蔣 永 峰

(湖州師范學院 信息與工程學院,浙江 湖州 313000)

1 前 言

目前許多賓館、廠礦、學校等企事業(yè)單位的浴室仍采用傳統(tǒng)鍋爐供熱水，不僅能耗高，而且污染環(huán)境。隨著太陽能技術(shù)的不斷發(fā)展與進步，太陽能供熱水技術(shù)應用越來越廣泛，它不耗能、清潔環(huán)保，但存在著連續(xù)陰雨天或寒冷天氣供熱水效果差等缺點。

PLC是工業(yè)自動化領(lǐng)域的三大支柱之一，在各類控制系統(tǒng)中得到了普遍的應用，它功能十分強大、性能穩(wěn)定可靠、硬件裝配接線及軟件編程調(diào)試便捷高效[1]，為傳統(tǒng)鍋爐供熱水系統(tǒng)的升級改造提供了可靠的保證。

本文介紹利用太陽能、PLC技術(shù)對眾多企事業(yè)單位傳統(tǒng)鍋爐供熱水系統(tǒng)進行升級改造，基本保留原有的鍋爐系統(tǒng)，引入太陽能供熱水系統(tǒng)及PLC控制系統(tǒng)，改造花費成本較低，可使眾多的賓館、廠礦、學校等企事業(yè)單位的浴室在一般情況下使用太陽能供熱水，在一些特殊天氣氣候條件下啟動鍋爐運作，使太陽能與鍋爐供熱水的良好配合，達到節(jié)能省錢、清潔環(huán)保、改造方便且成本低廉之目的。

2 太陽能供熱水系統(tǒng)設(shè)計

2.1 系統(tǒng)主要功能

(1)太陽能集熱器、鍋爐水箱水溫的檢測與顯示。太陽能集熱器水溫T1與鍋爐水溫T2形成了溫差△T，我們設(shè)定溫差動作上限△T上(設(shè)為8 ℃)、下限△T下(設(shè)為4 ℃)，規(guī)定當△T>△T上(8 ℃)時，太陽能集熱器與鍋爐間水流循環(huán)系統(tǒng)動作；當△T<△T下(4 ℃)時，太陽能集熱器與鍋爐間水流循環(huán)系統(tǒng)停止，主要目的是減少系統(tǒng)運行的能耗、提高熱水交換效率。

(2) 為防止鍋爐水箱水溫T2過高易燙傷人、水箱易結(jié)水垢，規(guī)定當T2>70 ℃時，太陽能集熱器與鍋爐間水流循環(huán)停止。

(3)對于連續(xù)陰雨天、過冷天氣，太陽能集熱效果差，水溫上升緩慢，以及用熱水高峰時段鍋爐水溫下降過快，規(guī)定一旦T2<40 ℃及T1<40 ℃，系統(tǒng)延遲10分鐘后報警(聲，光)，此時可人工操作啟動鍋爐供熱水系統(tǒng)，以達到全天候供熱水目的。

(4)晚上6∶00-凌晨1∶00，太陽能集熱效果差，凌晨1∶00-早上6∶00，洗浴使用率極低，太陽能集熱效果亦低，為節(jié)省能源與減少浪費，設(shè)定此時間段太陽能集熱器與鍋爐之間的水流循環(huán)系統(tǒng)停止運作。

(5)鍋爐內(nèi)設(shè)置二個水位點，即補水水位P2、滿水水位P1，規(guī)定當鍋爐內(nèi)水位低于P2，外界進水系統(tǒng)動作進水；一旦鍋爐內(nèi)水位達到P1，外界進水系統(tǒng)停止補給。

(6)供用戶熱水主回路水壓一旦檢測到從正常值至趨向于零，視為無用戶用熱水，延遲10 s后主管道回水循環(huán)系統(tǒng)持續(xù)抽回水5 s即停止，以保證空閑時段供熱水主管道基本無剩水，又不持續(xù)或定時抽回水而節(jié)能。

系統(tǒng)水路結(jié)構(gòu)組成如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)水路結(jié)構(gòu)框圖

2.2 系統(tǒng)電路結(jié)構(gòu)及硬件設(shè)計

系統(tǒng)電路結(jié)構(gòu)組成如圖2所示。

考慮到程序設(shè)計所占I/O點數(shù)(其中溫度模塊占用PLC的I/O 8點)再加適當余量的原則，選擇32點PLC；因輸出設(shè)置顯示電路，故選擇晶體管型，綜合考慮選用三菱FX2N-32MT。

