太阳轮热水器控制系统的设计

毕 业 设 计 论 文 设计题目 太阳能热水器控制系统的设计 专 业 班 级 学 号 姓 名 指导老师 起讫日期 年 月 日 年 月 日 摘 要 电气工程是电气工业的产物 本课题研究了可编程控制器 PLC 在太阳能热水器 自动控制系统中的应用 在全球经济发展的大环境下 中国各个行业被其他国家的先 进技术影响的同时 越来越多的外国企业和品牌传播到中国已经成为现实 基于 PLC 的太阳能热水器控制系统的发展与人类社会的进步和科学技术的水平密切相关 所以本 次的设计对于太阳能热水器控制系统的研究和发展来说具有现实意义 本文利用 PLC 对太阳能热水器的自动控制系统进行 通过使用 PLC 可以大大减少 了系统对其它元器件的使用 使系统接线简单 检修维护方便快捷 可靠性提高 增 进了系统的先进性 关键词 电气工程 PLC 控制系统 元器件 先进性 Abstract This paper is based on the machinery design and machinery PLC principle and the 3d drawing software and related knowledge and theory by collecting relevant data of sewing machine and reading the related literature books and referring to the sewing machine in the tailor shop first of all due PLC uese the main parts institutional model of the sewing machine secondly use the Solidworks drawing software to conduct the part modeling which was designed well This paper use and the conduct assembly design which the PLC parts was built get the corresponding assembly model finally conduct movement simulation to the corresponding assembly model Keywords s ewingmachine PLC part modeling assembly Comment Y1 一级标题 三号宋 体加粗 上空 18mm 下空 18mm 居中 江苏工程职业技术学院毕业设计 论文 太阳能热水器控制系统的设计 目 录 摘要 I Abstract II 1 绪论 1 2 本课题研究的目的 意义 1 3 国内外发展现状 1 4 太阳能热水器的综述 6 4 1 太阳能热水器系统功能简介 6 4 1 1 太阳能热水器的结构组成以及工作原理 7 4 1 2 太阳能热水器的结构特点 8 4 1 3 太阳能热水器安装的相关规定 10 5 PLC控制系统简介 10 5 1 PLC的定义 11 5 2 PLC的控制原理 11 5 3 PLC的分类 13 6 热水器控制系统的设计方案 16 6 1 系统硬件的设计方案 16 6 1 1 PLC的选型 16 6 1 2 PLC硬件控制框图 17 6 1 3各单元功能作用介绍 17 6 1 4 PLC的端口分配 21 6 1 5 系统电路的设计 22 6 2 系统软件设计方案 24 6 2 1 软件组成 25 6 2 2 系统控制流程图 25 6 2 3 设计 PLC控制梯形图程序 30 结 论 34 致 谢 36 参考文献 36 DOCUMENT TITLE Comment Y2 一级标题 小三 号宋体加粗 段前 18磅 段后 18磅 居左 Comment Y3 一级标题 小三 号宋体加粗 段前 18磅 段后 18磅 居左 江苏工程职业技术学院毕业设计 论文 太阳能热水器控制系统的设 计 0 1 绪论 机械工业是一个国家的重要产业 机械工业的发展无时不刻都在影响着国家经济的 发展 人类的进步离不开机械工业的发展 在全球经济发展的大环境下 中国各个行业 被其他国家的先进技术影响的同时 越来越多的外国企业和品牌传播到中国已经成为现 实 在新的市场需求的推动下 对物料进行改良和优化是当务之急 有大型物料拾取装 置生产企业对该装置的安全指标的有着一定生产的严格要求 在生产设备的企业 充分 考虑到在设备运行中可能出现的问题 从而减少噪声污染引起的振动或不当操作设备的 现象等 可编程序控制器 PLC 是一种新型的通用的自动控制装置 它将传统的继电 器控制技术 计算机技术和通讯技术融为一体 是功能加强 编程简单 使用方便以及 体积小 重量轻 功耗低等一系列优点 PLC 的应用领域已经拓宽到了各个领域 PLC 的 发展历程在工业生产过程中 大量的开关量顺序控制 它按照逻辑条件进行顺序动作 并按照逻辑关系进行连锁保护动作的控制 及大量离散量的数据采集 在传统上 这些 功能是通过气动或电气控制系统来实现的 PLC 