最新自动供水系统的测绘控制改进设计.docx

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最新自动供水系统的测绘控制改进设计

广州工程技术职业学院

毕业设计（论文）

题目：

自动供水系统的测绘、控制改进设计

系（院）：

机电工程系

专业班级:

机电一体化

（1）班

学生姓名：

冯灼锋

学号：

106182101980

指导教师：

解军、张文凡

完成日期:

2008.12.20

广州工程技术职业学院学生开题报告书

课题名称

自动供水系统的测绘、控制改进设计。

课题来源

广州工程技术职业学院机电工程系 

课题类型

 AX

指导教师

张文凡 

学生姓名

冯灼锋 

学号

106182101980 

专业

机电一体化技术 

开题报告内容（摘要）：

表述了基于对课题专业技术工艺内涵、目的、意义的领悟，基于所具备的专业理论应用能力和操作技能水平，基于对项目工作环境（工具、仪器、设备等）的熟悉，基于按期保质完成工作的信心，择定参与该课题项目工作。

并已提交了进程计划。

方法及预期目的：

 理论与实践结合当中融入个人的专业技术工艺思想。

工作过程与成果用专业项目论文如实记录。

 预期：

一、依据PLC新型编程技术、更新设备的软件，提高设备运行的可靠性

二二、为实验室技术资料增加储备

三三、提高项目工作者专业工作素质。

指导教师签名：

张文凡 日期：

2008年10月10日

课题类型：

（1）A—工程设计；B—技术开发；C—软件工程；D—理论研究；

（2）X—真实课题；Y—模拟课题；Z—虚拟课题

（1）、

（2）均要填，如AY、BX等。

广州工程技术职业学院毕业设计（论文）任务书

姓名

冯灼锋 

学号

106182101980

毕业届别

09 

专业

 机电一体化技术

毕业设计（论文）题目

自动供水系统的测绘、控制改进设计。

[一套无原始技术资料、继电器控制方式的学校学生宿舍电热——太阳能加热水系统的测绘与电控系统改进。

]

指导教师

张文凡 

学历

硕士研究生 

职称

副教授、高级工程师 

具体要求：

课题组（C）任务:

一、系统的测绘、恢复符合国家标准的各种图样。

二、记录各电控线路元器件技术指标，评价合理性、先进性。

三、提出利用PLC技术的可行性。

四、设计PLC编程、设绘状态转移图、I/O图、梯形图、指令表。

五、仿真调试

冯灼锋:

