基于PLC太陽能熱水器的控制器完結(jié)版

-.z.摘要隨著世界能源危機的不斷加劇，新能源的開發(fā)利用越來越引起人們的重視，太陽能作為一種清潔無污染且又用之不盡的資源得到了越來越廣泛的應(yīng)用，太陽能熱水器已逐步進入普通家庭。本文結(jié)合太陽能熱水器的實際應(yīng)用，并根據(jù)準確控制的需要設(shè)計了基于PLC太陽能熱水器的控制器。通過對太陽能熱水器構(gòu)造和工作原理的分析，提出本設(shè)計要實現(xiàn)的功能。并結(jié)合傳感器、PLC和一些特殊功能模塊的特點和應(yīng)用，完成對硬件設(shè)備的選型，搭建了控制器的硬件電路。軟件設(shè)計局部按控制的要求畫出程序流程圖，運用三菱系列通用編程軟件G*Developer進展編程，利用三菱的G*SimulatorVersion6程序仿真軟件進展程序仿真，以校驗程序。應(yīng)用三菱的觸摸屏編程軟件GTDesigner2繪制觸摸屏仿真畫面，定義用到的軟元件，設(shè)置相關(guān)參數(shù)，然后掛接程序仿真軟件和觸摸屏仿真軟件GTSimulator2，三者之間的聯(lián)動實現(xiàn)整個系統(tǒng)的仿真、調(diào)試。本設(shè)計的最大特點就是能實現(xiàn)對洗浴溫度的準確控制。關(guān)鍵詞：太陽能熱水器；PLC；準確控制；傳感器；特殊功能模塊DesignofSolarWaterHeaterControlSystemAbstract:Withtheworld’sgrowingenergycrisis,thenewenergy’sdevelopmentusebringstopeople’sattentionmoreandmore,thesolarenergywhichisnotonlythecleanenergybutalsotheendlessresourcesisobtainedmoreandmorewidespreadapplication,solarwaterheatershasbeeningintotheaveragefamilystepbystep.Inthispaper,binedwiththepracticalapplicationofsolarwaterheater,andinaccordancewiththeneedforprecisecontrol,thecontrollerofsolarwaterheaterbasedonPLCwasdesigned.Throughtheanalysisofthesolarenergywaterheater’sstructureandworkingprinciple,thepaperputsforwardthefunctionofthedesign.Andbinationofthecharacteristicsandapplicationsofsensors,PLCandmanyspecialfunctionmodules,theselectionsofhardwareequipmentwerepletedandhardwarecircuitswerebuilt.Theprogramflowdiagramofsoftwaredesignwasdrawnaccordingtothecontrolrequest,andtheprogrammingusedMitsubishiseriesgeneralprogrammingsoftwareG*Developer.MitsubishiG*SimulatorVersion6wasusedtosimulateprogramandtocheckiftheprocedureiswrongornot.ProgrammingsoftwareMitsubishitouchscreenGTDesigner2wasusedtodrawthesimulationpictures,todefinethesimulationsoftwareponentsandtosetuprelatedparameters.ThenarticulatedproceduresimulationsoftwareandtouchscreensimulationsoftwareGTSimulator2haverealizedsystem’sbinedsimulation.Thebiggestcharacteristicistorealizeaccuratetemperaturecontrolofthebath.Keywords:solarwaterheater;PLC;precisecontrol;sensor;specialfunctionmodules-.z.目錄TOC\o"1-3"\u1緒論11.1選題的目的和意義11.2國外研究現(xiàn)狀簡述11.3太陽能熱水器市場分析31.4本設(shè)計特點及主要容52太陽能熱水器的組成及工作原理62.1太陽能熱水器的根本構(gòu)造62.2太陽能熱水器的工作原理82.3太陽能熱水器類型選擇102.4本設(shè)計要實現(xiàn)的功能113太陽能熱水器硬件的選型及設(shè)計133.1可編程控制器〔PLC〕的開展及簡介133.2PLC的特點143.3硬件設(shè)備的選型153.3.1PLC的選型原則15基于本設(shè)計的PLC選型20其他硬件的選擇213.4太陽能熱水器整體系統(tǒng)設(shè)計264軟件局部設(shè)計294.1系統(tǒng)的I/O口地址及相關(guān)的軟元件功能設(shè)置294.2編程軟件的介紹304.3PID閉環(huán)控制314.3.1PID控制器的優(yōu)點31實現(xiàn)PID控制的方法32本設(shè)計的PID控制324.4系統(tǒng)的程序流程圖335觸摸屏仿真365.1相關(guān)仿真軟件介紹365.2觸摸屏仿真40參考文獻44附錄1 45附錄2 50致51-.z.1緒論1.1選題的目的和意義當今世界能源問題已經(jīng)成為一個普遍性的問題，能源關(guān)乎著國家的平安，誰掌握了世界上的能源誰就掌握了國際事務(wù)的話語權(quán)，誰就有了國家經(jīng)濟開展的根底，誰就有了同其他國家相抗衡的資本。但是傳統(tǒng)能源已經(jīng)被消耗殆盡，為了國家未來的開展，世界各國都在開發(fā)新能源，太陽能作為一種既清潔又取之不盡的資源已得到了越來越多的應(yīng)用。眾所周知，太陽能是取之不盡，用之不竭，沒有污染的巨大能源。隨著世界上煤、石油、天然氣儲量的日益減少，能源危機也日益嚴重，與此同時環(huán)境污染的危機也不斷的威脅著生態(tài)平衡，太陽能開發(fā)利用的課題也提到了人類的面前。有人預測：二十一世紀太陽能將由輔助能源上升為主要能源。但由于太陽能的分散性、季節(jié)性和地區(qū)性又給太陽能利用帶來重重困難，有些技術(shù)難點尚未突破，產(chǎn)品造價偏高〔如光電池〕，因而尚未被人們大規(guī)模的使用。在太陽能熱利用技術(shù)中，太陽能熱水器是技術(shù)上比擬成熟、造價比擬低廉的產(chǎn)品，同時由于給人民提供絕對平安的熱水而受到人們的歡送，且具有節(jié)能、環(huán)保、平安、便利、長久等優(yōu)點，因此它的應(yīng)用會越來越廣[1]。尤其在農(nóng)村地區(qū)具有很大的現(xiàn)實意義：中國四分之三的人口居住在農(nóng)村，目前仍有約2萬個村莊，800多萬個農(nóng)戶，3000多萬人口沒有電力供給。而農(nóng)村60%左右的村民仍然依靠燃料秸稈、薪柴為主做飯和燒水，它不僅造成空氣污染，而且還嚴重破壞植被，威脅生態(tài)環(huán)境。隨著化石能源的逐步枯竭，煤炭、石油和電力一直漲價，且能源供給日趨緊。太陽能無污染、無運輸、無壟斷、“取之不盡、用之不竭〞，是最有開展前途的可再生能源。在社會主義新農(nóng)村建立力推廣應(yīng)用太陽能，不僅能夠解決農(nóng)村的根本能源消費問題，促進可再生能源的高效利用，實現(xiàn)農(nóng)村生產(chǎn)開展、生活寬裕的雙重目標，還有利于鄉(xiāng)風文明和村容整潔，促進社會主義精神文明開展[2]。1.2國外研究現(xiàn)狀簡述我國第一臺太陽能熱水器出現(xiàn)在1958年。70年代興起開發(fā)利用太陽能熱潮，各地研制成多種熱水器樣機，并有小規(guī)模應(yīng)用，1979年我國太陽熱水器的產(chǎn)量僅十萬m2。1987年，我國從加拿大引進銅鋁復合〔SUNSTRIP〕生產(chǎn)線；90年代，我國建立了全玻璃真空集熱管和真空管集熱器工業(yè)，使我國太陽能熱水器的推廣應(yīng)用上了一個新臺階[3,4]。太陽能熱水器的生產(chǎn)和應(yīng)用開場于20世紀70年代后期，開場以平板式和悶曬式為主，生產(chǎn)規(guī)模較小，技術(shù)水平較低。20世紀80年代中期，我國引進加拿大銅鋁復合吸熱板(SUNSTRIP)制造技術(shù)，使我國平板集熱器產(chǎn)品質(zhì)量跨上一個新臺階，我國太陽能熱水器產(chǎn)業(yè)開場進入以現(xiàn)代化生產(chǎn)手段制造國產(chǎn)優(yōu)質(zhì)平板集熱器的歷史新階段。為了減少平板集熱器的熱損，提高集熱溫度，國際上70年代研制成功真空集熱管，其吸熱體被封閉在高真空的玻璃真空管，大大提高了熱性能。