李子劍

【摘要】本文選用電鍋爐輔助熱水系統(tǒng)，采用定溫上水與溫差循環(huán)的節(jié)能運(yùn)行方式，利用PLC實(shí)現(xiàn)太陽能鍋爐熱水溫度控制系統(tǒng)的智能自動控制。

【關(guān)鍵詞】太陽能鍋爐 智能化 溫差循環(huán) 節(jié)能

一、方案設(shè)計(jì)思路

本設(shè)計(jì)采用的PLC是西門子S7-200的CPU226型號，采用了5個(gè)指示燈來顯示系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)和報(bào)警顯示，分別是運(yùn)行燈HL1，停止燈HL2，水位上限報(bào)警燈HL3，水位下限報(bào)警燈HL4和防凍報(bào)警燈HL5；并且用三個(gè)PT-1OO溫度傳感器用來檢測集熱器出口溫度T1、保溫桶溫度T2和鍋爐溫度T3。一個(gè)浮球液位傳感器來檢測保溫桶的水位。傳感器檢測信號為4-20mA的模擬信號，經(jīng)過EM231模擬量輸入模塊處理后輸入PLC對系統(tǒng)進(jìn)行控制。通過若干電磁閥、水泵和報(bào)警器對系統(tǒng)進(jìn)行控制。

二、設(shè)計(jì)程序流程圖

1）主程序流程圖。主程序流程圖如圖l所示。

2）系統(tǒng)程序執(zhí)行的說明與解釋

主程序?yàn)橄到y(tǒng)程序的總體構(gòu)架，當(dāng)PLC為RUN狀態(tài)下時(shí)，程序開始，10.O和10.1分別控制系統(tǒng)的啟動與停止，而Q0.4和Q0-5分別對應(yīng)系統(tǒng)的啟動指示燈與停止指示燈，啟動后調(diào)用數(shù)據(jù)采集處理子程序，對由EM231模塊采集到的信號進(jìn)行處理運(yùn)算，得出相應(yīng)的溫度值與液位百分值，為程序控制做準(zhǔn)備，10.2選擇系統(tǒng)的手/自動狀態(tài)，10.2接通則為手動狀態(tài)，則主程序自動調(diào)用手動子程序，系統(tǒng)進(jìn)入手動狀態(tài)，當(dāng)I0.2關(guān)斷時(shí)，則系統(tǒng)不調(diào)用手動子程序，自動進(jìn)入自動狀態(tài)，執(zhí)行自動狀態(tài)的下一程序環(huán)節(jié)，分別調(diào)用定溫上水子程序、溫差循環(huán)子程序、和鍋爐輔助子程序，執(zhí)行完子程序的調(diào)用后，進(jìn)入水位保護(hù)環(huán)節(jié)，保溫桶的水位值經(jīng)過數(shù)據(jù)采集處理子程序的運(yùn)算后存放在VW70中，當(dāng)VW70中的值小于下限水位10%時(shí)，延時(shí)10秒后太陽能供熱水閥斷開，以之對應(yīng)的Q1.2置0關(guān)斷，直到VW70中的值恢復(fù)到特定水位50%且溫度值在正常范圍時(shí)，太陽能系統(tǒng)恢復(fù)供水，Q1.2重新置l接通，最后進(jìn)入防凍保護(hù)環(huán)節(jié)，VW20中存放著集熱器的溫度值，當(dāng)VW20中的值小于防凍臨界值4℃時(shí)，延時(shí)5秒后，開啟防凍排水泵，與之對應(yīng)的Q0.3接通，溫度上升后關(guān)閉，接著調(diào)用報(bào)警子程序后主程序結(jié)束返回。

10.3控制系統(tǒng)的集熱器上水閥Q0.O、10.7控制防凍排水泵Q0.3、10.4控制溫差循環(huán)閥QO.1和循環(huán)泵Q0.2、10.5控制鍋爐電加熱器Q1.1、I1.O控制太阻能供水閥Q1.2、I1.1控制鍋爐供水閥Q1.3。最后調(diào)用報(bào)警子程序后結(jié)束返回。

報(bào)警子程序分為保溫桶水位上限報(bào)警、水位下限報(bào)警和集熱器防凍報(bào)警。當(dāng)VW70中的水位值高于.E限水位85%時(shí)，延時(shí)10秒后水位上線報(bào)警啟動；當(dāng)VW70中的水位值低于下限水位警戒值15%時(shí)，延時(shí)10秒后水位下限報(bào)警啟動；當(dāng)VW20中存放的集熱器溫度值小于防凍警戒值6℃時(shí)，延時(shí)10秒后防凍報(bào)警啟動。當(dāng)報(bào)警啟動后，相應(yīng)的報(bào)警燈和公用的報(bào)警器就啟動，反之則停止。

當(dāng)VW20中存放的集熱器溫度值大于50℃時(shí)，延時(shí)10秒后上水電磁閥QO.O啟動，直到VW20的值小于40℃時(shí)，延時(shí)10秒后上水電磁閥QO.O關(guān)閉。不斷重復(fù)。

VW80中存放著集熱器與保溫桶的溫差值，當(dāng)VW80中的溫差值大于8℃時(shí)，延時(shí)5秒后啟動溫差循環(huán)，QO.l和Q0.2置1開通；當(dāng)VW80中的溫差值小于2℃時(shí)，延時(shí)10秒后溫差循環(huán)停止，QO.1和Q0.2置0關(guān)斷，結(jié)束返回。