最基本最广泛的用于开关量的逻辑控制 它取代传统的继电器电路 实现逻辑控制 顺序控制 既可用于单台设备的控制 也可 用于多机群控及自动化流水线 如注塑机 印刷机 订书机 组合智能窗帘 磨床 包 装等 目前 PLC 在国内外已广泛应用于钢铁 石油 化工 电力 建材 机械制造 汽 车 轻纺 交通运输 环保及文化娱乐等各个行业 使用广泛 2 本课题研究的目的 意义 由于机械工程的知识总量已经远远超越个人掌握所有 一些专业知识是必不可少的 但是过度的专业知识分割 使视野狭隘 可以多多参加技术交流 和参加科研项目 缩 小范围 提升新技术的进步和整个块的技术 提高外部条件变化的适应能力 封闭的专 业知识的太狭隘 考虑的问题太特殊 在工作中协调困难 不利于自我提高 因此 自 上世纪第二十年代末 出现了一体化的趋势 人们越来越重视基础理论 拓宽领域 对 专业合并的分化 机械工程可以增加产量 提高劳动生产率 提高生产的经济效益为目 标 并研制和发展新的机械产品 在未来 新产品的开发 降低资源消耗 清洁的可再 生能源 成本的控制 减少或消除环境污染作为一个超级经济目标和任务 机器能完成 人的手和脚 耳朵和眼睛等等器官完全不能直接完成的任务 现代机械工程机械和机械 设备创造出更多 更精美的越来越复杂 很多幻想成为过去的现实 人类现在能成为天 空的上游和宇宙 潜入海洋 数十亿光年的密切观察 细胞和分子 电子计算机硬件和 软件 人类的新兴科学已经开始加强 并部分代替人脑科学 这是人工智能 这一新的 发展已经显示出巨大的作用 但在未来几年还将继续创造出不可思议的奇迹 人类智慧 Comment Y4 一级标题 小三 号宋体加粗 段前 18磅 段后 18磅 居左 江苏工程职业技术学院毕业设计 论文 太阳能热水器控制系统的设 计 1 的增长并没有减少手的效果 而是要求越来越精致 手工制作 更复杂的工作 从而促 进手功能 又一方面实践促进人脑智力 在人类的进化过程中 以及在每个人的成长过 程中 大脑和手是互相促进和平行进化 大脑和手之间的人工智能和机械工程的近似关系 唯一不同的是 智能硬件还需要 使用机械制造 在过去 各种机械离不开人类的操作和控制 反应速度和运算精度的进 化是非常缓慢的大脑和神经系统 人工智能将消除这种限制 相互促进 计算机科学和 机械工程进展之间的平行 将在更高层次的新一轮发展的开始使机械工程 在第十九世 纪 机械工程的知识总量仍然是有限的 大学在欧洲 它与一般的土木工程是一门综合 性的学科 称为土木工程 下半场的第十九个世纪成为一门独立的学科 在第二十世纪 随着机械工程和知识增长的发展开始分解 机械工程专业 有分支机构 在第二十世纪 中期趋势分解 在时间之前和之后的第二次世界大战结束时达到的峰值 由于机械工程 的知识总量已经远远从个人掌握所有 一些专业是必不可少的 但是过度的专业知识使 分割 视野狭隘 可以查看和统筹大局和全球工程和技术交流 缩小范围 新技术的进 步和整个块的技术 外部条件变化的适应能力差 封闭的专业知识的专家太狭 考虑的 问题太特殊 在工作协调困难 不利于自我提高 3 国内外发展现状 太阳能热水器作为家居生活的常规品 经过了多年的发展 经历了一下几个发展阶 段 第一阶段 1897 年 第一个太阳能热水器专利在美国诞生 用的是黑油漆吸收太阳 能 此阶段可以算作是雏形阶段 大概时间可以算作是 1920年以前 而 1920年以后的 近 30年内 二次世界大战爆发 矿物能源的开发占主导地位 第二阶段 1955 年以色列泰伯等在第一次国际太阳热科学会议上提出选择性涂层的 基础理论 并研制成实用的黑镍等选择性涂层 为高效集热器的发展创造了条件 1960 年 在美国佛罗里达建成世界上第一套用平板集热器供热的氨 水吸收式空调系统 制冷能力为 5冷吨 1965 年以后的 10年 太阳能的研制工作停滞不前 主要原因是太阳 能利用技术处于成长阶段 尚不成熟 并且投资大 效果不理想 难以与常规能源竞争 因而得不到公众 企业和政府的重视和支持 这个时期内 我国的平板集热器 热水器 遭遇了第一次成型的失败 第三阶段 1973 年 中东战争爆发 能源危机 也叫石油危机 受到重视 世界各 国出现了开发太阳能的热潮 此后的 20年 太阳能开发利用工作处于前所未有的大发展 时期 集热管等成果在这个时期出现 热水器也逐步走向成熟化和商业化 而 80年代后 10年 太阳能发展又进入低谷 主要原因是 世界石油价格大幅度回落 而太阳能产品 价格居高不下 缺乏竞争力 太阳能技术没有重大突破 提高效率和降低成本的目标没 江苏工程职业技术学院毕业设计 论文 太阳能热水器控制系统的设 计 2 有实现 以致动摇了一些人开发利用太阳能的信心 核电发展较快 对太阳能的发展起 到了一定的抑制作用 但研发工作在大量削减的研发经费等不利影响下 并未停止 第四个阶段 1992 年世界环境与发展大会在巴西召开 各国对太阳能的研发重新重 视 太阳能光热在我国推广成为典范 走了特色的低端线路 太阳能热水器 成为唯一 一个不需要政府支持而能够自我良性发展的太阳能光热利用案例 以上是国际太阳能热水器发展历程 参照太阳能发展历程编辑 如果是国内的发展 阶段 好像没人总结过 不过可以按照太阳能国标的规定来界定 