我國自1978年從美國引進全玻璃真空集熱管的樣管以來，經(jīng)過20多年的努力，已經(jīng)建立了擁有自主知識產(chǎn)權(quán)的現(xiàn)代化全玻璃真空集熱管的產(chǎn)業(yè)，產(chǎn)品質(zhì)量達世界先進水平，產(chǎn)量雄居世界首位。我國自80年代中期開場研制真空集熱管，經(jīng)過十幾年的努力，攻克了熱壓封等許多技術(shù)難關(guān)，建立了擁有全部知識產(chǎn)權(quán)的熱管真空管生產(chǎn)基地，產(chǎn)品質(zhì)量到達世界先進水平，生產(chǎn)能力居世界首位。80年代后期，我國開場研制高性能的真空管集熱器。清華大學開發(fā)的全玻璃真空管集熱器構(gòu)造簡單，類似拉長的暖水瓶，管外外表上選擇性吸收涂層是其關(guān)鍵技術(shù)。全玻璃真空管集熱器已經(jīng)實現(xiàn)了產(chǎn)業(yè)化，目前全國有60多個全玻璃真空管集熱器生產(chǎn)廠，年產(chǎn)300多萬只真空管。80年代后期至90年代初，市太陽能研究所相繼在我國政府、UNDP支持下，并與德國合作研制成功熱管式真空管集熱器，1996年與德國DASA公司合資建立了熱管式真空管集熱器生產(chǎn)廠，實現(xiàn)了規(guī)?；a(chǎn)，1998年生產(chǎn)了11萬只真空管，產(chǎn)品銷往國外。目前，直通式真空集熱管生產(chǎn)線正在加緊進展建立，產(chǎn)品即將投放市場[5]。在世界圍，世界上第一臺太陽能熱水器在100多年前誕生于美國，它是一種悶曬式熱水器。到目前為止國外太陽能熱水器的開展主要經(jīng)歷了以下幾個階段:第一代，這是一種非常簡易的利用，用鐵皮桶放在樓頂，外外表刷上黑色油漆以增強對的吸收；第二代，平板式太陽能熱水器，采用中心銅管加兩翼鋁或者鋁銅合金作為吸熱體，前期翼片刷油漆，后期采用對具有選擇性吸收的氮化鋁/鋁等涂層。現(xiàn)今，絕大多數(shù)的涂層太吸收比可達0.90以上，優(yōu)質(zhì)的平板式太陽能一般應(yīng)具備以下幾個特點：銅管加鋁翼吸熱體、低鐵蓋板玻璃、良好的密封、采用選擇性磁控濺射涂層等；第三代，真空管式太陽能熱水器，平板式太陽能采用鋁等邊框加玻璃蓋板對吸熱體進展圍護，在寒冷的冬季，熱散發(fā)很大，根本沒有熱水可用，真空管式太陽能熱水器可以良好地解決這個問題，采用雙層高硼硅玻璃管(類似水瓶膽原理)作為吸熱體,成功解決了平板太陽能熱水的散熱問題；第四代，超導熱管式太陽能熱水器，玻璃真空管式太陽能熱水器在夏季水溫高，一般購置太陽能熱水器以冬季新產(chǎn)熱進展選購，夏季熱水用不完，自來水在75℃易結(jié)水垢，很多太陽能熱水器在夏季就像是一臺開水器，二三年下來，在管壁就結(jié)上一層水垢，阻礙了對的吸收，大大降低太陽能熱水器的水溫，超導熱管式太陽能熱水器采用真空管加超導銅管和鋁片作為熱的傳導體，水不直接流經(jīng)真空管，從而使真空管的性能根本恒定，但采用較多的銅材，價格相對較高?，F(xiàn)在太陽能熱水器技術(shù)已很成熟，并已形成行業(yè)，正在以優(yōu)良的性能不斷地沖擊電熱水器市場和燃氣熱水器市場。目前其產(chǎn)品的開展方向仍注重提高集熱器的效率，如將透明隔熱材料應(yīng)用于集熱器的蓋板與吸熱間的隔層，以減少熱量損失，聚脂薄膜的透明蜂窩已在德國和以色列批量生產(chǎn)。1.3太陽能熱水器市場分析在全球能源形勢緊、氣候變暖嚴重威脅經(jīng)濟開展和人們生活安康的今天，世界各國都在尋求新的能源替代戰(zhàn)略，以求得可持續(xù)開展和在日后的開展中獲取優(yōu)勢地位。太陽能以其清潔、源源不斷、平安等顯著優(yōu)勢，成為關(guān)注重點。在太陽能產(chǎn)業(yè)的開展中，太陽能熱水器的熱利用轉(zhuǎn)換技術(shù)無疑是最為成熟的，其產(chǎn)業(yè)化進程也較光伏電池、太陽能發(fā)電等產(chǎn)業(yè)領(lǐng)先一步。但是目前市場還有待規(guī)，消費群體還有待培育，技術(shù)還尚須改良，因而對于企業(yè)來說還有較大的成長空間[6]。中國的太陽能熱利用技術(shù)研究開發(fā)始于20世紀70年代末，其重點置于簡單，價廉的低溫熱利用的適用技術(shù)，如太陽能溫室，太陽灶，被動太陽房，太陽熱水器和太陽枯燥器。這類技術(shù)在農(nóng)村得到推廣應(yīng)用，為緩解農(nóng)村能源短缺，改善農(nóng)村生態(tài)環(huán)境和農(nóng)民生活起了積極的作用，并收到了實效。20世紀80年代太陽能熱水器列入國家“六五〞和“七五〞科技攻關(guān)工程。主要的研發(fā)工程是高效平板太陽集熱器和全玻璃真空集熱管。在90年代，全玻璃真空集熱管的科技成果通過投產(chǎn)轉(zhuǎn)化為生產(chǎn)力——形成自行設(shè)計和配套的集熱管生產(chǎn)線。2007年，中國太陽能熱水器產(chǎn)量的增長速度約為30%，年產(chǎn)量達2340萬m2〔16380MWth〕，總保有量約為10800萬m2〔75600MWth〕〔太陽能熱水器壽命按10年計算，1997年前的保有量作廢〕。2007年，太陽能熱水器市場銷售額約為320億元人民幣，產(chǎn)值億元人民幣以上的企業(yè)有20多家；2007年，太陽能熱水器的出口額增長約為28%，6500萬美元左右，產(chǎn)品出口歐洲、美洲、非洲、東南亞等50多個國家和地區(qū)。2008年全年太陽能熱水器產(chǎn)量將到達2800萬平方米，同比增長20%；全年銷售額為380億元左右，同比增長19%。其中，太陽能熱水工程市場大約在1250萬平方米左右，比2007年增長55%。國際市場需求減弱，2008年出口大約在8000萬美元左右，比2007年增長23%[7]。中國太陽能熱水器的年生產(chǎn)量是歐洲的2倍，北美的4倍，現(xiàn)已成為世界上最大的太陽能熱水器生產(chǎn)國和最大的太陽能熱水器市場，并仍在以每年20％-30％的速度遞增。但是中國太陽能熱水器的生產(chǎn)企業(yè)有5000多家，除皇明、清華、華揚、太陽雨、四季沐歌等10個全國性品牌因質(zhì)量、售后效勞過硬而市場知名度較高外，行業(yè)中存在著大量紛繁蕪雜的雜牌企業(yè)，這種狀況不利于行業(yè)的長遠開展，這就要求政府部門進展規(guī)，加強監(jiān)管引導。盡管市場現(xiàn)狀不如人意，但市場前景仍被看好。隨著國民經(jīng)濟和人民生活水平的不斷提高，居民對家庭室熱水的需求也越來越強烈，中國太陽能熱水器市場潛力巨大[6]。1.4本設(shè)計特點及主要容本設(shè)計是基于三菱F*系列[8]PLC的太陽能熱水器控制器設(shè)計[9]，其最大的優(yōu)點就是能夠?qū)崿F(xiàn)對出水溫度的準確控制，這是一般的單片機控制的太陽能熱水器所無法與之相比的[10]。另外，通過使用液位傳感器還可以對液位進展控制以及實現(xiàn)液位的上下限報警。當儲水箱水位低于設(shè)定的下限時，系統(tǒng)自動上水。為了防止在陰雨天氣情況下人們不能夠正常洗浴，系統(tǒng)還參加了輔助電加熱器，當儲水箱溫度低于洗浴的設(shè)定溫度時電加熱器開場工作，同時為了盡可能的減少電能的浪費，當加熱到設(shè)定的溫度上限時，電加熱器退出工作，這樣可以滿足人們一天24小時的不連續(xù)用水。同時為了防止一些可能出現(xiàn)的問題，在一些必要的地方設(shè)置了互鎖。系統(tǒng)還擁有自動手動兩套程序，當系統(tǒng)運行過程中出現(xiàn)問題時可以通過手動切除故障，實現(xiàn)系統(tǒng)的自動手動控制，提高了系統(tǒng)運行的可靠性。另外，通過與觸摸屏的連接還可以實現(xiàn)對系統(tǒng)的實時監(jiān)控。全文分五大局部。第一局部包括第一章，描述太陽能的利用狀況和開展前景。第二局部包括第二章，描述太陽能熱水器系統(tǒng)的組成及工作原理。第三局部包括第三章，完成硬件的選型和設(shè)計。第四局部包括第四、第五兩章，完成軟件的設(shè)計及仿真。在本文中分別介紹了傳感器的特點及應(yīng)用、一般的太陽能熱水器及循環(huán)系統(tǒng)、PLC的開展和應(yīng)用[11]、PLC和傳感器的選型，這也是設(shè)計此款太陽能熱水器的理論根底和必要前提。2太陽能熱水器的組成及工作原理2.1太陽能熱水器的根本構(gòu)造太陽能熱水器按使用分類，可分為季節(jié)性熱水器、全年性熱水器以及有輔助熱源的全天候太陽能熱水器。按集熱器原理和構(gòu)造可分為平板型熱水器和真空管熱水器。按工質(zhì)流動方式不同，又可分為悶曬型、循環(huán)型和直流型三種[1]。但不管何種類型的太陽能熱水器，其根本構(gòu)造都是一樣的，太陽能熱水器通常由集熱器、絕熱儲水箱、連接收道、支架和控制系統(tǒng)組成，如圖2-1所示。儲儲水箱控制器集熱器支架溫度傳感器排空閥三通調(diào)節(jié)閥洗浴電磁閥上水排氣管溢流管上水電磁閥洗浴噴頭洗浴噴頭圖2-1太陽能熱水器的根本構(gòu)造圖1)太陽能集熱器：太陽能集熱器是太陽能熱水器接收太陽能量并轉(zhuǎn)換為熱能的核心部件和技術(shù)關(guān)鍵，其造價約占太陽能熱水器總造價的二分之一左右。全玻璃管式太陽能熱水器根據(jù)熱介質(zhì)的不同又可分為全玻璃真空管集熱器和熱管真空管〔玻璃金屬結(jié)合〕集熱器兩種。它們的最主要、最關(guān)鍵部件是真空集熱管[2]。

