武汉华商低碳能源股份有限公司 湖北武汉 430051
摘要：现如今，由于人们对一次能源的过分使用，使得赖以生存的环境进一步恶化，人类的生存环境受到了严重的威胁。但是随着科技的进步，人们对环境的重视，使其将目光放在清洁能源上。太阳能作为新型能源应用广泛，其中最广泛使用的就是太阳能热水器。本文着重研究了太阳能热水器自动控制系统的设计过程并且指出了其太阳能热水器的关键部分PLC。由PLC设计的太阳能热水器自动控制满足其热水器的基本控制功能、修理更加的便利、系统具有拓展等一系列优点。太阳能热水器自动控制系统中由于PLC的加入，减少太阳能热水器对其他元件的使用，大大减少了热水器的损坏性，从而达到了系统的
关键词：太阳热能；自动控制系统；PLC
随着计算机在各种智能控制系统应用中的不断深入与蓬勃发展,单片机更以其小巧的外形、较高的性价比、灵活的控制方式广泛地应用在这一领域。
一、系统主要功能
(1)多点水温水位输入及显示功能。
(2)温差跟踪循环控制功能。
(3)辅助能源加热控制功能:定时加热、自动加热控制。
(4)上水控制功能:自动上水、定温上水、定时上水控制。
(5)自动保护控制功能:防溢出上水闭锁、防冻及防干烧控制。
(6)报警控制功能:高、低温及低水位报警控制。
(7)检测控制功能:手动输出检查。
二、PLC的原理及其运用
由于现在工业的高速发展，人们的生活条件的不断升高。传统的太阳能热水器已经不满足人们对当代的需求，所以人们现阶段将重点放在基于PLC原理的太阳能热水器自动控制系统中。PLC技术是现阶段比较成熟的控制系统，给广大的工程技术人员带来了福音。PLC
技术的日益完善给社会带来了许多的便利，其主要特点有：
2.1使用起来方便，实用性较强
PLC技术的日益成熟，其系统化的生产条件使其生产出来的产品更系统化与多元化，用户选用更加的方便其选择更加的多样。不仅如此当确定了其选定对象以后，可以通过修改其中的程序从而达到人们所需的条件，以满足人们的生活。
2.2具有较广的功能性和其适应性
在当代PLC可以对常开常闭开关进行其电脑控制，使其方便，精准计算。不仅如此，PLC具有电路的一切运算、处理等功能，并且PLC不仅仅只能控制机器，他可以控制几台机器或者是一条生产线，使其方便工厂的加工，向着人们所希望的方向前进。
2.3具有其可靠性,受外界的影响较低
用户希望其系统的可靠性，而PLC日益成熟的技术为客户提供了其稳定性与可靠性。不仅如此PLC的抗干扰的性能较强，不易受到其外界的影响。使其使用的寿命大大的提高。
2.4编程方法易懂
PLC有较于其他电路语言简便性，使得编程人对其语言简单易懂，与简单的继电器的电路有异曲同工之处。
2.5体面积较其他电路小而且功耗较其他电路低
由于PLC是集成电路控制，具有高度的集成性使其较其他电路的体面积小、耗能小。不仅如此，集成板具有易装入机械中，操作简单的特点。
三、系统组成结构
太阳能热水器自动控制系统主要由传感器、自动控制仪、执行部件几部分组成。其中自动控制仪是该系统的核心部件。
3.1由于系统需要实时采集集热器和水箱的温度及水位变化,以便根据这些数据完成相应控制功能,所以在集热器中装有两路温度传感器、一路液位传感器,在水箱中装有一路温度传感器、一路5档液位传感器。温度传感器的电源由可调基准电压源TL431提供,该电压源具有随温度和时间的变化维持基准电压稳定的能力。