在此不再陈述 下图 3 1 3 2 3 3 分别为现阶段太阳能热水器的产品 图 3 1 图 3 2 图 3 3 4 太阳能热水器的综述 4 1 太阳能热水器系统功能简介 太阳能热水系统是利用太阳能集热器 收集太阳辐射能把水加热的一种装置 是目 前太阳热能应用发展中最具经济价值 技术最成熟且已商业化的一项应用产品 太阳能 热水系统的分类以加热循环方式可分为 自然循环式太阳能热水器 强制循环式太阳能 热水系统 储置式太阳能热水器等三种 4 1 1 太阳能热水器的结构组成以及工作原理 传统的太阳能热水器分别由一下几个部分组成 集热器 系统中的集热元件 其功能相当于电热水器中的电加热管 和电热水器 燃气热水 器不同的是 太阳能集热器利 用的是太阳的辐射热量 故而加热时间只能在有太阳照射 的白昼 所以有时需要辅助加热 如锅炉 电加热等 保温水箱 和电热水器的保温水箱一样 是储存热水的容器 因为太阳能热水器只能白天工作 而人们一般在晚上才使用热水 所以必须通过保温水箱把集热器在白天产出的热水储存 起来 容积是每天晚上用热水量的总和 采用搪瓷内胆承压保温水箱 保温效果好 耐 江苏工程职业技术学院毕业设计 论文 太阳能热水器控制系统的设 计 3 腐蚀 水质清洁 使用寿命可长达 20 年以上 连接管路 将热水从集热器输送到保温水箱 将冷水从保温水箱输送到集热器的通道 使整套 系统形成一个闭合的环路 设计合理 连接正确的循环管道对太阳能系统是否能达到最 佳工作状态至关重要 热水管道必须做保温防冻处理 管道必须有很高的质量 保证有 20 年以上的使用寿命 控制中心 太阳能热水系统与普通太阳能热水器的区别就是控制中心 作为一个系统 控制中 心负责整个系统的监控 运行 调节等功能 的技术已经可以通过互联网远程控制系统 的正常运行 太阳能热水系统控制中心主要由电脑软件及变电箱 循环泵组成 热交换器 板壳式全焊接换热器吸取了可拆板式换热器高效 紧凑的优点 弥补了管壳式换热 器换热效率低 占地大等缺点 板壳式换热器传热板片呈波状椭圆形 圆形板片增加热 长 大大提高传热性能 广泛用于高温 高压条件的换热工况 其中太阳能热水器的系统工作原理图如下图所示 太阳能热水器工作原理图 太阳能热水器的系统结构图如下图所示 江苏工程职业技术学院毕业设计 论文 太阳能热水器控制系统的设 计 4 太阳能热水器系统结构图 4 1 2 太阳能热水器的结构特点 太阳能热水器的结构特点可以分为一下几种类型 无动力型 系统组成 真空管集热器 可连接水箱 可调整支架 换热器 无动力循环即热式太阳能热水系统运行原理 真空管内的水遇到阳光辐射后 开始 升温 管内的水升温后密度变小 自然循环到水箱内 逐步把水箱内的水加热 升温后 的水储存在具有聚氨酯发泡保温的的水箱内 室内冷水经过水箱内固定好的波纹管流道 流过 把带有压力的自来水温升到几乎与水箱内水温相同的温度 温差小于 2 度 流出 从而获得稳定 有压力的 洁净的热水 直流式 直流式太阳能热水系统是使水一次通过集热器就被加热到所需的温度 被加热的热 水陆续进入贮水箱中 系统运行过程中 为了得到温度符合用户要求的热水 通常采用定温放水的方法 集热器进口管与自来水管连接 集热器内的水受太阴辐射能加热后 温度逐步升高 在 集热器出口处安装测温元件 通过温度控制器 控制安装在集热器进口管理上电动阀的 开度 根据集热器出口温度来调节集热器进口水流量 使出口水温始终保持恒定 这种 系统运行的可靠性取决于变流量电动阀和控制器的工作质量 4 1 3 太阳能热水器安装的相关规定 1 所有施工人员应服从现场管理人员的安排 调动 严格遵守劳动纪律 执行安全 规范制度 确保安全生产 文明生产 确保施工质量 2 施工人员要严格遵守有关工种安全保障规则 上班时间穿戴整齐 严禁穿拖鞋进 入工地 3 施工现场禁止打闹 在有危险的房顶施工应注意系上保险绳 确保人身安全 江苏工程职业技术学院毕业设计 论文 太阳能热水器控制系统的设 计 5 4 不得将无关人员带进施工现场 5 保持住地的卫生 下班后应保持文明举止 不要大声喧哗和做一些不文明的举动 6 安装人员应严格遵守客户的一切规章制度 除在工作场地和必要的联系地点外 不得到与工作无关的厂房 办公室 仓库等场所 爱护客户公共设备 花木和一切生产 和非生产设施 未经客户许可 不得参观客户厂房和设施 7 施工现场负责人每天应检查施工人员的安全保护 并督促个施工人员在工作之余 应注意安全 做一个遵章守纪的公民 不做违法之事 5 PLC 控制系统简介 PLC 即可编程控制器 Programmable Logic Controller 是指以计算机技术为基础 的新型工业控制装置 在 1987 年国际电工委 InternationalElectrical Committee 颁 布的 PLC 标准草案中对 PLC 做了如下定义 PLC 英文全称 Programmable Logic Controller 中文全称为可编程逻辑控制器 定义是 一种数字运 算操作的电子系统 专为在工业环境应用而设计的 它采用一类可编程的存储器 用于 其内部存储程序 执行逻辑运算 顺序控制 定时 计数与算术操作等面向用户的指令 