侧重上述分项任务中一项、二项。

进度安排：

 2008.10.6-2008.10.15方案论证、工作项目条件调研、工作路线确定、提交工作程序计划书。

2008.10.15-2008.10.25工作对象实际测绘，记录设备部件、元器件技术指标，草绘设备结构图。

2008.10.26-2008.11.5标准技术资料整理、软件设计。

2008.11.6-2008.11.30综合调试机器、完成论文初稿撰写。

2008.12.1-2008.12.10修订、打印、装订论文。

指导教师签字：

张文凡

2008年10月5日

专业组长意见：

项目已具备实施条件

专业组长签字：

张文凡

2008年10月5日

题目发出日期

2008.10．05 

设计（论文）起止时间

2008.10.05-2008.12.10 

广州工程技术职业学院毕业设计（论文）指导记录

编号：

GIT-QI-B2-42

专业：

机电一体化技术毕业届别：

2009届

姓名

冯灼锋

学号

106182101980

指导老师

张文凡

毕业设计（论文）题目

自动供水系统的测绘、控制改进设计

题目

指导内容

存在问题

教师、学生签字

广州工程技术职业学院毕业设计（论文）答辩记录

编号：

GIT-QI-B2-41

姓

名

冯灼锋

学

号

106182101980

毕业

届别

09

专

业

机电一体化技术

题目

自动供水系统的测绘、控制改进设计

答辩

时间

答辩组成员（签字）：

答辩记录：

记录人（签字）：

冯灼锋

2008年X月X日

答辩小组组长（签字）：

张文凡

2008年X月X日

附注：

广州工程技术职业学院毕业设计（论文）评阅书

编号：

GIT-QI-B2-40

姓名

冯灼锋

学号

106182101980

专业

机电一体化技术

毕业设计（论文）题目

自动供水系统的测绘、控制改进设计

指导教师评语：

得分：

评阅人签字：

2008年X月X日

自动供水系统的测绘、控制改进设计

————06机电

（1）班冯灼锋

内容摘要：

本论文重点介绍了太阳能电加热系统的测绘和电控系统PLC的改进。

通过对系统工作原理的分析，就学校太阳能热水系统供应不足和耗电量大的问题，结合我们学校的实际情况，本人引用了时控补水方式以及用电热泵取代电热丝来加热的方式，达到从系统的电气设计与程序设计两部分来阐述利用PLC实现太阳能电加热系统的自动控制。

Abstract:

Thispaperfocusesonsolarheatingsystem,mappingandelectroniccontrolsystemstoimprovethePLC.Theworkingprincipleofthesystem,solarwaterheatingsystemsinschoolsandinadequatepowersupplyproblem,combinedwiththeactualsituationofourschool,Iusedthetime-controlledmanner,aswellaselectricheatpumpwaterheatertoreplacethewiretoheattheway,FromthereachoftheelectricalsystemdesignandprogrammingintotwopartsontheuseofsolarheatingPLCtorealizeautomaticcontrolsystem.

关键词：

系统的测绘、时控补水、PLC控制

前言

本论文主要是研究广州工程技术职业学院现有的太阳能热水系统，并按个人想法设计、改造、完善学校的热水系统而撰写，主要介绍了太阳能电加热系统的测绘与电控系统PLC的改进。

随着广州工程技术职业学院的教学发展，师生人数也随之增多，校内的热水使用量也逐渐增大。

由于原系统的不够完善,造成时段性热水供应不足及供给热水温度过低的问题，结合本人所学过的相关课程及所拥有的知识为基础，做出了合适的改造方案。

在原有热水系统的基础上加了定时增压补水装置，同时用空气源热泵取代电热丝来补偿热量不足的方式，减少了不必要的资源浪费。

再而利用可编程控制器（PLC）具有可靠性强、抗干扰能力强、功能完善、使用性强、程序可变、编程容易、使用维护方便等优点，并将其融入系统，从而实现了利用PLC对太阳能电加热系统的自动控制。