3.2自动控制仪是以单片机89C51为CPU的数据采集、处理、控制系统,还包括输入通道、数据存储单元、输出通道、人机接口电路、电源转换电路等几部分。输入通道包括放大器、4选1数据选择器4052、V/F转换器LM331。CPU所采集的是经LM331转换后的频率信号,该信号经过转换可以提高数据采集的速度和精度,减少干扰的影响。数据存储单元为带有看门狗及监控的E2PROM—CAT24C021,该芯片具有I2C总线接口功能,只有两根信号线,一根是双向的数据线SDA与CPU的P316相接,一根是时钟线SCL与CPU的P317相接,另外该芯片的WP引脚与CPU的RE2SET引脚相接。芯片本身具有看门狗定时器,系统出现故障时,在超过定时周期后会发出复位信号,使系统重新运行。该芯片的另一特点是可以监控系统电压,当系统上电产生电压波动时在符合要求的电压值区间段产生复位信号,使系统获得稳定信号开始运行。同时该芯片工作可靠,不会因电源电压波动而引起读、写误操作现象。输出通道包括报警电路和继电器。CPU的P111、P112、P113作为输出口控制3个固态继电器的开合,并由续流二极管与继电器并接以保护继电器。固态继电器不仅实现了小信号对大功率负载的开关控制,而且还具有隔离功能。人机接口电路包括温度显示电路、14只发光二极管指示电路以及键盘电路。电源转换电路将220V市电转换为+12V、+5V直流电,为各芯片提供稳定的基准电源。该电路具有精度高、稳定度高、噪声小等优点。
3.3水泵、电磁阀、加热棒组成了上水、加热执行部件,该部件与输出通道的继电器相连以接受控制仪的控制命令,完成系统上水、加热、循环上水、循环加热功能。
四、太阳能的自动控制系统的设计
根据工程原理的特点，设计热水器的自动控制的具有以下功能：
（1）热水器的自动控制功能；
（2）热水器的除尘功能；
（3）水箱液位控制功能；
（4）水箱液位控制功能；
（5）水箱保温功能；
（6）水位报警功能；
（7）实现手动/自动控制切换。
根据其控制系统要求，首先确定PLC种类,计算出出所需要的I/O点数，时刻增加其控制功能，以防系统在开始后能够替换个其点数。统计出I/O总点数后即可以确定PLC的控制规模以及种类从而确定存储器中的数据的容量。在PLC电路中，PLC利用了“元软件”取代了传统的控制系统中大量的中间继电器与时间继电器等部件，由于电路被大大的简化使得安装员对安装电路的工作减少许多。用户程序都可以先在实验室进行调试，测试完毕后再将PLC控制系统安装到各个仪器中，降低了其安装错误率。不仅如此在维修保养方面，PLC的损坏率较其他电路明显降低。并且有完善的故障指示装置，一旦系统发生了故障，就可根据系统外部亮灯显示所提供的信息进行维修，使其电路更加的简化。电路中系统有硬件系统与软件系统；软件系统通常分为两大类：一类是系统软件，另一类是应用软件。
系统软件指的是操作系统、程序设计系统等与计算机密切相关的程序。而硬件系统是电路中的主要各个元器件，在PLC电路中是有电机、交流接触器、热继电器、电磁阀、发光指示灯、隔离变压器、水箱、传感器等组成电路的系统。当PLC运行时，开始运行系统工作。根据记时器的时间来判断其工作时间调用其程
序让其工作进行调节。如果水箱内的水温低于设定值，则进行加热；如果水位过高或者水温过高，则系统发出报警信号。当外部环境温度超过一定的温度时则使用除尘子程序；除尘时让电机正反转20秒，除尘3分钟后再开始的其他的工作，进行下一次大循环。连接电路，使得KM1和KM2分别控制电机的正转和反转,由热继电器做过载保护。选择自动开关，做好对主电路的保护，又起到隔离三相交流电源的作用使其电路更加的完美，更加的安全。
总结：
人们的赖以生存的环境进一步恶化。随着科技的进步，而太阳能在我们的日常生活中占据重要的地位，对于太阳能的开发也是当下科技发展的重要方面。而太阳能热水器在生活与生产中也占据了不可或缺的作用。我们应当好好研究其太阳能热水器的自动系统，使其太阳能的利用率达到最大化，通过科技的手段造福人类。通过本次设计使其达到了系统有效控制，提高了系统的可靠性。
参考文献：
[1]朱欣颖,陈曦.太阳能热水器的控制系统设计[J].智能计算机与应用,2015,5(03):102-104.
[2]王冠龙.家用太阳热水系统的热性能自动化测试系统研发[D].云南师范大学,2015.
[3]张永正,袁鹏.太阳能热水器控制系统设计[J].科技视界,2017(23):240+150.