并通过数字或模拟式输入 输出控制各种类型的机械或生产过程 5 1 PLC 的定义 PLC 即可编程控制器 Programmable Logic Controller 是指以计算机技术为基 础的新型工业控制装置 在 1987 年国际电工委员会 InternationalElectricalCommittee 颁布的 PLC 标准草案中对 PLC 做了如下定义 PLC 英文全 ProgrammableLogicController 中文全称为可编程逻辑控制器 定义是 一种数 字运算操作的电子系统 专为在工业环境应用而设计的 它采用一类可编程的存储器 用于其内部存储程序 执行逻辑运算 顺序控制 定时 计数与算术操作等面向用户的 指令 并通过数字或模拟式输入 输出控制各种类型的机械或生产过程 PLC 是可编程逻 辑控制电路 也是一种和硬件结合很紧密的语言 在半导体方面有很重要的应用 可以 说有半导体的地方就有 PLC 5 2 PLC 的控制原理 PLC 就是可编程控制器 简单说应用在控制系统中的专用的 计算机 根据控制 逻辑编写控制程序装入 PLC PLC 可以替代过去老式的继电器逻辑控制电路 性能稳定可 靠 修改逻辑关系方便 已经在控制系统中广泛使用 5 3 PLC 的分类 可编程控制器类型很多 可从不同的角度进行分类 1 按控制规模分 江苏工程职业技术学院毕业设计 论文 太阳能热水器控制系统的设 计 6 控制规模主要指控制开关量的入 出点数及控制模拟量的模入 模出 或两者兼而 有之 闭路系统 的路数 但主要以开关量计 模拟量的路数可折算成开关量的点 大 致一路相当于 8 16 点 2 按点数分 PLC 大致可分为微型机 小型机 中型机及大型机 超大型机 微型机控制点仅几十点 如德维森公司的 V80 系列 PLC 本体从 16 点到 40 点 OMRON 公司的 CPM1A 系列 PLC 西门子的 Logo 仅 10 点 小型机控制点可达 100 多点 如如德维森公司的 V80 系列 PLC 可扩展到 256 点 OMRON 公司的 C60P 可达 148 点 CQM1 达 256 点 德国西门子公司的 S7 200 机可达 64 点 中型机控制点数可达近 500 点 以至于千点 如德维森公司的 PPC11 系列可扩展到 1024 点 OMRON 公司 C200H 机普通配置最多可达 700 多点 C200Ha 机则可达 1000 多点 德国西门子公司的 S7300 机最多可达 512 点 大型机 控制点数一般在 1000 点以上 如如德维森公司的 PPC22 系列可扩展到 2048 点 OMRON 公司的 C1000H CV1000 当地配置可达 1024 点 C2000H CV2000 当地配置可 达 2048 点 超大型机 控制点数可达万点 以至于几万点 如美国 GE 公司的 90 70 机 其点 数可达 24000 点 另外还可有 8000 路的模拟量 再如美国莫迪康公司的 PC E984 785 机 其开关量具总数为 32k 32768 模拟量有 2048 路 西门子的 SS 115U CPU945 其开关量总点数可达 8k 另外还可有 512 路模拟量 等等 以上这种划分是不严格的 只是大致的 目的是便于系统的配置及使用 一般讲 根据实际的 I O 点数 凡落在上述不同范围者 选用相应的机型 性能价 格比必然要高 相反 肯定要差些 自然 也有特殊情况 如控制点数不是非常之多 不是非用大型机不可 但因大型 机的特殊控制单元多 可进行热备配置 因而采用了大型机 6 热水器控制系统的设计方案 太阳能本身是一个不断变化 而影响其变化的因素又较多 极其复杂的非线性变量 太阳热水系统工程是一个非线性系统 很难建立精确的数学模型 因此采用传统的控制 方法难以得到较佳的控制效果 而模糊控制是以模糊数学为基础发展起来的一种新的控 制方法 这种控制方法是一种智能的 非线性的控制方法 对那些无法取得数学模型或 数学模型相当粗糙的系统可以取得较满意的控制效果 解决一些用传统控制方法无法解 决的问题 太阳能热水器控制器采用 PID 控制算法 这种算法对固定参数的线性定常系 统是非常有效的 通过调整 PID 控制器的参数 一般都能得到比较满意的控制效果 江苏工程职业技术学院毕业设计 论文 太阳能热水器控制系统的设 计 7 6 1 系统硬件的设计方案 根据控制系统要求 首先确定 PLC 的控制规模 估算出所需要的 I O 点数 数字输 入 输出量 模拟输入 输出量 再增加 10 20 的备用量 以便随时增加控制功能 保 证系统投入运行后能够替换个别故障点或弥补遗漏的点数 统计出 I O 总点数后即可以确 定 PLC 的控制规模 从而确定存储器 用于存储用户程序和数据 的容量 存储器容量除 了根据 PLC 的控制规模确定 也可以按照如下方法计算 再增加 25 30 的备用量 以便随时增加用户程序 一种方法是根据编程实际使用的节点数计算 即编完程序之后 根据节点数计算出 实际使用容量 另一种方法是估算法 只有开关量时 所需内存总数 开关量 输入 输出 总数 10 只有模拟量输入时 所需内存总数 模拟量路数 120 在模拟量输入 输出同时 