对其没有 额外目标的设备，我们应该第一时间选择鼠笼异步电动机，鼠笼异步电动机普遍应用于 各式各样的机械设备、大型抽水水泵和大写风力发电的风机等。超大功率型的发电机和 履带输送机等工业生产设备要对于电机的功率要求比较严格，对于电机的使用同样有很多注意事项所以应该使用深槽式或者双鼠笼式异步电动机12 o因为本系统所使用的电机对于连接设备产生的功率比较稳定，对于其他方面也没有额外的要求所以把这些因素都考虑进来应该选择由y系列三相异步

38、电动机。电机所要求 北京化工大学北方学院毕业设计(论文)的电压是二百二十伏。频率是五十赫兹。功率是十万瓦。(2)交流接触器的选择我所选择的接触器是正泰公司制造的的 cjx1系列交流接触器，这种接触器触头采 用的双断点的直接运动的构造，接触器的行为构造特别灵敏，当我们亲自用双手检查时 候也非常简单，构造也是格外的紧密。触头，磁系统利用的完全密闭的构造，可以使接 触器的寿命延长。连接线的那一个端口都被防护罩完全覆盖覆盖可以避免意外发生，提 高安全性能。安装接触器的时候可以利用钉子定住，同样可以使其装在45mm的安装轨道上面，这样可以极大程度的方便安装和拆除。安cjx1型号的交流接触器一般用在交流

39、55赫兹(或者65赫兹),额定电压达到550 伏，当ac-3利用的分类下运行时电压是 330伏，可以提供距离比较远的与分开和断开 比较多的电路及开关次数较多的控制交流电动机，而且可以与比较合适的热继电器构成一个电磁起动器，这样可以用来避免电路出现负载而引起的危险。(3)热继电器的选择我们现在所利用的热继电器为正泰公司生产为的nr4(jrs2源列，nr4(jrs2原列热过载继电器普遍应用在交流五十五赫兹 /六十赫兹、额定电压六百九十伏、一千伏，电 流的使用范围是0.22-160安的长时间运行或者长期间断的工作的交流电动机的超过负 载与相应的保护措施。这个热继电器拥有断相维护、温度弥补、动作令、自

40、动与手动切 换，这个产品的性能比较可靠。同时，这产品同样适用于：gm13048.5 gk120485ild011947-5-2的要求，拥有较高的可靠性能。这个热继电器可以和cksleffl号的交流接触器连接使用。(4)电磁阀的选择目前生活着使用范围最广的电磁阀是 ggws-d31型电磁阀，电磁阀的生产地区是： 温州阀控有限公司，这类电磁阀一般用在太阳能热水器等一类生活设备上，运行电压的 选择就为宽泛、交直流二百二十伏，性能稳定、可靠，基本符合安全生活设备的标准。(5)发光指示灯的选择二极管普遍使用两种颜色的二极管，如果设备处于运行状态，二极管一直发散绿色 光线提示人们，如果设备处于没有运行的状

41、态，二极管一直发散红色光线提示人们，这 就必须选择一些性能稳定可靠的二极管。所以根据要求，我们使用的是tll0501hmc类型的二极管。(6)隔离变压器的选择隔离变压器我们选择的是性能稳定可靠，十分安全的bk-100类型的隔离变压器，这种类型的隔离变压器变化比例是 1:1,电压220伏。(7)水箱的选择一般来说我们要根据各自的实际情况来选择水箱。水箱为各类太阳能热水器不可缺少的重要原件。一般包含循环水箱和补给水箱，循环水箱是为了方便热水进行反复循环 加温。补给水箱一般来说是和循环水箱接通的，如果循环水箱内的水低于水位线的话， 这时补给水箱就可以给循环水箱提供备用水。循环水箱我们通常依据太阳能热

42、水器集热器每天吸收热量所加热的水然后制定循环水箱的 体积大小。然而为了方便生活，目前已经给循环水箱制定了一些固有标准，用来提高适 用范围和通用能力。然而仙子循环水箱的体积一般有300l、550l、1000l三种，他们的外部形状一般都是长方形。体积是 500升的水箱型号尺寸是：500 x 100 x 1000mm。体 积是1000升的水箱型号是:10 x 1000 x 1000mm。上部安装着涨水管道与透气孔的是循环水箱，涨水管和透气孔的位置一般都要比水 位要高一些。溢水管与透气孔一般会做成一个，这样不仅能省材料也能方便使用。溢水 管体育有着保证最高的水位线的重要作用，还可以让水中的各种各样的气