由于本人水平有限，论文中难免有不当之处，请老师和专家给予批评指正。

第一章：

绪论

1、1系统的基本组成和特点………………………………1

1、2设计内容……………………………………………2

第二章：

太阳能热水系统的探究

2、1系统的基本工作原理…………………………………3

2、2重要器件的性能研究…………………………………4

2、3系统的分析…………………………………………8

第三章：

结合PLC改造太阳能热水系统

3、1改造方案……………………………………………9

3、2新增器件的性能说明…………………………………10

3、3PLC的控制原理……………………………………14

第四章：

程序调试与运行

4、1程序的调试与运行…………………………………19

4、2效果评价　…………………………………………20

第五章：

结束语、参考资料

附图………………………………………………………21

第一章：

绪论

太阳能取之不尽用之不竭，是洁净的绿色能源，太阳能热水器一次投资长期受益。

开发利用太阳能既可节约能源，为企业提高经济效益，又可减少常规能源的消耗和对环境的污染，有利于保持生态平衡，因此有巨大的经济效益和社会效益。

1、1系统的基本组成及其特点

（一）、组成：

系统主要由太阳能中央热水系统一般由进补冷水系统、太阳能集热系统、辅助加热系统及供热水系统组成。

其中太阳能主体系统主要包括太阳能集热器组、保温水箱及循环系统。

（二）、特点：

1、无限能源广泛存在，最低成本供应热水。

只要有阳光，即可进行光热转换，一年四季均可运行。

2、绿色环保产品，太阳能作为一种洁净的可再生能源，具有其他能源无可比拟的优点：

无环境污染，无安全隐患。

3、使用寿命长，主要部件真空管使用寿命约为十五年，到期更换后，其它部件还可继续使用一个周期。

4、与其它能源配套使用，可实现全天候运行。

5、经济效益显著。

一次投资，长期受益是太阳能热水系统的显著特点。

经过我们多年实践证明，一般情况下，太阳能热水器可在2～4年内全部收回投资。

　　一般来说，北大紫光太阳能热水器每平方米集热面积全年平均每天可产50～60℃的热水，在6～9月可达150～180L，即使在12～2月也可达60～80L，无需支付能源费用。

1、2设计思路

1、2、1设计任务：

自动供水系统的测绘、控制改进设计

1、2、2设计要求：

根据广州工程技术职业学院现有太阳能热水系统供给热水出现的问题，按个人思想设计、制定出一套更成熟的太阳能热水系统。

1、2、3系统工作流程设计：

1、2、4设计目的：

结合PLC改造、设计出一套更安全更成熟的太阳能热水系统，从而实现利用PLC对太阳能电加热系统的自动控制，以尽可能地满足学院广大师生对洗涮热水的需求。

第二章：

太阳能热水系统的探究

2、1系统的基本工作原理

（电路图见附图1、2）

1、水箱内水位达到设定水位时，系统中的循环与加热电路才能够工作，若未达到水位，SL常闭触点断开，从而使系统处于缺水保护状态。

2、1#冷水从水箱进入集热器，受太阳能辐射加热，水温升高。

当集热器水温高于水箱内的水温且达到设定时，温差LC1动作，KM1吸合使1#循环水泵工作，直至水温平衡时LC1停止工作，从而断开1#循环水泵的工作；2#冷水从水箱进入集热器，受太阳辐射加热，水温升高，当集热器水温高于水箱内的水温且达到设定时，温差LC2动作，KM2吸合2#循环水泵工作，直至水温平衡时LC2停止工作，从而断开2#循环水泵的工作；系统将如此循环运行。

3、时控开关DS-1达到设定时间，DS-1常开触点动作。

KM4、KM5、KT1、KT2、同时得电工作，部分电热丝开始加热工作，当工作到KT1、KT3、设定时间，使KT1、KT2常开触点闭合，从而使KM6、KM9、KM10、KT2、KT4得电工作，KM6、KM9、KM10闭合使电热丝加热工作，当工作到KT2、KT4、设定时间，使KT2、KT4常开触点闭合，从而使KM7、KM11得电工作，使电热丝全部加热工作，当加热系统达到设定温度。

温控T1、T2动作。

KM4、KM5、KM6、KM7、KM8、KM9、KM10、KM11、KT1、KT2、KT3、KT4失电而使加热系统停止工作。

4、时控开关DS-2达到设定时间，DS-2常开触点吸合，电磁阀DF1得电工作。

热水流到每个宿舍。

KM3同时得电回水泵工作。

回水温控T3达到设定温度动作，T3动作KM3失电回水泵停止工作，当DS-2达到设定关时间，触点还原，电磁阀失电而停止工作。

2、2重要元件的性能研究

2.2.1微电脑温差调节仪

功能描述：

用于控制循环泵动作、使管道内冷热水强制循环合可检测并控制水系统中某两点间的‘温度差值’在设定好的范围内，当被检测的两点温度差值超过预设定的温差允许值范围时，则立即控制启动系统水泵、强制管道水循环流动，水循环导致两测温点的温差值下降，当差值回到预设定的允许值范围内时，水泵停止工作。

