基于PLC的生活熱水控制系統(tǒng)(修改版)

1、摘 要近些年來我國城市建設(shè)發(fā)展十分迅速，同時也對基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)提出了更高的要求。小區(qū)、學(xué)校、營房等集體單位的恒壓供熱水系統(tǒng)建設(shè)是其中的一個重要方面，供水的可靠性、穩(wěn)定性、經(jīng)濟性直接影響到用戶的正常工作和生活。本次設(shè)計利用先進(jìn)的自動化技術(shù)、控制技術(shù)以及通訊技術(shù)，設(shè)計出能適應(yīng)小區(qū)、學(xué)校、營房等集體單位復(fù)雜環(huán)境的恒壓供熱水系統(tǒng)，該系統(tǒng)擁有自動注水、加熱、供水和達(dá)到警戒水位自動報警等功能。本課題主要針對生活用水控制系統(tǒng)進(jìn)行研究，并制作控制系統(tǒng)以實現(xiàn)自動注水、自動加熱、自動供水三個過程。該系統(tǒng)以可編程邏輯控制器(PLC)為控制核心，以觸摸屏為操作平臺利用各類傳感器檢測液位、壓力、溫度等信息，同時根據(jù)制定的

2、控制策略來自動調(diào)節(jié)變頻器的輸出頻率和定頻水泵的啟停，實現(xiàn)供水的自動化。關(guān)鍵詞：可編程邏輯控制器，變頻調(diào)速，設(shè)計ABSTRACTIn recent years, China's economic development, social construction and urban construction and development is very fast, but also to the infrastructure construction proposed higher requirements. The construction of urban heating water

3、 system is one of the important aspects, the reliability, the stability and the economy of the water supply directly affect the user's normal work and life. With the people continuously improve the quality and reliability of water supply system, using advanced automation technology, control tech

4、nology and communication technology design of high performance, high energy saving, can adapt to the water supply factory complex environment of constant pressure water supply system to become an inevitable trend.This thesis mainly studies the water control system of domestic water, and makes the co

5、ntrol system to realize automatic water injection, automatic heating, automatic water supply three processes. The system on a programmable logic controller (PLC) for the control of the core, the touch screen as the operating platform. Using all kinds of sensor to measure liquid level, pressure, temp

6、erature and other information, also according to the formulation of control strategy is used to automatically adjust the output frequency of a frequency converter and constant frequency of the pump start and stop, to achieve the water supply to the automation.KEY WORDS：PLC，F(xiàn)requency conversion speed

7、 control，Design目錄摘 要IABSTRACTII第一章 緒論11.1 引言11.2系統(tǒng)功能設(shè)計1第二章 生活熱水控制系統(tǒng)的總體設(shè)計32.1 生活熱水控制系統(tǒng)構(gòu)成方案32.2 生活熱水控制系統(tǒng)的控制方案42.3 本章小結(jié)5第三章 系統(tǒng)的硬件原理設(shè)計63.1 系統(tǒng)整體硬件設(shè)計63.1.1 控制器及各擴展插件設(shè)計63.1.2 觸摸屏的選型73.1.3 熱泵機組選型73.1.4 變頻器選型93.1.5傳感器的選擇93.1.6供水機組的選型103.2 I/O地址分配113.3 系統(tǒng)硬件線路設(shè)計123.4 本章小結(jié)15第四章 生活熱水控制系統(tǒng)軟件的設(shè)計164.1 編程方法164.2 編程軟件

8、的簡單介紹164.3 PLC功能設(shè)計164.4 手動模式設(shè)計184.5 自動模式設(shè)計184.5.1 自動注水階段194.5.2 自動加熱階段204.5.3 自動供水階段214.6 觸摸屏設(shè)計22第五章 總結(jié)與期望235.1 總結(jié)235.2 展望23致 謝24參考文獻(xiàn)25III青島理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文）第一章 緒論1.1 引言近些年來我國經(jīng)濟發(fā)展，社會建設(shè)以及城市建設(shè)發(fā)展十分迅速，同時也對基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)提出了更高的要求。城市供熱水系統(tǒng)的建設(shè)是其中的一個重要方面，供水的可靠性、穩(wěn)定性、經(jīng)濟性直接影響到用戶的正常工作和生活。隨著人們對供水質(zhì)量和供水系統(tǒng)可靠性要求的不斷提高，利用先進(jìn)的自動化技術(shù)、控制