目前國最普及的全玻璃真空集熱管像一個拉長的暖水瓶，由兩根同心圓玻璃管徑抽成真空而成，管外壁采用直流反響或磁控濺射鍍膜工藝制備而成，沉積漸變鋁-氮/鋁選擇性太陽吸收膜層。全玻璃真空集熱管材料、工藝和構(gòu)造簡單，可靠性好，集熱效率高，太陽能吸收率≥90%，紅外發(fā)射率≤9%，使熱能的傳導對流，輻射損失降至極低，具有“只進不出〞的保溫特效[4]。

全玻璃真空集熱管一般由玻璃管、外管構(gòu)成，管壁裝水與保溫水箱相連通，循環(huán)，管外壁涂有選擇性涂層用于吸收，管與外管之間保持一定距離，通常1cm，將、外管之間抽成真空后熔接，集熱時，當透過外管照射到管上，管發(fā)熱后，將管的水全部加熱，利用冷熱比重不同的物理原理，由管與保溫水箱的水相互交遞循環(huán)，最終將保溫箱的水加熱。

2)絕熱貯水箱：

太陽能熱水器水箱是貯存熱水的裝置，其構(gòu)造、容量、保溫和材料將直接影響熱水器的性能和運行的質(zhì)量。貯水箱主要組成局部為水箱膽、保溫層、水箱外殼、密封圈四局部。水箱的種類，按外形分有方形、扁盒型、圓柱型、球形水箱；按放置方法分有立式和臥式兩種；按耐壓狀態(tài)分有常壓的開式水箱和耐壓的閉式水箱；按是否有輔助熱源可分為普通水箱和具有輔助熱源的水箱；按換熱的方式不同可分為直接換熱水箱和二次換熱的間接熱交換水箱。

水箱膽生產(chǎn)材料的質(zhì)量，對水箱的耐壓、耐溫、防滲漏及水質(zhì)影響很大。目前市場上出售的產(chǎn)品，其水箱膽主要有0.6mm厚304-2B不銹鋼，它無磁性、抗銹蝕、焊接性好，塑性好。其它的常用材料有鋼板進展防腐處理或搪瓷、鍍鋅鋼板、防銹鋁板、塑料或玻璃鋼等。水箱的熱特性包括放熱特性、加熱特性、保溫特性。放熱特性就是希望水箱的熱水都能放出來，方便利用。加熱特性是大多數(shù)水箱的水是上部先熱起來，然后下部再慢慢熱起來。保溫特性指水溫下降的快慢，與水箱的封密性、保溫材料、環(huán)境溫度、水容量大小等相關(guān)。

