太阳能热水器自动控制系统的设计

现如今，由于人们对一次能源的过分使用，使得赖以生存的环境进一步恶化，人类的生存环境受到了严重的威胁。但是随着科技的进步，人们对环境的重视，使其将目光放在清洁能源上。太阳能作为新型能源应用广泛，其中最广泛使用的就是太阳能热水器。本文着重研究了太阳能热水器自动控制系统的设计过程并且指出了其太阳能热水器的关键部分PLC。由PLC设计的太阳能热水器自动控制满足其热水器的基本控制功能、修理更加的便利、系统具有拓展等一系列优点。太阳能热水器自动控制系统中由于PLC的加入，减少太阳能热水器对其他元件的使用，大大减少了热水器的损坏性，从而达到了系统的简洁性，使其简单明了，易于维修。

【关键词】太阳热能 自动控制系统 PLC

1 太阳能热水器系统发展的概述

在工业革命发展的前提下，世界各国工业快速发展。然而工业革命带来的环境问题日益突出。现阶段，人们把目光放在清洁能源上，以求得可持续性发展。太阳能，作为源源不断的能源一直饱受人们的关注。在现阶段，太阳能发展已经获得了卓越的成效，例如太阳能电池、太阳能热水器，太阳能发热等。但是现阶段，我国大部分太阳能热水器控制部分是通过单片机完成的，在单片机电路中存在大量的中间继电器和时间继电器来运行其工作，不仅元器件过多，而且电路连接也过于复杂，不利于维修。现如今，电路的发展迅速，人们将目光放在简单、实用的电路上。人们发现可编程控制器（PLC）通过使用时间继电器和中间继电器，重复使用常开、常闭触点的方法，并且通过“软元件”的方法使其取代大量的时间继电器和中间继电器，使复杂电路简化，使其易于操作。现阶段，太阳能热水器的普及。然而传统的热水器中大多采用单片机控制，单片机开发价格不仅高，而且过于复杂，使得成本逐渐升高，不利于市场的普及。PLC开发价格较低，操作方便，实用性较强，易于流通市场。所以传统太阳能已经不适应人们的生活要求，所以我们现阶段将重点放在有PLC的太阳能热水器控制系统。

2 PLC的原理及其运用

由于现在工业的高速发展，人们的生活条件的不断升高。传统的太阳能热水器已经不满足人们对当代的需求，所以人们现阶段将重点放在基于PLC原理的太阳能热水器自动控制系统中。PLC技术是现阶段比较成熟的控制系统，给广大的工程技术人员带来了福音。PLC技术的日益完善给社会带来了许多的便利，其主要特点有：

2.1 使用起来方便，实用性较强

PLC技术的日益成熟，其系统化的生产条件使其生产出来的产品更系统化与多元化，用户选用更加的方便其选择更加的多样。不仅如此当确定了其选定对象以后，可以通过修改其中的程序从而达到人们所需的条件，以满足人们的生活。

2.2 具有较广的功能性和其适应性

在当代PLC可以对常开常闭开关进行其电脑控制，使其方便，精准计算。不仅如此，PLC具有电路的一切运算、处理等功能，并且PLC不仅仅只能控制机器，他可以控制几台机器或者是一条生产线，使其方便工厂的加工，向着人们所希望的方向前进。

2.3 具有其可靠性，受外界的影响较低

用户希望其系统的可靠性，而PLC日益成熟的技術为客户提供了其稳定性与可靠性。不仅如此PLC的抗干扰的性能较强，不易受到其外界的影响。使其使用的寿命大大的提高。

2.4 编程方法易懂

PLC有较于其他电路语言简便性，使得编程人对其语言简单易懂，与简单的继电器的电路有异曲同工之处。

2.5 体面积较其他电路小而且功耗较其他电路低

由于PLC是集成电路控制，具有高度的集成性使其较其他电路的体面积小、耗能小。不仅如此，集成板具有易装入机械中，操作简单的特点。

3 太阳能的自动控制系统的设计

根据工程原理的特点，设计热水器的自动控制的具有以下功能：

（1）热水器的自动控制功能；

（2）热水器的除尘功能；

（3）水箱液位控制功能；

（4）水箱保温功能；

（5）水位报警功能；

（6）实现手动/自动控制切换。

根据其控制系统要求，首先确定 PLC 种类 ，计算出出所需要的I/O点数，时刻增加其控制功能，以防系统在开始后能够替换个其点数。统计出I/O总点数后即可以确定 PLC 的控制规模以及种类从而确定存储器中的数据的容量。在PLC电路中，PLC利用了“元软件”取代了传统的控制系统中大量的中间继电器与时间继电器等部件，由于电路被大大的简化使得安装员对安装电路的工作减少许多。用户程序都可以先在实验室进行调试，测试完毕后再将PLC控制系统安装到各个仪器中，降低了其安装错误率。不仅如此在维修保养方面，PLC的损坏率较其他电路明显降低。并且有完善的故障指示装置，一旦系统发生了故障，就可根据系统外部亮灯显示所提供的信息进行维修，使其电路更加的简化。电路中系统有硬件系统与软件系统；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。而硬件系统是电路中的主要各个元器件，在PLC电路中是有电机、交流接触器、热继电器、电磁阀、发光指示灯、隔离变压器、水箱、传感器等组成电路的系统。当PLC运行时，开始运行系统工作。根据记时器的时间来判断其工作时间调用其程序让其工作进行调节。如果水箱内的水温低于设定值，则进行加热；如果水位过高或者水温过高，则系统发出报警信号。当外部环境温度超过一定的温度时则使用除尘子程序；除尘时让电机正反转20秒，除尘3分钟后再开始的其他的工作，进行下一次大循环。连接电路，使得KM1和KM2分别控制电机的正转和反转，由热继电器做过载保护。选择自动开关，做好对主电路的保护，又起到隔离三相交流电源的作用使其电路更加的完美，更加的安全。

4 总结

人们的赖以生存的环境进一步恶化。随着科技的进步，而太阳能在我们的日常生活中占据重要的地位，对于太阳能的开发也是当下科技发展的重要方面。而太阳能热水器在生活与生产中也占据了不可或缺的作用。我们应当好好研究其太阳能热水器的自动系统，使其太阳能的利用率达到最大化，通过科技的手段造福人类。通过本次设计使其达到了系统有效控制，提高了系统的可靠性。

参考文献

[1]朱欣颖，陈曦.太阳能热水器的控制系统设计[J].智能计算机与应用，2015，5（03）：102-104.

[2]王冠龙.家用太阳热水系统的热性能自动化测试系统研发[D].云南师范大学，2015.

[3]张永正，袁鹏.太阳能热水器控制系统设计[J].科技视界，2012（23）：240+150.

作者简介

刘新（1982-），女，湖北省武汉市人。硕士研究生。研究方向为控制理论与控制工程。

作者单位

武汉工程职业技术学院 湖北省武汉市 430080