9、技術(shù)以及通訊技術(shù)，設(shè)計出高性能、高節(jié)能、能適應(yīng)供水廠復(fù)雜環(huán)境的恒壓供水系統(tǒng)成為必然趨勢。小區(qū)熱水供應(yīng)對于大部分小區(qū)供水具有重大意義，其供水特點與普通用水有所不同，具備時間性、集中性點特點，而且有水溫的控制要求，溫水系統(tǒng)控制方法多種多樣，本文主要分析應(yīng)用PLC控制時間、溫度，恒壓過程則采用變頻器PID控制功能，實現(xiàn)小區(qū)熱水供應(yīng)。 小區(qū)熱水供應(yīng)系統(tǒng)涉及水溫的控制，水壓恒壓控制等，在水壓恒壓控制方面，我們采用壓力回差的方法進(jìn)行恒壓供水，先設(shè)定高壓力回差，然后與壓力傳感器采集來的數(shù)據(jù)進(jìn)行對比，從而完成恒壓供水。變頻調(diào)速技術(shù)以其顯著的節(jié)能效果和穩(wěn)定可靠的控制方式，在風(fēng)機、水泵、空氣壓縮機、制冷壓縮機等高

10、能耗設(shè)備上廣泛應(yīng)用。采用該系統(tǒng)進(jìn)行供水可以提高供水系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性，方便地實現(xiàn)供水系統(tǒng)的集中管理與監(jiān)控;同時可達(dá)到良好的節(jié)能性，提高供水效率。所以設(shè)計基于變頻調(diào)速的恒定水壓供水系統(tǒng)(簡稱變頻恒壓供水)，對于提高企業(yè)效率以及人民的生活水平，同時降低能耗等方面具有重要的現(xiàn)實意義。1.2系統(tǒng)功能設(shè)計 本次系統(tǒng)設(shè)計主要針對小區(qū)、學(xué)校、營房等集體單位的進(jìn)行恒壓供熱水。所以我們假設(shè)用水單位的用戶有400人，經(jīng)過查資料可以得到，每人每天用熱水量大約為60L左右，所以總用水量大約為24000L，那么我們選擇長寬高都為3米的水箱。 系統(tǒng)功能主要實現(xiàn)自動注水、加熱、供水功以及達(dá)到警戒水位自動報警。并可以設(shè)定供

11、水時間和注水水位，根據(jù)峰谷電價設(shè)定加熱時間等。所以我們前期根據(jù)用水量設(shè)定主要檢測參數(shù)，水箱最高液位2.7m，最低液位0.3m；水的溫度為55，壓力回差為0.5Kg/Cm2。第二章 生活熱水控制系統(tǒng)的總體設(shè)計本章主要介紹生活熱水控制系統(tǒng)的總體設(shè)計方案研究。根據(jù)現(xiàn)實生活的需求和實際條件以及系統(tǒng)的控制需求，設(shè)計完整的控制系統(tǒng)方案來實現(xiàn)控制要求，其中包括軟件的設(shè)計和硬件的設(shè)計。2.1 生活熱水控制系統(tǒng)構(gòu)成方案生活熱水控制系統(tǒng)是由加熱系統(tǒng)和變頻恒壓供水系統(tǒng)組成，包括儲水箱、控制系統(tǒng)、連接管道、水泵、變頻器、熱泵機組、閥門等設(shè)備組成。該系統(tǒng)的系統(tǒng)圖如圖2-1所示。圖2-1該系統(tǒng)主要的設(shè)計任務(wù)是利用恒壓控制

12、單元使變頻器控制水泵，實現(xiàn)管網(wǎng)水壓的恒定和水泵電機的啟動以及變頻水泵與工頻水泵的切換，同時還要能對運行數(shù)據(jù)進(jìn)行傳輸。根據(jù)系統(tǒng)的設(shè)計任務(wù)要求，結(jié)合系統(tǒng)的使用場所，本次設(shè)計采用通用變頻器+PCL(包括變頻控制、調(diào)節(jié)器控制)+人機界面+壓力傳感器的構(gòu)成方案。這種控制方式靈活方便。具有良好的通信接口，可以方便地與其他的系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換；通用性強，由于PLC產(chǎn)品的系列化和模塊化，用戶可靈活組成各規(guī)模和要求不同控制系統(tǒng)。在硬件設(shè)計上，只需確定PLC的硬件配置和變頻器的外部接線，當(dāng)控制要求發(fā)生改變時，可以方便地通過PC機來改變存貯器中的控制程序，所以現(xiàn)場調(diào)試方便。同時由于PLC的抗干擾能力強、可靠性高，因此

13、系統(tǒng)的可靠性大大提高。因此該系統(tǒng)能適用于各類不同要求的恒壓供水場合。2.2 生活熱水控制系統(tǒng)的控制方案在生活熱水控制系統(tǒng)中我們選用可編程邏輯控制器（PLC）作為程序處理。數(shù)據(jù)采集以及檢測和控制的核心器件，配合溫度傳感器、液位傳感器、壓力傳感器、觸摸屏等完成生活熱水的控制過程。控制系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)圖如圖2-2所示圖2-2該控制系統(tǒng)的功能主要有一下幾個方面：1、 實現(xiàn)對水箱內(nèi)水的溫度、水的液位和管壁內(nèi)水的壓力等數(shù)據(jù)信息的精確檢測。2、 根據(jù)檢測水箱內(nèi)水的溫度和液位，調(diào)節(jié)是否水箱補水和熱泵機組是否啟動對水加熱。3、 根據(jù)檢測到的管壁內(nèi)水的壓力，調(diào)節(jié)管網(wǎng)水壓的恒定和水泵電機的啟動以及變頻水泵與工頻水泵的

