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1、国家职业资格全国统一鉴定维修电工高级技师论文（国家职业资格级）论文题目：太阳能热水系统结合PLC改造姓 名： 谢 尚 身份证号： 440184198203140937准考证号： 100080850046 所在省市： 广东省广州市 单 位： 广州工程技术职业学院目 录目 录第 1页前言第 2页现阶段的问题第 3页了解器件第 3页温差仪第 3页温度控制器第 4页两路时控开关第4页全自动水位控制器的原理和在电路中的代表符号第 5页分析问题第 6页辅助加热原理供水工作原理和缺水保护原理第 7页改造前的系统工作主电路原理图第 8页改造前的系统工作控制电路原理图第 9页存在问题、解决方案第10页改造后的系
2、统工作原理第11页PLC的控制原理第12页节能效果评价第13页改造使用元件明细表第14页改造后的系统工作控制电路原理图第15页I/Q分配图第 16页梯形图第 17页指令表第 19页结束语 、致谢、参考资料第 22页第 1页内容摘要：为了解决太阳能热水系统供应不足和经常出现故障的问题，针对我单位的实际情况，本人介绍了太阳能热水系统通过时控补水、温差迭水和PLC控制方式。在现有的条件下，不需对原系统作大型的改造，只需较少的投入，从而解决了热水供应的问题,又能起到节能的作用。关键词：时控补水、温差迭水、PLC控制 前 言随着广州工程技术职业学院的教学发展，师生人数数量也随之增多，校内的热水使用量也逐
3、渐增大。虽然每一套太阳能热水系统在设计上够800人使用,但是由于系统不够成熟,不但造成热水供应困难,还浪费了不必要的能源, 最终还是不能满足师生日常生活用水需要。本论文的编写是从本人工作单位实际用水情况，结合本人多年对太阳能热水系统的了解为基础，作出合理的太阳能热水系统结合PLC改造方案，并带领技术改造施工团队展开工程工作。整个方案编写总结了校内太阳能热水系统存在的问题和解决方针。 由于本人水平有限，论文中难免有不当之处，请专家读者给予批评指正。第 2页一、现阶段的问题太阳能热水系统安装几年以来运作基本正常，但是，随着校区的发展，用热水量也比以前大大增加了。热水系统执行功率已严重不足。尤其是到
4、了冬天，热水断供问题时有发生。校区每一栋宿舍的蓄水箱有20吨容量，如果按1个人一天用25升水计算，20吨热水也够800人用。但是现在每一栋住宿的师生加起来也不到800人，为什么会出现热水不热的现象呢？要搞清问题所在一定要对系统进行一个全面的分析。但在分析问题之前先了解一下几个器件。二了解器件1、温差仪（图1）LC-温差仪HK-转换开关 （1自动、2手动）KM-交流接触器RJ-热计电器HL-指示灯图 1LCB15B形温差仪采用热敏电阻作为感温元件，可检测两点的温度差，当相对高温感温头检测的温度减去相对低温头检测的温度的正差值大于设定值上限时，继电器输出常开触点吸合，常闭触点断开，当相对高温感温头
5、检测的温度减去相对低温头检测的温度的正差值少于设定值上限时，继电器输出常开触点断开，常闭点吸合。当温度差值大于下限设置值而小于上限时，则输出保持原状态不变。发光管数码直接显示温差测量值及设定值，上、下限式温差凋节方式，控制温度范040。 第 3页2 、温度控制器（图2）T温度控制器KM交流接触器T上温控上限T下温控下限图2温度未达到恒温值时，T下、T上为常闭状态，KM为自锁闭合，温度上升到T下限时，下限断开，由KM自锁供应控制电源，温度上升到上限时，控制电源断开，KM自锁断开，温度开始下降，低于上限时，T上限闭合，控制电源未能接通，当温度下降到下限时，T下闭合，控制电源接通，KM重新自锁，重复