存在时 所需内存总数 模拟量路数 250 同时 应考虑 PLC 提供的内部继电器和寄存器 的数量 以便节省资源 6 1 1 PLC 的选型 因为本系统是对开关量控制的应用系统 并对控制速度要求不高 选用核心部件为三 菱公司的 FX 2n 32MR ES UL 系列 32 点编程控制器 该编程控制器具有自诊断功能 采用 循环扫描工作方式 这完全能满足要求 FX 2n 32MR ES U 属微型编程控制器 输入输出 控制方式为循环扫描方式 编程语言为梯形图语言 32 点的编程控制器具有 16 点输入 16 点输出 考虑到该 PLC 所需的输入 输出点数及类型 选用三菱 FX 2n 32MR ES UL 可编程控制器作为该系统的核心 它含有 16 个输入点 漏型 和 16 个输出点 继电器 型 足够设计所用 FX 2n 32MR ES UL 简介 FX 2n 32MR ES UL 属于 FX2N 系列 PLC FX2N 系列 PLC 是 FX 系列中高级的模 块 它拥有无以匹及的速度 高级的功能 逻辑选件以及定位控制等特点 FX2N 是从 16 到 256 路输入 输出的多种应用的选择方案 FX 2n 32MR ES UL 的特点 FX 2n 32MR ES UL 属于 FX2N 系列 PLC FX2N 系列 PLC 是 FX 系列中最高级的 模块 它拥有无以匹及的速度 高级的功能 逻辑选件以及定位控制等特点 FX2N 是从 16 到 256 路输入 输出的多种应用的选择方案 6 1 2 PLC 硬件控制框图 上位机采用 PC 机 下位机选用日本三菱公司的 FX2n 系列的 32 点可编程控制器 实现对太阳能热水器的控制 完成太阳能热水器的温度 液位等控制功能 为提高系统 的安全性 需要有报警点输入并且用声光信号显示故障类型 同时发出警报提醒值班人 员及时处理事故 当故障出现时 故障指示灯闪烁且报警电铃响起 操作人员可以按下 消音 按钮以解除铃响 但故障指示灯仍在闪烁 直到故障消除 故障指示灯才停止 江苏工程职业技术学院毕业设计 论文 太阳能热水器控制系统的设 计 8 闪烁 系统控制框图如下图所示 PLC 硬件控制框图 6 1 3 各单元功能作用介绍 1 电机类型的选择 电机类型选择的原则如下 对于有特定要求的工作机械 应优先选择专用电机 如 可工作于高湿度 有盐雾 霉菌 凝露等环境的船用电动机 有较高的效率及节能指标 的纺织电动机 有作为激振动力源 如用于粮食加工机械或振动筛 振动输送机的振动 异步电动机 在化工 橡胶 纺织 造纸等工业中有时要求软机械特性和宽调速范围的 电动机 当负载增加时电动机的出轴转速随之降低而输出力矩增加 保持与负载平衡 并允许较长时间堵转的三相力矩电动机等 2 交流接触器的选择 本系统选用正泰公司生产的 CJX1 系列交流接触器 该接触器为双断点触头的直动式 运动结构 动作机构灵活 手动检察方便 结构紧凑 触头 磁系统采用封闭结构 能 提高寿命 接线端均有防护罩覆盖 使用安全可靠 安装可用螺钉紧固 也可扣装在 35 毫米的安装轨上 装卸方便 3 热继电器的选择 本系统所用的热继电器为正泰公司生产的 NR4 JRS2 系列 NR4 JRS2 系列热过载继 电器适用于交流 50Hz 60Hz 额定电压 690V 1000V 电流 0 1 180A 的长期工作或间断 长期工作的交流电动机的过载与断相保护 该热继电器具有断相保护 温度补偿 动作 指示 自动与手动复位 该产品动作可靠 另外 该产品符合 GB14048 4 GB14048 5 IEC60947 4 1 等标准 可靠性较高 该热继电器可与 CJX1 系 列交流接触器接插安装 其实物图如下图所示 江苏工程职业技术学院毕业设计 论文 太阳能热水器控制系统的设 计 9 NR4 JRS2 系列热过载继电器 4 电磁阀的选择 电磁阀选用 SSFK C024 型电磁阀 原产地 浙江宋氏阀控 该产品主要用于太阳能 热水器等洁具类 工作电压适用范围广 交直流 3 220V 使用可靠 完全可以达到使用 要求 供水阀 排水阀 除尘阀实物图分别如图所示 供水阀 排水阀 除尘阀 5 发光指示灯的选择 指示灯选用两色二极管指示灯 当机器运行时 指示灯显示绿色 机器通电不运行 时 指示灯显示红色 要求指示灯质量可靠 根据要求 选用 TLL0501 HMC 型指示灯 6 隔离变压器的选择 本生产线选用 BK 100 型号隔离变压器 该隔离变压器变比 1 1 电压 220V AC 7 水箱的选择 水箱的选用要根据情况来确定 水箱是热水器重要组成部分 它包括循环水箱和补 给水箱 循环水箱与集热器上下水管相连 供热水循环之用 补给水箱只与循环水箱相 通 当循环水箱水位低时 以补给冷水之用 1 循环水箱 循环水箱容量大小是根据热水器装置日产热水量而定 为了便于加工提高经济性和 通用性 循环水箱已标准化 目前循环水箱以容积分为 500 升和 1000 升二种 外形均为 方形 容积 500 升的水箱外形尺寸为 778 X 778 X 880 毫米 容积 1000 升的水箱外形 尺寸为 8 X 928 X 1300 毫米 循环水箱的上部均装有涨水管及透气孔 其位置稍高于水位 