14、切換，同時還要能對運行數(shù)據(jù)進(jìn)行傳輸。4、 完成與觸摸屏的數(shù)據(jù)傳輸與接收工作，提供豐富的人際界面環(huán)境。2.3 本章小結(jié)本章主要介紹了系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)組成，并根據(jù)控制系統(tǒng)的要求和主要功能完成了系統(tǒng)整體方案的設(shè)計。選擇PLC作為該方案的控制核心觸摸屏作為工作人員操作平臺。由于本系統(tǒng)的控制實現(xiàn)多依賴于檢測數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，故壓力檢測裝置、液位檢測裝置、溫度檢測裝置的選擇將關(guān)系到本系統(tǒng)的實現(xiàn)與否，在本文的后續(xù)部分將重點闡述檢測裝置、液位檢測裝置、溫度檢測裝置的選型以及系統(tǒng)硬件和軟件的實現(xiàn)。第三章 系統(tǒng)的硬件原理設(shè)計 在本章中，主要介紹系統(tǒng)整體硬件設(shè)計、PLC的端口分配以及各個擴展模塊的應(yīng)用并對系統(tǒng)硬件部分進(jìn)行電氣

15、設(shè)計，繪制電氣原理圖。3.1 系統(tǒng)整體硬件設(shè)計該控制系統(tǒng)以PLC為控制核心，以觸摸屏為控制輸入單元來進(jìn)行人工操作。3.1.1 控制器及各擴展插件設(shè)計 這是PLC應(yīng)用設(shè)計中很重要的一步，目前，國內(nèi)外生產(chǎn)的PLC種類很多，在選用PLC時應(yīng)考慮以下幾個方面。 （1）規(guī)模要適當(dāng)； （2）功能要相當(dāng)，結(jié)構(gòu)要合理； （3）輸入，輸出功能及負(fù)載能力的選擇要正確； （4）要考慮環(huán)境條件。 根據(jù)以上原則，這次設(shè)計選擇西門子S7-200系列的CPU226AC/DC。本機集成24輸入/16輸出共40個數(shù)字量I/O 點。可連接7個擴展模塊，最大擴展至248路數(shù)字量I/O 點或35路模擬量I/O 點。13K字節(jié)程序和數(shù)

16、據(jù)存儲空間。6個獨立的30kHz高速計數(shù)器，2路獨立的20kHz高速脈沖輸出，具有PID控制器。2個RS485通訊/編程口，具有PPI通訊協(xié)議、MPI通訊協(xié)議和自由方式通訊能力。I/O端子排可很容易地整體拆卸。用于較高要求的控制系統(tǒng)，具有更多的輸入/輸出點，更強的模塊擴展能力，更快的運行速度和功能更強的內(nèi)部集成特殊功能?？赏耆m應(yīng)于一些復(fù)雜的中小型控制系統(tǒng)。模擬量輸入輸出模塊采用EM231和EM232，模擬量擴展模塊提供了模擬量輸入/輸出的功能，優(yōu)點有：最佳適應(yīng)性，可是用于復(fù)雜的控制場合。直接與傳感器和執(zhí)行器相連，12位的分辨率和多種輸入/輸出范圍能夠不用外加放大器而與傳感器和執(zhí)行器直接相連。

17、并且具有非常好的靈活性，當(dāng)在應(yīng)用過程中發(fā)生變化時，PLC可以進(jìn)行相應(yīng)的擴展，并可以非常容易的調(diào)整用戶程序。3.1.2 觸摸屏的選型作為當(dāng)前新代輸入和顯示界面的顯示觸摸屏具有反應(yīng)速度快、節(jié)省空間、堅固耐用等優(yōu)點，己被廣泛應(yīng)用到自動化控制設(shè)備，數(shù)碼產(chǎn)品等領(lǐng)域。根據(jù)系統(tǒng)需要我們采用西門子TD200顯示器，功能如下：（1）文本信息顯示。（2）用選擇項確認(rèn)方法可顯示最多80條信息，每條信息最多可含4個變量。（3）可設(shè)定實時始終。（4）提供強制I/O點診斷功能。（5）提供密碼保護(hù)功能。（6）過程參數(shù)的顯示和修改，參數(shù)在顯示器中顯示并可用輸入鍵進(jìn)行修改，例如，進(jìn)行溫度設(shè)定。（7）可編程的8個功能鍵可以代替普