目前太陽能熱水器保溫材料大多項選擇用聚氨酯。聚氨酯整體發(fā)泡工藝復雜，加工難度高。成功發(fā)泡成型的保溫泡沫整體性好，無漏發(fā)泡，泡沫密度達80千克/立米，強度均勻，封閉性好。如厚度在5cm～7cm左右，則保溫性能極佳(東北嚴寒地區(qū)至少需6cm厚)。水箱外殼常年暴露在外，必須選擇抗腐蝕耐老化的材料制成。目前市場上常見的有304-BA不銹鋼板、軋花鋁板、國產(chǎn)及進口彩板、普通鋁板、氧化鋁板等。正規(guī)廠家大都采用進口彩板。許多廠家利用氧化鋁板及彩板，用低價位來形成市場賣點，因其抗腐蝕性差，壽命很難保證。3)支撐架：太陽能熱水器的支撐架主要由反尾座及主撐架組成。4)控制系統(tǒng)：一臺較好的太陽能熱水器應(yīng)具有優(yōu)質(zhì)平安的常規(guī)能源輔助加熱即電加熱。應(yīng)采用太陽能與二次能源相結(jié)合，逢陰天光照不強，電輔助加熱可彌補在陰雨天及冬季缺乏時無法供熱水的缺乏。根據(jù)需要還可以采用具有水溫水位顯示、自動手動上下水、智能控制、溫差循環(huán)、自動加熱、手動加熱、防凍、防干燒和故障報警等功能的全智能控制儀。5)其它部件：熱水器的密封圈除具有密封性好、耐高溫、壽命長等性能外，還應(yīng)不溶于水，否則食用后會對人體有害。質(zhì)量較好的密封圈材料選用硅橡膠，但市場上采用普通橡膠或再生橡膠的商家卻大有人。2.2太陽能熱水器的工作原理太陽能熱水器是一種利用太陽輻射能通過溫室效應(yīng)把水加熱的裝置。溫室效應(yīng)是指由于對流、反射損失減少使能量聚集、溫度逐漸升高的一種自然現(xiàn)象。溫室效應(yīng)又稱為熱箱原理，它是通過一個上面蓋有透明玻璃的封閉箱體來實現(xiàn)能量聚積的。太透過玻璃進入箱體，被黑色外表吸收，而向外反射和對流的能量受到玻璃和箱體的阻擋，被保存在箱，這樣箱體的能量不斷積聚，溫度不斷升高，甚至可達100℃～200℃。利用聚積的高溫來加熱水，就是太陽能熱水器。由于太陽能熱水器在運行過程中不消耗任何常規(guī)能源〔煤、石油、天然氣、電等〕，所以人們把它形象地稱為“不燒煤的鍋爐〞。溫度傳感器溫度傳感器T2循環(huán)泵上水電磁閥儲水箱集熱器太陽光溫度傳感器T3圖2-2太陽能熱水器水循環(huán)原理圖集熱器的水加熱后要與儲水箱里面的冷水實現(xiàn)循環(huán)以使儲水箱里的水不斷的被加熱，目前常用的熱交換方式主要有三種：自然循環(huán)、強迫循環(huán)和定溫放水循環(huán)[1]。1)自然循環(huán)式：自然循環(huán)的特點是，儲水箱必須安設(shè)在集熱器頂端水平面以上才可進展系統(tǒng)循環(huán)。裝置中集熱器的水經(jīng)太陽輻射，使水溫上升，密度開場逐漸變小，與儲水箱未被太陽輻射的水產(chǎn)生了密度差〔或稱重力差、溫度差〕，形成了熱虹吸壓頭在集熱器中緩緩上升。溫水經(jīng)過設(shè)置管道〔上循環(huán)管〕進入儲水箱，而在此同時儲水箱相對溫度低、密度較大的水慢慢下降，經(jīng)設(shè)置管道〔下循環(huán)管〕流入集熱器下部補充。這樣以水的比重差或稱熱虹吸壓頭為作用力，而不借助外力來使水進展循環(huán)的方式稱為自然循環(huán)。自然循環(huán)的運行其密度差愈大，循環(huán)的速度愈快，反之循環(huán)的愈慢。這種循環(huán)方式能使儲水箱的水持續(xù)升溫，太陽輻射停頓，循環(huán)也漸漸終止。2)強迫循環(huán)式：強迫循環(huán)顧名思義是借助外力迫使集熱器與儲水箱的水進展循環(huán)。它的特點是儲水箱的位置不受集熱器位置的制約，可任意設(shè)置，可高于集熱器，也可低于集熱器。它是通過水泵將集熱器接收太陽輻射的水與儲水箱的水進展循環(huán)，使儲水箱的水溫逐漸增高。市場上經(jīng)常采用的強迫循環(huán)熱水器是一種兩次循環(huán)別離式熱水器，集熱器裝入特殊的導熱介質(zhì)或防凍液，靠循環(huán)泵進展循環(huán)。該泵由溫差啟動器進展控制，當溫差到達預定溫度時，啟動泵，進展循環(huán)；低于預定溫度時，泵停頓運行。熱水是通過儲熱水箱中的特殊的熱交換器進展熱交換的(圖2-2)。3)定溫放水式：定溫放水式與強迫循環(huán)不同的是它不是循環(huán)的概念，而是通過溫度控制器將到達設(shè)定溫度的水用水源壓力或水源加壓力水泵輸送到儲水箱。它的特點是水源經(jīng)集熱器到儲水箱，因為沒有循環(huán)，又非常簡單，只是將水在集熱器悶曬后送入儲水箱，因此，有人將這一方式稱為直流式或直流定溫放水。這種方式的又一特點是與溫差控制式強迫循環(huán)的方式一并使用能有效地節(jié)約用水，定溫放水的水箱容積一般較大，有時前一天的水未被用完，如果不升溫，水即被白白放掉，如果有溫差或強迫循環(huán)的機構(gòu)就可將這局部水加溫。2.3太陽能熱水器類型選擇太陽能熱水器可根據(jù)不同的情況進展分類：集熱器和儲熱水箱合為一體的稱為悶曬熱水器；集熱器和儲熱水箱嚴密結(jié)合的稱為整體〔或緊湊〕熱水器；集熱器和儲熱水箱別離的稱為別離熱水器。根據(jù)集熱器構(gòu)造的不同，可分為悶曬熱水器、平板熱水器和真空管〔包括全玻璃真空管和熱管真空管〕熱水器。按集熱工質(zhì)的循環(huán)特點，可分為自然〔被動〕循環(huán)熱水器、強迫〔主動〕循環(huán)熱水器和直流熱水器。假設(shè)按工質(zhì)循環(huán)次數(shù)，有可分為一次循環(huán)熱水器〔直接循環(huán)或單回路循環(huán)〕和二次循環(huán)熱水器〔間接循環(huán)或雙回路循環(huán)〕。按集熱所使用的材料不同，可分為金屬、玻璃和塑料三大類型。按儲熱水箱膽材料不同，又可分為不銹鋼水箱、搪瓷水箱、防銹鋁水箱、鍍鋅銅板及塑料水箱等。太陽能熱水器還可根據(jù)熱水的使用時間，分為季節(jié)性太陽熱水器〔無輔助熱源〕、全年使用太陽熱水器〔有輔助熱源〕和全天候〔有輔助熱源及自動控制儀表〕太陽熱水器。另外，太陽能熱水器還可以根據(jù)系統(tǒng)是否承壓，分為非承壓熱水器〔常壓〕和承壓熱水器[1]。本文根據(jù)實際需要采用全天候具有強迫循環(huán)方式的全玻璃真空管式別離熱水器。2.4本設(shè)計要實現(xiàn)的功能在本系統(tǒng)中需要實現(xiàn)以下幾種功能：1.自動上水及水位上下限報警功能在系統(tǒng)過參加液位傳感器來不斷的檢測儲水箱的水位，當水箱的水位低于三十厘米時，上水閥翻開開場加水，當水位上升到一百八十厘米時，上水閥關(guān)閉，加水停頓。當儲水箱的水位低于三十厘米時，水位下限報警器響，十秒后停頓或加水到超過三十厘米時停頓；當水位高于一百八十厘米時水位上限報警器響，十秒后停頓。2.集熱器熱水與儲水箱中冷水進展循環(huán)功能通過在集熱器出水口放置溫度傳感器可以檢測出水溫度，再通過在儲水箱里面放溫度傳感器檢測儲水箱的水溫度，再通過兩個溫度值的比擬，當集熱器出水溫度大于儲水箱水溫度時，循環(huán)泵翻開，實現(xiàn)水循環(huán)，使儲水箱里面的水不斷的被加熱，只要有溫度差循環(huán)就進展，直到兩者之間的溫度差消失。3.輔助電加熱功能儲水箱里的溫度傳感器帶顯示功能，設(shè)定一個儲水箱水溫度上下限值當溫度低于設(shè)定的溫度下限時，輔助電加熱器開場工作，儲水箱里的水溫開場上升，當?shù)竭_溫度上限時電加熱停頓，以到達全天候不連續(xù)供給可以洗浴的熱水的目的，尤其在陰天或者晚上時能夠滿足人們的洗浴要求。4.恒溫出水功能通過設(shè)定一個溫度值，然后在三通調(diào)節(jié)閥的出水口放置一個溫度傳感器，不連續(xù)的測量三通閥的出水溫度，再通過與設(shè)定值的比擬，通過PLC的PID控制[12]，使三通調(diào)節(jié)閥的出水溫度恒定。PLC的PID閉環(huán)控制可以實現(xiàn)對溫度的準確控制，這是本設(shè)計的一個亮點，可以滿足人們對洗浴水溫的高標準要求，防止水溫的不穩(wěn)定對人身造成的傷害。5.必要的閉鎖功能在洗浴過程中，儲水箱里的水位可能低于三十厘米，在這時液位傳感器檢測到后要啟動上水開關(guān)，向儲水箱加水，而在加水過程中有可能出現(xiàn)三通調(diào)節(jié)閥出水溫度小于設(shè)定值的情況，這時洗浴開關(guān)就不會出水，為了防止該問題的出現(xiàn)，在上水開關(guān)和洗浴開關(guān)之間應(yīng)設(shè)置閉鎖功能，使我們在洗浴期間不允許加水，不管水位有多低。在加水期間暫時不能洗浴，以防止出現(xiàn)問題時給人們造成的不方便。6.自動手動轉(zhuǎn)換功能在系統(tǒng)運行過程中有可能碰到很多未知的實際問題，為了防止系統(tǒng)出現(xiàn)崩潰，應(yīng)設(shè)置必要的手動自動轉(zhuǎn)換功能。在系統(tǒng)發(fā)生不能排除的問題或檢測失效時，啟用手動操作，切除故障。還可以在洗浴條件不滿足時強制進展洗浴，強制加水。為了調(diào)試系統(tǒng)的需要，這些手動程序也是必要的。