臺達PLC實(shí)現太陽(yáng)能自動(dòng)供水恒溫系統控制

　　1 引言

　　本系統應用廣泛，適用于需要熱水供應的場(chǎng)合，比如辦公大樓，賓館洗浴等，尤其適合太陽(yáng)能資源比較豐富的地區?？刂葡到y采用臺達DVP40ES2 PLC、DVP04PT-E2、DVP04AD-E2，臺達人機界面 HMI B07S515。本系統工作性能穩定，自動(dòng)化程度高，尤其是恒溫出水的設計節約了大量水資源，集熱循環(huán)的設計使得太陽(yáng)能熱水高效循環(huán)進(jìn)入水箱，輔助熱源的加入很好的解決了太陽(yáng)能資源不足天氣情況下的熱水供應。

　　2 系統構成

　　臺達系列人機界面，臺達ES2系列CPU、臺達PT-E2系列溫度控制模塊，臺達AD-E2系列模擬量轉數字量模塊、太陽(yáng)能集熱器、電熱絲(或空氣源熱泵等其它輔助熱源)、保溫水箱、洗浴控制泵、集熱循環(huán)泵、電磁閥、溫度傳感器、液位傳感器、功率變送器等，如圖1所示。

　　3 系統工作原理及循環(huán)過(guò)程

　　(1)自動(dòng)上水

　　水箱內裝液位傳感器p，水箱內水低于一定值時(shí)(20%)，自動(dòng)補水閥上電，水箱自動(dòng)補水，水位達到設定值時(shí)(90%)，自動(dòng)補水閥斷電，自動(dòng)補水停止。

　　(2)集熱循環(huán)

　　當集熱器出水口水溫(出水口安裝溫度傳感器)高于水箱內水溫，達到PLC設定啟動(dòng)溫差(6-10攝氏度)時(shí)，集熱循環(huán)泵啟動(dòng);集熱水箱中的低溫水進(jìn)入到真空管集熱器組中，集熱器中的相對高溫水循環(huán)到集熱水箱中，使水箱中的水溫升高。當溫差值降低到系統設定停止溫差時(shí)(1-3攝氏度)，循環(huán)泵停止，集熱循環(huán)停止。如此反復進(jìn)行，逐漸將熱量傳遞到水箱，使水箱中的水溫度逐漸提升，直到達到洗浴要求的溫度。

　　(3)管路恒溫出水

　　恒溫回水管路循環(huán)主要是針對室內的洗浴熱水管道而言，為了保證洗浴時(shí)一開(kāi)噴頭閥門(mén)即有熱水，同時(shí)減少無(wú)效冷水的浪費，必須安裝熱水回水管路，采取管路循環(huán)措施。管路循環(huán)采用定溫循環(huán)方式，在室內熱水回水管路中適當位置安裝溫度檢測傳感器和循環(huán)泵，設置一個(gè)溫度范圍來(lái)控制泵的運行。當管道內水溫低于設定值時(shí)，啟動(dòng)洗浴管道循環(huán)泵，將管路中的低溫熱水打入保溫水箱，當水溫達到設定值時(shí)，管道循環(huán)泵停止運行。

　　(4)恒溫控制

　　當水箱內水溫低于一定值時(shí)，集熱器不能達到洗浴熱水的溫度要氣，此時(shí)開(kāi)啟水箱內電加熱或其它輔助熱源(空氣源熱泵)，以實(shí)現任何天氣條件下都能保證有熱水供應的要氣。

　　(5)冬季防凍循環(huán)

　　室外管道(保溫水箱和集熱器之間)在寒冷的冬天可能被凍，因此必須有防凍循環(huán)功能;當集熱器溫度(檢測傳感器測溫)低于一定值(2-5攝氏度)時(shí)，啟動(dòng)集熱循環(huán)泵，將保溫水箱中的熱水打進(jìn)集熱器，防止管路結凍。