18、通的控制按鈕，作為控制鍵，這樣可以節(jié)省輸入點。（8）可選擇通訊的速率。（9）輸入和輸出的設(shè)定：8個可編程功能鍵可以的每一個都分配了一個存儲器位。（10）可選擇顯示信息刷新時間。并且提供的連接電纜可直接接到S7-200的PPI接口上，不需要單獨的電源?？芍苯佑肧TEP7-Micro/WIN軟件進(jìn)行編程，無需其他的參數(shù)賦值軟件。3.1.3 熱泵機組選型由于選用的水箱容積為3m*3m*3m，所以水的質(zhì)量為：M=3m*3m*3m*1000kg/m3=2.7*104kg已知我們?nèi)粘Ｉ钪凶詠硭臏囟葹?5，而設(shè)定加熱溫度為55，所以t=（55-15）=40那么加熱水罐內(nèi)的誰所需要的能量為（水的比熱容4.

19、2*103J/(kg·)）：Q=C*M*t=4.2*103J/(kg·)*2.7*104kg*40=4.536*109J根據(jù)1kW·h = 3,600,000焦耳所以Q=4.536*109÷3.6*106J/kW·h =1.26*103kW·h根據(jù)設(shè)定的加熱時間2小時則應(yīng)選擇的熱泵機組的功率應(yīng)為： P=W/t=1.26*103kW·h/2h=6.3*102kW 根據(jù)現(xiàn)場情況和控制的需要，決定選用地源熱泵機組對水箱內(nèi)的水進(jìn)行加熱。 地源熱泵技術(shù)有一下優(yōu)點： （1）地源熱泵技術(shù)屬可再生能源利用技術(shù)。由于地源熱泵是利用了地球表面淺

20、層地?zé)豳Y源（通常小于400米深）作為冷熱源，進(jìn)行能量轉(zhuǎn)換的供暖空調(diào)系統(tǒng)。地表淺層地?zé)豳Y源可以稱之為地能，是指地表土壤、地下水或河流、湖泊中吸收太陽能、地?zé)崮芏N藏的低溫位熱能。地表淺層是一個巨大的太陽能集熱器，收集了47%的太陽能量，比人類每年利用能量的500倍還多。它不受地域、資源等限制，真正是量大面廣、無處不在。這種儲存于地表淺層近乎無限的可再生能源，使得地能也成為清潔的可再生能源一種形式。（2）地源熱泵屬經(jīng)濟有效的節(jié)能技術(shù)。其地源熱泵的COP值達(dá)到了4以上，也就是說消耗1KWh的能量，用戶可得到4KWh以上的熱量或冷量。（3）地源熱泵環(huán)境效益顯著。其裝置的運行沒有任何污染，可以建造在居民

21、區(qū)內(nèi)，沒有燃燒，沒有排煙，也沒有廢棄物，不需要堆放燃料廢物的場地，且不用遠(yuǎn)距離輸送熱量。（4）地源熱泵一機多用，應(yīng)用范圍廣。地源熱泵系統(tǒng)可供暖、空調(diào)，還可供生活熱水，一機多用，一套系統(tǒng)可以替換原來的鍋爐加空調(diào)的兩套裝置或系統(tǒng)；可應(yīng)用于賓館、商場、辦公樓、學(xué)校等建筑，更適合于別墅住宅的采暖。（5）地源熱泵空調(diào)系統(tǒng)維護(hù)費用低。地源熱泵的機械運動部件非常少，所有的部件不是埋在地下便是安裝在室內(nèi)，從而避免了室外的惡劣氣候，機組緊湊、節(jié)省空間；自動控制程度高，可無人值守。由以上的特點可以看出，地源熱泵完全適合生活用水控制系統(tǒng)的需要。3.1.4 變頻器選型變頻器是通過改變電機工作電源頻率方式來控制交流電動

22、機的電力控制設(shè)備。變頻器主要由整流（交流變直流）、濾波、逆變（直流變交流）、制動單元、驅(qū)動單元、檢測單元微處理單元等組成。變頻器靠內(nèi)部IGBT的開斷來調(diào)整輸出電源的電壓和頻率，根據(jù)電機的實際需要來提供其所需要的電源電壓，進(jìn)而達(dá)到節(jié)能、調(diào)速的目的，另外，變頻器還有很多的保護(hù)功能，如過流、過壓、過載保護(hù)等等。變頻器主要有兩種類型，一種是風(fēng)機、水泵型，另一種是機械型，而在本次系統(tǒng)設(shè)計中，我們選擇水泵型。結(jié)合實際情況和設(shè)計需求我們決定選用西門子的MM430。MM430是全新一代標(biāo)準(zhǔn)變頻器中的風(fēng)機和泵類變轉(zhuǎn)矩負(fù)載專家。功率范圍7.5kW至250kW。它按照專用要求設(shè)計，具有高度可靠性和靈活性?？刂栖浖?/p>

