太阳能热水器自动控制系统的plc设计

机械工程学院 机械工程专业 机电方向

专业课程设计任务书

班 级： 机械10-7 姓 名： 邓强 论文（设计）题 ： 基于PLC的太阳

能热水器自动控制系统的设计

要求完成的内容：

1）相关背景知识的研究学习； 2）系统总体组成设计；

4）PLC控制系统硬件模块选型、连接设计（原理图）； 5）部分控制软件设计；

6）设计计算说明书一份（20页（9000字）以上）

设计时间:2014.02.25—2014.03.22 完成日期：2014.03.22 论文页数：20(约9000字)页； 图纸张数： 1-2张

指导教师： 教研室主任：

基于PLC的太阳能热水器控制系统设计

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。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。

本设计进行了系统的I/O分配和PLC选型，根据要求绘制出了控制系统电气原理图和接线图等。把PLC作为太阳能热水器的控制系统，大大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。

关键词 太阳能热水器 PLC 控制系统

目 录

摘 要 ............................................... Ⅰ 1 绪论 ................................................ 1 1.1 本设计研究的目的和意义 ................................. 1 1.2国内外研究现状 ......................................... 1

1.2.1太阳能热水器概述 ...................................... 1 1.2.2太阳能热水器组成 ...................................... 2 1.2.3 太阳能热水器的基本工作过程 ............................. 3 1.2.4 可编程控制器概述 ...................................... 5 1.2.5 PLC的发展历史 ........................................ 5 1.2.6 PLC的特点 ........................................... 5 1.2.7 PLC的基本工作原理 ..................................... 7

1.3 本设计研究的主要内容 ................................... 8 2 控制系统的硬件设计方案 ................................ 9 2.1 控制系统的基本功能要求 ................................. 9 2.2 控制系统的硬件设计方案 ................................. 9

2.2.1 系统水温控制原理框图.................................. 10 2.2.2 PLC的选型 .......................................... 11 2.2.3 PLC硬件控制框图 ..................................... 11 2.2.4各单元功能作用介绍 .................................... 11 2.2.5 PLC的端口分配 ....................................... 14

2.3 系统电路的设计 ........................................ 15 3 控制系统的软件设计方案 ............................... 19 3.1 系统软件设计方案 ...................................... 19 3.2 软件组成 .............................................. 19 3.3 系统控制流程图 ........................................ 19 3.4 设计控制系统的梯形图程序 .............................. 24 4 结论 ............................................... 24 附录 原理总图的元器件清单 .............................. 28 附录 梯形图程序 ....................................... 29

1 绪论

1.1 本设计研究的目的和意义

在全球能源形势紧张、气候变暖严重威胁经济发展和人们生活健康的今天，世界各国都在寻求新的能源替代战略，以求得可持续发展和在日后的发展中获取优势地位。太阳能以其清洁、源源不断、安全等显著优势，成为关注的重点。在太阳能产业的发展中，太阳能热水器的热利用转换技术无疑是最为成熟的，其产业化进程也较光伏电池、太阳能发电等产业领先一步。

目前，我国大部分太阳能热水器控制部分，往往需要大量的中间继电器和时间继电器来满足生产工艺要求，结果使电路设计复杂、繁琐，故障时有发生，给使用和日常维护带来了很大的不便。在电子技术飞速发展的今天，有必要而且有可能采用新技术对原电气控制系统进行改造，以提高可靠性，并实现系统的自动控制，提高太阳能热水器稳定性。

可编程控制器（PLC）由于可提供使用的时间继电器和中间继电器，而且其常开、常闭触点可多次重复使用，使得我们在编程中可以随心所欲。用内部编程“软元件”取代继电器逻辑控制电路中大量的时间继电器和中间继电器，简化控制线路、有效提高系统的可靠性，是PLC的突出特点。

太阳能热水器是太阳能热利用中商业化程度最高 、应用最普遍的技术 。但是在热水器自动控制系统中大多采用单片机控制 ，单片机开发价格较高，而PLC开发价格便宜。选用PLC控制，它具有速度快，可靠性高，体积小，功能全，编程简单的特点。通过改进或完善已有太阳能热水器控制系统的不足，设计开发新型太阳能热水控制系统——基于PLC的太阳能热水器控制系统。

1.2国内外研究现状

1.2.1太阳能热水器概述

太阳能热水器是把太阳光能转化为热能，将水从低温度加热到高温度以满足人们在日常生产、生活中需要的热水器。把太阳能转换成热能主要依靠集热管，集热管受阳光照射面温度高，集热管背阳面温度低，而管内水便产生温差反应，利用热水上浮冷水下沉的原理，使水产生微循环而达到所需要的热水。

在工农业生产和日常生活中，需要大量的热水。这类热水的特点是用水量较大而水温不高，一般为400C ～600C。如淋浴的水温在350C～400C之间，超过600C就会