PLC太阳能热水器自动控制系统设计+流程图+仿真图(5)
(3)能适应各种恶劣的外围环境，抗干扰能力强，可靠性强，远高于其他各种机型。
4. 太阳能热水器的设计方案
太阳能是一个一直变化、而且影响其变化的因素很多、非常复杂的非线性变量，太阳热水系统工程是一个典型的非线性系统，很难建立精确的数学模型，所以采用一般的控制方法很难得到较佳的控制效果。而模糊控制是以模糊数学为基础发展起来的一种新的控制思路。这种控制思路是一种智能的、非线性的控制方法，对那些无法取得精确的数学模型的系统可以取得较满意的控制效果，解决一些用一般控制方法无法解决的难题。太阳能热水器控制系统采用PID控制算法，这种算法对一般固定参数的线性定常系统效果是非常理想的。通过调整 PID控制器的参数，都能得到比较满意的控制效果[6]。
4.1 系统硬件的设计方案
根据控制系统的要求，首先确定可编程控制器的控制规模，估计出所需要的I/O点数(数字输入/输出量、模拟输入/输出量)，再添加10%～20%的余量，以便可以随时增加其他功能，保证系统正式投入运行后能够替换一些故障点或弥补遗漏的点数。计算出I/O总点数后就可以确定可编程控制器的控制规模从而确定存储器的容量。
4.1.1 PLC的选型
因为本系统是对开关量控制的控制系统，并对控制速度需求不高，选用核心部件为西门子S7-200系列32点可编程控制器，该编程控制器具有自诊断功能，工作方式采用循环扫描，完全能满足控制的要求。西门子S7-200系列可编程控制器控制方式为循环扫描方式，程序为梯形图，32点的PLC包括16个输入接口、16点输出接口。考虑到该可编程控制器所需的输入、输出点数及类型，选用西门子S7-200系列可编程控制器作为该系统的主体，可以完成本次设计。
4.1.2 PLC的硬件控制框图
上位机采用PC机，下位机选用西门子S7-200系列的32点可编程控制器，完成太阳能控制系统，完成太阳能热水器的温度、液位等指标的控制功能。出于安全方面的需求，本设计有报警点输入并且用声光信号显示出故障的类型，同时报警提醒人们及时处理事故。当故障出现的时候，故障指示灯闪烁且警铃响起，人们可以按下“消音”按钮来解除铃响，但故障指示灯仍在闪烁，直到消除故障。系统的硬件控制框图如图4所示：
图4 系统的控制框图
4.1.3 各功能单元的介绍
(1)电机类型的选择
同步电动机和异步电动机区别：同步电机转速和旋转磁场转速基本相同，带上负载，转速基本不变，转子通电，可以调节功率因数。异步电机额定转速低于旋转磁场转速，带上负载，转速随着负载大小变化，转子不通电。对功率较大（1000KW）且连续工作的电动机，经过技术经济比较后，可采用同步电动机。国家水利电力部《泵站技术规范》SD 204—86要求：泵站在计费计量点的功率因数应不低于0.85，当容量在3200kVA及以上时，功率因数应不低于0.9。否则，应进行无功功率补偿。并提出，当单机容量在630kw及以上时，宜采用同步电动机补偿。由于太阳能热水器属于连续运行方式，负载比较平稳，在起动制动方面没特殊要求，综合各个方面，本设计选用Y系列三相异步电动机。电压为220V，频率为50HZ，功率10W。
(2)交流接触器的选择
本设计选用CJX1系列的交流接触器。CJX1系列交流接触器适用于交流50Hz或60Hz，电压至于660V，额定电流至630A的电力线路中，供远距离和控制电动机接通与分断，接触器的控制电路有交流（AC）和直流（DC）二种。两台接触器加装机械联锁机构，组成可逆接触器，最适合于电梯电路以及需要电气与机械双重联锁的电路。接触器可方便地与JRS系列热过载继电器对接组成电动机起动器。接触器为正装直动式结构，触头为双断点，具有三对主触头和若干对常开、常闭辅助触头。Ie≥45A接触器触头最多为4常开、4常闭。Ie≥32A接触器具有灭弧装置。全系列接触器均有动作指示件。接触器的触头材料按不同的电流等级选用不同的高抗熔性及耐磨损银基合金。所有接线端子均有符合国际标准的永久性的标志，接线螺钉均采用自升式螺钉和新型垫圈，既可保证接线的可靠性又能节省接线时间。全系列接触器均用螺钉安装，Ie≤32A接触器还可采用35EN50022型标准卡轨安装。