23、以實現(xiàn)專用功能：多泵切換、手動/自動切換、斷帶及缺水檢測、節(jié)能運行方式等。數(shù)字量輸入6個，模擬量輸入2個，模擬量輸出2個，繼電器輸出3個；具有15個固定頻率，4個跳轉(zhuǎn)頻率，可編程。3.1.5傳感器的選擇傳感器是一種檢測裝置，能感受到被測量的信息，并能將感受到的信息，按一定規(guī)律變換成為電信號或其他所需形式的信息輸出，以滿足信息的傳輸、處理、存儲、顯示、記錄和控制等要求。 根據(jù)生活熱水控制系統(tǒng)的需要，系統(tǒng)中總共需要3個傳感器，是溫度傳感器、液位傳感器、壓力傳感器，分別采集水箱內(nèi)水的溫度、液位和管道內(nèi)水的壓力。如表3.1所示：表3.1傳感器規(guī)格及明細(xì)傳感器類型測量范圍測量精度數(shù)目溫度傳感器01000

24、.51液位傳感器05M0.01M1壓力傳感器06Kgf/Cm20.1kpa1在本次設(shè)計中，溫度傳感器選用Cu50熱電阻溫度傳感器。Cu50熱電阻溫度傳感器是基于電阻的熱效應(yīng)進(jìn)行溫度測量的，即電阻體的阻值隨溫度的變化而變化的特性。因此，只要測量出感溫?zé)犭娮璧淖柚底兓涂梢詼y量出溫度。液位傳感器我們選用投入式液位傳感器。投入式液位傳感器是一種測量液位的壓力傳感器，基于所測液體靜壓與該液體的高度成比例的原理，采用隔離型擴散硅敏感元件或陶瓷電容壓力敏感傳感器，將靜壓轉(zhuǎn)換為電信號，再經(jīng)過溫度補償和線性修正，轉(zhuǎn)化成標(biāo)準(zhǔn)電信號，一般適用于石油化工、冶金、電力、制藥、供排水、環(huán)保等系統(tǒng)和行業(yè)的各種介質(zhì)的液位

25、測量。其主要特點有:(1) 穩(wěn)定性好，滿度、零位長期穩(wěn)定性可達(dá) 0.1%FS/ 年。在補償溫度 0 70 范圍內(nèi)，溫度飄移低于 0.1%FS ，在整個允許工作溫度范圍內(nèi)低于 0.3%FS 。(2) 具有反向保護(hù)、限流保護(hù)電路，在安裝時正負(fù)極接反不會損壞變送器，異常時送器會自動限流在 35MA 以內(nèi)。(3) 固態(tài)結(jié)構(gòu)，無可動部件，高可靠性，使用壽命長。(4) 安裝方便、結(jié)構(gòu)簡單、經(jīng)濟耐用。 壓力傳感器我們選用PY206水管壓力傳感器。水管壓力傳感器采用進(jìn)口高精度感應(yīng)芯體，選進(jìn)的貼片工藝，配套帶有零點、滿量程補償，溫度補償?shù)母呔群透叻€(wěn)定性放大集成電路，將被測量介質(zhì)的壓力轉(zhuǎn)換成420mA、05VD

26、C、010VDC、0.54.5VDC等標(biāo)準(zhǔn)電信號。采用全不銹鋼封焊結(jié)構(gòu)，具有良好的防潮能力及優(yōu)異的介質(zhì)兼容性。廣泛用于工業(yè)設(shè)備、水利、化工、醫(yī)療、電力、空調(diào)、金剛石壓機、冶金、車輛制動、樓宇供水等壓力測量與控制。主要特點：（1）高穩(wěn)定性、高精度、寬的工作溫度范圍；（2）抗沖擊、耐震動、體積小、防水；（3）標(biāo)準(zhǔn)信號輸出、良好的互換性、抗干擾性強；（4）最具有競爭力的價格。3.1.6供水機組的選型電機的配置主要以水泵供水負(fù)載來決定。電動機的功率應(yīng)根據(jù)生產(chǎn)機械所需要的功率來選擇，盡量使電動機在額定負(fù)載下運行。選擇時應(yīng)注意以下兩點:(1) 如果電動機功率選得過小，就會出現(xiàn)“小馬拉大車”現(xiàn)象，造成電動機