6、升温过程，如此循环工作，可把温度恒定到上、下限温度之内，恒温组合是作为定温产热（开）水、出热（开）水及回水和热水加压的主要控制部分。3、两路时控开关（图3） DS时控开关T温度控制器KM交流接触器HL-指示灯图3 本时控开关，具有12个可预置的时间程序，按顺序设置可组合成6对定时开关：其中16程序组成的3对定时开关为第一路，712程序组成的3对定时开关为第2路。奇程序为开，偶程序为关。可对两个用电器分别进行定时控制，若将两路输出合并为一路使用，就可实现每天六开六关定时控制。第 4页4、全自动水位控制器的原理和在电路中的代表符号(图4图 5)(1)单独控制上水池(2)单独控制下水池(3)缺水保护
7、(4)上、下水池联合控制 图 4 A是水箱上限液位控点,接触水面关泵B是水箱下限液位控点,脱离水面开泵C是上下水箱与水池地线(公共线) 要 放在水箱的最低点D是水池缺水停泵警告点脱离水面时会停泵E是水池排污或抽水时开泵点,接触开泵 图 5第 5页三、分析问题1、太阳辐射加热原理（示意图6）1副水箱 2浮球取水装置3循环水箱4集热器阵5循环水泵6温差仪7测温探头8排气阀图 6 一套热水系统总共由两套（如图6）这样的加热系统组成，第一路是一次加热系统，第二路是二次加热系统。第一路冷水从水箱进入集热器，受太阳光辐射加热，水温会逐渐升高。当集热器水温高于水箱内的水温，且达到温差LG1设定温度时，温差L
8、G1动作,KM1吸合1号循环水泵工作，将热水压到水箱上部，而水箱底部温度较低的水进入集热器阵，继续受太阳辐射加热。第二路也是一样冷水从水箱进入集热器，受太阳光辐射加热，水温也会逐渐升高；当集热器水温高于水箱内的水温且达到温差LG2设定温度时，温差LG2动作,KM2吸合2号循环水泵工作，将热水压到水箱上部，而水箱底部温度较低的水进入集热器阵，继续受太阳辐射加热。如此循环使水箱中水温不断升高，当集热阵与水箱水温相等或集热器阵水温低于低于水箱水温时（夜间或阴雨天）均即刻停止循环。第 6页2、改造前的系统工作原理（图7图 8）（1）辅助加热原理时控开关DS一共有两路，第一路是加热时间设定，第二路是供水
9、时间设定。当DS加热时间达到设定的时间时，DS第一路常开触点动作，KM4、KM5得电吸合，A组1号和2号电热丝工作。跟着，延时开关KT1得电数秒后动作，KT1常开触点吸合KM6得电吸合，A组3号电热丝工作。而延时开关KT2得电数秒后也动作，KT2常开触点吸合，KM7得电吸合，A组4号和B组1号电热丝同时工作。之后，延时开关KT3得电数秒后动作KM9、 KM10得电吸合，B组2号、3号电热丝工作；延时开关KT4得电数秒后动作，KM11得电吸合，B组4号电加热工作。如果A组系统达到设定温度，温控T1动作，A组加热系统停止工作。B组系统达到设定温度，温控T2动作，B组加热系统停止工作。（2）供水工作
10、原理时控开DS第二路（供水时间）达到设定时间时，DS第二路常开触点吸合，电磁阀DF得电工作,热水流到每个宿舍。KM3同时得电回水泵工作。当回水温控T3 达到设定温度时T3动作，KM3失电回水泵停止工作。（3）缺水保护原理当水箱水位底于水位器SL下水位时，水位器SL1常闭触点断开。系统缺水保护。当水箱水位高于水位器SL上水位时，水位器SL，常闭触点闭合。系统正常工作。第 7页图7改造前的系统工作主电路原理图第 8页图8改造前的系统工作控制电路原理图第 9页四存在问题1、在宿舍热水供应期间，水箱水位下降，浮球阀自动开启进行补充冷水。这样热水越来越少，反过来冷水就越来越多。本来有20吨60的热水，才
11、用了10多吨,水箱里的水就被冷水对成30左右，水当然不热了。为什么以前没有这个问题呢？原因是之前人少，用热水量不多，这样补充的冷水也不多，水温没有明显的下降。所以，就不会出现热水不热的问题。2、30左右的水，经过一夜的时间，温度又下降几度。集热器的水受太阳辐射加热，当集热器水温高于水箱水温时，循环泵工作把集热器的热水通过上循环管压到水箱，又把水箱底部温度较低的水通过下循环管进入集热器。如此循环加热一天，热水温度如果回不到60，系统马上电加热, 把水温加热到60。这样，太浪费电了!相比之下，之前人少水箱里的水还有45左右，加热一天, 水箱、里的水的温度达到或高于60就容易得多了。如果要解决以上问