使用LC15B，可最大效率地应用采集到的热能，符合当今绿色能源消费原则。

技术指标：

1、显示：

三位LED数码显示，字高14mm。

2、工作电源：

交流220V50Hz（±15%）功率小于5w。

3、工作环境：

温度-20～50℃,相对温度不超过85%的无腐蚀气体场合。

4、测量温度范围：

0～120℃。

5、测量温差范围：

-20～100℃

6、温差调节范围：

0～40℃

7、温差调节方式：

上、下限式调节。

8、测量误差：

≦±1℃。

9、输出：

常开、常闭触点输出，触点电流容量5安培（阻性负载）

2.2.2温度控制器

功能和用途：

本产品主要应用在太阳能热水器的设备上，利用温差和温度来控制输出。

且有二路输出控制，一路控制两温区的温差，当温差达到设定值时，自动运行水泵循环，使两温区的温度达到平衡；另一路控制电加热，当太阳能加热未能达到设定温度时，电加热系统自动启动，加热到设定温度，并自动恒温于温差值控制范围内。

技术性能：

1、工作电压：

AC220V

2、输出负载：

5A/220V/AC

3、功耗：

≤3W

4、工作环境温度：

-10℃～50℃RH≤90%

5、加热控制范围:

0℃~99℃

6、温差启动控制:

1℃～50℃

7、控制输出：

两路传感器检测,两路控制输出

接线图

2.2.3液位控制器

工作原理：

该水位调节器由传感变送器和调节器两部分组成。

传感变送器（信号管）的作用是发送水位信号和变送调节用汽；调节器的作用是控制出口水量。

相当于调节器的执行机构。

汽液两相流是基于流体力学理论、利用汽液两相流的流动特性设计的一种全新概念的水位控制器。

加热器的水位上升时，传感变送器内的水位随之上升，导致发送的调节汽量减少，因而流过调节器的汽量减少，水量增加，加热器水位随之下降；反之，加热器水位下降时，传感变送器内的水位随之下降，导致变送器内的汽量增加，因而流过调节器的水量减少，加热器水位随之上升。

由此实现了加热器水位的自动控制。

适用范围：

适用于电力、石油、化工、造纸、印染、冶金等部门的各类热交换器的液位控制。

如火电厂中6MW～600MW机组的高、低压加热器（包括末级低加和疏水泵低加），轴封加热器，生水加热器，热网加热器，高、低压连续排污扩容器、疏水膨胀器。

化工部门的化肥厂和粉煤灰综合利用的蒸发器，碱厂的冷凝水贮槽、一、二次闪蒸罐、疏水槽、疏水罐、储汽罐、疏水膨胀器、苯加工的加热器等。

设计参数及型号规格：

1、适用介质：

非腐蚀性液体比重≥0.8

2、工作压力：

传感器＜2.5Mpa

3、使用温度：

传感器＜250℃仪表0～500C

4、相对温度：

＜85％

5、工作电压：

～220V±15％50Hz

6、功耗：

<10VA

2.2.4水位探头

此水位探头与水位控制器配合使用，用于探测水箱内水位，把水位信号转换成电信号传到水位控制器；此探头为不锈钢制造，内部铜棒直径10毫米，长度为50毫米，外有注塑外壳，外壳外径20毫米，长度90毫米，用2米长的铜导线引出，用环氧树脂胶密封铜棒与铜线间的焊接接口；此探头采用进口硅胶一体化灌入技术，传感器采用双重公共极技术，有效的防止太阳能溢水现象；采用了耐高温、防腐蚀的新型材料，比普通传感器提高70%的防护措施；采用不锈钢304材料永不生锈，高抗腐蚀，对水无污染，能够在130℃的环境中正常使用。

2.2.5微电脑时控开关KG316T

功能和用途：

时控型路灯控制器又叫微电脑定时器或微电脑定时开关，开关灯程序以星期为循环单位，可以设定每天都开关灯，可以设定每星期中仅某一天开关灯，可以设定按15种不同的星期组合方式开关灯，每天可以开关灯10次，断电后已存程序不丢失，来电就能继续工作，适用于各种电灯、电器的自动开关，广泛用于路灯、广告灯、农田灌溉水泵、鱼塘增氧机等。

