太陽能熱水器自動(dòng)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

現(xiàn)如今，由于人們對一次能源的過分使用，使得賴以生存的環(huán)境進(jìn)一步惡化，人類的生存環(huán)境受到了嚴(yán)重的威脅。但是隨著科技的進(jìn)步，人們對環(huán)境的重視，使其將目光放在清潔能源上。太陽能作為新型能源應(yīng)用廣泛，其中最廣泛使用的就是太陽能熱水器。本文著重研究了太陽能熱水器自動(dòng)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)過程并且指出了其太陽能熱水器的關(guān)鍵部分PLC。由PLC設(shè)計(jì)的太陽能熱水器自動(dòng)控制滿足其熱水器的基本控制功能、修理更加的便利、系統(tǒng)具有拓展等一系列優(yōu)點(diǎn)。太陽能熱水器自動(dòng)控制系統(tǒng)中由于PLC的加入，減少太陽能熱水器對其他元件的使用，大大減少了熱水器的損壞性，從而達(dá)到了系統(tǒng)的簡潔性，使其簡單明了，易于維修。

【關(guān)鍵詞】太陽熱能 自動(dòng)控制系統(tǒng) PLC

1 太陽能熱水器系統(tǒng)發(fā)展的概述

在工業(yè)革命發(fā)展的前提下，世界各國工業(yè)快速發(fā)展。然而工業(yè)革命帶來的環(huán)境問題日益突出?，F(xiàn)階段，人們把目光放在清潔能源上，以求得可持續(xù)性發(fā)展。太陽能，作為源源不斷的能源一直飽受人們的關(guān)注。在現(xiàn)階段，太陽能發(fā)展已經(jīng)獲得了卓越的成效，例如太陽能電池、太陽能熱水器，太陽能發(fā)熱等。但是現(xiàn)階段，我國大部分太陽能熱水器控制部分是通過單片機(jī)完成的，在單片機(jī)電路中存在大量的中間繼電器和時(shí)間繼電器來運(yùn)行其工作，不僅元器件過多，而且電路連接也過于復(fù)雜，不利于維修?，F(xiàn)如今，電路的發(fā)展迅速，人們將目光放在簡單、實(shí)用的電路上。人們發(fā)現(xiàn)可編程控制器（PLC）通過使用時(shí)間繼電器和中間繼電器，重復(fù)使用常開、常閉觸點(diǎn)的方法，并且通過“軟元件”的方法使其取代大量的時(shí)間繼電器和中間繼電器，使復(fù)雜電路簡化，使其易于操作。現(xiàn)階段，太陽能熱水器的普及。然而傳統(tǒng)的熱水器中大多采用單片機(jī)控制，單片機(jī)開發(fā)價(jià)格不僅高，而且過于復(fù)雜，使得成本逐漸升高，不利于市場的普及。PLC開發(fā)價(jià)格較低，操作方便，實(shí)用性較強(qiáng)，易于流通市場。所以傳統(tǒng)太陽能已經(jīng)不適應(yīng)人們的生活要求，所以我們現(xiàn)階段將重點(diǎn)放在有PLC的太陽能熱水器控制系統(tǒng)。

2 PLC的原理及其運(yùn)用

由于現(xiàn)在工業(yè)的高速發(fā)展，人們的生活條件的不斷升高。傳統(tǒng)的太陽能熱水器已經(jīng)不滿足人們對當(dāng)代的需求，所以人們現(xiàn)階段將重點(diǎn)放在基于PLC原理的太陽能熱水器自動(dòng)控制系統(tǒng)中。PLC技術(shù)是現(xiàn)階段比較成熟的控制系統(tǒng)，給廣大的工程技術(shù)人員帶來了福音。PLC技術(shù)的日益完善給社會(huì)帶來了許多的便利，其主要特點(diǎn)有：

2.1 使用起來方便，實(shí)用性較強(qiáng)

PLC技術(shù)的日益成熟，其系統(tǒng)化的生產(chǎn)條件使其生產(chǎn)出來的產(chǎn)品更系統(tǒng)化與多元化，用戶選用更加的方便其選擇更加的多樣。不僅如此當(dāng)確定了其選定對象以后，可以通過修改其中的程序從而達(dá)到人們所需的條件，以滿足人們的生活。

2.2 具有較廣的功能性和其適應(yīng)性

在當(dāng)代PLC可以對常開常閉開關(guān)進(jìn)行其電腦控制，使其方便，精準(zhǔn)計(jì)算。不僅如此，PLC具有電路的一切運(yùn)算、處理等功能，并且PLC不僅僅只能控制機(jī)器，他可以控制幾臺(tái)機(jī)器或者是一條生產(chǎn)線，使其方便工廠的加工，向著人們所希望的方向前進(jìn)。

2.3 具有其可靠性，受外界的影響較低

用戶希望其系統(tǒng)的可靠性，而PLC日益成熟的技術(shù)為客戶提供了其穩(wěn)定性與可靠性。不僅如此PLC的抗干擾的性能較強(qiáng)，不易受到其外界的影響。使其使用的壽命大大的提高。

