家用太阳能热水器自动上水控制系统设计
摘 要本课题研究的是可编程控制器（PLC）在家用太阳能热水器自动上水控制系统中的应用。其中最主要的内容是系统的硬件构成及系统软件的设计过程。为了满足系统的控制要求，经过研究确定出了所要选用的元器件有温度传感器、液位传感器、电磁阀、PLC、扩展模块及触摸屏，并对这些元器件进行了选型，绘制出了控制系统的接线原理图，PLC的端口分布及元器件清单；根据系统设计要求绘制了系统的控制流程图以及控制的梯形图。通过用PLC对太阳能热水器自动上水控制系统设计，使得用户使用太阳能能更加省心，方便。
目 录
第一章 绪论 1
1.1 课题设计的背景 1
1.2课题设计的目的、意义 1
1.3国内外现状 2
第二章 系统方案设计 3
2.1 系统的设计的要求 3
2.2检测模块方案设计 3
2.3 自动上水控制模块方案设计 3
2.4 报警检测模块方案设计 3
2.5 控制系统方案设计 4
2.6 温度和水位的显示模块方案设计 4
2.7人机界面的显示和输入方案的设计 4
第三章 系统的硬件设计 6
3.1 总体设计 6
3.2传感器的选用 6
3.2.1 温度传感器的选用依据 6
3.2.2 温度传感器的选用 7
3.2.3 液位传感器的选用依据 7
3.2.4 液位传感器的选用 8
3.3电磁阀的选用 9
3.3.1电磁阀的选用依据 9
3.3.2 电磁阀的选型 9
3.4 其他元件的选型 10
3.4.1按钮开关的选型 10
3.4.2 转换开关的选型 10
3.4.3 开关电源 11
3.4.4指示灯的选型 11
3.4.5报警蜂鸣器的选择 12
3.5 PLC和扩展模块的选用 13
3.5.1 PLC的选用依据 13
3.5.2扩展模块的选用依据 13
3.5.3PLC的选型 13
3.5.4扩展模块的选型 16
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3.6 PLC和扩展模块的端口分布 16
3.7 PLC和扩展模块的系统接线原理图 18
3.8 系统原理总图的元器件目录表 19
第四章 系统的软件设计 20
4.1. 编程软件 20
4.2系统的控制流程图 21
4.3设计PLC控制原理（梯形图程序） 22
第五章 触摸屏的选用及画面编辑 27
5.1 触摸屏的选用依据 27
5.2 触摸屏的硬件与软件选用 27
5.3 触摸屏设计界面 27
结束语 32
参考文献 33
附录 34
附录1.接线原理图 34
附录2.元器件目录表 35
附录3.电气接线图 36
附录4.系统控制流程图 37
附录5.PLC梯形图 38
附录6.元器件布置图 46
致谢 48
第一章 绪论
1.1 课题设计的背景
在科学技术日益发展的今天，自动控制技术的快速发展已经在科学研究、现实生活应用、环保事业等领域都得到了普遍的应用。
随着太阳能热水器的推广与普及的同时，也就随自出现了关于太阳能热水器方面的一些问题。比如说家庭用的太阳能热水器大多数都是安装在房屋的屋顶上的，所以水箱里是否有水，人们不容易观察；此外家庭用太阳能热水器在使用过程中，由于上水时间比较长，会出现水箱一直在进水，等到水已经上满的时候，而人在太阳能上水期间去做别的事情或者忘记关闭上水阀，从而导致大量自来水外溢而浪费，如果使用自动上水控制装置来控制太阳能上水的话，就能够很好的解决这个问题，从而既节省了水资源和费用又给广大的用户的使用带来很多的方便。
1.2课题设计的目的、意义
在当今世界，随着科学技术的不断发展，越来越多的问题出现了，而能源紧缺成为了一个很严重的问题，因此就要开发新能源，所以人们想到了利用和开发太阳能，因为太阳能是取之不尽，用之不竭的。随着太阳能的不断开发，在市场上出现了一些利用太阳能做出的一些产品并得到了普遍推广，除了可以在家庭用之外，还可用在采暖、干燥、农业种植、水产品的养殖等其他领域。?