技术性能：

1、额定工作电压：

AC220V2、负载功率：

≤3KVA，可带交流接触器扩容。

3、星期组合类型：

15种。

4、工作循环周期：

7天。

5、每天开灯次数：

≤10次。

6、两次开灯间隔：

最少1分钟，最大168小时。

7、开灯方式：

自动或手动。

8、记忆功能：

市电断电后已存程序不丢失，来电就能照常工作。

9、其它：

功耗≤0.1W

2、3系统分析

太阳能热水系统在学院中的使用，大大地方便了广大师生的日常生活。

学院现有太阳能热水系统虽能全自动地完成控制补水、加热循环、辅助加热等功能，也能为各宿舍定时提供热水，但由于系统的不够完善，问题还是不断地出现。

首先，该系统安装在宿舍楼楼顶，利用自来水公司的水压，在用水高峰期时水压下降，所以经常出现补水不足的现象。

再而，系统的设计中，为不定时性补水，导致在供水期间水温下降，供给热水温度不足。

该系统中的浮球控制补水装置，由于装置是机械式控制，由于机械容易受到磨损，所以时常出现浮球开关磨损而水满溢出现象。

然后，由于太阳能热水系统供水温度受太阳光照射时间及辐射强度影响，导致在连续阴雨天不能有效满足师生对热水的需求量；在辅助加热装置与太阳能热水器配套系统中，电热丝作为辅助加热的热源，安全指数并不可靠且耗电量过大，造成了不必要的浪费。

最后，原系统是通过继电器和接触器来控制，却忽略了元件和触点易损坏的缺点，所以工作稳定性较差。

第三章：

结合PLC改造太阳能热水系统

3、1改造方案

针对学院现有太阳能热水系统常出现热水供应不足等问题，本人在已有专业知识基础上提出了以下改进：

1、增压补水：

用水高峰期水压降低导致补水不足的问题，可在补水管道上加装增压泵，以保证能正常补水及系统能正常驻机构运行。

2、补水方式控制：

由于供水期间的补水动作会降低热水温度，所以适当调整补水方式，即补水同时受时间与供水控制，基本就能确保供给热水的温度。

3、电磁阀取代浮球阀门：

由于浮球阀门为机械式控制，使用一定时间后将会受到磨损，导致经常出现溢水现象，所以改用电磁阀与增压泵同时控制方式来控制补水，以解决此问题。

4、辅助加热改进：

原系统中选用电热丝作为辅助加热方式，但电热丝功耗大，安全性不够好。

所以本人在新系统中使用热泵代替电热丝来做加热源，其热水机组（图3.11所示）的排出的空气热能加热水，而且加热效率高。

热泵作为辅助加热方式大大解决了供水不足和供给温度过低的问题。

5、PLC的改进：

原系统是利用继电器和接触器来达到控制，但触点元件控制、触点易损坏的问题经常出现，导致工作稳定性较差。

本人将PLC融入太阳能热水系统，从而实现了利用PLC对太阳能电加热系统的自动控制，使得热水系统更安全，更稳定。

　　　　　　　图3-1-1太阳能辅助加热空气源热泵机组示意图

3、2新增器件的性能说明

3、2、1电磁阀

特点：

膜片式结构，应用范围广泛，可任意位置安装，使用寿命长，性能可靠；材料密封:

丁氰橡胶、乙烯丙烯、氟橡胶、特氟隆阀体:

