最新版基于PLC的太阳能热水器自动控制系统的毕业设计论文.docx

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最新版基于PLC的太阳能热水器自动控制系统的毕业设计论文

基于PLC的太阳能热水器自动控制系统的设计

摘要

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。

重点研究了系统的硬件构成及系统软件的设计过程。

指出了PLC设计的关键主要是能满足基本控制功能,并考虑维护的方便性、系统可扩展性等。

在本文中经研究确定出了系统的各个工序，绘制了系统的工艺流程图；进行了系统的IO分配和PLC的选型；根据系统设计要求设计绘制了系统的控制梯形图；绘制出了控制系统电气原理图和接线图等。

通过用PLC对太阳能热水器自动控制系统的改造，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:

PLC；太阳能；自动控制系统；热水器

DesignofSolarWaterHeater

AutomaticControlSystemBasedonPLC

Abstract

ApplicationofPLCinsolarwaterthispaper.Thecontentofthispaperontheprocessofsystemandthesystemsoftwaredesignisemphasized.AndthekeyofPLCdesignthatistosatisfythebasiccontrolfunctionispointedout,meanwhilemaintenanceconvenienceandsystemextensionarealsoconsiderated.Thecontentofthispaperisdividedintofourparts.Inthefirstpart,theprocedureofthesystemisestablished,andthenthetreatmentflowchartisdrawedout;Inthesecondpart,TheaddressofIOisresigned.andthesuitablePLCtypeischoosed.Thethirdpart,thecontrolladderdiagramisdesignedaccordingtotherequirement;Intheend,theelectricalprinciplediagramandtheinterconnectiondiagramaredrawn.

Throughthedesignofthesolarwaterthesolarwater,rapidandeasyfaultdetectingandmaintenance,andaword,thesystembecomesmoreadvancedbecauseofmydesign.

Keywords:

PLC;solar;automaticcontrolsystem;water。

3、水箱液位控制功能。

水箱200L,液位控制在180L。

4、水箱应具备供热水、保温的基本功能。

5、报警功能。

当出现故障时，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；故障指示灯才停止闪烁。

6、节水功能。

供水阀供水5min，停2min。

7、可实现手动自动控制切换。

2.2可编程控制器（PLC）简介

可编程控制器（PragrammableLogicController,简称PLC，是一种数字运算操作的电子系统，是在20世纪60年代末面向工业环境由美国科学家首先研制成功的。

它采用可编程序的存储器，其内部存贮执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作指令，并通过数字的、模拟的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。

可编程序控制器及其有关设备，都是按易于与工业控制系统形成一体、易于扩充其功能的原则设计的。

PLC自产生至今只有30多年的历史，却得到了迅速发展和广泛应用，成为当代工业自动化的主要支柱之一。

长期以来，PLC在工业自动化控制而发挥着巨大作用，为各种各样的自动化控制设备提供了广泛、可靠的控制应用。

这主要是源于它能够为自动化控制应用提供安全可靠和比较完善的解决方案，适合当前自动化工业企业的需要[9]。

2.2.1PLC的发展历史

20世纪70年代大规模集成电路和微处理机出现后，正式生产出了现在模式的可编程序逻辑控制器PLC（ProgrammableLogicController）产品。

这类产品具有稳定可靠、价格便宜、功能齐全、体积小、应用灵活方便、工程周期短、操作维护方便、应用领域广阔等优点。

随着集成电路和计算机技术的发展，现在己诞生了第五代PLC产品。

而从应用角度看，PLC大概经历了如下几个阶段：

1、单机就地控制，取代继电器柜，至今仍然是PLC应用的主流。

2、数台PLC与1台PC相连，PC完成编程和在运行中作为人机界面（80年代后期）。

3、90午代，随着系统集成能力的提高，PLC提供系统通信的能力，构成可编程控制系统PCS（ProgrammableControlSystem），人机界面逐步完善，具有离散量和模拟量数据采集系统的监控能力。

4、随着近代现场总线、网络、工业PC机（IPC）、软PLC技术的发展，以及系统开放性、电控仪控一体化、管控一体化、IT技术发展的需求，新型的覆盖大、中、小系统的PCS正在形成。

2.2.2可编程序控制器的工作原理

PLC采用循环（巡回）扫描工作方式，而大、中型PLC还增加了中断工作方式。

循环扫描即可按固定顺序，也可按用户程序所规定一级顺序（高级和低级顺序）或可变顺序等进行。

因为有的用户程序不需要每扫描一次执行一次，也为的是在控制系统需要处理的IO点数较多时，通过不同的模块组合的安排，采用分时分批扫描执行的办法，可缩短循环扫描周期和控制的实时性[10]。

用户将用户程序设计、调试后，用编程器键入PLC的存储器中，并将现场的输入信号和被驱动的执行元件相应地接在输入模板的输入端和输出模板的输出端上，然后用PLC的控制开关使其处于运行工作方式，PLC就以循环扫描的工作方式进行工作。