3太陽能熱水器硬件的選型及設(shè)計3.1可編程控制器〔PLC〕的開展及簡介PLC是由繼電器邏輯控制系統(tǒng)開展而來的，初期主要用來替代繼電器控制器系統(tǒng)，側(cè)重于開關(guān)量邏輯控制和順序控制方面。后來，隨著微電子技術(shù)、大規(guī)模集成電路技術(shù)、計算機技術(shù)和通信技術(shù)的開展，PLC在技術(shù)上和功能上發(fā)生了極大的變化，主要如下：在開關(guān)量邏輯控制的根底上，增加了數(shù)值計算、閉環(huán)調(diào)節(jié)等功能；系統(tǒng)增加了模擬量和PID調(diào)節(jié)等特殊功能模塊，實現(xiàn)了開關(guān)量邏輯控制、順序控制和過程控制的完美結(jié)合；運算速度有了極大的提高。新型PLC的CPU在性能上已經(jīng)趕上了工業(yè)控制機；具有各種豐富的智能I/O模塊；通信功能強大，實現(xiàn)了PLC之間、PLC與上位機之間以及PLC與其他智能設(shè)備間的通信，由此開展了多種局部總線和網(wǎng)絡(luò)，也可構(gòu)成集散控制系統(tǒng)。PLC網(wǎng)絡(luò)既可作為獨立的DCS,也可作為DCS的子系統(tǒng)。PLC網(wǎng)絡(luò)，如Siemens公司的SINEC-L1、SINEC-H1、S4、S5、S6、S7等，GE公司的GENET，三菱公司的MELSEET/10、MELSEET/H。PLC著名的制造商主要有：GOULD〔美國〕、A-B〔美國〕、GE-Fanuc〔美國〕、OMRON〔日本〕、MITSUBISHI〔日本〕、Siemens(德國)和Schneider〔法國〕等。PLC這些性能特點使其在過程控制領(lǐng)域中得到了廣泛的應(yīng)用[13]?，F(xiàn)代PLC的開展有兩個趨勢：其一是向體積更小、速度更快、功能更強和價格更低的微小型方面開展；其二是向大型網(wǎng)絡(luò)化、高可靠性、好的兼容性和多功能性方面開展。具體來說，有以下幾個特點：〔1〕大型網(wǎng)絡(luò)化。主要朝著DCS的方向開展，使其具有DCS系統(tǒng)的一些功能。網(wǎng)絡(luò)化和通信能力強是PLC開展的一個重要方向，向下可將多個PLC、I/O模塊和現(xiàn)場智能儀表及設(shè)備相連；向上可與工業(yè)計算機、以太網(wǎng)等連接以構(gòu)成整個工廠的自動化控制系統(tǒng)?！?〕多功能。隨著多回路閉環(huán)調(diào)節(jié)、步進電機控制、位置控制、伺服控制、仿真、通信處理和故障診斷等模塊的出現(xiàn)，使PLC控制領(lǐng)域更加寬廣?！?〕高可靠性。由于控制系統(tǒng)的可靠性日益受到人們的重視，一些公司已將自診斷技術(shù)、冗余技術(shù)、容錯技術(shù)廣泛應(yīng)用到現(xiàn)有產(chǎn)品中，推出了高可靠性的冗余系統(tǒng)，并采用熱備用和并行工作、多數(shù)表決的工作方式。即使在惡劣、不穩(wěn)定的工作環(huán)境下，鞏固、全封閉的模板依然能正常工作。在操作運行過程中，有些PLC的模板還可帶電插拔[11]。3.2PLC的特點1.編程簡單易學梯形圖是使用最廣的PLC編程語言，其電路符號和表達方式與繼電器電路原理圖相似，梯形圖語言形象直觀，易學易懂，熟悉繼電器電路圖的電氣技術(shù)人員只需花幾天的時間就可以熟悉梯形圖語言，并用來編制用戶程序。梯形圖編程語言實際上是一種面向用戶的高級語言，PLC在執(zhí)行梯形圖程序時，將它“翻譯〞成匯編語言后再去執(zhí)行。2.功能強，性能價格比高一臺小型PLC有成百上千個可供用戶使用的編程元件，有很強的功能，可以實現(xiàn)非常復雜的控制功能。與一樣功能的繼電器系統(tǒng)相比，具有很高的性能價格比。PLC可以通過通信聯(lián)網(wǎng)，實現(xiàn)分散控制，集中管理。3.硬件配備齊全，用戶使用方便，適應(yīng)性強PLC產(chǎn)品已經(jīng)標準化、系列化、模塊化，配備品種齊全的各種硬件裝置供用戶選用，用戶能靈活方便地進展系統(tǒng)配置，組成不同功能、不同規(guī)模的系統(tǒng)。PLC的安裝接線也很方便，一般用接線端子連接外部接線。PLC有較強的帶負載能力，可以直接驅(qū)動一般的電磁閥和小型交流接觸器。通過修改用戶程序，可以方便快速地適應(yīng)工藝條件的變化。4.可靠性高，抗干擾能力強傳統(tǒng)的繼電器控制系統(tǒng)中使用了大量的中間繼電器、時間繼電器。由于觸點接觸不良，容易出現(xiàn)故障。PLC用軟件代替大量的中間繼電器和時間繼電器，僅剩下與輸入輸出有關(guān)的少量硬件元件，接線可以減少到繼電器控制的十分之一到百分之一，大大減少了因觸點不良造成的故障。PLC使用了一系列硬件和軟件抗干擾措施，具有很強的抗干擾能力，平均無故障時間到達數(shù)萬小時以上，可以直接用于有強烈干擾的工業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場，PLC已被廣闊用戶公認為最可靠的工業(yè)控制設(shè)備之一。5.系統(tǒng)的設(shè)計、安裝、調(diào)試工作量少PLC用軟件功能取代了繼電器控制系統(tǒng)量的中間繼電器、時間繼電器、計數(shù)器等器件，使控制柜的設(shè)計、安裝、接線工作量大大減少。PLC的梯形圖程序可以用順序控制設(shè)計法來設(shè)計。這種編程方法很有規(guī)律，很容易掌握。對于復雜的控制系統(tǒng)，如果掌握了該設(shè)計方法，設(shè)計梯形圖的時間比設(shè)計繼電器系統(tǒng)電路圖的時間要少得多。可以在實驗室模擬調(diào)試PLC的用戶程序，輸入信號可用小開關(guān)來模擬，通過PLC上的發(fā)光二極管觀察輸出信號的狀態(tài)。在現(xiàn)場調(diào)試過程中發(fā)現(xiàn)的大多數(shù)問題可以通過修改程序來解決，系統(tǒng)的調(diào)試時間比繼電器系統(tǒng)少得多。6.維修工作量小，維修方便PLC的故障率很低，且有完善的自診斷和顯示功能。PLC或外部的輸入裝置和執(zhí)行機構(gòu)發(fā)生故障時，可以根據(jù)PLC上的發(fā)光二極管或編程器提供的信息，方便地查明故障的原因，用更換模塊的方法可以迅速地排除故障。7.體積小，能耗低控制系統(tǒng)使用PLC后，可以減少大量的中間繼電器和時間繼電器，小型PLC的體積僅相當于幾個繼電器的大小，因此開關(guān)柜的體積比原來的小得多。PLC控制系統(tǒng)的配線比繼電器控制系統(tǒng)少得多[11]。3.3硬件設(shè)備的選型3.3.1PLC的選型原則PLC系統(tǒng)設(shè)計時，首先是確定控制方案，下一步工作就是PLC工程設(shè)計選型[14]。工藝流程特點和應(yīng)用要設(shè)計選型主要依據(jù)。PLC及有關(guān)設(shè)備應(yīng)是集成、標準，易于與工業(yè)控制系統(tǒng)形成一個整體，易于擴大其功能。選型所選用PLC應(yīng)是相關(guān)工業(yè)領(lǐng)域有應(yīng)用廣泛、成熟可靠的系統(tǒng)，PLC系統(tǒng)硬件、軟件配置及功能應(yīng)與裝置規(guī)模和控制要求相適應(yīng)。熟悉可編程序控制器、功能表圖及有關(guān)編程語言有利于縮短編程時間，工程設(shè)計選型和估算時，應(yīng)詳細分析工藝過程特點、控制要求，明確控制任務(wù)和圍，確定所需操作和動作，然后根據(jù)控制要求，估算輸入輸出點數(shù)、所需存儲器容量，確定PLC功能、外部設(shè)備特性等，最后選擇有較高性能價格比的PLC和設(shè)計相應(yīng)控制系統(tǒng)。一、輸入輸出〔I/O〕點數(shù)估算I/O點數(shù)估算時應(yīng)考慮適當余量，通常統(tǒng)計輸入輸出點數(shù)，再增加10%～20%可擴展余量后，作為輸入輸出點數(shù)估算數(shù)據(jù)。實際訂貨時，還需制造廠商提供PLC產(chǎn)品特點，對輸入輸出點數(shù)進展圓整。二、存儲器容量估算存儲器容量是可編程序控制器本身能提供硬件存儲單元大小，程序容量是存儲器中用戶應(yīng)用工程使用存儲單元的多少，程序容量小于存儲器容量。設(shè)計階段，用戶應(yīng)用程序還未編制，程序容量設(shè)計階段是未知，需程序調(diào)試之后才知道。設(shè)計選型時應(yīng)對程序容量有一定估算，通常采用存儲器容量估算來替代。存儲器存容量估算沒有固定公式，許多文獻資料中給出了不同公式，大體上都是按數(shù)字量I/O點數(shù)10～15倍，加上模擬I/O點數(shù)100倍，以此數(shù)為存總字數(shù)〔16位為一個字〕，另外再按此數(shù)的25%考慮余量。三、控制功能選擇該選擇包括運算功能、控制功能、通信功能、編程功能、診斷功能和處理速度等特性選擇。運算功能