黄铜、316SS不锈钢线圈标准：

导管式（NEMA4/4X）（塑封、防水）选配：

开线式，开框式、接线盒DIN，防水NEMAIV，防爆线圈（NEMAVII）等级：

F级、H级电压交流：

AC24V60HzAC110V50HzAC220V50Hz直流：

DC12VDC24V波动：

±10%

工作原理：

通电时，电磁线圈产生电磁力把关闭件从阀座上提起，阀门打开；断电时，电磁力消失，弹簧把关闭件压在阀座上，阀门关闭。

3、2、2增压泵

特点

1、立式结构，安装调试方便，独特设计的电机和泵体采用联接体联接，同心度高、加工精度高，占地面积大大减少，缩减了泵房建筑投资30％一60％。

底脚稳固、结构紧凑、精美的铸造和外观处理赋予立式离心泵新的美感

2、配用国内著名厂家生产的Y系列标准通用电机，运行平稳、噪音极低。

3、轴承采用国际著名品牌精密轴承，精度高、可靠性好、寿命长。

4、叶轮采用90年代最优秀可自平衡轴向力的水力模型，使得泵轴承和机械密封使用寿命大大延长。

5、电机轴承座内的轴承都配有加油孔和放油孔，对轴承的维护保养十分方便。

6、可拆卸硬性中间联轴器，使泵起动无振动、无噪音，旋转部件设有可靠的安全防护罩，安全性极好。

7、机械密封采用不锈钢、碳化钨、氟橡胶等材料制成，耐高温、高压，运行寿命长，无渗漏，对轴无磨损，保证工作环境整洁。

8、泵盖结构设计独特，只要卸下硬性中间联轴器、泵盖螺母，即可十分轻便取出轴承座。

泵盖、泵轴、叶轮等组合件，进行更换机械密封和叶轮，而不必拆卸电机、泵体和管道，维修方便快捷。

工作条件:

1、泵系统最高工作压力为1．6MPa，即泵吸入口压力+泵扬程≤1．6MPa（泵扬程工作压力大于1．6MPa时应在订货另行提出，以便在制造时泵的过流部件和联接部件采用铸钢）。

2、输送介质为清水或物理化学性质类似清水的其它液体。

3、环境温度≤40℃，海拔高度≤1000m，相对湿度≤95%。

3、2、3热泵

热泵概述：

热泵热水器是一种新型热水和供暖热泵产品，是一种可替代锅炉的供暖设备和热水装置。

与传统太阳能相比，热泵热水器不仅可吸收空气中的热量，还可吸收太阳能。

热泵热水器通过制冷剂温差吸热和压缩机压缩制热后，与水换热，大大提高热效率，充分利用了新能源，是将电热水器和太阳能热水器的各自优点结合于一体的新型热水器。

太阳能辅助加热空气源热泵机组是基于依靠外界辅助热源来提高热泵低温制热性能而产生的，。

在机组的蒸发器上增加了一辅助换热器。

热泵在低温环境下制热运行时，高于环境温度的太阳能热水流经该辅助换热器，与将进入蒸发器的室外空气进行热量交换提高其温度，从而使制冷剂在相对较高的环境里蒸发吸热，提高了蒸发温度，改善了压缩机的工作状况。

优点：

1、环保节能：

集热效率高、费用是燃气、燃油的1／3，电加热的1／4，全天皆可制热水，大幅度节约能源。

并可额外产生新鲜干燥冷气，降低其他空调系统能耗。

2、安全卫生：

水、电不直接接触，无漏电危险。

不产生油、烟、明火和废气，噪音低。

管路设备全部食品级卫生标准，出水可直接接入饮用水或淋浴系统，无需安装热水交换器。

3、可靠耐用：

热泵技术非常成熟，具备各种保护设施；如过载、过热、缺相、超压、缺冷媒保护等。

日常维护只需清洗或更换空气过滤网。

运行寿命达十五年以上。

4、费用低廉：

同比燃气、燃油初装费用低，热泵体积小巧不占用空间，设备型号齐全，安装灵活方便，管路改动小，节省投资，设备使用率高，运行成本低。

投资成本可充分从节约资源费用中收回。

后期维护费用低。

5、操控便捷：

电力驱动、即开即停、智能控制、自由设定，运行维护无人职守。

系统组成及其作用

系统主要由压缩机、蒸发器、冷凝器和节流阀组成。

压缩机起着压缩和输送循环工质从低温低压处到高温高压处的作用，是热泵系统的心脏。

蒸发器是输出冷量的设备，宏观世界的作用是使经节流阀流入的制冷剂液体蒸发以吸收被冷却物体的热量达到制冷的目的。

冷凝器是输出热量的