中達電通股份有限公司應用方案：台達PLC在太陽能熱水自動控製係統中的應用

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台達PLC在太陽能熱水自動控製係統中的應用

中達電通股份有限公司

　　摘要：節約能源、保護環境，開發利用清潔、環保的可再生能源，優化能源結構、發展低碳經濟是我國實現可持續發展的重要途徑。太陽能以其儲量豐富、安全可靠、清潔無汙染等優勢，成為世界各國應對能源危機、環境惡化，實現可持續發展的重要選擇之一。利用台達PLC對(dui)太(tai)陽(yang)能(neng)熱(re)水(shui)係(xi)統(tong)進(jin)行(xing)控(kong)製(zhi)，可(ke)實(shi)現(xian)係(xi)統(tong)自(zi)動(dong)化(hua)，提(ti)高(gao)係(xi)統(tong)運(yun)行(xing)穩(wen)定(ding)性(xing)，降(jiang)低(di)運(yun)行(xing)成(cheng)本(ben)。此(ci)係(xi)統(tong)實(shi)用(yong)性(xing)強(qiang)，安(an)裝(zhuang)運(yun)行(xing)成(cheng)本(ben)低(di)，具(ju)有(you)很(hen)強(qiang)的(de)推(tui)廣(guang)性(xing)。

1引言

　　本係統應用廣泛，適用於需要熱水供應的場合，比如辦公大樓，賓館洗浴等，尤其適合太陽能資源比較豐富的地區。控製係統采用台達DVP40ES2 PLC、DVP04PT-E2、DVP04AD-E2，台達人機界麵 HMI B07S515。本(ben)係(xi)統(tong)工(gong)作(zuo)性(xing)能(neng)穩(wen)定(ding)，自(zi)動(dong)化(hua)程(cheng)度(du)高(gao)，尤(you)其(qi)是(shi)恒(heng)溫(wen)出(chu)水(shui)的(de)設(she)計(ji)節(jie)約(yue)了(le)大(da)量(liang)水(shui)資(zi)源(yuan)，集(ji)熱(re)循(xun)環(huan)的(de)設(she)計(ji)使(shi)得(de)太(tai)陽(yang)能(neng)熱(re)水(shui)高(gao)效(xiao)循(xun)環(huan)進(jin)入(ru)水(shui)箱(xiang)，輔(fu)助(zhu)熱(re)源(yuan)的(de)加(jia)入(ru)很(hen)好(hao)的(de)解(jie)決(jue)了(le)太(tai)陽(yang)能(neng)資(zi)源(yuan)不(bu)足(zu)天(tian)氣(qi)情(qing)況(kuang)下(xia)的(de)熱(re)水(shui)供(gong)應(ying)。

　　2係統構成

　　台達係列人機界麵，台達ES2係列CPU、台達PT-E2係列溫度控製模塊，台達AD-E2係列模擬量轉數字量模塊、太陽能集熱器、電熱絲(或空氣源熱泵等其它輔助熱源)、保溫水箱、洗浴控製泵、集熱循環泵、電磁閥、溫度傳感器、液位傳感器、功率變送器等，如圖1所示。

　　圖1 係統框架圖

　　3係統工作原理及循環過程

　　(1)自動上水

　　水箱內裝液位傳感器p，水箱內水低於一定值時(20%)，自動補水閥上電，水箱自動補水，水位達到設定值時(90%)，自動補水閥斷電，自動補水停止。

　　(2)集熱循環

　　當集熱器出水口水溫(出水口安裝溫度傳感器)高於水箱內水溫，達到PLC設定啟動溫差(6-10攝氏度)時，集熱循環泵啟動；集ji熱re水shui箱xiang中zhong的de低di溫wen水shui進jin入ru到dao真zhen空kong管guan集ji熱re器qi組zu中zhong，集ji熱re器qi中zhong的de相xiang對dui高gao溫wen水shui循xun環huan到dao集ji熱re水shui箱xiang中zhong，使shi水shui箱xiang中zhong的de水shui溫wen升sheng高gao。當dang溫wen差cha值zhi降jiang低di到dao係xi統tong設she定ding停ting止zhi溫wen差cha時shi(1-3攝氏度)，循環泵停止，集熱循環停止。如此反複進行，逐漸將熱量傳遞到水箱，使水箱中的水溫度逐漸提升，直到達到洗浴要求的溫度。

　　(3)管路恒溫出水

　　恒(heng)溫(wen)回(hui)水(shui)管(guan)路(lu)循(xun)環(huan)主(zhu)要(yao)是(shi)針(zhen)對(dui)室(shi)內(nei)的(de)洗(xi)浴(yu)熱(re)水(shui)管(guan)道(dao)而(er)言(yan)，為(wei)了(le)保(bao)證(zheng)洗(xi)浴(yu)時(shi)一(yi)開(kai)噴(pen)頭(tou)閥(fa)門(men)即(ji)有(you)熱(re)水(shui)，同(tong)時(shi)減(jian)少(shao)無(wu)效(xiao)冷(leng)水(shui)的(de)浪(lang)費(fei)，必(bi)須(xu)安(an)裝(zhuang)熱(re)水(shui)回(hui)水(shui)管(guan)路(lu)，采(cai)取(qu)管(guan)路(lu)循(xun)環(huan)措(cuo)施(shi)。管(guan)路(lu)循(xun)環(huan)采(cai)用(yong)定(ding)溫(wen)循(xun)環(huan)方(fang)式(shi)，在(zai)室(shi)內(nei)熱(re)水(shui)回(hui)水(shui)管(guan)路(lu)中(zhong)適(shi)當(dang)位(wei)置(zhi)安(an)裝(zhuang)溫(wen)度(du)檢(jian)測(ce)傳(chuan)感(gan)器(qi)和(he)循(xun)環(huan)泵(beng)，設(she)置(zhi)一(yi)個(ge)溫(wen)度(du)範(fan)圍(wei)來(lai)控(kong)製(zhi)泵(beng)的(de)運(yun)行(xing)。當(dang)管(guan)道(dao)內(nei)水(shui)溫(wen)低(di)於(yu)設(she)定(ding)值(zhi)時(shi)，啟(qi)動(dong)洗(xi)浴(yu)管(guan)道(dao)循(xun)環(huan)泵(beng)，將(jiang)管(guan)路(lu)中(zhong)的(de)低(di)溫(wen)熱(re)水(shui)打(da)入(ru)保(bao)溫(wen)水(shui)箱(xiang)，當(dang)水(shui)溫(wen)達(da)到(dao)設(she)定(ding)值(zhi)時(shi)，管(guan)道(dao)循(xun)環(huan)泵(beng)停(ting)止(zhi)運(yun)行(xing)。