溢水管和透气孔制成 一体 它的作用是保持最高水位平面 同时让水中空气由此处排出 避免带入管道系统 以致造成气阻损失 循环水箱的下部均装有冷水进水挡板 这样冷水进入循环水箱时 江苏工程职业技术学院毕业设计 论文 太阳能热水器控制系统的设 计 10 通过挡板使之扩散流入不致将箱内上部热水搅混 500 升与 1000 升循环水箱 结构基本 相同 后者增加一些肋条和拉条 以增强水箱的强度和则度 2 补给水箱 补给水箱是供给冷水的水箱 自来水不是直接进入循环 水箱 而是通过补给水箱 来补给 这样做的优点是可使冷水和热水隔开 保持循环水箱中的热水水温稳定 补给 水箱不宜太大 宜狭而长 补给水箱内需安装浮球 以保持最高水位 通用设计中最常 用的一种补给水箱结构 它的外形为 350 X830 X 400 毫米 其长度是高度的 2 倍多 8 传感器的选型 通过各种高性能传感器对气候环境进行测量及数据采集 并将测量结果通过接口送 至 PLC 中 PLC 根据控制要求对整个太阳能热水器进行综合控制 由于系统对环境的采样 值都是传感器输出的模拟信号 而且传感器与 PLC 的距离也比较远 所以在传感器的选 择上都采用了 4 20mA 电流输出型 从而减小传输过程中的干扰 保证采样值的准确性 与可靠性 温度误差可以在电路上或软件上采取补偿措施 不同的补偿方法 其整体温 度系数差异较大 但仍与元件本身的温度特性有关 一般将敏感元件和电路的温度系数 合在一起考虑 一般的温度传感器基点漂移较其它的气象传感器都要显著 热敏电阻属 于吸附元件 在测量过程中必然会受到污染 由污染引起的测量基点漂移 只能用重新 检定的方法加以修正解决 若污染严重 基点漂移量过大 又不能再生 只能将传感器 作报废处理 19 温度传感器技术指标 1 温度范围 0 70 可根据用户要求扩展 2 湿度范围 10 RH 99 RH 3 电源 AV220V 士 10 4 温度误差 一般士 0 2 最大士 0 5 5 数据分辨率 0 1 6 数据更新周期 约 1 秒 7 数据线 3 类双绞线 8 数据传输距离 小于 1200m 根据硬件的选择情况 绘制表 3 1 6 1 4 PLC 的端口分配 根据以上硬件选型设计 编制 I O 接口功能表 如表 3 2 和 3 3 输入点 代号 工程名称 X0 SB 启动按钮 X1 SB1 总停按钮 X2 SL1 温度开关 常开 江苏工程职业技术学院毕业设计 论文 太阳能热水器控制系统的设 计 11 X3 SL2 温度开关 常闭 X4 SB2 手动上水开关 X5 SB3 手动排水开关 X6 SB4 手动消音开关 X7 SB5 手动加热开关 输出点 代号 工程名称 Y0 HL 启动指示灯 Y1 HL1 总停指示灯 Y2 HL2 除尘指示灯 Y3 HA 报警蜂鸣器 Y4 HL3 故障指示灯 Y5 YV1 供水电磁阀 Y6 YV2 排水电磁阀 Y13 KM1 除尘电机正转接触器 Y15 YV3 除尘阀 Y14 KM2 除尘电机反转接触器 6 1 5 系统电路的设计 1 主电路的设计 1 接触器 KM1 和 KM2 分别控制电机的正转和反转 2 电动机有热继电器实现过载保护 3 选择自动开关 Q 为总电源的开关 即可完成主回路的短路保护 又起到隔离三相 交流电源的作用 使使用和维护更加方便 4 由 FU1 FU2 FU3 FU4 FU5 FU6 分别实现各负载回路的短路保护作用 FU7 FU8 完成 PLC 控制回路的短路保护 根据上述设计原则绘制出电气控制主电路图 如下图所示 江苏工程职业技术学院毕业设计 论文 太阳能热水器控制系统的设 计 12 主电路图 6 2 系统软件设计方案 可编程控制器是扫描工作方式 能同时对多个模块进行控制 在整个程序扫描时间 里加上不同的输入检测信号 就可使程序按所检测信号判断进入不同的分支程序 主程 序包含有多个分支程序 这样既提高了编程的灵活性又减少了不必要的代码重复 同时 也方便以后系统扩展对软件的修改 系统主要是接收上位机的控制参数 并完成太阳能 热水器温度 液位的测量和控制任务 6 2 1 软件组成 软件系统通常分为两大类 一类是系统软件 另一类是应用软件 系统软件指的是 操作系统 程序设计系统等与计算机密切相关的程序 系统软件一般由计算机生产商或 各种软件公司提供 带有一定的通用性 用不着自己编写 本课题采用日本三菱公司的 PLC 所以系统软件是由三菱公司提供的 该软件对系统进行实时监控 应用软件是用户根据要解决的实际问题而编写的各种程序 在计算机控制系统中 每个控制对象或控制任务都要有相应的控制程序 用这些控制程序来完成对象的不同要 求 这种程序通常称为应用程序 本课题主要根据太阳能热水器的各种输入输出状态来 编制 PLC 的梯形图程序 6 2 2 系统控制流程图 江苏工程职业技术学院毕业设计 论文 太阳能热水器控制系统的设 计 13 1 主程序控制系统流程图如下图所示 2 水位子程序流程图 3 温度子程序流程图 江苏工程职业技术学院毕业设计 论文 太阳能热水器控制系统的设 计 14 4 除尘子程序流程图 6 2 3 设计 PLC 控制梯形图程序 用流程图表达出各控制对象的动作顺序 相互间的制约关系 明确寄存器空间的分 