43、体从这里溢 出，从而防止将气体带入管道系统中，从而造成很多不必要的损失。每个循环谁想的下 方都会安装一个凉水进水挡板。这是为了在循环水箱注入冷水时，避免将冷水和温水混 合从而使温水的温度降低影响水温。两种型号的循环水箱的构造大致一样，唯一区别是 体积大的水箱的强度必须有所增加。补给水箱当水箱的水不足时必须提供补给，所以这个任务当然是由补给水箱来完成的。补给 水不会立刻进入循环水箱，会经过补给水箱来进行中转，这样能够让温度不同的水分开， 避免使水温发生变化。补给水箱的形状不能够太大所以必须选择合适的型号。补给水箱 里面一般会有一个浮球来确定最高的水位线从而控制水位。(8)传感器的选型一般可以使用

44、各种各样的高精度传感器进行环境气候的检测和一些必要数据的收 集，收集之后会将收集的数据输送进 plc里并，之后plc会依据系统的要求对整体的系 统进行全面的操控。因为是由传感器输送的仿真信号针对系统对周围环境进行采样值， 另外plcw传感器之间的长度特别远，因此在传感器的利用上基本都选的 3-20毫安的 电流输出型，这样做能时信号干扰再输送过程的从而减小传输过程中降到最低的，从而 确保传感器的采集的数值准确无误。在电子电路中过着系统软件中，我们可以做一些弥 17北京化工大学北方学院毕业设计（论文）补工作，例如对系统温度误差做一些补偿。但是对于各种各样的补偿对于整个系统温度 的差别比较大，但是普

45、遍和零件自身的特定有关联，人们普遍会把特别灵敏的零件和系 统电路的温度值在一起分析论证。跟其他气象传感器来说普通的温度传感器的比他们拥 有着更加显著的基点飘逸效果，所以我们单单可以使用多次检测的方式进行检查改正。温度传感器技术指标：温度范围：0c-70 c （可根据用户要求扩展）湿度范围：10%/rh-99%rh电源：av220v 10%温度误差：一般士 0.2 c、最大士 0.5 c数据分辨率：0.1数据更新周期：约1秒数据线：3类双绞线数据传输距离小于1200m我一句上面论文中硬件设施选择利用的状况，制作了下表3.1表3.1原理总图的元器件目录表序 号代号名称数量规格型号备注0plc可编程

46、控制 器1fx_2n-32mr-es/ul,继电器输出型1hl-hl3指示灯4ad16-22gled显示,220v2km1-km2交流接触器2djx-9线圈电压：220v3sb1-sb5按钮5lay37绿色4sb启动按钮1lay37绿色5s自动/手动开 关1sr26封闭式6sl1-sl2温度检测开 关2th22接通与断开的最小温差1.1 c7tc隔离艾压器1bk-100电压：220v8fu1-fu8熔断器8rl1-15熔体2-10a9fr热继电器2jr16-20/3参照电机电流10m微型电动机1yyhs- 45电压220v频率50hz11ya报警器1swp-x100交流220v12yv2排水阀

47、1ssfk-c014交流 12-220v13yv1供水阀1ssfk-c024交直流3-220v14yc除尘阀1ssfk-c017交流220v3.1.3 plc的端口分配根据以上硬件选型设计，编制i/o接口功能表，如表3.2和3.3表3.2 plc的输入端口分配输入占 八、代号工程名称x0sb启动按钮x1sb1总停按钮x2sl1温度开关（常开）x3sl2r温度开关（常闭）x4sb2手动上水开关x5sb3手动排水开关x6sb4手动消音开关x7sb5手动加热开关表3.3 plc的输出端口分配输出点代号工程名称y0hl启动指示灯y1hl1总停指示灯19北京化工大学北方学院毕业设计（论文）y2hl2除尘

48、指示灯y3ha报警蜂鸣器y4hl3故障指示灯y5yv1供水电磁阀y6yv2排水电磁阀y13km1除尘电机止转接触器y15yv3除尘阀y14km2除尘电机反转接触器3.1.4系统电路的设计(1)主电路的设计接触器km侪口 km汾别控制电机的正转和反转。 电动机有热继电器实现过载保护。 我们的总电源控制设备是利用的全自动开关设备 q选，它可以同时完成电路的 过载保护和分开在一起的交流电源的功能， 这样能够使电路更加简单更加有利于修理使 用起来也更加简捷。为了避免电路负载造成电路故障所以我们用fu1、fu2 fu3 fu4 fu5 fu6完成电路的各种保护功能。而 plc的操控电路的保护则用fu7,

49、 fu8实现。(2) plc控制电路的设计我依据电路控制系统的设计条件、和系统设计的基本流程和设计电路所使用的零件 的要求制作出来以下电路的原理图和流程图，我们依据这些电路图纸来实现电路的基本 设计。图3.2 plc系统电路图第3.2节系统软件设计方案可编程控制器拥有很多种不同的工作方式， 而我所选用的是其中比较适合我们的扫 描工作形式，这种工作方式可以针对很多系统同时进行操控，当我们在进行系统检测的 时候我们会在检测里面添加不一样的检查指令， 之后就能够让系统根据我们的指令进行 检测，检测环节比较细致会进入各个系统分别进行检测。本系统包括一个主要程序，而 主要程序又拥有许多子程序，这些子程序

