第四章 太阳能热水器模块的自动控制的设计
4.1 太阳能自动控制的硬件要求
一种可放置在房顶上或地面上的太阳能接收装置,可以把太阳能的一部分转化为热能,另一部分转化为电能。热能通过水箱中的水转移走,既可以散热又可以供用户使用。该装置的基本功能要求如下。
1) 自动控制功能。统在自动工作方式时,能自动控制供水水泵的运行与停止和各电磁阀的开关。定时控制器在断电时正常计时,故采用其作为PLC 的电源控制。在定时控制时间内,由定时器接通PLC 的电源, PLC 按预先编制的程序依次打开各控制设备电源,并根据输入信号的变化随时调整程序的执行。在非系统工作时间里,定时器自动断开PLC 的电源。工作为6～18 h 。可利用定时控制器和PLC 自身具有的定时命令加以解决。
2) 水箱液位控制功能。假如水箱为200 L ,液位控制高位在180 L，低位则要在50L。
3) 水箱应具备供热水、保暖的基本功能。水箱采用加厚聚氨脂发泡保温。同时当水箱的水温低于某个设定温度时则会通过电热器进行加温至设定温度。
4) 通过水泵实现系统的循环。
5) 水温调节。将水箱里的水的温度控制在一个范围内，进行自动控制；当人为的调整水温时则可以通过冷热水之间的量来调整。

4.2 温度模块的自动控制

4.2.1 温度的控制要求
将水箱的温度控制在某个设定温度之间，当温度低于设定值时，系统发出报警，并能自动的利用辅助的加热装置进行加温；当温度高于设定值时，系统也发出报警，并相应的自动的进行加冷水调温（前提是水位未满）至设定值。

4.2.2 温度控制的软件设计
I/O 分配：如下表






表4-1：I/O的分配
输入元件号 功能 输出元件号 功能
X1 启动按钮 Y0 温度传感器
X2 停止按钮 Y1 电热器加热装置
X5 低水位行程开关 Y2 绿灯指示正常
X6 手动开关 Y3 水泵

外部接线图：如下图。

图4-1：温度模块的外部接线图

梯形图：如附录一

指令表
LD X001
OR Y000
ANI X002
OUT Y000
OUT M0
MOV K50 D10
MOV K40 D11
LD M0
MOV K55 D0
OUT M1
LD M1
ANI X5
ZCP D10 D11 D0 M2
MPS
AND M2
OUT Y001
MRD
AND M3
OUT Y002
MPP
AND M4
OUT Y003
END

系统设计介绍：

此系统为温度控制系统，其中假设温度传感器（通过对被测温度的转化使之转化成为电信号）采集到了最佳温度55度，通过传送指令传送给D0其范围为50-60度之间的。其中采用的元件中有区间比较指令和传送指令，将传感器Y0所测的温度通过传送指令MOV传送给寄存器D0，同时也将之前设定的温度范围50-60度利用传送指令MOV分别传送给寄存器D10、D11。再通过区间比较指令ZCP进行比较，当寄存器内的温度D0小于D10时，M2闭合线圈Y001（电热器加温利用电热器将水箱的温度加热至设定的范围内）；当寄存器内的温度D0大于D10同时小于D11时，M3闭合线圈Y002（绿灯亮指示系统正常）；当寄存器内的温度D0大于D11时，M4闭合线圈Y003（系统启动水泵加冷水使温度降低，前提是在水位没有达到系统的最高水位时）。此系统只是单独的模块系统，在总的系统中开关按钮X001由计数器C0代替，X6的作用则为手动开启温度控制系统，当天气为晴天时，系统可自动的由集热器加温，但当天气为阴天或是雨天时，太阳能不能提供足够多的热量使水加热至设定温度，此时就利用手动开关启动它使用户能在随时用上热水。

4.3 水位模块的自动控制

4.3.1 水位的控制要求
自动上水功能: 系统启动后就自动的启动水泵的电磁阀上水至水箱。当水位低于设定值时, 发出报警信号, 并实现自动上水; 当水位高于设定值时，发出高水位报警信号, 并自动关闭上水电磁阀;