配 专用寄存器的确定等 控制系统的程序的设计 主程序的编制及各功能子程序的编 制以及程序的调试 其他辅助程序的设计 如故障应急程序等 根据控制系统流程图 绘制太阳能热水器系统控制的梯形图和编制程序指令表 其完整梯形图及指令表如下 江苏工程职业技术学院毕业设计 论文 太阳能热水器控制系统的设 计 15 LD X000 1 OR M0 2 ANI X001 3 OUT M0 4 LD M0 5 MOV K6 D20 10 MOV K0 D21 15 MOV K0 D22 20 MOV K18 D30 25 MOV K0 D31 30 MOV K0 D32 35 TRD D0 38 TZCP D20 D30 D3 M3 47 AND M4 48 OUT M21 49 LD M21 50 CALL P1 53 CALL P2 56 MPS 57 LD M16 58 OR Y005 59 OR T2 60 OR X004 61 OR X002 62 ANB 63 ANI T1 64 OUT Y5 65 OUT T1 K3000 68 MRD 69 LD T1 70 OR M1 江苏工程职业技术学院毕业设计 论文 太阳能热水器控制系统的设 计 16 71 ANB 71 ANB 72 ANI T2 73 OUT M1 74 OUT T2 K1200 77 MRD 78 LD X002 79 OR X005 80 ANB 81 OUT Y006 82 MRD 83 AND X002 84 ANI T3 85 OUT M2 86 OUT T3 1200 89 MPP 90 CALL P3 93 MPS 94 AND M2 95 OUT Y015 96 MRD 97 AND MO 98 OUT Y000 99 MRD 100 AND M0 101 OUT Y001 102 MRD 103 AND M2 104 OUT Y002 105 MRD 106 LD Y010 江苏工程职业技术学院毕业设计 论文 太阳能热水器控制系统的设 计 17 107 OR Y012 108 AND 109 ANI Y004 110 OUT Y003 111 MPP 112 LD X006 113 OR Y004 114 ANB 115 OUT Y004 116 FEND 117 P1 118 LD M8000 119 MOV K180 D500 124 MOV K1800 D502 129 MOV K3000 D510 134 MOV H0030 D511 139 MOV K70 D512 144 MOV K0 D515 149 MOV K2000 D532 154 MOV K0 D533 159 PLS M6 161 LD M6 162 SET M7 163 LD MM8002 164 T0 K0 K0 H3300 K1 173 LD M8000 174 FROM K0 K0 D501 K1 183 LDI M7 184 RST D502 187 LD M7 188 PID D500 D501 D510 D502 江苏工程职业技术学院毕业设计 论文 太阳能热水器控制系统的设 计 18 197 MOV D511 K2M10 202 MPS 203 AND M9 204 PLF M8 206 MPP 207 AND M8 208 RST M7 209 LD M7 210 OUT T246 K2000 213 LD T246 214 ORI M7 215 RST T246 217 LD D501 D510 244 OUT Y010 245 LD M8067 246 OUT Y016 247 STET 248 P2 249 LD M8000 250 MOV K37 D150 255 MOV K1800 D152 260 MOV K3000 D160 265 MOV H0030 D161 270 MOV K80 D162 275 MOV K0 D165 江苏工程职业技术学院毕业设计 论文 太阳能热水器控制系统的设 计 19 280 MOV K2000 D182 285 MOV K0 D183 290 PLS M10 292 LD M10 293 SET M11 294 LD M8002 295 T0 K0 K0 H3300 K1 304 LD M8000 305 FROM K0 K0 D151 K1 314 LDI M11 315 RST D152 318 LD M11 319 PID D150 D151 D160 D152 328 MOV D161 K2M10 333 MPS 334 AND M13 335 PLF M12 337 MPP 338 AND M10 339 RST M11 340 LD M11 341 OUT T247 K2000 344 LD T247 345 ORI M11 346 RST T247 348 LD D151 D200 376 OUT Y012 377 LD M8067 378 OUT Y017 379 STET 380 P3 381 LD M2 382 OR M51 383 OR T5 384 ANI M41 385 