2.4 編程方法易懂

PLC有較于其他電路語言簡便性，使得編程人對其語言簡單易懂，與簡單的繼電器的電路有異曲同工之處。

2.5 體面積較其他電路小而且功耗較其他電路低

由于PLC是集成電路控制，具有高度的集成性使其較其他電路的體面積小、耗能小。不僅如此，集成板具有易裝入機(jī)械中，操作簡單的特點(diǎn)。

3 太陽能的自動(dòng)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

根據(jù)工程原理的特點(diǎn)，設(shè)計(jì)熱水器的自動(dòng)控制的具有以下功能：

（1）熱水器的自動(dòng)控制功能；

（2）熱水器的除塵功能；

（3）水箱液位控制功能；

（4）水箱保溫功能；

（5）水位報(bào)警功能；

（6）實(shí)現(xiàn)手動(dòng)/自動(dòng)控制切換。

根據(jù)其控制系統(tǒng)要求，首先確定 PLC 種類 ，計(jì)算出出所需要的I/O點(diǎn)數(shù)，時(shí)刻增加其控制功能，以防系統(tǒng)在開始后能夠替換個(gè)其點(diǎn)數(shù)。統(tǒng)計(jì)出I/O總點(diǎn)數(shù)后即可以確定 PLC 的控制規(guī)模以及種類從而確定存儲(chǔ)器中的數(shù)據(jù)的容量。在PLC電路中，PLC利用了“元軟件”取代了傳統(tǒng)的控制系統(tǒng)中大量的中間繼電器與時(shí)間繼電器等部件，由于電路被大大的簡化使得安裝員對安裝電路的工作減少許多。用戶程序都可以先在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行調(diào)試，測試完畢后再將PLC控制系統(tǒng)安裝到各個(gè)儀器中，降低了其安裝錯(cuò)誤率。不僅如此在維修保養(yǎng)方面，PLC的損壞率較其他電路明顯降低。并且有完善的故障指示裝置，一旦系統(tǒng)發(fā)生了故障，就可根據(jù)系統(tǒng)外部亮燈顯示所提供的信息進(jìn)行維修，使其電路更加的簡化。電路中系統(tǒng)有硬件系統(tǒng)與軟件系統(tǒng)；軟件系統(tǒng)通常分為兩大類：一類是系統(tǒng)軟件，另一類是應(yīng)用軟件。

系統(tǒng)軟件指的是操作系統(tǒng)、程序設(shè)計(jì)系統(tǒng)等與計(jì)算機(jī)密切相關(guān)的程序。而硬件系統(tǒng)是電路中的主要各個(gè)元器件，在PLC電路中是有電機(jī)、交流接觸器、熱繼電器、電磁閥、發(fā)光指示燈、隔離變壓器、水箱、傳感器等組成電路的系統(tǒng)。當(dāng)PLC運(yùn)行時(shí)，開始運(yùn)行系統(tǒng)工作。根據(jù)記時(shí)器的時(shí)間來判斷其工作時(shí)間調(diào)用其程序讓其工作進(jìn)行調(diào)節(jié)。如果水箱內(nèi)的水溫低于設(shè)定值，則進(jìn)行加熱；如果水位過高或者水溫過高，則系統(tǒng)發(fā)出報(bào)警信號。當(dāng)外部環(huán)境溫度超過一定的溫度時(shí)則使用除塵子程序；除塵時(shí)讓電機(jī)正反轉(zhuǎn)20秒，除塵3分鐘后再開始的其他的工作，進(jìn)行下一次大循環(huán)。連接電路，使得KM1和KM2分別控制電機(jī)的正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)，由熱繼電器做過載保護(hù)。選擇自動(dòng)開關(guān)，做好對主電路的保護(hù)，又起到隔離三相交流電源的作用使其電路更加的完美，更加的安全。

4 總結(jié)

人們的賴以生存的環(huán)境進(jìn)一步惡化。隨著科技的進(jìn)步，而太陽能在我們的日常生活中占據(jù)重要的地位，對于太陽能的開發(fā)也是當(dāng)下科技發(fā)展的重要方面。而太陽能熱水器在生活與生產(chǎn)中也占據(jù)了不可或缺的作用。我們應(yīng)當(dāng)好好研究其太陽能熱水器的自動(dòng)系統(tǒng)，使其太陽能的利用率達(dá)到最大化，通過科技的手段造福人類。通過本次設(shè)計(jì)使其達(dá)到了系統(tǒng)有效控制，提高了系統(tǒng)的可靠性。

參考文獻(xiàn)

[1]朱欣穎，陳曦.太陽能熱水器的控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].智能計(jì)算機(jī)與應(yīng)用，2015，5（03）：102-104.

[2]王冠龍.家用太陽熱水系統(tǒng)的熱性能自動(dòng)化測試系統(tǒng)研發(fā)[D].云南師范大學(xué)，2015.

[3]張永正，袁鵬.太陽能熱水器控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].科技視界，2012（23）：240+150.

作者簡介

劉新（1982-），女，湖北省武漢市人。碩士研究生。研究方向?yàn)榭刂评碚撆c控制工程。

作者單位

武漢工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院 湖北省武漢市 430080