基于PLC的太阳能热水器自动注水系统的设计
摘 要：随着国家国民经济的增长和人民生活质量的提升，人们对生活热水的需要不断增长，太阳能热水器的销售有着十分迅猛的发展，每年平均增长率有20%-30%！但是，太阳能热水器并不是在每个地方都能随时运用。因此，我们以PLC编程为基础的自动注水系统，利用PLC来控制线路的通断，以水泵作为动力把水网上升，以液位检测传感器为检测装置，设计了自动注水系统，让人们安全方便的使用热水。很大程度上节约了时间，还可以减少水资源的浪费。
关键词：PLC、水泵、液位传感器、热水器
Automatically note water system according to the PLC solar energy water- heater
Abstract：Because the growth of national national economy and the people lives promoting of quality, the demand of people to the life hot water continuously increases, the sale of solar energy water- heater has a very fast fierce development, and the average growth rate reaches to 20%-30% annually!But, the solar energy water- heater is to can make use of at any time in each place.Therefore, we with PLC weave distance for the basal auto note water system and make use of PLC to control an of circuit to break and use water pump as the power chases water net ascension, with liquid the examination spread feeling machine for the examination equip, designed to automatically note water system and let people safe and convenient use hot water.To a great extent that economized time, can also reduce the waste of water resources.
Keyword:PLC、Water pumps、The liquid spreads a feeling mach、Water- heater
第1章、引言
1.1课题研究的背景
太阳能既是一次性能源，又是可再生资源，可以免费使用，又无需运输，对环境也不会造成污染，具有无忧伦比的自然优势。丰富的太阳能辐射能取之不尽，又无任何污染的廉价能源，具有极大的潜力。
在太阳能的利用中，最常见的一种热应用是太阳能热水器，使用太阳能热水器比使用煤和电更经济，正在被人们广泛使用。太阳能热水器能够将太阳照射的热能通过真空管传递给水，使水变热，提供给人们说生产使用。安装时需要将太阳能热水器的集热器安装到最高处，因为这样太阳照射时间最长。太阳能热水器每天只要被照射两小时到三小时，就可以有40-50千克的热水。从统计的数据来看，我国太阳能热水器产品的生产和销售正在以20%-30%的速度增长。
目前，我国农村人口占我国人口比重的大部分，现在太阳能热水器的主要销售地区也在农村，这是很大的销售市场。自从改革开放至今，农村的积极增长十分迅速，生活环境有了明显改善。现在各个地区又都建立了小区，人们对生活热水的需求越来越大。有人预测，在往后的十五年内，将建住宅区八十五亿平方米。这里面几乎全部配备了生活热水装置。所以，农村将占太阳能热水器销售的大部分。
此外，为了解决农村生活用水的问题，不在让他们焚烧麦秆，树枝等东西来获取热水，这也是节约能源，保护环境，防止砍伐树木，让人们选用太阳能热水器是十分正确的。这为太阳能热水器的销售提供了十分有利的条件。
1.2 课题研究的现状
太阳能是一种清洁能源，而且数量巨大，只要太阳能够照射的地方都能使用，特别适合在人口相对较少，土地相对较广的农村。现在，虽然太阳能热水器的产量没有电、燃热水器的多，但是使用的潜在市场非常巨大。随着人们意识到环保的重要性，许多住宅小区都为太阳能热水器的安装留了位置。
但是，我国是一个干旱缺水严重的国家。由于可利用的淡水资源有限，加上水资源浪费、污染以及气候变暖、降水减少等原因，加剧了水资源短缺的危机。按照国际标准，人均水资源低于3000立方米为轻度缺水，低于2000立方米为中度缺水，低于1000立方米为重度缺水，低于500立方米为极度缺水。照此，目前我国有16个省区重度缺水，6个省区极度缺水；全国600多个城市中有400多个属于“严重缺水”和“缺水”城市。京津冀人均水资源仅286立方米，为全国人均的1/8，世界人均的1/32，远低于国际公认的人均500立方米的“极度缺水”标准。
所以，人们用水存在很大限制，有的地区即使通上自来水，并不是可以随意使用。有的地区由于距离水厂太远，或者居住在城市的高层，水压不够。因此，太阳能热水器的上水问题显露出来。有的人家备个水泵用来上水，但是由于在农村，大多数都是老人孩子在家，都用水泵来打，安全方面令人担忧。因此，需要一个自动的注水系统来解决问题。
1.3 课题研究的意义
太阳能热水器是现在使用广泛的热水器，它使用可再生能源，不污染环境，可以提倡使用。根据相关调查表明，?1平方米的太阳能热水器用一年就能节约120千克的标准煤，这就相应于减少了308千克的二氧化碳排入空气中。太阳能热水器的使用，一年365天均有热水使用，能保证三口之家的正常使用，每户每年能 节约用电860KW，可以节约400余元的电费。（各地电费不一，这里以中等城市电费为准）