ANI T3 386 MPS 387 ANI T4 388 OUT M51 389 MPP 390 OUT T4 K200 393 LD T4 394 OR M41 395 ANI T5 396 ANI M51 397 ANI T3 398 OUR M41 399 OUT T5 K200 402 LD M51 403 ANI M41 404 OUT Y013 405 LD M41 406 ANI M51 407 OUT Y014 409 SRET 江苏工程职业技术学院毕业设计 论文 太阳能热水器控制系统的设 计 21 410 NOP 结 论 在最近的一段时间的毕业设计 使我们充分把握的设计方法和步骤 不仅复习所学 的知识 而且还获得新的经验与启示 在各种软件的使用找到的资料或图纸设计 会遇 到不清楚的作业 老师和学生都能给予及时的指导 确保设计进度 本文所设计的是太 阳能热水器控制系统的设计 通过初期的定稿 查资料和开始正式做毕设 让我系统地 了解到了所学知识的重要性 从而让我更加深刻地体会到做一门学问不易 需要不断钻 研 不断进取才可要做的好 总之 本设计完成了老师和同学的帮助下 在大学研究的 最感谢帮助过我的老师和同学 是大家的帮助才使我的论文得以通过 江苏工程职业技术学院毕业设计 论文 太阳能热水器控制系统的设 计 22 致 谢 至此在论文完成之际 向我的导师表示由衷的感谢 真心的感谢我的导师这年来我 谆谆教导 感谢我敬爱的老师 您不仅在学习学业上给我以精心的指导 同时还在思想 给我以无微不至的关怀支持和理解 给予我人生的启迪 使我在顺利地完成大学阶段的 学业同时 也学到了很多有用的做人的道理 明确了人生目标 知道自己想要什么了 不再是从前那个爱贪玩的我了 导师严谨求实的治学态度 锐意创新的学术作风 认真 加负责 公而忘私的敬业精神 豁达开朗的宽广胸怀 平易近人 经过近半年努力的设 计与计算 查找了各类的键槽加工设备的设计资料 论文终于可以完成了 我的心里无 比的激动和开心 虽然它不是最完美的 也不是最好的 但是在我心里 它是我最珍惜 的 因为我自己已经尽力的做了 它是我用心 用汗水成就的 也是我在大学四年来对 所学知识的应用和体现 四年的学习和生活 不仅丰富了我的知识 而且锻炼了我的个 人能力 更重要的是从周围的老师和同学们身上潜移默化的学到了许多有用的知识 在 此对所有关心我帮助我的表达我由衷敬意 谢谢各位同学老师 江苏工程职业技术学院毕业设计 论文 太阳能热水器控制系统的设 计 23 参考文献 1 成大先 PLC 设计手册 单行本 机械传动 M 北京 化学工业出版社 2004 2 濮良贵 纪名刚 太阳能热水器控制系统的研究 第七版 M 北京 高等教育出版社 2001 3 刘鸿义 材料力学 第三版 上 下册 M 北京 高等教育出版社 1991 4 甘永立 控制系统的创新设计 M 上海 上海科学技术出版社 2005 5 冯辛安 PLC 设计 M 北京 机械工业出版社 1999 6 于骏一 机械制造技术基础 M 北京 机械工业出版社 2004 7 天津大学 机电一体化手册 M 北京 人民教育出版社 1981 8 孙桓机 机械原理 M 北京高 等教育出版社 2006 9 孟宪源 现代机构手册 M 北京 机械工业出版社 1994 10 吕仲文 机械创新设计 M 北京 机械工业出版社 2004 11 寇尊权 王多机 械设计课程设计 M 北京 机械工业出版社 2006 12 刘朝儒 彭福荫 高政一 机械制图 第四版 M 北京 高等教育出版社 2001 13 黄勤冰 太阳能热水器概论 J 中国花卉报 2007 年 003 版 14 许广桐 樊冬温 太阳能热水器 PLC 控制系统设计 J 林业机械与木工设备 1998 年 5 期 15 谢可军 苗香雯 太阳能热水器的发展和对策 J 农机化研究 2004 年 1 期 16 王加春 吴风彪 太阳能热水器的研制 J 林业机械与木工设备 1996 年 1 期 17 胡漪 机电一体化技术的应用与创新 J 城 建车辆与设备 1991 年 1 期 18 胡永鹏 谭蓉 单片机技术 P 中国专利 CN2770305 2006 04 12 19 Rajput R K Elements of Mechanical Engineering Katson Publ House 1985 20 Orlov P Fundamentls of Machine Design Moscow Mir pub 1987 21 Mechanical Drive Reference Issue Machine Design 52 14 1980 江苏工程职业技术学院毕业设计 论文 太阳能热水器控制系统的设 计 24 22 Bedini R a o Academic Research on the Olivetti SIGMA system applications Proceeding of the TshIsIR Tokyo 1977 23 Honshizaki J Bopp E Robot Application Design Manual New York John wiley Sons INC 1990