27、長期過載，使其絕緣因發(fā)熱而損壞，甚至電動機被燒毀。(2) 如果電動機功率選得過大，就會出現(xiàn)“小馬拉小車”現(xiàn)象，其輸出機械功率不能得到充分利用，功率因數(shù)和效率都不高，不但對用戶和電網(wǎng)不利，而且還會造成電能浪費。因此，要正確選擇電動機的功率， 對恒定負(fù)載連續(xù)工作方式，如果知道負(fù)載的功率(生產(chǎn)機械軸上的功率)（kW），可按下列公式計算所需電動機的功率6(kW)：式中，為生產(chǎn)機械的效率，為電動機的效率，即傳動效率。按上式求出的功率，不一定與產(chǎn)品功率相同。因此，所選電動機的額定功率應(yīng)等于或稍大于計算所得的功率。并且在本次設(shè)計中采用變頻機組和工頻機組共同使用的方式，當(dāng)變頻機組達(dá)到最大負(fù)荷時，利用PLC啟動

28、工頻水泵工作。該方式有利于節(jié)約硬件成本和系統(tǒng)的運行成本，同時增加了系統(tǒng)的可靠型，當(dāng)一個水泵出現(xiàn)故障時，另一個水泵仍能正常工作。3.2 I/O地址分配 根據(jù)系統(tǒng)的實際控制需要，分配PLC的各個開關(guān)量輸入/輸出端口。系統(tǒng)需要的開關(guān)量輸入主要有：手/自動切換，緊急停車，熱泵機組的啟停，定頻水泵的啟停，變頻器的啟停以及熱泵機組故障、定頻水泵故障、變頻器故障的狀態(tài)。系統(tǒng)需要的開關(guān)量輸出主要有：熱泵機組的啟停，定頻水泵的啟停，變頻器的啟停，手動/自動指示，熱泵機組狀態(tài)，水泵狀態(tài)，變頻器狀態(tài)，系統(tǒng)總報警，管道總閥啟停。 所以生活熱水控制系統(tǒng)的輸入輸出點的統(tǒng)計如表3.1所示。表3.2 I/O地址分配表輸入端輸

29、出端編號名稱編號名稱I0.0手/自動切換Q0.0熱泵機組啟停I0.1緊急停車Q0.1定頻水泵啟停I0.2熱泵機組啟停Q0.2變頻器啟停I0.3定頻水泵啟停Q0.3手動/自動指示I0.4變頻器啟停Q0.4熱泵機組狀態(tài)I0.5熱泵機組故障Q0.5水泵狀態(tài)I0.6水泵故障Q0.6變頻器狀態(tài)I0.7變頻器故障Q0.7系統(tǒng)總報警Q1.0管道總閥啟停3.3 系統(tǒng)硬件線路設(shè)計生活熱水控制系統(tǒng)的電路設(shè)計圖主要分為四個部分，分別是動力電源接線圖、系統(tǒng)布置圖、輸入輸出端子接線圖、強電配接圖。動力電源接線圖由5A斷路器、電源指示燈、和24V的開關(guān)電源組成，并另接一個三孔插座和兩孔插座，如圖3.1所示。圖3.1 系統(tǒng)

30、布置圖由觸摸屏、CPU、模擬量輸入模塊EM231和模擬量輸出模塊EM232組成，如圖3.2所示。圖3.2輸入輸出端子接線圖反映了輸入輸出地址分配情況，如圖3.3所示。圖3.3 在生活熱水控制系統(tǒng)的電路設(shè)計圖中的強電配接圖里，采用了一臺變頻器連接一臺電動機來實現(xiàn)變頻控制，另外系統(tǒng)中另接一臺工頻電機，如圖3.4所示。圖3.43.4 本章小結(jié) 在本章中主要介紹了系統(tǒng)的硬件組成從控制器的選型、傳感器的選型、熱泵機組、電機的選型、觸摸屏的選型、變頻器的選型到PLC各個端口模塊的連接都進(jìn)行了系統(tǒng)的闡述，確保了系統(tǒng)硬件部分的可靠性。在此基礎(chǔ)上制定完善的控制策略，才能夠使系統(tǒng)穩(wěn)定、高效的運行，下面我們將重點闡

31、述系統(tǒng)功能的軟件執(zhí)行部分。第四章 生活熱水控制系統(tǒng)軟件的設(shè)計4.1 編程方法在繼電器接觸器控制線路中用邏輯代數(shù)設(shè)計法比較容易獲得設(shè)計方案。設(shè)計出來的控制線路既符合工藝要求，又達(dá)到工作可靠、經(jīng)濟合理，因而得以廣泛的應(yīng)用。邏輯代數(shù)設(shè)計法的設(shè)計步驟如下： （1） 根據(jù)控制要求，列出輸入輸出及輔助繼電器等之間關(guān)系的狀態(tài)表；（2） 根據(jù)狀態(tài)表列寫出邏輯函數(shù)表達(dá)式，并化簡；（3） 根據(jù)化簡后的邏輯表達(dá)式畫出梯形圖。4.2 編程軟件的簡單介紹STEP7-Micro/WIN32編程軟件是基于Windows的應(yīng)用軟件，由西門子公司專為S7-200系列PLC設(shè)計開發(fā)，它功能強大，主要為用戶開發(fā)控制程序使用，同時也