　　(4)恒溫控製

　　當水箱內水溫低於一定值時，集熱器不能達到洗浴熱水的溫度要氣，此時開啟水箱內電加熱或其它輔助熱源(空氣源熱泵)，以實現任何天氣條件下都能保證有熱水供應的要氣。

　　(5)冬季防凍循環

　　室外管道(保溫水箱和集熱器之間)在寒冷的冬天可能被凍，因此必須有防凍循環功能；當集熱器溫度(檢測傳感器測溫)低於一定值(2-5攝氏度)時，啟動集熱循環泵，將保溫水箱中的熱水打進集熱器，防止管路結凍。

　　4電氣控製係統設計

　　係統上位機選用HMI b7s515型號觸摸屏以實現係統運行的可視化監測與控製，下位機選用台達係列PLC，主機CPU選用DVP40ES2，溫度模塊選用04PT-E2，AD模塊選用04AD-E2。擴展模塊還可加入功率變送器，監測電磁閥，循環泵以及輔助熱源的功率，如圖2所示。

　　圖2 係統硬件框架示意圖

　　(1)溫度傳感器所測得溫度相關信號經PT模塊轉化為數字量後傳回PLC的CPU，PLC的狀態反應到觸摸屏上，實現數據的實時監控，如圖3所示。

　　圖3 溫度傳感器PT100與DVP04PT模塊的外部接線圖

　　(2)水箱液位傳感器測得電信號後，經液位變送器將電信號轉化為4-20mA的標準電流信號後，經AD模塊轉換為數字量信號傳回PLC，PLC根據設定值做出判斷，控製水箱電磁閥的開啟與斷開，如圖4所示。

　　圖4 液位變送器與04AD-E2模塊的外部接線圖

　　另ling外wai，各ge溫wen度du傳chuan感gan器qi的de測ce量liang溫wen度du直zhi接jie代dai表biao各ge個ge組zu成cheng部bu分fen的de溫wen度du，以yi此ci來lai控kong製zhi係xi統tong的de運yun行xing，因yin此ci，溫wen度du傳chuan感gan器qi的de安an裝zhuang位wei置zhi極ji其qi重zhong要yao。溫wen度du傳chuan感gan器qi安an裝zhuang處chu的de水shui溫wen必bi須xu能neng代dai表biao所suo測ce部bu分fen的de平ping均jun溫wen度du。

　　5電氣控製係統軟件開發

　　(1)WPL Soft開發PLC控製程序

　　WPL Soft為台達電子可編程控製器DVP係列在Windows存在係統環境下所使用的程序編程軟件，台達PLC采用可以編製程序的存儲器，用來在其內部執行邏輯運算、順序運算、計時、計數和算術運算等操作的指令，並能通過數字式或模擬式的輸入和輸出，控製各種類型的機械或生產過程。

　　係統控製的關鍵是溫度、液位的比較，通過PLC的比較指令可方便的實現。

　　各擴展模塊讀取參數的頻率、精度是本控製係統的關鍵，台達PLC提供的溫度控製模塊、AD轉換模塊可以輕鬆的實現係統的自動化精確控製。

　　(2)觸摸屏人機界麵(HMI)程序

　　觸摸屏替代鼠標及鍵盤部分功能，安裝在顯示屏前端的輸入設備，是人與控製係統之間傳遞、交換信息的媒介和對話接口，包括遠距離的信息傳遞與控製，是控製係統的重要組成部分。在PLC控製程序中加入開關量，與HMI的寄存器相關聯，實現HMI與PLC的關聯，如圖5所示。

　　圖5 PLC程序控製集熱循環泵的啟動與停止

　　6結論

　　本應用通過台達PLC及其觸摸屏實現了對熱水係統的自動化控製及其監測，輔助熱源的加入解決了單一太陽能受天氣狀況影響大的缺點(若輔助熱源選用空氣源熱泵，則係統較之電加熱具有顯著的耗電量低、安全、舒適、綠色環保、低碳的優點)。

　　控製係統上，加入了溫度、液位、功率等多個參數，反映到觸摸屏上實現了運行係統的重要參數可視化監控。使用戶對水箱內水溫度，洗浴熱水溫度、水箱內水量，係統耗電量等多項參數有明確的掌握。實際係統運行穩定，維護保養方便,可推廣性極強，尤其適合賓館洗浴、辦公大樓等場合的熱水供應。此外，還可根據冬季室內取暖的要求，自動控製適宜溫度的熱水進入暖氣管道，實現洗浴、采暖兼容的熱水控製係統，如附表所示。

附表本係統與普通太陽能熱水係統對照表