簡單PLC運算功能包括邏輯運算、計時和計數(shù)功能；普通PLC運算功能還包括數(shù)據(jù)移位、比擬等運算功能；較復雜運算功能有代數(shù)運算、數(shù)據(jù)傳送等；大型PLC中還有模擬量PID運算和其他高級運算功能。由于開放系統(tǒng)的出現(xiàn)，目前PLC中都已具有通信功能，有些產(chǎn)品具有與下位機通信，有些產(chǎn)品具有與同位機或上位機通信，有些產(chǎn)品還具有與工廠或企業(yè)網(wǎng)進展數(shù)據(jù)通信功能。設(shè)計選型時應(yīng)從實際應(yīng)用要求出發(fā)，合理選用所需運算功能。在大多數(shù)應(yīng)用場合，只需要邏輯運算和計時計數(shù)功能，有些應(yīng)用需要數(shù)據(jù)傳送和比擬，當用于模擬量檢測和控制時，才使用代數(shù)運算，數(shù)值轉(zhuǎn)換和PID運算等。要顯示數(shù)據(jù)時需要譯碼和編碼等運算。

2)控制功能控制功能包括PID控制運算、前饋補償控制運算、比值控制運算等，由控制要求確定。PLC主要用于順序邏輯控制，大多數(shù)場合常采用單回路或多回路控制器解決模擬量控制，也采用專用智能輸入輸出單元完成所需控制功能，提高PLC處理速度和節(jié)省存儲器容量。例如采用PID控制單元、高速計數(shù)器、帶速度補償模擬單元、ASC碼轉(zhuǎn)換單元等。3)通信功能大中型PLC系統(tǒng)應(yīng)支持多種現(xiàn)場總線和標準通信協(xié)議(如TCP/IP)，需要時應(yīng)能與工廠管理網(wǎng)(TCP/IP)相連接。通信協(xié)議應(yīng)符合ISO/IEEE通信標準，應(yīng)是開放通信網(wǎng)絡(luò)。

PLC系統(tǒng)通信接口應(yīng)包括串行和并行通信(RS2232C/422A/423/485)、RIO通信口、工業(yè)以太網(wǎng)、常用DCS接口等；大中型PLC通信總線(含接口設(shè)備和電纜)應(yīng)按1：1冗余配置，通信總線應(yīng)符合國際標準，通信距離應(yīng)滿足裝置實際要求。

PLC系統(tǒng)通信網(wǎng)絡(luò)中，上級網(wǎng)絡(luò)通信速率應(yīng)大于1Mbps，通信負荷不大于60%。PLC系統(tǒng)通信網(wǎng)絡(luò)主要形式有以下幾種：1)PC為主站，多臺同型號PLC為從站，組成簡易PLC網(wǎng)絡(luò)；2)1臺PLC為主站，其他同型號PLC為從站，構(gòu)成主從式PLC網(wǎng)絡(luò)；3)PLC網(wǎng)絡(luò)特定網(wǎng)絡(luò)接口連接到大型DCS中作為DCS子網(wǎng)；4)專用PLC網(wǎng)絡(luò)(各廠商專用PLC通信網(wǎng)絡(luò))。為減輕CPU通信任務(wù)，網(wǎng)絡(luò)組成實際需要，應(yīng)選擇具有不同通信功能(如點對點、現(xiàn)場總線、工業(yè)以太網(wǎng))的通信處理器。4)編程功能離線編程方式：PLC和編程器公用一個CPU，編程器編程模式時，CPU只為編程器提供效勞，不對現(xiàn)場設(shè)備進展控制。完成編程后，編程器切換到運行模式，CPU對現(xiàn)場設(shè)備進展控制，不能進展編程。離線編程方式可降低系統(tǒng)本錢，但使用和調(diào)試不方便。在線編程方式：CPU和編程器有各自CPU，主機CPU負責現(xiàn)場控制，并在一個掃描周期與編程器進展數(shù)據(jù)交換一次，編程器把在線編制的程序或數(shù)據(jù)發(fā)送到主機，在下一掃描周期，主機就能收到程序并運行。這種方式本錢較高，但系統(tǒng)調(diào)試和操作方便，大中型PLC中常采用。五種標準化編程語言：順序功能圖(SFC)、梯形圖(LD)、功能模塊圖(FBD)三種圖形化語言和語句表(IL)、構(gòu)造文本(ST)兩種文本語言。選用編程語言應(yīng)遵守其標準(IEC6113123)，同時，還應(yīng)支持多種語言編程形式，如C，Basic等，以滿足特殊控制場合控制要求。5)診斷功能

PLC診斷功能包括硬件和軟件診斷。硬件診斷對硬件邏輯進展判斷并確定硬件故障位置，軟件診斷分診斷和外診斷。軟件對PLC部性能和功能進展診斷是診斷，軟件對PLC的CPU與外部輸入輸出等部件信息交換功能進展診斷是外診斷。

PLC診斷功能的強弱直接影響對操作和維護人員技術(shù)能力的要求，并影響平均維修時間。6)處理速度

PLC采用掃描方式工作。從實時性要求來看，處理速度應(yīng)越快越好，但信號持續(xù)時間小于掃描時間則PLC將掃描不到該信號，造成信號數(shù)據(jù)喪失。處理速度與用戶程序長度、CPU處理速度、軟件質(zhì)量等有關(guān)。目前，PLC接點響應(yīng)快、速度高，每條二進制指令執(zhí)行時間約為0.2～0.4μs，能適應(yīng)控制要求高、控制要求快的應(yīng)用需要。掃描周期(處理器掃描周期)應(yīng)滿足：小型PLC掃描時間不大于0.5ms/K；大中型PLC掃描時間不大于0.2ms/K[15]。四、機型選擇1)PLC類型選擇PLC按構(gòu)造分為整體型和模塊型兩類，按應(yīng)用環(huán)境分為現(xiàn)場安裝和控制室安裝兩類；按CPU字長分為1位、4位、8位、16位、32位、64位等。從應(yīng)用角度出發(fā)，通?？砂纯刂乒δ芑蜉斎胼敵鳇c數(shù)選型。整體型PLC的I/O點數(shù)固定，用戶選擇余量較小，用于小型控制系統(tǒng)；模塊型PLC提供多種I/O卡件或插卡，用戶可根據(jù)需要合理選擇和配置控制系統(tǒng)所需I/O點數(shù)，功能擴展方便靈活，一般用于大中型控制系統(tǒng)。2)輸入輸出模塊選擇輸入輸出模塊選擇應(yīng)考慮與應(yīng)用要求相統(tǒng)一。例如對輸入模塊，應(yīng)考慮信號電平、信號傳輸距離、信號隔離、信號供電方式等應(yīng)用要求。對輸出模塊，應(yīng)考慮選用輸出模塊類型，通常繼電器輸出模塊具有價格低、使用電壓圍廣、壽命短、響應(yīng)時間較長等特點；可控硅輸出模塊適用于開關(guān)頻繁，電感性低功率因數(shù)負荷場合，但價格較貴，過載能力較差。輸出模塊還有直流輸出、交流輸出和模擬量輸出等，應(yīng)與應(yīng)用要求相一致?？筛鶕?jù)應(yīng)用要求，合理選用智能型輸入輸出模塊，提高控制水平和降低應(yīng)用本錢。還可考慮是否需要擴展機架或遠程I/O機架等。3)電源選擇

