摘 要：節(jié)約能源、保護環(huán)境，開發(fā)利用清潔、環(huán)保的可再生能源，優(yōu)化能源結構、發(fā)展低碳經(jīng)濟是我國實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的重要途徑。太陽能以其儲量豐富、安全可靠、清潔無污染等優(yōu)勢，成為世界各國應對能源危機、環(huán)境惡化，實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的重要選擇之一。利用臺達PLC對太陽能熱水系統(tǒng)進行控制，可實現(xiàn)系統(tǒng)自動化，提高系統(tǒng)運行穩(wěn)定性，降低運行成本。此系統(tǒng)實用性強，安裝運行成本低，具有很強的推廣性。
1引言
本系統(tǒng)應用廣泛，適用于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(qū)。控制系統(tǒng)采用臺達DVP40ES2 PLC、DVP04PT-E2、DVP04AD-E2，臺達人機界面 HMI B07S515。本系統(tǒng)工作性能穩(wěn)定，自動化程度高，尤其是恒溫出水的設計節(jié)約了大量水資源，集熱循環(huán)的設計使得太陽能熱水高效循環(huán)進入水箱，輔助熱源的加入很好的解決了太陽能資源不足天氣情況下的熱水供應。
2 系統(tǒng)構成
臺達系列人機界面，臺達ES2系列CPU、臺達PT-E2系列溫度控制模塊，臺達AD-E2系列模擬量轉數(shù)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、洗浴控制泵、集熱循環(huán)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 系統(tǒng)框架圖
3 系統(tǒng)工作原理及循環(huán)過程
(1)自動上水
水箱內裝液位傳感器p，水箱內水低于一定值時(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(huán)
當集熱器出水口水溫(出水口安裝溫度傳感器)高于水箱內水溫，達到PLC設定啟動溫差(6-10攝氏度)時，集熱循環(huán)泵啟動;集熱水箱中的低溫水進入到真空管集熱器組中，集熱器中的相對高溫水循環(huán)到集熱水箱中，使水箱中的水溫升高。當溫差值降低到系統(tǒng)設定停止溫差時(1-3攝氏度)，循環(huán)泵停止，集熱循環(huán)停止。如此反復進行，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
恒溫回水管路循環(huán)主要是針對室內的洗浴熱水管道而言，為了保證洗浴時一開噴頭閥門即有熱水，同時減少無效冷水的浪費，必須安裝熱水回水管路，采取管路循環(huán)措施。管路循環(huán)采用定溫循環(huán)方式，在室內熱水回水管路中適當位置安裝溫度檢測傳感器和循環(huán)泵，設置一個溫度范圍來控制泵的運行。當管道內水溫低于設定值時，啟動洗浴管道循環(huán)泵，將管路中的低溫熱水打入保溫水箱，當水溫達到設定值時，管道循環(huán)泵停止運行。
(4)恒溫控制
當水箱內水溫低于一定值時，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(xiàn)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(huán)
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(huán)功能;當集熱器溫度(檢測傳感器測溫)低于一定值(2-5攝氏度)時，啟動集熱循環(huán)泵，將保溫水箱中的熱水打進集熱器，防止管路結凍。
4 電氣控制系統(tǒng)設計
系統(tǒng)上位機選用HMI b7s515型號觸摸屏以實現(xiàn)系統(tǒng)運行的可視化監(jiān)測與控制，下位機選用臺達系列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(jiān)測電磁閥，循環(huán)泵以及輔助熱源的功率，如圖2所示。
圖2 系統(tǒng)硬件框架示意圖
(1)溫度傳感器所測得溫度相關信號經(jīng)PT模塊轉化為數(shù)字量后傳回PLC的CPU，PLC的狀態(tài)反應到觸摸屏上，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的實時監(jiān)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后，經(jīng)液位變送器將電信號轉化為4-20mA的標準電流信號后，經(jīng)AD模塊轉換為數(shù)字量信號傳回PLC，PLC根據(jù)設定值做出判斷，控制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
另外，各溫度傳感器的測量溫度直接代表各個組成部分的溫度，以此來控制系統(tǒng)的運行，因此，溫度傳感器的安裝位置極其重要。溫度傳感器安裝處的水溫必須能代表所測部分的平均溫度。