对于电子技术的快速发展，由于电气控制系统还不够完善，为了解决这一些问题，人们必须利用新的技术对原来的电气控制系统进行完善并解决它所出现的一系列问题，从而来提高可靠性。使得人们能够方便的使用。现如今，为了满足生产要求，市场上出现的绝大多数的太阳能热水器的控制系统都是利用的中间继电器和时间继电器控制的，这样就会出现一系列问题，比如说电路设计比较复杂，时不时就会发生故障，这样人们的使用就不会方便。
1.3国内外现状
由于中国在太阳能热水器方面的不断地发展，从而使得我国现阶段已经是太阳能热水器最大的生产国了，但是不足之处是还需要进行更加深入的探讨与研究在太阳能热水器的控制器的方面。然而在最近的几年里，有少部分的控制器慢慢地出现在了市场上及其他地方。但它们普遍都有着或这或那的问题存在，比如说性能不稳定，操作容易失误；温度和水位的检测误差大；从而影响了用户的正常的使用[1]，更严重的是会影响到太阳能热水器的销售，因此我国要在太阳能热水器的控制系统方面，引起高度的重视，加大对这个方面的投入资金，从而使控制器方面能够性能更加稳定，使用起来更加方便。
第二次世界大战后，由于人们把注意力渐渐的转移到经济发展方面。从而出现了一些小小的研究成果，所以像一些比较简单的平板式太阳能集热器渐渐的出现在市场上。到20 世界70年代，随着世界能源危机的日益加重，使得人们对新能源的开发越来越重视并且做出了研究，最终发现太阳能的利用与开发十分有价值。到了上世纪70年代末，太阳能热水器的开发利用在一些国家已经得到了很大的发展。例如：在1975 年那一年里，有一家美国的公司经过积极的研究与开发，最终全玻璃真空管太阳集热器的太阳能就出现了，并渐渐在市场上销售了。由于当时的技术还不是很发达，太阳能上的集热管暴露在阳光下，经过阳光的沐浴，经研究发现，这种集热管不能完全把太阳光转换为热量，而吸收太阳光的的吸收率只有83%，但由于这种太阳能热水器是采用的非常高真空技术，使集热器的吸收太阳光的吸收率是简单的太阳能热水器的两倍，因此在市场上销售的非常好，使得这方面有了更大的进步。然后，在接下来的十几年里，全玻璃真空管太阳热水器进行了改进，从而使它的性能有很大的提高以及使制造这种太阳能热水器的成本大大的降低，从而在世界上获得了快速的发展。[2]
目 录
第一章 绪论 1
1.1 课题设计的背景 1
1.2课题设计的目的、意义 1
1.3国内外现状 2
第二章 系统方案设计 3
2.1 系统的设计的要求 3
2.2检测模块方案设计 3
2.3 自动上水控制模块方案设计 3
2.4 报警检测模块方案设计 3
2.5 控制系统方案设计 4
2.6 温度和水位的显示模块方案设计 4
2.7人机界面的显示和输入方案的设计 4
第三章 系统的硬件设计 6
3.1 总体设计 6
3.2传感器的选用 6
3.2.1 温度传感器的选用依据 6
3.2.2 温度传感器的选用 7
3.2.3 液位传感器的选用依据 7
3.2.4 液位传感器的选用 8
3.3电磁阀的选用 9
3.3.1电磁阀的选用依据 9
3.3.2 电磁阀的选型 9
3.4 其他元件的选型 10
3.4.1按钮开关的选型 10
3.4.2 转换开关的选型 10
3.4.3 开关电源 11
3.4.4指示灯的选型 11
3.4.5报警蜂鸣器的选择 12
3.5 PLC和扩展模块的选用 13
3.5.1 PLC的选用依据 13
3.5.2扩展模块的选用依据 13
3.5.3PLC的选型 13
3.5.4扩展模块的选型 16
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3.6 PLC和扩展模块的端口分布 16
3.7 PLC和扩展模块的系统接线原理图 18
3.8 系统原理总图的元器件目录表 19
第四章 系统的软件设计 20
4.1. 编程软件 20
4.2系统的控制流程图 21
4.3设计PLC控制原理（梯形图程序） 22
第五章 触摸屏的选用及画面编辑 27
