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1、资料内容仅供您学习参考，如有不当之处，请联系改正或者删除。密级: 公开密级: 公开密级: 公开密级: 公开密级: 公开基于PLC的太阳能热水器自动控制系统设计Design of Solar Water Heater Automatic Control System Based on PLC学 院: 电气工程学院专 业 班 级: 自动化1005班学 号: 学 生 姓 名: 魏天野指 导 教 师: 白山( 教授级高工) 年 6 月摘 要现在, 城市居民绝大部分都使用了太阳能热水器, 农村也有相当一部分人使用。太阳能热水器在技术上比较成熟、 造价比较低廉, 同时由于给人民提供绝对安全的热水而受到人们
2、的欢迎, 且具有节能、 环保、 安全、 便利、 长久等优点, 因此它的应用会越来越广。因此, 研究和开发先进的太阳能热水器控制系统变得越来越重要。本设计阐述了可编程控制器( PLC) 在太阳能热水器控制系统中的应用,重点研究了系统的硬件构成及软件的设计过程。指出了PLC设计的关键是能满足基本的控制功能,并考虑维护的方便性、 系统可扩展性等。本设计利用西门子S7-200PLC, 进行了太阳能热水器自动控制系统的I/O分配和PLC选型, 编写了PLC程序梯形图和接线图, 实现了自动上水排水、 自动循环、 自动加热、 PID闭环控制恒温出水、 手动与自动模式切换等功能。并在此基础上, 利用S7-20
3、0的仿真软件对系统进行了仿真, 利用WinCC Flexible软件组态了人机界面, 使用MPI通信协议实现了PLC与触摸屏的通信连接。把可编程控制器PLC作为太阳能热水器的控制系统, 增加了系统的方便性与可靠性, 减少了其它元器件的使用。它使系统接线简单, 检修维护方便快捷, 增进了系统的先进性。论文分为四章: 第一章介绍了太阳能热水器发展背景及设计意义; 第二章介绍了太阳能热水器的工作原理; 第三章介绍了硬件选型及系统流程; 第四章介绍了系统程序的编写、 系统的仿真、 人机界面( WinCC Flexible) 组态过程。关键词: 太阳能热水器; PLC; 自动控制系统AbstractNo
4、w, vast majority of urban residents use solar water heaters, so do a considerable number of rural people. Solar water heaters are technically more mature, relatively low cost. Meanwhile, since it provide absolute security to the people of hot and people are welcome, and it has some advantages of ene
5、rgy saving, environmental protection, safety, convenience, long, etc. So it will be widely applied. Therefore, the research and development of controlling system of advanced solar water heater are becoming increasingly important.This design expounds the application of PLC in solar water heater autom
6、atic controlling system, especially the designing process of hardware and software of the system. Furthermore, the project shows that the key of PLC designing is to satisfy the basic controlling function, considering the convenience of maintenance and scalability. In this design, the address of I/O
7、is resigned and the suitable PLC is chosen. The electrical principle diagram and the interconnection diagram are drawn, according to the requirement. Automatic water drainage, automatic cycle, automatic heating, PID loop control temperature water, manual and automatic mode switching function have be
8、en realized. And on this basis, the system was simulated using the simulation software for S7-200, produced a man-machine interface by using WinCC Flexible software. As the controlling system of solar water heater, PLC greatly reduces the number of other components. Moreover, it has the feature such