數(shù)據(jù)采集處理程序負(fù)責(zé)把溫度傳感器送人EM231模擬量輸入模塊經(jīng)過模數(shù)轉(zhuǎn)換后的數(shù)字量（6400-32000）進(jìn)行處理運(yùn)算，運(yùn)算后得出集熱器出口水溫值T1、保溫桶水溫值、鍋爐水溫值、保溫桶水位值和溫差值，其中溫度值的單位為℃，水位的單位為%，具體轉(zhuǎn)換過程在梯形圖中按照主程序處理原則進(jìn)行計(jì)算。

主程序的水位保護(hù)和防凍保護(hù)部分；定溫上水子程序、溫差循環(huán)子程序、鍋爐輔助子程序和報(bào)警子程序都是帶有定時(shí)器的延時(shí)程序，其中主程序的防凍保護(hù)部分和溫差循環(huán)子程序中的是5秒延時(shí)，當(dāng)太陽能集熱器溫度低于防凍臨界值，也就是4℃的時(shí)候，防凍動作延時(shí)啟動，延時(shí)5秒后防凍排水泵才開啟，在延時(shí)時(shí)間段內(nèi)如果溫度恢復(fù)，又高于防凍臨界值，則防凍動作取消，防凍排水泵不啟動，等待下一個(gè)動作信號的來臨再次延時(shí)，直到延時(shí)到達(dá)后溫度還不恢復(fù)防凍排水泵才啟動；溫差循環(huán)也是如此，當(dāng)溫差達(dá)到8℃以上時(shí)，延時(shí)Ss后才啟動溫差循環(huán)，延時(shí)時(shí)段內(nèi)溫差不再高于8C則取消溫差循環(huán)當(dāng)溫差2℃以內(nèi)時(shí)，延時(shí)5秒后溫差循環(huán)停止，延時(shí)時(shí)段內(nèi)溫差又高于2℃以上，溫差循環(huán)則不停止；定溫上水子程序中，當(dāng)溫度高于50℃時(shí)，延時(shí)1OS后啟動開啟上水電磁閥，向太陽能集熱器供冷水，在延時(shí)時(shí)段內(nèi)溫度降低到50℃一下，延時(shí)停止，則上水電磁閥不啟動，其他各子程序也如此延時(shí)動作，防止個(gè)動作在動作值附近頻繁動作，提高系統(tǒng)穩(wěn)定性。

本設(shè)計(jì)的程序設(shè)計(jì)還需要做出一些說明，在符號表窗口中將本設(shè)計(jì)程序所需要的各符號各自定義說明后，進(jìn)入程序編寫窗口進(jìn)行梯形圖的繪制。首先，使PLC在RUN狀態(tài)，則系統(tǒng)程序開始，STOP狀態(tài)則系統(tǒng)不開始，下一步為系統(tǒng)的啟動與停止，在系統(tǒng)初始化后進(jìn)入數(shù)據(jù)采集處理程序，數(shù)據(jù)采集處理程序的具體方法已在前面做出詳細(xì)的介紹，下面介紹其編程方法。在符號表窗口中將本設(shè)計(jì)程序所需要的各符號各自定義說明后，進(jìn)入程序編寫窗口進(jìn)行梯形圖的繪制。進(jìn)入數(shù)據(jù)采采集處理環(huán)節(jié)，由PT1OO溫度傳感器和浮球液位傳感器采集到的反應(yīng)各單位溫度和保溫桶水位的（4-20mA）模擬量經(jīng)過EM231模擬量輸入模塊處理后轉(zhuǎn)化為6400-32000的數(shù)字量，存放在AIWO、AIW2、AIW4和AIW6中，按照前面所介紹的方法和公式進(jìn)行計(jì)算。首先運(yùn)用整數(shù)減法指令SUB_I把（AIWO-6400）、（AIW2-6400）、（AIW4-6400）和（AIW6-6400）的計(jì)算結(jié)果分別存放在VWIO、VW30、VW50和VW72中，再運(yùn)用整數(shù)除法指令DIV_I把VWIO÷256、VW30÷256、VW50÷256和VW72÷256的計(jì)算結(jié)果分別存放于VW20、VW40、VW60和VW70中，最后再運(yùn)用整數(shù)減法指令SUBj把VW20-VW40的計(jì)算結(jié)果存放于VW80中，這樣，VW20、VW40、VW60、VW70、VW80中存放的數(shù)分別是集熱器溫度值T1、保溫桶溫度值T2、鍋爐溫度值T3、保溫桶水位百分值H和溫差值△T。

數(shù)據(jù)處理完成后，進(jìn)入手自動選擇環(huán)節(jié)，接通手動開關(guān)后，調(diào)用手動子程序，進(jìn)入手動操作系統(tǒng)，一系列相應(yīng)的手動操作梯形圖繪制完成后返回。若手動開關(guān)關(guān)閉，則不調(diào)用手動子程序，自動進(jìn)入自動操作系統(tǒng)，按照流程圖中的步驟和設(shè)定參數(shù)與動作條件調(diào)用各子程序和與各執(zhí)行動作相應(yīng)的梯形圖后，主程序結(jié)束返回。各個(gè)子程序也按各自的流程圖和動作條件與設(shè)定參數(shù)完成繪制后返回。編譯無錯(cuò)誤后保存，就完成了程序梯形圖的繪制。在梯形圖的繪制過程中，嚴(yán)格按照西門子S7-200的編程手冊和相關(guān)書籍資料中所規(guī)定的繪制原則、規(guī)則、規(guī)定與方法進(jìn)行，使編程錯(cuò)誤盡量的少，認(rèn)真仔細(xì)，盡量保證程序的正確性、合理性和完善性，方便我們的程序調(diào)試與修改，提高效率和正確率。