溫度傳感器采用PT100型，溫度模塊采用FX2N-4AD-PT，系統(tǒng)溫度采集點為太陽能集熱器水溫T1、鍋爐水箱水溫T2、供熱水出水口水溫T3。

鍋爐水箱水位傳感器采用浮球式水位傳感器，其特點是價格低廉、結(jié)構(gòu)簡單、安裝接線方便、壽命長。鍋爐水箱內(nèi)水位采集點為補水水位P2檔、滿水水位P1檔。

溫度顯示電路包含1片BCD譯碼驅(qū)動CD4511、3位LED數(shù)碼顯示器及相應的上拉電阻，顯示太陽能集熱器、鍋爐水箱的溫度，三者采用按鈕切換顯示，溫度顯示范圍為0 ℃-99 ℃(兩位半顯示)，為節(jié)省輸出點數(shù)，顯示采用動態(tài)掃描技術(shù)。

外界自來水進水系統(tǒng)、太陽能集熱器與鍋爐水箱的水流循環(huán)系統(tǒng)、供用戶熱水系統(tǒng)中均含電磁閥及增壓泵(或循環(huán)泵)，由于PLC為晶體管型，PLC與電磁閥及增壓泵(或循環(huán)泵)間加接直流繼電器。

為使供熱水主管路空閑時無積水，主管路加入電接點式壓力表檢測熱水主管路壓力。

圖2 系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)框圖

2.3 系統(tǒng)程序設(shè)計

本系統(tǒng)包含溫度模塊控制程序、太陽能集熱器與鍋爐水流循環(huán)系統(tǒng)控制程序、鍋爐水溫過高或過低動作程序、特定時間限制程序、外界自動進水系統(tǒng)控制程序、供用戶熱水系統(tǒng)控制程序，溫度顯示程序等，限于篇幅，本文僅介紹A/D模塊控制程序、太陽能集熱器與鍋爐水箱的水流循環(huán)系統(tǒng)控制程序、鍋爐水箱溫度過高或過低動作程序的設(shè)計流程。

2.3.1 溫度模塊控制程序、太陽能集熱器與鍋爐水流循環(huán)系統(tǒng)控制程序設(shè)計 太陽能集熱器、鍋爐兩者水溫信號的采集由2只溫度傳感器PT100通過溫度模塊FX2N-4AD-PT完成。溫度模塊控制程序要完成溫度模塊判別、工作模式設(shè)置、溫度信息讀入、狀態(tài)信息設(shè)置等；溫度模塊定義為0模塊，BFM#9、BFM#10分別作為太陽能集熱器、鍋爐水箱的即時溫度數(shù)據(jù)[2]，溫度模塊編程核心指令為模塊量TO/FROM指令[3]；設(shè)置太陽能集熱器與鍋爐溫差比較及系統(tǒng)動作程序的目的是提高熱交換效果、節(jié)省能源，編程核心指令是CMP比較指令(或觸點比較指令)[3]，此部分控制過程圖如圖3所示。

2.3.2 鍋爐水箱水溫過高或過低動作程序設(shè)計 為防止鍋爐水箱水溫T2過高易燙傷人、水箱易結(jié)水垢等，設(shè)置當T2>70 ℃時太陽能集熱器與鍋爐水箱間水流循環(huán)系統(tǒng)停止運行；為避免用熱水高峰鍋爐水箱熱水溫度下降過快、以及連續(xù)陰雨天或過冷天氣水箱水溫上升緩慢，設(shè)置當T2<40 ℃、T1<40 ℃時系統(tǒng)延遲10分鐘后啟動報警，即可人工啟用鍋爐供熱水系統(tǒng)，以求能全天候供應熱水；上述程序的編程核心指令為CMP比較指令(或觸點比較指令)[3]；此部分主要控制過程圖如圖4。

3 結(jié)論

應用太陽能及PLC技術(shù)對傳統(tǒng)鍋爐供熱水系統(tǒng)進行升級改造，可以達到節(jié)能、環(huán)保、實用、改造成本低等目的。實踐證明，本系統(tǒng)具有硬件裝配接線便捷、編程調(diào)試方便、顯示直觀、抗干擾能力強等優(yōu)點，具有良好的經(jīng)濟和社會效益，值得推廣應用。

參考文獻：

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[2] 吳啟紅.變頻器、可編程控制器及觸摸屏綜合應用技術(shù)實操指導書[M].北京：機械工業(yè)出版社,2007:213-215.

[3] 張運剛.從入門到精通-三菱FX2N PLC技術(shù)與應用[M].人民郵電出版社,2007:119,123,265-268.