　　4 電氣控制系統設計

　　系統上位機選用HMI b7s515型號觸摸屏以實(shí)現系統運行的可視化監測與控制，下位機選用臺達系列PLC，主機CPU選用DVP40ES2，溫度模塊選用04PT-E2，AD模塊選用04AD-E2。擴展模塊還可加入功率變送器，監測電磁閥，循環(huán)泵以及輔助熱源的功率，如圖2所示。

　　(1)溫度傳感器所測得溫度相關(guān)信號經(jīng)PT模塊轉化為數字量后傳回PLC的CPU，PLC的狀態(tài)反應到觸摸屏上，實(shí)現數據的實(shí)時(shí)監控，如圖3所示。

　　圖3 溫度傳感器PT100與DVP04PT模塊的外部接線(xiàn)圖

　　(2)水箱液位傳感器測得電信號后，經(jīng)液位變送器將電信號轉化為4-20mA的標準電流信號后，經(jīng)AD模塊轉換為數字量信號傳回PLC，PLC根據設定值做出判斷，控制水箱電磁閥的開(kāi)啟與斷開(kāi)，如圖4所示。

　　圖4 液位變送器與04AD-E2模塊的外部接線(xiàn)圖

　　另外，各溫度傳感器的測量溫度直接代表各個(gè)組成部分的溫度，以此來(lái)控制系統的運行，因此，溫度傳感器的安裝位置極其重要。溫度傳感器安裝處的水溫必須能代表所測部分的平均溫度。

　　5 電氣控制系統軟件開(kāi)發(fā)

　　(1)WPL Soft開(kāi)發(fā)PLC控制程序

　　WPL Soft為臺達電子可編程控制器DVP系列在Windows存在系統環(huán)境下所使用的程序編程軟件，臺達PLC采用可以編制程序的存儲器，用來(lái)在其內部執行邏輯運算、順序運算、計時(shí)、計數和算術(shù)運算等操作的指令，并能通過(guò)數字式或模擬式的輸入和輸出，控制各種類(lèi)型的機械或生產(chǎn)過(guò)程。

　　系統控制的關(guān)鍵是溫度、液位的比較，通過(guò)PLC的比較指令可方便的實(shí)現。

　　各擴展模塊讀取參數的頻率、精度是本控制系統的關(guān)鍵，臺達PLC提供的溫度控制模塊、AD轉換模塊可以輕松的實(shí)現系統的自動(dòng)化精確控制。

　　(2)觸摸屏人機界面(HMI)程序

　　觸摸屏替代鼠標及鍵盤(pán)部分功能，安裝在顯示屏前端的輸入設備，是人與控制系統之間傳遞、交換信息的媒介和對話(huà)接口，包括遠距離的信息傳遞與控制，是控制系統的重要組成部分。在PLC控制程序中加入開(kāi)關(guān)量，與HMI的寄存器相關(guān)聯(lián)，實(shí)現HMI與PLC的關(guān)聯(lián)，如圖5所示。

　　圖5 PLC程序控制集熱循環(huán)泵的啟動(dòng)與停止

　　6 結論

　　本應用通過(guò)臺達PLC及其觸摸屏實(shí)現了對熱水系統的自動(dòng)化控制及其監測，輔助熱源的加入解決了單一太陽(yáng)能受天氣狀況影響大的缺點(diǎn)(若輔助熱源選用空氣源熱泵，則系統較之電加熱具有顯著(zhù)的耗電量低、安全、舒適、綠色環(huán)保、低碳的優(yōu)點(diǎn))。

　　控制系統上，加入了溫度、液位、功率等多個(gè)參數，反映到觸摸屏上實(shí)現了運行系統的重要參數可視化監控。使用戶(hù)對水箱內水溫度，洗浴熱水溫度、水箱內水量，系統耗電量等多項參數有明確的掌握。實(shí)際系統運行穩定，維護保養方便,可推廣性極強，尤其適合賓館洗浴、辦公大樓等場(chǎng)合的熱水供應。此外，還可根據冬季室內取暖的要求，自動(dòng)控制適宜溫度的熱水進(jìn)入暖氣管道，實(shí)現洗浴、采暖兼容的熱水控制系統，如附表所示。