32、可以實時監(jiān)控用戶程序的執(zhí)行狀態(tài)?，F(xiàn)在加上全中文化程序后，可在中文的界面下進(jìn)行操作，用戶使用起來更加方便。STEP7-Micro/WIN32的基本功能是協(xié)助用戶完成開發(fā)應(yīng)用軟件的任務(wù)，例如創(chuàng)建用戶程序，修改和編輯原有的用戶程序，編輯過程中編輯器具有簡單的語法檢查功能。同時它還有一些工具性的功能，例如用戶程序的文檔管理和加密等。此外，還可直接用軟件設(shè)置PLC的工作方式，參數(shù)和運行監(jiān)控等。程序編輯過程中的語法檢查功能可以提前避免一些語法和數(shù)據(jù)類型方面的錯誤。軟件的功能的實現(xiàn)可以在聯(lián)機工作方式（在線方式）下進(jìn)行，部分功能的實現(xiàn)也可以在離線工作方式下進(jìn)行。4.3 PLC功能設(shè)計PLC的軟件設(shè)計主要包括：

33、數(shù)據(jù)處理程序、模擬量輸入輸出程序、手動運行程序、自動運行程序以及故障處理程序等。系統(tǒng)的程序流程圖如下所示：圖4.1初始化程序和壓力、溫度、液位采集和度量轉(zhuǎn)換程序主要是PLC通過數(shù)據(jù)檢測模塊讀取水箱內(nèi)溫度和液位的信息，以及讀取水管內(nèi)壁壓力等信息，將讀取的數(shù)據(jù)8個為一組，并取其平均值作為該值的當(dāng)前值。為保證檢測數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確可靠，各個傳感器都加入修正值，消除了零點漂移以及外界環(huán)境的影響。模擬量輸出程序主要是通過PLC來控制各頻器的輸出頻率以及工頻水泵是否啟動，確保供水水壓的穩(wěn)定。4.4 手動模式設(shè)計在手動運行模式下，工作人員主要通過觸摸屏來單獨控制變頻器的啟停、地源熱泵的啟停以及注水閥開關(guān)，同時可設(shè)置

34、變頻器的輸出頻率；在手動模式下，主要完成系統(tǒng)的前期調(diào)試工作及系統(tǒng)發(fā)生故障的應(yīng)急處理。4.5 自動模式設(shè)計自動運行模式是該系統(tǒng)的核心所在。根據(jù)壓力、溫度、液位采集和度量轉(zhuǎn)換模塊傳回的各項數(shù)據(jù)信息按照事先制定的控制策略。自動調(diào)節(jié)變頻器的輸出頻率，工頻機組的啟停、地源熱泵的啟停以及注水閥開關(guān)。工作人員根據(jù)工作經(jīng)驗得出，水箱內(nèi)液位的高度、最低警戒水位、水的加熱溫度和水管內(nèi)的壓力回差，以此為標(biāo)準(zhǔn)調(diào)節(jié)自動調(diào)節(jié)變頻器的輸出頻率，工頻機組的啟停、地源熱泵的啟停以及注水閥開關(guān)。自動模式下的流程圖如圖4.2所示：圖4.2由圖4.2可以看出自動模式主要分為三個階段：自動注水階段、自動加熱階段、自動供水階段。下面將對

35、這三部分進(jìn)行詳細(xì)的說明。4.5.1 自動注水階段圖4.3自動注水過程如圖4.3所示。本次系統(tǒng)設(shè)計的供水的開始時間為6：30、11：30、18：30，根據(jù)水箱的容積和地源熱泵的功率可得到加熱時間為兩個小時，所以要提前兩個半小時進(jìn)行水位檢測。當(dāng)時間到達(dá)4：00、9：00和16：00時系統(tǒng)開始對水箱內(nèi)的水位進(jìn)行檢測，如果水位沒有達(dá)到2.8米，則開注水閥進(jìn)行補水，并進(jìn)行循環(huán)檢測，當(dāng)水箱內(nèi)水位達(dá)到2.8米時，關(guān)閉注水閥門，停止注水，并繼續(xù)進(jìn)行下一環(huán)節(jié)。4.5.2 自動加熱階段圖4.4 自動加熱過程如圖4.4所示。當(dāng)系統(tǒng)完成自動注水環(huán)節(jié)后，自動轉(zhuǎn)為自動加熱環(huán)節(jié)。自動加熱環(huán)節(jié)首先要對水箱內(nèi)的水進(jìn)行溫度檢測，

