摘 要
现在，城市居民绝大部分都使用了太阳能热水器，农村也有相当一部分人使用。太阳能热水器在技术上比较成熟、造价比较低廉，同时由于给人民提供绝对安全的热水而受到人们的欢迎，且具有节能、环保、安全、便利、长久等优点，所以它的应用会越来越广。因此，研究和开发先进的太阳能热水器控制系统变得越来越重要。
本设计阐述了可编程控制器（PLC）在太阳能热水器控制系统中的应用,重点研究了系统的硬件构成及软件的设计过程。指出了PLC设计的关键是能满足基本的控制功能,并考虑维护的方便性、系统可扩展性等。本设计利用西门子S7-200PLC，进行了太阳能热水器自动控制系统的I/O分配和PLC选型，编写了PLC程序梯形图和接线图，实现了自动上水排水、自动循环、自动加热、PID闭环控制恒温出水、手动与自动模式切换等功能。并在此基础上，利用S7-200的仿真软件对系统进行了仿真，利用组态王软件组态了人机界面，使用PPI通信协议实现了PLC与组态王的通信连接。把可编程控制器PLC作为太阳能热水器的控制系统，增加了系统的方便性与可靠性，减少了其它元器件的使用。它使系统接线简单，检修维护方便快捷，增进了系统的先进性。
论文分为四章：第一章介绍了太阳能热水器发展背景及设计意义；第二章介绍了太阳能热水器的工作原理；第三章介绍了硬件选型及系统流程；第四章介绍了系统程序的编写、系统的仿真、人机界面（组态王）组态过程。
关键词：太阳能热水器；PLC；自动控制系统
目前，我国大部分太阳能热水器控制部分，往往需要大量的中间继电器和时间继电器来满足生产工艺要求，结果使电路设计复杂、繁琐，故障时有发生，给使用和日常维护带来了很大的不便。在电子技术飞速发展的今天，有必要而且有可能采用新技术对原电气控制系统进行改造，以提高可靠性，并实现系统的自动控制，提高太阳能热水器稳定性。
可编程控制器（PLC）由于可提供使用的时间继电器和中间继电器，而且其常开、常闭触点可多次重复使用，使得我们在编程中可以随心所欲。用内部编程“软元件”取代继电器逻辑控制电路中大量的时间继电器和中间继电器，简化控制线路、有效提高系统的可靠性，是PLC的突出特点[8]。
本设计是基于西门子S7-200的PLC太阳能热水器控制器设计，目的实现储水箱的低水位自动指示与自动上水功能；通过PLC内部的PID模块实现热水器恒温出水功能；为了防止在阴雨天气以及夜晚情况下人们不能够正常洗浴，系统还加入了辅助电加热器，当储水箱温度低于洗浴的设定温度时电加热器自动开始工作，同时为了尽可能的减少电能的浪费，当加热到设定的温度上限时，电加热器自动退出工作，这样可以满足人们一天24小时的不间断用水，系统还拥有自动手动两套程序，当系统运行过程中出现问题时可以通过手动切除故障，实现系统的自动手动控制，提高了系统运行的可靠性。
全文分五大部分。第一部分包括第一章，描述太阳能的利用状况和发展前景。第二部分包括第二章，描述太阳能热水器系统的组成及工作原理。第三部分包括第三章，完成硬件的选型和设计。第四部分包括第四，完成软件的设计及仿真，组态人工界面。在本文中分别介绍了传感器的特点及应用、一般的太阳能热水器及循环系统、PLC的发展和应用、PLC和传感器的选型，这也是设计此款太阳能热水器的理论基础和必要前提。
在本系统中需要实现以下几种功能：
(1) 自动上水及水位上下限指示功能
在系统中通过加入限位开关来不断的检测储水箱内的水位，当水箱内的水位低设定值下限时，低液位指示灯点亮，上水阀自动打开开始加水，当水位上升到设定值上限时，高液位指示灯点亮，上水阀自动关闭，加水停止。
(2) 集热器热水与储水箱中冷水进行循环功能
通过在集热器出水口放置温度传感器可以检测出水温度，再通过在储水箱里面放温度传感器检测储水箱内的水温度，再通过两个温度值的比较，当集热器出水温度大于储水箱水温度时，循环泵打开，实现水循环，使储水箱里面的水不断的被加热，只要有温度差循环就进行，直到两者之间的温度差消失。
(3) 辅助电加热功能
储水箱里的温度传感器带显示功能，设定一个储水箱水温度上下限值当温度低于设定的温度下限时，辅助电加热器开始工作，储水箱里的水温开始上升，当达到温度上限时电加热停止，以达到全天候不间断供应可以洗浴的热水的目的，尤其在阴天或者晚上时能够满足人们的洗浴要求。
(4) 恒温出水功能
通过设定一个温度值，然后在三通调节阀的出水口放置一个温度传感器，不间断的测量三通阀的出水温度，再通过与设定值的比较，通过PLC的中的PID模块计算，控制三通调节阀的开度，使三通调节阀的出水温度恒定。PLC的PID闭环控制可以实现对温度的精确控制，可以满足人们对洗浴水温的高标准要求，避免水温的不稳定对人身造成的伤害。
(5) 自动手动转换功能
在系统运行过程中有可能碰到很多未知的实际问题，为了防止系统出现崩溃，应设置必要的手动自动转换功能。在系统发生不能排除的问题或检测失效时，启用手动操作，切除故障。还可以在洗浴条件不满足时强制进行洗浴，强制加水。为了调试系统的需要，这些手动程序也是必要的。
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