12、题，只有对太阳能热水系统，进行改造。五、解决方案1、改造补水装置。做到在供水时间内不给冷水进入热水箱，过样热水就不会被冷水对凉了。2、增加一个温差迭水装置。该装置充分利用水在不同季节的地底和地面温差的不同，从而选择温度较高的水。（例如：夏天自来水水温高于地下水水温, 装置用自来水。冬天如果自来水水温低于地下水水温，装置用地下水。）3用PLC替代继电器控制，时间控制和延时计电器。主要是PLC具有可靠性高、抗干扰能力强、编程简单、使用方便、通用性强、能耗低等特点。 第10页六、改造后的系统工作原理(示意图9 图10 )1、改造后的太阳辐射加热原理1循环水箱 测温探头2集热器阵测温探头3出水电磁阀测
13、温探头4地下水泵温差仪5入水电磁阀温差仪6循环水泵排气阀7测温探头 图9 与改造前一样热水系统总共由两套加热系统组成，第一路是一次加热系统，第二路是二次加热系统。二次加热系统保持不变。只是在一次加热系统中增加了温差迭水装置第一路冷水从水箱进入集热器，受太阳光辐射加热，水温会逐渐升高。当集热器水温高于水箱内的水温，且达到1号温差设定温度时，1号温差动作、PLC动作 、1号循环水泵工作，将热水压到水箱上部，而水箱底部温度较低的水进入集热器阵，继续受太阳辐射加热。第二路也是一样冷水从水箱进入集热器，受太阳光辐射加热，水温也会逐渐升高；当集热器水温高于水箱内的水温且达到2号温差设定温度时，2号温差动作
14、、PLC动作、 2号循环水泵工作，将热水压到水箱上部，而水箱底部温度较低的水进入集热器阵，继续受太阳辐射加热。如此循环使水箱中水温不断升高，当集热阵与水箱水温相等或集热器阵水温低于低于水箱水温时（夜间或阴雨天）均即刻停止循环。第11页2、PLC的控制原理PLC的第1步到第34步是作用是要PLC接通电源后以24小时制自动运行,每过24小时驱动一下Y11动作。M8013驱动M0每过1秒钟动作一次，M0动作60次正好是一分钟，驱动M1动作。M1动作60次正好是一小时，驱动M2动作。M2动作24次正好是一天，驱动M3动作。M3动作驱动Y11。Y11自锁动作。系统放水，同时系统辅助加热。第30步的作用是
15、时控补水，把T5串联在里面这样就做到在供水时间内不给冷水进入热水箱，过样热水就不会被冷水对凉了。X0是手动出水，X1是停止。X5是调时 X16是调分主要用来调节PLC时间。第35步到第58步的作用是控制每天放水和辅助加热的时间。Y11动作,定时器T0延时50分钟（30000毫秒）动作驱动定时器T1。T1延时50分钟，驱动定时器T2。就这样定时器控制定时器每驱动1级定时器就延时50分钟直到T5动作Y11才断开。系统停止放水辅助加热同时停止。第59步到第71步作用是温差迭水，通过温差仪检测地下水和自来水的温度控制X5的通断从而选择温度较高的水。（例如：夏天自来水水温高于地下水水温, 系统用自来水。
16、冬天自来水水温低于地下水水温，系统用地下水。）万一地下水泵过载X13动作系统同样会选取自来水。只要水位器检测到水箱满水X6断开系统不再加水。第72到第79步是缺水保护和过载保护主要用来控制母线一但水位器检测到水箱缺水或者电机过载母线断开。之后的辅助加热和热水循环马上停止工作。第80步到第83步作用是回水温度控制只要系统供水,Y11动作Y2动作回水泵工作，直到回水温控动作X14断开，回水泵才停止工作。第84步到第89步是控制1号循环水泵和2号循环水泵。由一号温差X3和2号温差X4控制。第12页第90步到第112步是辅助加热,只要Y11动作,Y4吸合A组1号电加热工作。延时10秒后Y5吸合A组2号