36、而根據(jù)建筑給排水設(shè)計規(guī)范和使用該系統(tǒng)內(nèi)的用水人群，我們設(shè)定標(biāo)準(zhǔn)溫度為55。所以當(dāng)水溫檢測不足55時，系統(tǒng)自動開啟地源熱泵機組對水溫進(jìn)行加熱，并循環(huán)檢測，直到水箱內(nèi)水溫達(dá)到55時，關(guān)閉地源熱泵機組，停止對水繼續(xù)加熱，自動加熱過程結(jié)束，并進(jìn)入自動供水環(huán)節(jié)。4.5.3 自動供水階段圖4.5自動供水過程如圖4.5所示。系統(tǒng)完成自動加熱環(huán)節(jié)后，開始進(jìn)入自動供水環(huán)節(jié)。根據(jù)水管的選材和用水的情況設(shè)定關(guān)閉內(nèi)的壓力回差為0.5Kg/Cm2。首先對水管內(nèi)水進(jìn)行壓力檢測得到P測，并與設(shè)定的P設(shè)相減，得到差的絕對值與壓力回差相比較，若小于0.5Kg/Cm2，則不對變頻器的輸出頻率進(jìn)行調(diào)整，自動供水環(huán)節(jié)結(jié)束。若大于0.

37、5Kg/Cm2，則繼續(xù)判斷P測與P設(shè)的差是否大于0。若大于0并且變頻器此時的輸出頻率大于等于1Hz，則減小變頻器1HZ的輸出頻率；若大于零，但是變頻器此時的工作頻率為0Hz，則要對工頻水泵進(jìn)行檢測，看其是否啟動，若工頻水泵處在開啟狀態(tài)，則停止其工作，若工頻水泵處在關(guān)閉狀態(tài)，則停止運行變頻水泵。而如果P測與P設(shè)的差小于等于0，則繼續(xù)判斷變頻器此時的輸出頻率是否小于等于49Hz，若是，則變頻器輸出頻率加1，自動供水環(huán)節(jié)結(jié)束，繼續(xù)循環(huán)。若否，則此時的變頻器輸出頻率為50Hz，則需要對工頻水泵的開啟與否進(jìn)行檢測，若沒有開啟，則開啟工頻水泵，變頻水泵停止工作，自動供水環(huán)節(jié)結(jié)束，繼續(xù)循環(huán)；若已經(jīng)開啟了，則

38、直接發(fā)出超負(fù)荷警報。4.6 觸摸屏設(shè)計在本系統(tǒng)中采用觸摸屏方式來進(jìn)行操作和監(jiān)視工作過程，為實現(xiàn)系統(tǒng)的手動自動切換、各個供水過程的實時數(shù)據(jù)顯示以及各項參數(shù)指標(biāo)的方便更改，觸摸屏設(shè)計功能應(yīng)包括：系統(tǒng)界面、手自動模式切換、報警界面、供水參數(shù)、以及變頻器和水泵的運行狀態(tài)。如圖4.6所示：圖4.6第五章 總結(jié)與期望5.1 總結(jié)本文以生活熱水的供應(yīng)為研究背景，以生活熱水的控制過程為研究對象，對生活熱水的控制進(jìn)行了比較詳細(xì)的研究與探討，并設(shè)計了比較完善的系統(tǒng)方案。通過本次的設(shè)計和研究，我們主要進(jìn)行了以下工作：1、制訂了一套完整注水加熱供水的生活熱水控制系統(tǒng)的設(shè)計方案以及控制策略。并結(jié)合國內(nèi)的實際現(xiàn)狀和將要使

39、用該系統(tǒng)的用戶實際情況，系統(tǒng)的對該設(shè)計方案進(jìn)行了相應(yīng)的論證，并取得了相應(yīng)的結(jié)論。2、控制系統(tǒng)的軟硬件設(shè)計。根據(jù)生活熱水供應(yīng)的特點，以PLC為控制核心結(jié)合溫度檢測、液位檢測、壓力檢測以及變頻器和電動調(diào)節(jié)閥，實現(xiàn)了對水箱內(nèi)水的溫度、液位和水管內(nèi)水的壓力的檢測，并根據(jù)控制策略完成了變頻囂和電動調(diào)節(jié)閥的控制工作。同時，該系統(tǒng)以觸摸屏為人機交互界面為用戶提供了方便。5.2 展望現(xiàn)有系統(tǒng)實現(xiàn)了供水系統(tǒng)的工況控制和調(diào)節(jié)功能，將來還可以通過對更多現(xiàn)場數(shù)據(jù)的采集與傳輸，如電壓、電流、功率、水壓、水位、水流量等，通過開發(fā)上位機的數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)，實現(xiàn)具有綜合功能的供水自動化控制與管理系統(tǒng)，提高后勤管理能力.這部份工作有待在以后的學(xué)習(xí)與工作中來進(jìn)一步開展下去。而在整個系統(tǒng)的設(shè)計過程中有若干方面因為經(jīng)