基于PLC的太陽能供水系統(tǒng)設計

摘 要：針對醫(yī)院等人員密集場所熱水供應能耗高的問題，提出一種基于PLC的太陽能供水系統(tǒng)。采用高性能的西門子S7-200 Smart控制器和觸摸屏為主控元件，設計了系統(tǒng)框架、硬件電路和軟件系統(tǒng)。所設計太陽能供水系統(tǒng)具有較好的可靠性、實用性和經濟性的特點，為太陽能熱水器的控制提供了思路。

關鍵詞：太陽能;供水系統(tǒng);S7-200 smart

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.04.144

0 引言

隨著各國經濟的高速發(fā)展和能源的高度消耗，清潔能源的有效利用是解決各國可持續(xù)發(fā)展的戰(zhàn)略的途徑之一。目前常見的清潔能源包括太陽能、風能、地熱能、潮汐等，其中太陽能是目前應用較為廣泛與普遍的清潔能源，尤其是近年來實用型單晶硅電池和選擇性太陽吸收涂層的研制成功[1]，更進一步推動了太陽能的商業(yè)應用。在醫(yī)院、高校及酒店等人員集中的場合，熱水的集中供應和降低能耗是需要解決的主要問題之一[2-3]。因此，太陽能熱水供應系統(tǒng)的應用對降低醫(yī)院、高校等場所的能源消耗和促進社會持續(xù)發(fā)展具有重要意義。

1 系統(tǒng)工作原理

熱水供應系統(tǒng)是由電控系統(tǒng)控制太陽能集熱陣列追逐太陽以便不斷收集太陽能熱量，由循環(huán)控制系統(tǒng)的水泵將加熱后的熱水存儲到熱水箱，并把冷水加壓輸送到集熱陣列進行加熱，往復循環(huán)，另外需要提供操作界面對加熱溫度、用水量等參數(shù)進行設置與顯示。因此，系統(tǒng)由控制系統(tǒng)、水循環(huán)系統(tǒng)、人機交互系統(tǒng)、加熱系統(tǒng)以及輔助裝置等組成，其系統(tǒng)框圖如圖1所示。

2 系統(tǒng)結構

熱水供應系統(tǒng)采用西門子s7-200 Smart系列PLC，該PLC集成度高、功能強大，能滿足多數(shù)工業(yè)需求。根據(jù)系統(tǒng)需求，PLC采集需要采集的傳感器包含溫度傳感器、液位傳感器、光電傳感器等，控制的電機包括熱水泵電機、冷水泵電機及補水泵電機以及追蹤系統(tǒng)電機，通信模塊提供與顯示屏之間的信息交互，采用RS232通信協(xié)議，I/O主要解決按鈕、繼電器等開關量信號的讀取，通過互感器獲得電機的電流大小以實現(xiàn)過載保護，硬件系統(tǒng)框圖如圖2所示。

3 PLC程序與人機交互界面

3.1 PLC程序設計

采用模塊化設計思路，按照功能將程序分為主程序、太陽能自動追蹤程序、循環(huán)水控制程序、狀態(tài)參數(shù)監(jiān)控程序、電機故障診斷程序以及人機交互程序。主程序采用循環(huán)掃描的方式對各個狀態(tài)參數(shù)進行掃描并根據(jù)要求調用相應子程序，各個子程序完成相應功能的實現(xiàn)，如循環(huán)水控制包括先讀取溫度傳感器和液位傳感器數(shù)據(jù)，根據(jù)溫度打開相應的電機，實現(xiàn)冷熱水的循環(huán)控制。

3.2 人機交互界面設計

系統(tǒng)集成了觸摸式顯示屏，采用組態(tài)軟件設計了良好人機交互界面，系統(tǒng)框圖如圖3所示。選擇界面是系統(tǒng)主界面，供用戶進行功能選擇和數(shù)據(jù)綜合管理、追蹤系統(tǒng)主要設置太陽能熱水器對太陽光的追蹤;設定界面完成溫度、液位及報警信息設置;報警界面完成參數(shù)超限時報警，提示操作人員及時處理;通信界面設定PLC和顯示屏的通信參數(shù);實時界面顯示冷熱水溫度、水箱液位等信息;控制界面主要完成水的循環(huán)控制，包括冷水、熱水及補水箱的控制。

4 結語

本文設計了一種適用于醫(yī)院等人員較為集中的熱水供應系統(tǒng)，采用PLC實現(xiàn)太陽能自動追蹤、冷熱循環(huán)水的控制及故障報警等，并利用組態(tài)軟件設計了良好和形象的人機交互界面，提高系統(tǒng)可靠性和實用性，為解決高校、醫(yī)院等人員密集場所熱水供應提供了方法和思路，對推廣新能源和節(jié)能減排具有重要意義。

參考文獻：

[1]耿立明，劉漫洲，劉雨剛等.基于PLC的太陽能熱水器的自控制系統(tǒng)[J].電氣傳動，2006，48（11）：54-56.

[2]袁佳麗.某醫(yī)院太陽能熱水改造工程方案分析[J].四川水泥，2018（12）：109.

[3]黃繼軍.可編程邏輯控制器在熱水工程中的應用[J].建材與裝飾，2018（37）：294-295.

作者簡介：白雪（1985-），男，山西呂梁人，本科，工程師，從事電氣設備管理方面工作。