热水供应自动控制系统设计 毕业设计

1 引言

我国大多数家庭的热水供应，仍以使用瓦斯热水器最为普遍，然而每到冬季，瓦斯中毒事件频传，并造成许多家庭悲剧，因此瓦斯热水器是中国人日常生活中最具威胁，但又不能不用的一项家用产品。有些人改用电热水器以电能来加热，但因电热水器加热或保温时，都要付出高额的电费，且具有漏电与电辐射的问题，威胁性仍然存在。国民生活水平随着收入的增加而提升，已进入追求生活品质的时代，以家用厨浴设备来说，“全天候热水供应系统”的应用已是必然趋势[1]。

集中热水供应系统（central heating system）指的是由加热设备集中制备热水，并用管道输送至建筑物的配水点的系统。其特点是，加热器及其他设备集中，可集中管理，加热效率高，热水制备成本低，设备总容量小，占地面积小，适用于热水用量大，比较集中的场所。

随着现代科学技术的迅猛发展，以微处理器为核心的可编程序控制器（PLC）迅速发展起来。由于PLC体积小、价格低、功能强、运行稳定可靠、硬件简单、软件易学，现已广泛应用于自动控制的各个领域，传统的继电器控制已逐步被PLC 所取代[2]。

目前，我国PLC控制已逐步代替了传统的继电器群的控制。由于PLC采用循环扫描的工作方式，即“串行”工作方式，具有较强的抗干扰能力，与继电器控制的“并行”工作方式不同，克服了继电器触点的竞争和时序失配的问题[3]。PLC控制把传统的继电器控制逻辑变为程序控制逻辑，其内部继电器可代替用于逻辑控制的中间继电器，使控制系统的噪声大大降低，控制柜的体积大大缩小。

1.1 设计目的及意义

司马煤业职工宿舍公寓，共有宿舍楼两栋（6层），共有720个宿舍，每个宿舍配有一台电热水器，热水器的使用年限为5年，改造前至少有40%需要更换，随着使用年限的增加，热效率从95%降至40%，致使电能消耗越来越大；另外电热水器是以容积式、直接加热的方式提供热水，加热时间过长，给职工洗浴带来不便，特别是在早晨，热水器的容积太小，在使用过程中经常会出现断水的现象。热水器的安全性及使用舒适度急剧下降，职工的投诉率呈上升趋势。

为了满足广大职工的生活用热水需求,司马煤业公司利用现有资源,对原有热水系统进行改造。本毕业设计根据用户要求，整个系统采用自动化控制，尽可能利用原有设备和管道。热站系统直接负责向多层公寓定压供水，并向高层公寓提供水源，高层公寓在热站外另设二次增压泵供水。该电气控制系统采用PLC编程控制，具有超误差识别功能，手动与自动切换功能，并可自动报警。

1.2 可编程序控制器的特点

1.可靠性高可编程序控制器采用了微电子技术,大量的开关动作由无触点的半导体集成电路完成。

2.编程简单PLC最大特点,是采用了易学易懂的梯形图语言。它是以计算机软件技术构成人们已习惯的继电器模型,形成一套独具风格的,以继电器线路图为基础的形象编程语言。

3.通用性好PLC是通过软件来实现控制的。同一台PLC可用于不同的控制对象,只需改变软件就可以实现不同的控制要求,充分体现了灵活性与通用性。

4.功能强大PLC不仅可以完成逻辑运算,计数,定时,还可以完成算术运以及A/D,D/A转换等。

5.体积小,功耗低由于PLC采用半导体集成电路,因此具有体积小,重量轻,功

耗低的特点,而且设计结构紧凑坚固,易于装入机械设备内部,是实现机电一体化的理想控制设备。

6.设计施工周期短使用PLC完成一项控制工程,在系统设计完成以后,现场控制柜等硬件的设计及现场施工和PLC程序设计可以同时进行。

由于PLC用软件取代继电接触控制系统中的中间继电器,时间继电器,计数器等低压电器,使整个设计,安装,接线工作量大大减少。又由于PLC程序设计和硬件的现场施工可同时进行,因此大大缩短了施工周期[4]。

1.3 PLC的应用

随着微电子技术的快速发展,PLC的制造成本不断下降,而功能却大大增强。目前,在先进工业国家中PLC已成为工业控制的标准设备,应用的领域已覆盖了所有工业企业。概括起来主要应用在以下几个方面：

1.开关量的逻辑控制开关量逻辑控制是工业控制中应用最多的控制,PLC的输入和输出信号都是通/断的开关信号。对控制的输入,输出点数可以不受限制,从十几个到成千上万个点,可以通过扩展实现。在开关量的逻辑控制中,PLC是继电器接触器控制系统的替代产品。用PLC进行开关量控制遍及许多行业,如机床电气控制,电梯运行控制,冶金系统的高炉上料,汽车装配线,啤酒灌装生产线等。

2.模拟量控制PLC能够实现对模拟量的控制。如果配上闭环控制(PID)模块后,可对温度,压力,流量,液面高度等连续变化的模拟量进行闭环过程控制,如锅炉,冷冻,反应堆,水处理,酿酒等[5]。

3.机械运动控制PLC可采用专用的运动控制模块,对伺服电机和步进电机的速度与位置进行控制,以实现对各种机械的运动控制,如金属切削机床,数控机床,工业机器人等[6]。

4.通信,联网及集散控制PLC通过网络通信模块及远程I/O控制模块,可实现PLC与PLC之间的通信,联网,与上位计算机的通信,联网,以实现PLC分散控制,计算机集中管理的集散控制(又称分布式控制),增加系统的控制规模,甚至可以使整个工厂实现生产自动化。

5.数据处理许多PLC具有很强的数学运算(包括逻辑运算,矩阵运算,函数运算),数据传送,转换,排序,检索等功能;还可以完成数据采集,分析和处理这些数据,可以与存储器中存储的参考数据相比较,也可以传送给其它智能装置或传送给打印机打印制表。较复杂的数据处理一般在大,中型控制系统中进行[7]。

1.4 西门子S7-200型PLC及其编程环境介绍

1.4.1 西门子S7-200型PLC主要参数

S7-200系列小型PLC (Micro PLC)可应用于各种自动化系统。紧凑的结构、低廉的成本以及功能强大的指令集使得S7--200 PLC成为各种小型控制任务理想的解决方案[8]。S7-200产品的多样化以及基于Windows的编程工具，能够更加灵活地完成自动化任务。

本毕业设计使用西门子S7-200系列PLC，其详细参数见表1.1。

1.4.2 西门子PLC编程环境介绍

STEP 7--Micro/WIN编程软件为用户开发、编辑和监控自己的应用程序提供了良好的编程环境。为了能快捷高效地开发应用程序，STEP 7--Micro/WIN软件提供了三种程序编辑器。为了便于您找到所需的信息，STEP 7--Micro/WIN提供了详尽的在线帮助[9]。编程界面见图1.1。

表1.1 S7-224XP参数表