17、电加热工作。延时10秒Y6吸合B组1号电加热工作。延时10秒Y7吸合B组2号电加热工作第113步到第120是控制Y12故障指示灯。七、节能效果评价 1系统通过温差选水装置自动选择温度较高的水，减少了系统加热的时间，从而减少了不必要的电能损耗。 2通过增加一个补水装置使热水得到充分的利用，也减少了加热用不完导至次日再次加热从而减少了不必要的电能损耗。 通过以上二点改进，系统在加热方面得到进一步的完善，使每月用电量减少10%左右而且又能满足热水需要从而达到真正节能的目的。第13页八、改造使用元件明细表代号名称型号数量PLC可编程控制器FX2N-48MR1QS空气开关HZ2-100/31M水泵ALG
18、50-1254FR热继电器JR0-10/3D4KM交流接触器CJ10-40，220V4KM交流接触器CJ10-60，220V4SB按纽LA2，220V，5A4LC温差仪LC15B3T温度控制器XMT-62SL水位控制器LX912A2HL指示灯11R电热管9KW4第14页图10改造后的系统工作主电路原理图第15页I/Q分配图图 11 第16页梯形图第17页梯形图第18页0 LD M80001 1AND M8013 2 OUT M03 LD M04 OUT C101 K607 LD C101 8 OR X0169 OUT M110 RST C10112 LD M113 OUT C102 K6016
19、 LD C10217 OR X01518 OUT M219 RST C10221 LD M222 OUT C103 K2425 LD C10326 OUT M327 RST C10329 LD M330 OR Y01131 OR X00032 ANI T533 AND X00134 OUT Y01135 LD Y01136 OUT T0 K3000039 LD T0 40 OUT T1 K30000第19页43 LD T144 OUT T2 K3000047 LD T248 OUT T3 K3000051 LD T352 OUT T4 K3000055 LD T456 OUT T5 K3000
20、059 LD M800060 ANI Y01161 ANI X00662 MPS 63 LDI X00564 OR X01365 ANB 66 OUT Y01067 MPP68 ANI Y01069 AND X00570 ANI X01371 OUT Y00372 LDI X00773 ANI X01074 ANI X01175 ANI X01276 ANI X00177 MC N0 M10080 LD Y01181 ANI X01282 AND X01483 OUT Y002第20页84 LD X00385 ANI X01086 OUT Y00087 LD X00488 ANI X01189
21、 OUT Y00190 LD Y01191 ANI X00292 OUT Y00493 LD Y00494 OUT T6 K10097 LD T698 OUT Y00599 LD Y005100 OUT T7 K100103 LD T7104 OUT Y006105 LD Y006106 OUT T8 K100109 LD T8110 OUT Y007111 MCR N0113 LDI X001114 LD X007115 OR X010116 OR X011117 OR X012118 OR Y012119 ANB120 OUT Y012121 END第21页结束语：通过对太阳能热水系统的合理改造，最终解决热水供应不足和能源浪费的问题，从而为本校的教学进一步发展打下良好的基础。致谢：十分感谢在论文写作过程中给与我指导的专家和老师。参考资料：1、广州世伟升太阳能热水设备有限公司太阳能热水系统使用说明书2、广州市世伟升太阳能控制器产品使用说明书3、WD-D700温度控制器使用说明书4、LX912A缺水保护全自动水位控制器使用说明书5、LT233微电脑两路时控开关使用说明书6、可编程序器（PC）应用技术与实例7、可编程序控制器技术与控制第22页