PLC供電電源，應(yīng)根據(jù)PLC或應(yīng)用產(chǎn)品說明書的要求來設(shè)計和選用，一般PLC供電電源應(yīng)設(shè)計選用220VAC電源，與國電網(wǎng)電壓一致。在一些重要應(yīng)用場合，應(yīng)采用不連續(xù)電源或穩(wěn)壓電源供電。

PLC本身帶有可使用電源時，應(yīng)核對提供的電流是否滿足應(yīng)用要求，否則應(yīng)設(shè)計外接供電電源。為防止外部高壓電源因誤操作而引入PLC，對輸入和輸出信號隔離是必要的，可采用簡單二極管或熔絲管隔離[15]。4)存儲器選擇隨著計算機集成芯片技術(shù)的開展，存儲器價格已大幅度下降，為保證應(yīng)用工程正常投運，一般要求PLC存儲器容量按256個I/O點至少選8K存儲器選擇。需要復雜控制功能時，應(yīng)選擇容量更大，檔次更高的存儲器。5)冗余功能選擇一．控制單元冗余

(1)重要過程單元：CPU(包括存儲器)及電源均應(yīng)有冗余。

(2)需要時也可選用PLC硬件與熱備軟件構(gòu)成熱備冗余系統(tǒng)、2重化或3重化冗余容錯系統(tǒng)等。二．I/O接口單元冗余

(1)控制回路多點I/O卡應(yīng)冗余配置。

(2)重要檢測點多點I/O卡可冗余配置。(3)需要對重要I/O信號，選用2重化或3重化I/O接口單元。6)經(jīng)濟性考慮選擇PLC時，應(yīng)考慮性能價格比?？紤]經(jīng)濟性時，應(yīng)同時考慮應(yīng)用可擴展性、可操作性、投入產(chǎn)出比等因素，進展比擬和兼顧，最終選出較滿意的產(chǎn)品。輸入輸出點數(shù)對價格有直接影響。每增加一塊輸入輸出卡件就需增加一定費用。當點數(shù)增加到*一數(shù)值后，相應(yīng)存儲器容量、機架、母板等也要相應(yīng)增加，點數(shù)增加對CPU選用、存儲器容量、控制功能圍等選擇都有影響。估算和選用時應(yīng)充分考慮，使整個控制系統(tǒng)有較合理的性能價格比。3.3.2基于本設(shè)計的PLC選型在本設(shè)計中需要用到三個溫度傳感器和一個液位傳感器，由于這四個量是模擬量，而PLC只能處理數(shù)字量，因此在PLC和傳感器之間必須參加特殊功能模塊，將模擬量轉(zhuǎn)換成數(shù)字量再用PLC進展處理。PLC運算后輸出的數(shù)字量再經(jīng)過特殊功能模塊轉(zhuǎn)換成模擬量進展控制。同時又為了最后仿真的需要、相關(guān)的性能要求及PID運算指令的使用，決定選用三菱公司的F*系列PLC中的F*2N子系列。F*2N是F*系列中功能最強、速度最高的微型PLC。它的根本指令執(zhí)行時間高達0.08μs，置的用戶儲存器為8K步，可以擴展到16K步，最大可擴展到256個I/O點，有多種特殊功能模塊或功能擴展板，可以實現(xiàn)多軸定位控制。機有實時鐘，PID指令用于模擬量閉環(huán)控制。有功能很強的數(shù)學指令集，例如浮點數(shù)運算、開平方和三角函數(shù)等。每個F*2N根底單元可以擴展8個特殊單元。通過通信擴展板或特殊適配器可以實現(xiàn)多種通信和數(shù)據(jù)，例如CC-Link、AS-i、Pro-fibus、DeviceNet等開放式網(wǎng)絡(luò)通信，RS-232C、RS-422和RS-485通信，N:N、并行、計算機和I/O。在設(shè)計中，需要的輸入量有上水閥開關(guān)、循環(huán)泵開關(guān)、電加熱開關(guān)、洗浴開關(guān)和自動手動轉(zhuǎn)換開關(guān)。輸出量有上水電磁閥、循環(huán)泵、電加熱、排空電磁閥和洗浴電磁閥。如果開關(guān)量采用點動控制，則需要10個輸入量和4個輸出量，這樣的話需選用F*2N-32MR-001根本單元，這樣I/O點數(shù)浪費的太多，造成費用的增加。為了仿真的需要以及減少輸入輸出所用的點數(shù)，在本設(shè)計中參加了觸摸屏，這樣的話輸入量可以用PLC部的軟元件所代替〔后文有相關(guān)說明〕，只需考慮輸出點數(shù)，為此選用三菱F*2N-16MR-001〔見圖3-1〕根本單元就行了。圖3-1F*2N-16MR-001根本單元的外形圖3.3.3其他硬件的選擇(1)特殊功能模塊的需求選擇在本設(shè)計中，有三個溫度模擬量輸入和一個液位模擬量輸入，有一個液位模擬量輸出，共計有四個模擬量輸入、一個模擬量輸出。為了系統(tǒng)的平安及擴展的需要，要有一些備用的模擬量輸入輸出通道。所以，綜合各方面的因素決定選用一個F*2N-4AD-PT〔如圖3-2所示〕模擬量輸入模塊和一個模擬量輸入輸出模塊F*0N-3A〔如圖3-3所示〕。圖3-2F*2N-4AD-PT模塊以及與溫度傳感器的連接圖3-3F*0N-3A模塊及與液位傳感器和三通調(diào)節(jié)閥的接線F*2N-4AD-PT供三線式鉑電阻PT-100用，有12位4通道，驅(qū)動電流為1mA(恒流方式)，分辨率為0.2～0.3℃，綜合精度為1%(相對于最大值)。它里面有溫度變送器和模擬量輸入電路，對傳感器的非線性進展了校正。溫度可以用攝氏或華氏表示，額定溫度圍為-100～+600℃，輸出數(shù)字量為-1000～+6000，轉(zhuǎn)換速度為15ms/通道，模擬和數(shù)字電路之間有光隔離，在程序中占用8個I/O點。在這里用它的三個通道1、2、3，分別用于三個溫度傳感器的輸入模擬量轉(zhuǎn)換。F*0N-3A模擬量輸入輸出混合模塊有兩個輸入通道(0～10V直流或4～20mA交流)和一個輸出通道。輸入通道接收模擬信號并將模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字值。輸出通道采用數(shù)字值并輸出成對應(yīng)比例的模擬信號。F*0N-3A最大分辨率為8位。在輸入/輸出根底上選擇的電壓或電流形式由用戶的接線方式?jīng)Q定。F*0N-3A可以連接到F*2N、F*2NC、F*1N、F*0N等系列的可編程控制器上。所有數(shù)據(jù)傳輸和參數(shù)設(shè)置都是使用PLC中的TO/FROM指令，通過F*0N-3A的軟件控制調(diào)節(jié)的。PLC和F*0N-3A之間的通信由光電耦合器保護。F*0N-3A在PLC擴展母線上占用8個I/O點。8個I/O點可以分配給輸入或輸出。(2)溫度傳感器和液位傳感器的選擇一、傳感器的選型原則現(xiàn)代傳感器在原理與構(gòu)造上千差萬別，如何根據(jù)具體的測量目的、測量對象以及測量環(huán)境合理地選用傳感器，是在進展*個量的測量時首先要解決的問題。當傳感器確定之后，與之相配套的測量方法和測量設(shè)備也就可以確定了。測量結(jié)果的成敗，在很大程度上取決于傳感器的選用是否合理[16]。1、根據(jù)測量對象與測量環(huán)境確定傳感器的類型要進展—個具體的測量工作，首先要考慮采用何種原理的傳感器，這需要分析多方面的因素之后才能確定。因為，即使是測量同一物理量，也有多種原理的傳感器可供選用，哪一種原理的傳感器更為適宜，則需要根據(jù)被測量的特點和傳感器的使用條件考慮以下一些具體問題：量程的大??；被測位置對傳感器體積的要求；測量方式為接觸式還是非接觸式；信號的引出方法，有線或是非接觸測量；傳感器的來源，國產(chǎn)還是進口，價格能否承受，還是自行研制。在考慮上述問題之后就能確定選用何種類型的傳感器，然后再考慮傳感器的具體性能指標。2、靈敏度的選擇通常，在傳感器的線性圍，希望傳感器的靈敏度越高越好。因為只有靈敏度高時，與被測量變化對應(yīng)的輸出信號的值才比擬大，有利于信號處理。但要注意的是，傳感器的靈敏度高，與被測量無關(guān)的外界噪聲也容易混入，也會被放大系統(tǒng)放大，影響測量精度。因此，要求傳感器本身應(yīng)具有較高的信噪比，盡量減少從外界引入的干擾信號。傳感器的靈敏度是有方向性的。當被測量是單向量，而且對其方向性要求較高時，則應(yīng)選擇其它方向靈敏度小的傳感器；如果被測量是多維向量，則要求傳感器的穿插靈敏度越小越好。3、響應(yīng)特性(反響時間)傳感器的頻率響應(yīng)特性決定了被測量的頻率圍，必須在允許頻率圍保持不失真的測量條件，實際上傳感器的響應(yīng)總有—定延遲，希望延遲時間越短越好。傳感器的頻率響應(yīng)高，可測的信號頻率圍就寬，而由于受到構(gòu)造特性的影響，機械系統(tǒng)的慣性較大，因而頻率低的傳感器可測信號的頻率較低。在動態(tài)測量中，應(yīng)根據(jù)信號的特點(穩(wěn)態(tài)、瞬態(tài)、隨機等)響應(yīng)特性，以免產(chǎn)生過大的誤差。4、線性圍傳感器的線形圍是指輸出與輸入成正比的圍。以理論上講，在此圍，靈敏度保持定值。傳感器的線性圍越寬，則其量程越大，并且能保證一定的測量精度。在選擇傳感器時，當傳感器的種類確定以后首先要看其量程是否滿足要求。但實際上，任何傳感器都不能保證絕對的線性，其線性度也是相對的。當所要求測量精度比擬低時，在一定的圍，可將非線性誤差較小的傳感器近似看作線性的，這會給測量帶來極大的方便。5、穩(wěn)定性傳感器使用一段時間后，其性能保持不變化的能力稱為穩(wěn)定性。影響傳感器長期穩(wěn)定性的因素除傳感器本身構(gòu)造外，主要是傳感器的使用環(huán)境。因此，要使傳感器具有良好的穩(wěn)定性，傳感器必須要有較強的環(huán)境適應(yīng)能力。在選擇傳感器之前，應(yīng)對其使用環(huán)境進展調(diào)查，并根據(jù)具體的使用環(huán)境選擇適宜的傳感器，或采取適當?shù)拇胧瑴p小環(huán)境的影響。傳感器的穩(wěn)定性有定量指標，在超過使用期后，在使用前應(yīng)重新進展標定，以確定傳感器的性能是否發(fā)生變化。在*些要求傳感器能長期使用而又不能輕易更換或標定的場合，所選用的傳感器穩(wěn)定性要求更嚴格，要能夠經(jīng)受住長時間的考驗。6、精度精度是傳感器的一個重要的性能指標，它是關(guān)系到整個測量系統(tǒng)測量精度的一個重要環(huán)節(jié)。傳感器的精度越高，其價格越昂貴，因此，傳感器的精度只要滿足整個測量系統(tǒng)的精度要求就可以，不必選得過高。這樣就可以在滿足同一測量目的的諸多傳感器中選擇比擬廉價和簡單的傳感器。如果測量目的是定性分析的，選用重復精度高的傳感器即可，不宜選用絕對量值精度高的；如果是為了定量分析，必須獲得準確的測量值，就需選用精度等級能滿足要求的傳感器[16]。對*些特殊使用場合，無法選到適宜的傳感器，則需自行設(shè)計制造傳感器。自制傳感器的性能應(yīng)滿足使用要求。二、本設(shè)計對應(yīng)的選擇本設(shè)計選用電流輸出型傳感器，因為PLC控制器有可能距離傳感器的位置較遠，而電流輸出具有恒流源的性質(zhì)，恒流源的阻很大。PLC的模擬量輸入模塊輸入電流時，輸入阻抗較低。線路上的干擾信號在模塊的輸入阻抗上產(chǎn)生的干擾電壓很低，所以模擬電流信號適于遠程傳送。又由于為了與F*2N-4AD-PT模擬量輸入模塊相配套，所以溫度傳感器應(yīng)選用PT100鉑熱電阻溫度傳感器。液位傳感器可選用沉筒式液位傳感器。PT100鉑溫度傳感器和沉筒式液位傳感器都能夠?qū)z測到的模擬量信號轉(zhuǎn)換成相應(yīng)標準電流信號輸出。因此在特殊功能模塊和傳感器之間可以不用變送器，可以節(jié)省硬件本錢和安裝空間。(3)其他的選擇其它的材料主要有太陽能熱水器集熱器的支架，集熱管的管材、管徑，管道的保溫材料，循環(huán)泵的選擇等的選擇，這些材料可以根據(jù)相關(guān)的規(guī)定和相關(guān)的計算來選擇，在本文中就不再具體介紹了。3.4太陽能熱水器整體系統(tǒng)設(shè)計1.控制系統(tǒng)設(shè)計在本設(shè)計中為了仿真的需要和盡量減少占用的輸入輸出口，系統(tǒng)采用觸摸屏設(shè)計，將PLC控制器和觸摸屏相連，人可以通過觸摸屏對系統(tǒng)進展操作，這樣我們就可以不用PLC的輸入點，只用PLC的輸出點，減少了總的輸入輸出點數(shù)，同時也可以實現(xiàn)我們對系統(tǒng)的調(diào)試和仿真。傳感器檢測的信號通過特殊功能模塊接入PLC，PLC處理之后再用來控制系統(tǒng)的相關(guān)輸出。PLC與特殊功能模塊的連接是將特殊功能模塊直接接在PLC的擴展口上，多個模塊可以依次相連，F(xiàn)*2N最多可以連8個特殊功能模塊。控制系統(tǒng)連接圖如下所示：圖3-4系統(tǒng)外部連接圖特殊功能模塊按與PLC的位置關(guān)系來編號，緊挨著PLC的模塊編號為0，依此類推，這也是為了在編程時PLC識別特殊功能模塊的需要，F(xiàn)*2N最多特殊模塊編號為7.在這里，F(xiàn)*2N-4AD-PT模塊離PLC最近所以編號為N0.0，F(xiàn)*0N-3A模塊緊隨其后其編號為N0.1。