系统设计设计说明：
此系统为水箱液位的控制，其中的工作原理是通过液面的行程开关来控制的，当系统的总开关打开时，系统能够自动的上水，液面的行程开关自动的上浮，在上水的同时液面也在上升，当液面到达了最低水位的行程开关时，行程开关闭合（此时的系统正在上水所以系统并不会采取其它的措施，只有当液面从高位下落到低位时才会启动水泵加水）；系统继续上水，当液面高至高水位的行程开关时，高位的行程开关闭合，此时系统将停止水泵的工作系统将进入集热器的加温状态。只有当用户在用水后使水箱里的水为下降，水位的控制系统自动的进入工作状态，同时在定时器以外的工作时间里水位的控制将不在继续，在水位低于最低水位时，系统避免电热器空烧，则自动停止温度控制系统（此举是为了节省在夜间的能源浪费，当深夜时用户已不在使用热水器在使系统加热水则纯属浪费。为节约起见安排此功能）。

4.4 定时器模块的应用的设计说明

PLC中的定时器相当于继电器系统中的时间继电器，它有一个设定值寄存器（一个字长）、一个当前值寄存器（一个字长）和一个用来存储其输出触点状态的映像寄存器（占二进制的一位），这三个存储单元使用同一个元件号。FX系列PLC的定时器分为通用定时器和积算定时器。
此系统利用的定时器为积算定时器，100ms积算定时器T250-T255的定时范围为0.1-3276.7s.X1的常开触点接通时（见图），T250的当前值计数器时，100ms时钟脉冲进行累加计数。X1的常开触点断开或停电时停止定时，当前值保持不变。X1的常开触点再次接通或重新上电时继续定时，累计时间（t1+t2）为1055*100ms=105.5s时，T250的触点动作。因为积算定时器的线圈断电时不会复位，需要用X2的常开触点使T250强制复位。
下图为定时器的说明：

X1

当前值

Y1
X2

图4-2：积算定时器

定时器的模块设计说明：
定时器模块在太阳能热水器系统中有着很重要的作用，首先定时器是工作在有太阳能提供能量的时候，此时太阳能是靠太阳能提供能量使水加热的，温度控制在此时并不是主要的工作系统；当定时器的工作时间到了的时候（即18：00），太阳不提供能量时，为使已加热的水能保温，则启动温度控制系统。最后，定时器中为了使系统能全天候的有热水供给用户使用，则在太阳能良弱时，利用手动按钮启动系统使水加热。







第五章 太阳能热水器系统总体的自动控制设计
5.1 自动控制系统的设计说明
此系统为太阳能热水器的自动控制系统的主要系统，其工作原理为：由用户按下启动按钮X001，系统开始工作，自动上水，同时开始定时（12小时），此时水箱内的水位可自动的控制在规定的安全水位上，如水位下降或是超过规定水位则由系统自动的调整。其中的温度控制由以上的温度模块介绍的一样。
其工作过程位：当系统启动后，定时器（T250），计数器（CO）工作，水泵（Y3）自动上水，当水为达到最低水为后行程开关（X2）闭合，集热器（Y4）开始工作。当水箱液位达到设定的最高值时，高位的行程开关（X3）将闭合，系统将停止水泵（Y3）的工作。当定时器的定时时间到了（即计数的设定值等于当前值），系统中的温度传感器开始工作，假设温度传感器采集到了最佳温度55度，通过传送指令传送给D0其范围为50-60度之间的。其中采用的元件中有区间比较指令和传送指令，将传感器Y0所测的温度通过传送指令MOV传送给寄存器D0，同时也将之前设定的温度范围50-60度利用传送指令MOV分别传送给寄存器D10、D11。再通过区间比较指令ZCP进行比较，当寄存器内的温度D0小于D10时，M2闭合线圈Y001（电热器加温利用电热器将水箱的温度加热至设定的范围内）；当寄存器内的温度D0大于D10同时小于D11时，M3闭合线圈Y002（绿灯亮指示系统正常）；当寄存器内的温度D0大于D11