基于PLC的新型智能熱水器的研究與設計

朱成喜 韓曉新

（江蘇理工學院電氣信息工程學院，江蘇 常州213001）

0 引言

現(xiàn)在的大學宿舍，每個樓內(nèi)都會安裝大功率的開水設備，從而給學生提供生活飲水或洗漱用水。由于開水設備設置在大學宿舍，所以必須考慮到學生用水相對集中，在某一時段（比如學生下課、飯后）用水量巨大等問題。而就目前而言，絕大多數(shù)大學開水設備都沒有考慮到這一點，拿我們江蘇理工學院宿舍的開水設備來說，就存在著下列問題：（1）開水設備出熱水后會在一段時間內(nèi)加入冷水，此時水溫已經(jīng)下降，而且混入了自來水，無法飲用。如果學生作為飲用水，則必須等待飲水機重新加熱至開水才能接水。飲水設備效率低，浪費了學生的時間。（2）開水設備一次性出開水量太小。在第一次接水過多后，飲水機加入冷水，出水就不是開水，學生能接的開水量非常少，而大學宿舍內(nèi)需要的一次性出開水量可能相當大。（3）開水設備的加熱器沒有有效利用?，F(xiàn)今的開水設備只有在加入冷水水溫下降后，加熱器才開始加熱，導致沒人接水時加熱器不運作，有人接水時加熱器才運轉(zhuǎn)，這大大降低了加熱器的利用率。

為了讓學生可以隨時隨地使用開水，不受上述開水設備的限制，我們設計了一種新型的智能開水設備。這種開水設備使用雙水箱存水和分層加熱技術(shù)［1］，它具備一次性出開水量大、加熱器利用率高、再次接水等待時間短等優(yōu)點，有效地解決了上述種種問題，減短了學生的排隊時間，讓學生們可以隨時用水。

1 系統(tǒng)原理框圖

我們的設計使用了雙水箱存水和分層加熱技術(shù)，具體方案如圖1所示。

水箱A和水箱B是相對獨立的2個水箱，每個水箱又分為2層，利用可控的活塞分隔，活塞可由PLC控制導通或閉合。進出水口也設置控制裝置，用以自動控制水箱的進水和出水。每個水箱內(nèi)都裝有水位開關(guān)、加熱器、溫度傳感器等設備監(jiān)控水箱的狀態(tài)。水位開關(guān)用以監(jiān)測水箱內(nèi)的水位，水位高于上限位或低于下限位時，開關(guān)都有所動作。加熱器用來加熱冷水，使水燒開。溫度傳感器檢測水箱內(nèi)水的溫度，當水箱內(nèi)有水并且溫度小于97℃時，加熱器工作，當溫度達到97℃時，加熱器停止工作。

2 系統(tǒng)的硬件設計

開水設備主要由PLC電路、水箱、加熱器、控制面板、各種傳感器等部分組成，硬件框圖如圖2所示。

輸入設備主要包括各種傳感器和按鈕。按鈕的作用手動打開和停止出水。傳感器主要包括溫度傳感器、液位傳感器等，用以及時把水箱的水溫和水位反饋到PLC中，PLC會根據(jù)水箱的水溫和水量情況在一定的控制策略下對執(zhí)行機構(gòu)發(fā)出動作指令。輸出信號包括水箱加熱器、各種指示燈及進出水控制活塞等，指示燈表示水箱開水狀態(tài)；加熱器對水進行加熱；進出水控制活塞用來控制進出水活塞和水箱分隔活塞，從而實現(xiàn)相應的功能。

圖1 智能開水設備示意圖

圖2 裝置的硬件框圖

3 系統(tǒng)的軟件設計

我們調(diào)研了學生的真實用水情況，制定了合理的供水方案，通過合理的控制策略，加大設備的出開水量，提高加熱器利用率，使設備最大限度地為學生供水。系統(tǒng)的總程序流程如圖3所示。

開水設備的工作過程遵循如下規(guī)則：上水箱開水用完后關(guān)閉分隔活塞，下水箱出水，同時上水箱進水、加熱器工作。下水箱開水用完后，上、下水箱全部停止供水，進水后加熱器工作。水箱A開水用完后關(guān)閉出水活塞，水箱B出水，同時水箱A進水、加熱器工作。而出水按鈕的設置使用中斷編程的方法，可以任何時刻按按鈕，同時系統(tǒng)對水箱的水量和水溫狀況進行判斷，符合出水要求后即可打開出水口。

圖3 系統(tǒng)主流程圖

由此可知，利用雙水箱和分層加熱技術(shù)的原理，可以讓水箱一次出更多的開水，并且在水箱的一層水用完后，立即進水，加熱器工作。這樣既不影響出開水，出開水的同時加熱器還在工作狀態(tài)，從而很好地提升了加熱器的利用率，同時也避免了出水越多水溫越低的現(xiàn)象。

4 結(jié)語

本文主要設計了一種新型的智能開水設備。這種開水設備使用雙水箱存水和分層加熱技術(shù)，具有一次性出開水量大、加熱器利用率高、再次接水等待時間短等優(yōu)點，有效地解決了目前各大高校宿舍的開水問題，節(jié)省了學生的寶貴時間，讓學生可以隨時用水。

［1］溫建平，李會敏，曹永慧.節(jié)能飲水機的設計及節(jié)能分析［J］.節(jié)能 ，2010（11）