虽然有存在在个别地区上水困难的缺点，但并不是不可以解决的，研究太阳能热水器的自动注水系统，可以解决注水困难的问题，让太阳能热水器得到进一步推广，这样就可以使大家金钱得到节省，还能是环境更加美好，越来越多的人会使用热水器，加入到节约能源，保护环境的大军中。
1.4 课题的来源
由于我的家在农村，家里安装了太阳能热水器，但是经常用不了。因为我的家距离水厂较远，水压不够，太阳能热水器的水根本上不上去，有的时候水压够了，把水阀打开，但是不知道什么时候水压又不够了，水又倒回去，反而把热水倒了，令人又气又恨。特别是夏天，白天水压更低，家里的用水都不是很充足，别提上太阳能水了。每次上水都是等到半夜十二点钟，等到别人入睡不用水才有可能把水注满，给我家带来了很大麻烦。因此，我想通过自己学习的知识，设计一个太阳能热水器的自动注水系统，解决注水的麻烦。
第2章、太阳能热水器自动注水系统的总体方案
2.1 系统的主要组成
该系统最主要的功能是通过PLC实现的，利用PLC编辑好程序，利用超声液位传感器检测液位，然后传输给PLC，PLC中利用已经设定好的程序来判断是否需要加水，如果需要加水，那么传输给电磁水阀或者水泵，利用程序的通断来控制电磁水阀的启动和停止和水泵的启动和停止，决定把水送往高处还是停止。系统外设三个按钮，分别是启动、停止和急停。启动和停止是控制手动部分的，如果自动程序出现意外，人们还要继续使用，那么就可以使用手动部分，通过按钮来给水泵和保温箱加水。急停是设置在自动系统中的，如果传感器或水泵等物品发生意外，可以立即停止维修。系统外设四个指示灯，分别检测储水箱的上限液位、储水箱的下限液位、保温箱的上限液位和下限液位。在自动系统发生错误的情况下，可以利用这四个指示灯进行排查，手动状态下，也可以通过指示灯来更好的加水。
2.2 系统的控制要求
在运用太阳能热水器自动注水系统时，要达到一定的要求有两种情况：
（1）在下面没有储水箱时，利用水泵直接抽取地下水直接注入太阳能热水器保温箱。当太阳能热水器保温箱水位低于低液位时，传感器传输信号到PLC，PLC发送信号给水泵，水泵通电，抽取地下水注入太阳能热水器。当太阳能液位在高液位时，传感器检测到并传达信号给PLC，PLC输出信号使水泵停止注水。
（2）在下面有储水箱时，利用水泵抽取水罐的水注入太阳能热水器保温箱。
当自来水水压不够注入太阳能热水器保温箱时，只有先放入自来水位于低处的储水箱。自来水的通断使用常闭电磁水阀来控制。当储水箱液位处于低液位时，通过传感器反映给PLC，PLC来发送信号使电磁水阀带电，水阀开，水流入储水箱，当储水箱达到高液位时，传感器发送信号给PLC，PLC发送信号给电磁水阀，使它断电，水阀关闭。当处于太阳能热水器保温箱液位处于低液位时，传感器传输信号到PLC，PLC发送信号给水泵，水泵通电，然后抽自来水注入太阳能热水器保温箱。当液位到达高液位时，传感器检测并传达信号给PLC，PLC输出信号使水泵停止注水。
在使用过程中，如果使用的太阳能保温箱水位没有到达低液位，或者液位传感器发生问题，可以使用手动按钮加水，手动关闭。水罐也是一样，在没有到达低液位，或者液位传感器发生问题，都可以手动开启，关闭。
除此之外，还要求连接四个指示灯，分别是储水箱液位上限指示灯、储水箱液位下限指示灯、太阳能保温箱液位上限指示灯和太阳能保温箱液位下限指示灯。用于简单的监视水位情况，当储水箱低液位亮了很长时间没有熄灭，那就应该检测电磁水阀或者液位传感器是否发生问题，然后解决问题。
目录
第1章 引言 1
1.1课题研究的背景 1
1.2 课题研究的现状 2
1.3 课题研究的意义 2
1.4 课题的来源 3
第2章 太阳能热水器自动注水系统的总体方案 3
2.1 系统的主要组成 3
2.2 系统的控制要求 4
2.3 确定设计方案 5
第3章 系统的硬件设计 6
3.1 传感器选型 6
3.1.1 液位传感器的分类 6
3.1.2 液位传感器的工作原理 7
3.1.3 选用的类型及理由 7
3.2 PLC的选型 8
3.2.1 PLC的发展 8
3.2.2 PLC的分类 10
3.2.3 PLC的工作原理及选用的PLC类型 10
3.3 确定I/O分配和接线图 11
3.3.1 设计的I/O分配表 11
3.3.2 硬件接线图 13
第4章 系统软件设计 14
4.1 GX Work2的使用 14
4.1.1 GX Work2编程软件的安装 14
4.1.2 启动GX Work2 14
4.1.3 创建新工程 15
4.1.4 梯形图编程界面 15
4.1.5 梯形图的编辑 16
4.1.6 程序保存 16
4.2 PLC编程 16
4.2.2 编辑梯形图 17
第5章 系统的运行与调试 19
第6章 总结 24
致谢 24
参考文献 25
论文附录 25
梯形图 25
语句表 26
参考资料
[1] 李福德?宫长飞《城市建设理论研究》2012年第28期
[2] 中国学术期刊网 2013-4-7 太阳能热水器在农村应用的前景分析
[3] 豆丁网 农村太阳能热水器使用情况及市场调查
[4] 360个人图书馆 韦玉良 我国水资源现状 2015-5-19
[5] 郭琼 PLC应用技术 第二版
[6］百度文库 水塔水位控制PLC系统设计
[7］杨玄静 便携式水质检测仪的设计
[8］倪青山 低温多效海水淡化系统热力计算
[9］万梦方 基于单片机的温度控制系统设计
[10］倪建洲 基于PLC控制的气动元件设计多级传送
[11］周一迪 河北省农业灌溉用水结构分析
[12］王域宽 漂浮式光热转换材料及器件的研究前沿调查研究
[13］徐锦晨 江西润田实业股份有限公司企业文化研究
[14］刘渊 “城市蓝线”的规范现状与法制路程
[15］吴宝华 ，余涛 应用能源技术
[16］杨元卿 基于S7—1200的数据采集变送分站的设计