2.PLC控制量輸出PLC的輸出量需要驅(qū)動設(shè)備運行，所以必須占用輸出點數(shù)，本設(shè)計中總共有五個輸出量，分別是驅(qū)動上水電磁閥輸出量、驅(qū)動循環(huán)泵輸出量、驅(qū)動洗浴電磁閥輸出量、驅(qū)動電加熱輸出量和驅(qū)動排空閥輸出量，它們與PLC的連接如圖3-5所示：圖3-5PLC與外部輸出設(shè)備的連接3.水工藝流程設(shè)計系統(tǒng)的整個水工藝流程包括上水管道及電磁閥，洗浴開關(guān)、管道和噴頭，集熱器、循環(huán)泵、儲水箱構(gòu)成的水循環(huán)網(wǎng)絡(luò)，以及三通調(diào)節(jié)閥控制的恒溫出水局部。水工藝圖如下所示：圖3-6太陽能熱水器水工藝圖4軟件局部設(shè)計4.1系統(tǒng)的I/O口地址及相關(guān)的軟元件功能設(shè)置本系統(tǒng)中需要的輸入有上水閥開關(guān)、循環(huán)泵開關(guān)、電加熱開關(guān)、洗浴開關(guān)和自動手動轉(zhuǎn)換開關(guān)。輸出有上水電磁閥、循環(huán)泵、電加熱、排空電磁閥和洗浴電磁閥?？傆嬘?個輸入量、5個輸出量。由于系統(tǒng)采用觸摸屏，所以相應(yīng)的輸入端口可以用PLC部的軟元件代替，只有輸出占用PLC的I/O口。另外，根據(jù)系統(tǒng)要實現(xiàn)的功能可以設(shè)置全部所用到的軟元件的功能，系統(tǒng)占用的所有單元的相應(yīng)功能如下表所示：表4-1設(shè)計中所用到的所有原件單元及其功能信號名稱或軟元件功能軟元件或I/O地址輸出信號上水電磁閥Y0循環(huán)泵Y1洗浴電磁閥Y2電加熱Y3排空電磁閥Y4輸入信號上水電磁閥開S1上水電磁閥關(guān)S2循環(huán)泵開S3循環(huán)泵關(guān)S4電加熱開S5電加熱關(guān)S6洗浴電磁閥開S7洗浴電磁閥關(guān)S8狀態(tài)顯示信號三通調(diào)節(jié)閥S0自動手動S100太陽/月亮S250默認值S12洗浴高溫報警S13洗浴低溫報警S14儲水箱液位上限報警S15儲水箱液位下限報警S16設(shè)定信號液位上限D(zhuǎn)4液位下限D(zhuǎn)5電加熱溫度上限D(zhuǎn)6電加熱溫度下限D(zhuǎn)7出水溫度設(shè)定值D8測量信號集熱器溫度傳感器D12儲水箱溫度傳感器D11三通調(diào)節(jié)閥出水溫度傳感器D10儲水箱液位傳感器和儲水箱液位D34.2編程軟件的介紹本設(shè)計采用三菱電機的綜合FA軟件MELSOFT系列G*Developer進展編程，以下簡要介紹一下G*Developer的特點。(1)軟件的共。G*Developer能夠制作Q系列，QnA系列，A系列(包括運動控制(SCPU))，F(xiàn)*系列的數(shù)據(jù),能夠轉(zhuǎn)換成GPPQ，GPPA格式的文檔。此外，選擇F*系列的情況下，還能變換成F*GP(DOS),F*GP(WIN)格式的文檔。(2)利用Windows的優(yōu)越性。操作性更強，能將E*cel，Word等作成的說明數(shù)據(jù)進展復制，粘貼，并有效利用。(3)程序的標準化。標號編程，用標號編程制作可編程控制器程序的話，就不需要認識軟元件的而能夠根據(jù)標示制作成標準程序。用標號編程做成的程序能夠依據(jù)匯編從而作為實際的程序來使用，功能塊(以下，略稱作FB)是以提高順序程序的運行效率為目的而開發(fā)的一種功能。把開發(fā)順序程序時反復使用的順序程序回路塊零件化，使得順序程序的開發(fā)變得容易。此外，零件化后，能夠防止將其運用到別的順序程序時的順序輸入錯誤。(4)能夠簡單設(shè)定和其他站點的，由于連接對象的指定被圖形化而構(gòu)筑成復雜的系統(tǒng)的情況下也能夠簡單的設(shè)定。4.3PID閉環(huán)控制4.3.1PID控制器的優(yōu)點PID是比例、微分、積分的縮寫，PID控制器是應(yīng)用最廣泛的閉環(huán)控制器，現(xiàn)在有90%以上的閉環(huán)控制系統(tǒng)采用PID控制器。PID控制具有以下的優(yōu)點：(1)不需要被控對象的數(shù)學模型自動控制理論中的分析和設(shè)計方法根本上是建立在被控對象的線性定常數(shù)學模型的根底上的。該模型忽略了實際系統(tǒng)中的非線性和時變的因素，與實際系統(tǒng)有較大的差距。對于許多工業(yè)控制對象，根本無法建立較為準確的數(shù)學模型，因此自動控制理論中的設(shè)計方法對大多數(shù)實際系統(tǒng)是無能為力的。對于這一類系統(tǒng)，使用PID控制可以得到比擬滿意的效果。(2)構(gòu)造簡單，容易實現(xiàn)PID控制器的構(gòu)造典型，程序設(shè)計簡單，計算工作量較小，各參數(shù)相互獨立，有明確的物理意義，參數(shù)調(diào)整方便，容易實現(xiàn)多回路控制、串級控制等復雜的控制。(3)有較強的靈活性和適應(yīng)性根據(jù)被控對象的具體情況，可以采用PID控制器的多種變種和改良的控制方式，例如PI、PD、帶死區(qū)的PID、積分別離式PID和變速積分PID等，但比例控制一般是必不可少的。隨著智能控制技術(shù)的開展，PID控制與神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制等現(xiàn)在控制方式相結(jié)合，可以實現(xiàn)PID控制器的參數(shù)自整定，使PID控制具有經(jīng)久不衰的生命力。(4)使用方便由于用途廣泛、使用靈活，已有多種控制產(chǎn)品具有PID控制功能，使用中只需設(shè)定一些比擬容易整定的參數(shù)即可，有的產(chǎn)品還具有參數(shù)自整定功能。4.3.2實現(xiàn)PID控制的方法用PLC對模擬量進展PID控制時，可以采用以下幾種方法：(1)使用PID過程控制模塊過程控制模塊包括A/D轉(zhuǎn)換器和D/A轉(zhuǎn)換器，PID控制程序是PLC生產(chǎn)廠家設(shè)計的，并存放在模塊中，用戶在使用時只需設(shè)置一些參數(shù)，使用起來非常方便，一塊模塊可以控制幾路甚至幾十路閉環(huán)回路。但是這種模塊價格較高，一般在大型控制中使用。(2)使用PID指令現(xiàn)在有很多PLC都有供PID控制用的指令，例如F*2N的PID指令。它們實際上是用于PID控制的子程序，與模擬量輸入/輸出模塊一起使用，可以得到類似于使用PID過程控制模塊的效果，但是價格廉價的多。(3)用自編程序?qū)崿F(xiàn)PID閉環(huán)控制有的PLC沒有PID過程控制模塊和PID控制用的功能指令，有時雖然可以使用PID控制指令，但是希望采用其他改良的PID控制算法，在上述情況下，都需要用戶自己編制PID控制程序。(4)變頻器的閉環(huán)控制變頻器部一般都有一個PI控制器或PID控制器。對于恒壓供水這一類閉環(huán)控制系統(tǒng)，可以將反響信號接到變頻器的反響信號輸入端，使變頻器部的控制器實現(xiàn)閉環(huán)控制。PLC可以通過通信或開關(guān)量信號給變頻器提供頻率給定信號和啟動、停頓命令。如果將反響信號送給PLC的模擬量輸入模塊，用PLC實現(xiàn)PID閉環(huán)控制，用D/A轉(zhuǎn)換器輸出的模擬信號作為變頻器的頻率給定信號，需要增加PLC的模擬量輸入模塊和模擬量輸出模塊，將會增加硬件本錢[20]。4.3.3本設(shè)計的PID控制本設(shè)計中在恒溫出水局部需要用到PID控制，通過溫度傳感器的測量值與設(shè)定值的不斷比擬，使出水溫度穩(wěn)定在設(shè)定值上，以到達恒溫出水的目的。本設(shè)計的PID閉環(huán)控制系統(tǒng)框圖如圖4-1所示。Sv〔Sv〔n〕PID調(diào)節(jié)器D/A執(zhí)行機構(gòu)被控對象A/D測量元件ev〔n〕pv〔n〕pv〔t〕mv〔n〕mv〔t〕c〔t〕圖4-1系統(tǒng)恒溫出水局部PID控制框圖圖中所示，被控量C(t)首先被測量元件轉(zhuǎn)換為標準量程的電流信號或電壓信號pv(t)，模擬量輸入模塊的A/D轉(zhuǎn)換器將它轉(zhuǎn)換為數(shù)字量pv(n)。模擬量輸出模塊的D/A轉(zhuǎn)換器將PID控制器輸出的數(shù)字量mv(n)轉(zhuǎn)換成模擬電壓或模擬電流mv(t),再去控制執(zhí)行機構(gòu)。在這里虛線框中的局部是由PLC實現(xiàn)的，執(zhí)行機構(gòu)是三通調(diào)節(jié)閥，被控對象是儲水箱出水溫度，測量元件是溫度傳感器。4.4系統(tǒng)的程序流程圖測量集熱器和水箱溫度子程序完畢測量集熱器和水箱溫度子程序完畢初始化程序開場循環(huán)泵開循環(huán)泵關(guān)>≤1.水循環(huán)流程圖集熱器是否大于儲水箱集熱器是否大于儲水箱圖4-2水循環(huán)流程圖在水循環(huán)局部，集熱器和儲水箱里的溫度傳感器不斷測量兩者的溫度，并比擬兩個溫度值之間的差，如果集熱器出水溫度大于儲水箱水溫度，則強制進展水循環(huán)，只要兩者之間有溫度差，循環(huán)就不停的進展，這樣可以使太陽能收集到的能量不斷的傳遞到儲水箱里面的水上，使水溫不斷上升，以滿足人們的需要。它的程序流程圖如圖4-2所示。2.自動上水流程圖初始化程序開場設(shè)定液位上下限初始化程序開場設(shè)定液位上下限檢測儲水箱里的液位液位是否到達上下限子程序完畢上水電磁閥關(guān)〔不加水〕上水電磁閥開〔加水〕液位超過上限液位低于下限YYN是否洗浴NY圖4-3自動上水程序流程圖3.PID閉環(huán)調(diào)節(jié)程序流程圖這是恒溫供水最重要的一局部，通過PID閉環(huán)控制可以實現(xiàn)對溫度的準確控制，這一方面是人們要求比擬高的，關(guān)鍵是用PLC里面的PID指令來進展控制，如圖4-4所示。4.電加熱程序流程圖為了全天候的供給熱水所以參加了輔助電加熱器，為此在人的正常洗浴溫度左右設(shè)置一個溫度上下限，當溫度低于*一值時，電加熱器翻開，開場給儲水箱里的水加熱，當加熱到上限溫度值時，停頓加熱，在本設(shè)計中，設(shè)定溫度上限為55℃，下限為50℃，如圖4-5所示。溫度上下限設(shè)定初始化程序開場溫度上下限設(shè)定初始化程序開場是否超過上下限電加熱開電加熱關(guān)溫度上限溫度下限子程序完畢檢測出水箱里的溫度NYY=測量溫度與設(shè)定值比擬出水溫度設(shè)定子程序完畢初始化程序開場三通調(diào)節(jié)閥出水溫度檢測PID運算允許洗浴≠圖4-4PID閉環(huán)調(diào)節(jié)程序流程圖圖4-5電加熱程序流程圖5觸摸屏仿真5.1相關(guān)仿真軟件介紹1.程序仿真軟件本設(shè)計采用的程序仿真軟件是三菱電機的綜合FA軟件MELSOFT系列G*SimulatorVersion6，通過這個軟件對所編寫的程序進展根本仿真。此外為了能夠使用本仿真軟件必須事先安裝G*Developer[21]。G*Simulator是在Windows上運行的軟元件包在安裝有G*Developer之后的計算機追加安裝G*Simulator的，安裝后就能夠?qū)崿F(xiàn)不在線時的調(diào)試，不在線調(diào)試功能包括軟元件的監(jiān)視測試，外部機器的I/O的模擬操作等。如果使用G*Simulator就能夠在1臺計算機上進展順控程序的開發(fā)和調(diào)試，所以能夠更有效的進展順控程序修正后確實認。其特點如下所述：(1)能夠作為程序單體調(diào)試工具使用。依照從前的方法使用可編程控制器CPU進展調(diào)試的時候，除了可編程控制器CPU以外，必要時還需要另外準備輸入輸出模塊，特殊功能模塊，外部機器等?，F(xiàn)在在1臺計算機上就能夠?qū)嵭姓{(diào)試，另外由于沒有連接實際的機器，所以萬一由于程序的制作錯誤發(fā)生異常輸出時，也不會對系統(tǒng)造成損害。(2)能夠模擬外部機器運行系統(tǒng)設(shè)定功能。G*Simulator的I/O系統(tǒng)設(shè)定中使用位軟元件的ON/OFF，仿真運行后在程序中就能顯示相應(yīng)的軟元件的運行狀態(tài)，根據(jù)軟元件的指示燈的變化就能夠模擬來自外部的輸入，對應(yīng)于輸入的輸出也能通過指示燈顯示出來，從而對程序的邏輯進展檢查，可以發(fā)現(xiàn)程序中是否有錯誤，從而完成對程序的仿真。程序仿真的運行狀態(tài)如圖5-1所示。圖5-1程序仿真軟件G*Simulator的運行狀態(tài)2.觸摸屏編程軟件本設(shè)計的軟件編程采用三菱電機的綜合FA軟件MELSOFT系列GTDesigner2，本軟件學習起來入手容易，而且功能強大。采用本軟件可以輕松的實現(xiàn)觸摸屏畫面的設(shè)計，觸摸按鍵與