在输入信号、用户程序的控制上，产生相应的输出信号，完成预期的控制任务。

PLC的典型的循环顺序扫描土作过程如图2－4所示。

图2－4PLC循环顺序扫描工作流程图

从图2－4中可以看出，一个典型的可编程序控制器在一个扫描周期中要完成六个扫描过程。

在系统软件的指挥下，按图2－4所示的程序流程顺序地执行，这种工作方式成为顺序扫描方式。

从扫描过程中的某个扫描过程开始，顺序扫描后又回到该过程成为一个扫描周期。

进行一个扫描周期所需的时间称为一个扫描周期时间[11]。

2.2.3可编程控制器的的特点

1、通用性强,使用方便。

由于PLC产品的系列化和模块化，配备有品种齐全的各种硬件装置供用户选用。

当控制对象的硬件配置确定以后,就可通过修改用户程序,方便快速地适应工艺条件的变化。

2、功能性强,适应面广。

现代PLC不仅具有逻辑运算、计时、计数、顺序控制等功能,而且还具有AD和DA转换、数值运算、数据处理等功能。

因此,它既可对开关量进行控制,也可对模拟量进行控制,既可控制1台生产机械、1条生产线,也可控制1个生产过程。

PLC还具有通讯联络功能，与上位计算机构成分布式控制系统,实现遥控功能。

3、可靠性高,抗干扰能力强。

大多数用户都将可靠性作为选择控制装置的首要条件。

针对PLC是专为在工业环境下应用而设计的,故采取了一系列硬件和软件抗干扰措施。

硬件方面,隔离是抗干扰的主要措施之一。

PLC的输入、输出电路一般用光电耦合器来传递信号,使外部电路与CPU之间无电路联系,有效地抑制了外部干扰源对PLC的影响,同时,还可以防止外部高电压窜入CPU模块滤波是抗干扰的另一主要措施,在PLC的电源电路和IO模块中,设置了多种滤波电路,对高频干扰信号有良好的抑制作用。

软件方面,设置故障检测与诊断程序。

采用以上抗干扰措施后,一般PLC平均无故障时间高达4万～5万h。

4、编程方法简单,容易掌握PLC配备有易于接受和掌握的梯形图语言。

该语言编程元件的符号和表达方式与继电器控制电路原理图相当接近。

5、控制系统的设计、安装、调试和维修方便。

PLC用软件功能取代了继电器控制系统中大量的中间继电器、时间继电器、计数器等部件,控制柜的设计、安装接线工作量大为减少。

PLC的用户程序大都可以在实验室模拟调试,调试好后再将PLC控制系统安装到生产现场,进行联机统调。

在维修方面,PLC的故障率很低,且有完善的诊断和实现功能,一旦PLC外部的输入装置和执行机构发生故障,就可根据PLC上发光二极管或编程器上提供的信息,迅速查明原因。

若是PLC本身问题,则可更换模块,迅速排除故障,维修极为方便。

6、体积小、质量小、功耗低。

由于PLC是将微电子技术应用于工业控制设备的新型产品,因而结构紧凑,坚固,体积小,质量小,功耗低,而且具有很好的抗震性和适应环境温度、湿度变化的能力。

因此,PLC很容易装入机械设备内部,是实现机电一体化较理想的控制设备[12]。

2.2.4PLC的分类

目前，PLC应用广泛，国内外生产厂家众多，所生产的PLC产品更是品种繁多，其型号、规格和性能各不相同。

通常，可以按照结构形式的不同及功能的差异进行大致的分类。

1、按结构形式分

按照结构形式的不同，PLC可分为整体式和模块式两种。

前者具有结构紧凑、体积小、重量轻、价格低的优点，易于装在工业设备的内部，通常适于单机工作。

一般小型和超小型PLC多采用这种结构，如日本三菱FX系列的PLC。

后者配置灵活，装载和维修方便，功能易于扩展，其缺点是结构较复杂，造价也较高。

一般大、中型PLC都采用这种结构，如日本三菱公司的AN系列。

２、按功能、点数分

按功能、输入输出点数和存储器容量不同，PLC可分为小型、中型和大型三类。

小型PLC又称为低档的PLC。

这类PLC的规模较小，它的输入输出点数一般从20点到128点。

中型PLC的IO点数通常在120点至512点之间，用户程序存储器的容量为2KB-8KB。

大型PLC又称为高档的PLC，IO点数在512点以上，其中IO点数大于8192点的又称为超大型PLC，用户程序存储器容量在8KB以上。

2.2.5可编程控制器应用领域

在发达的工业国家,PLC已经广泛应用于钢铁、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行各业。

随着PLC性能价格比的不断提高,一些过去使用专用计算机的场合,也转向使用PLC。

PLC的应用范围在不断扩大,可归纳为如下几个方面。

1、开关量的逻辑控制　

这是PLC最基本最广泛的应用领域。

PLC取代继电器控制系统,实现逻辑控制。

例如：

机床电气控制，冲床、铸造机械、运输带、包装机械的控制，注塑机的控制，化工系统中各种泵和电磁阀的控制，冶金企业的高炉上料系统、轧机、连铸机、飞剪的控制，电镀生产线、啤酒灌装生产线、汽车配装线、电视机和收音机的生产线控制等。

2、运动控制　

PLC可用于对直线运动或圆周运动的控制。

早期直接用开关量IO模块连接位置传感器与执行机构,现在一般使用专用的运动控制模块。

世界上各主要PLC厂家生产的PLC几乎都有运动控制功能。

PLC的运动控制功能广泛地用于各种机械。

例如:

金属切削机床、金属成型机械、配装机械、机器人和电梯等。

3、闭环过程控制　

过程控制是指对温度、压力、流量等连