9、 as simple interconnection, rapid and easy fault detecting and maintenance, and advancement of the system. The paper is divided into four chapters: the first chapter describes the background of the development and design of solar water heaters significance; Second chapter describes the working princ
10、iple of solar water heaters; Third chapter describes the hardware selection and system processes; The fourth chapter describes the procedures for the preparation of the system, system simulation, HMI (WinCC Flexible) configuration process.Keywords: Solar water heater; PLC; Automatic control system目
11、录摘 要IAbstractII第1章 绪论11.1课题研究的背景11.2国内外研究现状简述21.3太阳能热水器市场分析31.4本设计特点及主要内容5第2章 太阳能热水器的组成及工作原理62.1太阳能热水器的基本结构62.2太阳能热水器的工作原理82.3本设计要实现的功能10第3章 太阳能热水器硬件的选型及设计113.1 PLC的工作原理113.2硬件设备的选型133.2.1 PLC的选型133.2.2其它硬件的选型153.3太阳能热水器的整体设计183.3.1 PID闭环控制183.3.2 PLC与外部设备连接方案203.3.3水工艺流程设计22第4章 系统软件框架的构建与系统仿真234.1系
12、统的I/O口地址及相关的软元件功能设置234.2系统的程序流程图254.3设计控制系统的梯形图程序284.4系统仿真354.5组态人机界面39第5章 结论42参考文献43致 谢45附 录 S7-200仿真监控图46第1章 绪论1.1课题研究的背景太阳能( Solar Energy) , 一般是指太阳光的辐射能量, 太阳能是一种可再生能源, 广义上的太阳能是地球上许多能量的来源, 如风能, 生物质能, 潮汐能、 水的势能等等。太阳能利用的基本方式可分为光热利用、 光电利用、 光化学利用、 光生物利用四类。在四类太阳能利用方式中, 光热转换的技术最成熟, 产品也最多, 成本相对较低。如: 太阳能热
13、水器、 开水器、 干燥器、 太阳灶、 太阳能温室、 太阳房、 太阳能海水淡化装置以及太阳能采暖和制冷器等1。太阳能光热发电比光伏发电的太阳能转化效率较高, 但应用还不普遍。在光热转换中, 当前应用范围最广、 技术最成熟、 经济性最好的是太阳能热水器的应用。当今世界能源问题已经成为一个普遍性的问题, 能源关乎着国家的安全, 谁掌握了世界上的能源谁就掌握了国际事务的话语权, 谁就有了国家经济发展的基础, 谁就有了同其它国家相抗衡的资本。可是传统能源已经被消耗殆尽, 为了国家未来的发展, 世界各国都在开发新能源, 太阳能作为一种既清洁又取之不尽的资源已得到了越来越多的应用。众所周知, 太阳能是取之不
14、尽, 用之不竭, 没有污染的巨大能源。随着世界上煤、 石油、 天然气储量的日益减少, 能源危机也日益严重, 与此同时环境污染的危机也不断的威胁着生态平衡, 太阳能开发利用的课题也提到了人类的面前。有人预测: 二十一世纪太阳能将由辅助能源上升为主要能源2。但由于太阳能的分散性、 季节性和地区性又给太阳能利用带来重重困难, 有些技术难点尚未突破, 产品造价偏高( 如光电池) , 因而尚未被人们大规模的使用。太阳能热水器是技术上比较成熟、 造价比较低廉, 同时由于给人民提供绝对安全的热水而受到人们的欢迎, 且具有节能、 环保、 安全、 便利、 长久等优点, 因此它的应用会越来越广。特别在农村地区具有
15、很大的现实意义: 中国四分之三的人口居住在农村, 当前仍有约2万个村庄, 800多万个农户, 3000多万人口没有电力供应。而农村60%左右的村民依然依靠燃料秸秆、 薪柴为主做饭和烧水, 它不但造成空气污染, 而且还严重破坏植被, 威胁生态环境。随着化石能源的逐步枯竭, 煤炭、 石油和电力一直涨价, 且能源供应日趋紧张。太阳能无污染、 无运输、 无垄断、 ”取之不尽、 用之不竭”, 是最有发展前途的可再生能源。在社会主义新农村建设中大力推广应用太阳能, 不但能够解决农村的基本能源消费问题, 促进可再生能源的高效利用, 实现农村生产发展、 生活宽裕的双重目标, 还有利于乡风文明和村容整洁, 促进社会主义精神文明发展3。图1-1 太阳能热水器1.2国内外研究现状简述在世界范围内, 世界上第一台太阳能热水器在100多年前诞生于美国, 它是一种闷晒式热水器4。到当前为止国外太阳能热水器的发展主要经历了以下几个阶段:第一代, 这是一种非常简易的利用, 用铁皮桶放在楼顶, 外表面刷上黑色油漆以增强对阳光的吸收; 第二代, 平板式太阳能热水器, 采用中心铜管加两翼铝或者铝铜合金作为吸热体, 前期翼片刷油漆, 后期采用对阳光具有选择性吸收的氮化铝/铝等涂层。现今, 绝大多数的涂层太阳光吸收比可达0.90以上, 优质的平板式太阳