5.1 触摸屏的选用依据 27
5.2 触摸屏的硬件与软件选用 27
5.3 触摸屏设计界面 27
结束语 32
参考文献 33
附录 34
附录1.接线原理图 34
附录2.元器件目录表 35
附录3.电气接线图 36
附录4.系统控制流程图 37
附录5.PLC梯形图 38
附录6.元器件布置图 46
致谢 48
第一章 绪论
1.1 课题设计的背景
在科学技术日益发展的今天，自动控制技术的快速发展已经在科学研究、现实生活应用、环保事业等领域都得到了普遍的应用。
随着太阳能热水器的推广与普及的同时，也就随自出现了关于太阳能热水器方面的一些问题。比如说家庭用的太阳能热水器大多数都是安装在房屋的屋顶上的，所以水箱里是否有水，人们不容易观察；此外家庭用太阳能热水器在使用过程中，由于上水时间比较长，会出现水箱一直在进水，等到水已经上满的时候，而人在太阳能上水期间去做别的事情或者忘记关闭上水阀，从而导致大量自来水外溢而浪费，如果使用自动上水控制装置来控制太阳能上水的话，就能够很好的解决这个问题，从而既节省了水资源和费用又给广大的用户的使用带来很多的方便。
1.2课题设计的目的、意义
在当今世界，随着科学技术的不断发展，越来越多的问题出现了，而能源紧缺成为了一个很严重的问题，因此就要开发新能源，所以人们想到了利用和开发太阳能，因为太阳能是取之不尽，用之不竭的。随着太阳能的不断开发，在市场上出现了一些利用太阳能做出的一些产品并得到了普遍推广，除了可以在家庭用之外，还可用在采暖、干燥、农业种植、水产品的养殖等其他领域。?
对于电子技术的快速发展，由于电气控制系统还不够完善，为了解决这一些问题，人们必须利用新的技术对原来的电气控制系统进行完善并解决它所出现的一系列问题，从而来提高可靠性。使得人们能够方便的使用。现如今，为了满足生产要求，市场上出现的绝大多数的太阳能热水器的控制系统都是利用的中间继电器和时间继电器控制的，这样就会出现一系列问题，比如说电路设计比较复杂，时不时就会发生故障，这样人们的使用就不会方便。
1.3国内外现状
由于中国在太阳能热水器方面的不断地发展，从而使得我国现阶段已经是太阳能热水器最大的生产国了，但是不足之处是还需要进行更加深入的探讨与研究在太阳能热水器的控制器的方面。然而在最近的几年里，有少部分的控制器慢慢地出现在了市场上及其他地方。但它们普遍都有着或这或那的问题存在，比如说性能不稳定，操作容易失误；温度和水位的检测误差大；从而影响了用户的正常的使用[1]，更严重的是会影响到太阳能热水器的销售，因此我国要在太阳能热水器的控制系统方面，引起高度的重视，加大对这个方面的投入资金，从而使控制器方面能够性能更加稳定，使用起来更加方便。
第二次世界大战后，由于人们把注意力渐渐的转移到经济发展方面。从而出现了一些小小的研究成果，所以像一些比较简单的平板式太阳能集热器渐渐的出现在市场上。到20 世界70年代，随着世界能源危机的日益加重，使得人们对新能源的开发越来越重视并且做出了研究，最终发现太阳能的利用与开发十分有价值。到了上世纪70年代末，太阳能热水器的开发利用在一些国家已经得到了很大的发展。例如：在1975 年那一年里，有一家美国的公司经过积极的研究与开发，最终全玻璃真空管太阳集热器的太阳能就出现了，并渐渐在市场上销售了。由于当时的技术还不是很发达，太阳能上的集热管暴露在阳光下，经过阳光的沐浴，经研究发现，这种集热管不能完全把太阳光转换为热量，而吸收太阳光的的吸收率只有83%，但由于这种太阳能热水器是采用的非常高真空技术，使集热器的吸收太阳光的吸收率是简单的太阳能热水器的两倍，因此在市场上销售的非常好，使得这方面有了更大的进步。然后，在接下来的十几年里，全玻璃真空管太阳热水器进行了改进，从而使它的性能有很大的提高以及使制造这种太阳能热水器的成本大大的降低，从而在世界上获得了快速的发展。[2]
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