50、可以让编程变得更加简单省去了很多不必要的 麻烦，这样也给我们以后进行系统的升级和维护提供了简便的方式，主程序最大的任务 是收集上位机的操控数据，然后实现太阳能热水器的存储水箱的水温测量和水量的测 量。3.2.1 软件组成太阳能热水器的软件系统由两部分组成：一个是控制系统程序的系统软件，又一个 则是控制系统中各种应用的应用软件通。系统软件是负责进行协调系统内部程序与连接外部的电脑等等控制设备的软件程序。系统软件不用我们自行设计通常都有大型的设备公司为我们提供，我们直接使用就可以了，这些设备都可以对很多系统软件进行包含使用，具有普遍性。我们依据用户实际生活所需要的功能而编写的软件叫做应用软件。应用

51、软件能够操 控各种应用程序从而实现用户的需求。我们电脑的操控程序内，每一个操控程序都会有 对应的操控目标和操控要求从而实逐一对应，从而实现我们操作对象的操作要求，实现 我们的操作功能。3.2.2 系统控制流程图(1)建立系统控制流程图图3.1主程序流程图21北京化工大学北方学院毕业设计（论文）25水位子程序温度子程序流程图图3.3温度子程序流程图第4章软件部分设计第4.1节 系统的i/o 口地址及相关的软元件功能设置本系统中需要的输入有上水阀开关、循环泵开关、电加热开关、洗浴开关和自动手 动转换开关。输出有上水电磁阀、循环泵、电加热、排空电磁阀和洗浴电磁阀。总计有 5个输入量、5个输出量。由于

52、系统采用触摸屏，所以相应的输入端口可以用plc内部的软元件代替，只有输出占用plc的i/o 口。另外，根据系统要实现的功能可以设置全 部所用到的软元件的功能，系统占用的所有单元的相应功能如下表所示：表4.1设计中所用到的所有原件单元及其功能软元件号码或i/o上水电磁阀y0输出循划、呆y1信号洗浴电磁阀y2电加热y3排空电磁阀y4上水电磁阀开s1上水电磁阀关s2循划、泵开s3输入循划、呆夫s4信号电加热开s5电加热关s6洗浴电磁阀开s7洗浴电磁阀关s8三通调节阀s0状态自动手动s100太阳/月亮s250显示默认值s12洗浴高温报警s13洗浴低温报警s14信号储水箱液位上限报警s15储水箱液位下限

53、报警s16液位上限d4北京化工大学北方学院毕业设计(论文)液位下限d5设定电加热温度上限d6信号电加热温度下限d7出水温度设定值d8集热器温度传感器d12测量储水箱温度传感器d11信号三通调节阀出水温度传感器d10储水箱液位传感器和储水箱液位d3第4.2节编程软件的介绍本设计采用三菱电机的综合gxwork2软件进行编程，以下简要介绍一下gxdeveloper 的特点。(1)软件的共通化。gx work2能够制作q系列，qnai(歹【j, a系列(包括运动控制 (scpu), gx系列的数据，能够转换成gppq gpp昭式的文档。止匕外，选择fx系列的情 况下，还能变换成fxgp(dos),fx

54、gp(win式的文档。(2)利用 windows的优越性。操作性更强，能将 excel, word等作成的说明数据 进行复制，粘贴，并有效利用。(3)程序的标准化。标号编程，用标号编程制作可编程控制器程序的话，就不需 要认识软元件的号码而能够根据标示制作成标准程序。用标号编程做成的程序能够依据汇编从而作为实际的程序来使用，功能块(以下，略称作fb)是以提高顺序程序的运行效 率为目的而开发的一种功能。把开发顺序程序时反复使用的顺序程序回路块零件化，使 得顺序程序的开发变得容易。止匕外，零件化后，能够防止将其运用到别的顺序程序时的 顺序输入错误。(4)能够简单设定和其他站点的链接，由于连接对象的指定被图形化而构筑成复 杂的系统的情况下也能够简单的设定。第4.3节pid闭环控制4.3.1 pid控制器的优点pid是比例、微分、积分的缩写，pid控制器是应用最广泛的闭环控制器，现在有 90犯上的闭环控制系统采用 pid控制器。pid控制具有以下的优点：(1)不需要被控对象的数学模型自动控制理论中的分析和设计方法基本上是建立在被控对象的线性定常数学模型 的基础上的。该模型忽略了实际系统中的非线性和时变的因素，与实际系统有较大的差 距。对于许多工业控制对象，根本无法建立较为准确的数学模型，因此自动控制理论中 的设计方法对大多数实际系统是无能为力的。