基于PLC的浴室控制系统
基于PLC的浴室控制系统[20200410140236]
摘要
本文研究的课题是基于PLC的浴室自动控制系统，主要实现了对浴室供水的压力控制，温度控制以及对浴室的供水循环的控制。
文章首先对浴室系统的加热装置水源热泵进行了简要介绍，然后主要介绍了系统的运行流程，硬件选择，程序设计以及调试部分。程序设计方面，介绍了温度控制部分、恒压供水部分以及供水循环部分。硬件方面，主要由PLC、人机界面、水泵机组组成，文章简要的说明了系统的硬件选择和使用。
*查看完整论文请 +Q: 3 5 1 9 1 6 0 7 2
关键字:浴室PLC人机界面温度控制压力控制供水循环
目 录
1 绪论 1
1.1 课题来源 1
1.2 课题研究背景及水源热泵的应用现状 1
1.3 课题研究的目的和意义 1
1.4 水源热泵原理 1
1.5 课题的设计要求 2
1.6 课题的设计方案 2
1.6.1 课题设计的工艺流程示意图 2
1.6.2 浴室控制系统的设计方案 3
1.7 设计完成的工作 3
2 系统的硬件设计及概述 4
2.1系统的硬件需求 4
2.2 硬件的设计 4
2.2.1 PLC简介 4
2.2.2 PLC的选型及I/O的确定 4
2.2.3 PLC的选取 5
2.2.4 PLC模拟量输入模块的选择 6
2.2.5 变频器选择 6
2.2.6 触摸屏选择 6
2.2.7 系统的硬件组成 7
2.2.8 系统硬件的安全保护措施 8
3 系统软件设计 10
3.1 浴室控制系统PLC程序设计总流程 10
3.2 温度控制部分 10
3.2.2 混水阀工作原理 10
3.3 恒压供水 13
3.3.1 PID控制 13
3.3.2 PID控制算法 14
3.3.3 PID算法在PLC中的实现 15
3.3.4 泵的切换 15
3.4 地下水泵的运行以及转换成清水循环泵的处理方法 18
3.5 温度以及压力数据的处理办法 20
3.6 触摸屏部分 20
4 程序的调试与安装 27
4.1调试之前的准备工作 27
4.2 系统调试 27
4.3 调试步骤 27
4.4 小结 28
结论 29
参考文献 30
致谢 31
附 录 32
1 绪论
1.1 课题来源
陆俊峰学长曾为某中等学校做过一项工程，是使用水源热泵作为供热设备，为学校浴室设计的自动控制系统。本课题是以该工程的设计要求为基础所设计的基于PLC的浴室控制系统。
1.2 课题研究背景及水源热泵的应用现状
我国是一个能源和资源的供给非常紧张的国家，随着现代工业的快速发展，能源、资源问题日益突出。供热更是消耗了大量的能量，因此采用比较节约能量的加热系统是解决能量消耗打这一问题的重要举措。浴室每天所用掉的热水都非常非常多，这是浴室不可避免的问题。针对目前加热高能耗问题，本课题使用了水源热泵，以地下水为热量来源，向学校澡堂提供洗浴热水，达到了节能与环保的目的，节约了大量的能源和资源。
20世纪中后期以来，在北欧各国、美国、日本等一些国家陆陆续续建立起了很多大型的城市水源热泵系统。水源热泵根据对水源的处理方法的不同，可以分为未处理的水源作为热源和处理后的水源作为热源两类。
1.3 课题研究的目的和意义
本文设计的是为学校浴室供水的自动控制系统，主要实现了对浴室供水的压力控制，温度控制以及对浴室的供水循环的控制。
此控制系统中采用了水源热泵对清水进行加热。控制系统中，水源来自地下水，水源热泵利用水作为热源，通过吸收水源的热量来加热浴室水箱中的清水。
由于浴室使用了水源热泵，以地下水为热量来源，达到了节能与环保的目的，节约了大量的能源和资源。同时，本次设计也是对我本人的一次很好的锻炼，锻炼了我的实践能力，让我学会了如何将在大学四年中所学到的专业知识很好地运用到实际工作当中去。
1.4 水源热泵原理
处于地球表面的浅层水源，比如说地下水，吸收了太阳光所带来的一定量的能量，这样的浅层水源的温度通常而言都比较稳定。而水源热泵的工作原理就是：输入少量的能量（比如电能等），使热能从低位转移到高位。也就是说将水源作为热泵供热的低位热源，通过水源热泵机组，从水源中“提取”其中的热能。
本课题中，用抽取的地下水通过热泵与清水换热，使清水获得热量，同时热泵内部还有类似于空调的压缩机，用于辅助加热。
1.5 课题的设计要求
经过系统的调研以及分析，结合学校浴室实际需求，本次研究的是基于PLC的浴室控制系统的设计，本课题利用水源热泵给浴室用水供热，主要需要设计的内容是：
（1）、控制大水箱按设定的时间上水以及停止。
（2）、控制地下水泵、热泵以及清水循环泵的运行从而控制浴室的供水循环。
（3）、控制浴室的供水温度。
（4）、控制浴室的供水压力。
（5）、控制水箱液位，防止溢出。
1.6 课题的设计方案
1.6.1 课题设计的工艺流程示意图
.
图1-1工艺流程示意图
1.6.2 浴室控制系统的设计方案
如以上示意图所示，首先由地下水泵抽取地下水通过水源热泵的压缩机提取热量与清水进行换热，将清水加热后进入水箱，水箱出水处用一个变频泵以及两个工频泵组成恒压供水系统用于恒压供水。出水时，热水经过混水阀与冷水混合得到温度适宜的热水，通过PLC控制混水阀开关的频率，来控制混合后水的温度。另外，通过PLC控制大水箱的定时上水以及地下水泵的启动和热泵清水循环。
（1）大水箱定时上水：根据设定的时间开始给大水箱上水。
（2）地下水泵的启动：控制地下水泵的开启，抽取地下水通过水源热泵与清水进行换热，给清水加热。
（3）热泵清水循环：当系统停止上水时，地下水泵将会立即停止，而此时设备中仍然存在着大量的水处于循环的中途，我们需要在地下水泵停止后启动清水循环泵使系统的水循环继续运行一段时间，将系统中剩余的水全都处理干净。
（4）浴室供水温度的设定：通过触摸屏设定供水温度，PLC通过比较温度传感器传来的水温和设定温度，选择混水阀的开关频率，来控制浴室的供水温度。
（5）恒压供水：由一个变频泵以及两个工频泵组成的水泵机组，用于控制浴室供水压力。
（6）液位控制：通过水位变送器获取水箱液位并通过防溢阀防止水箱溢出。
1.7 设计完成的工作
（1）根据设计的要求完成了对控制系统硬件的选择与使用。
（2）完成整个控制系统的程序设计。
（3）建立人机界面，使用触摸屏来控制系统的运行，监控系统运行时相关的数据。
（4）绘制电器原理图。
（5）对系统进行调试。
2 系统的硬件设计及概述
2.1系统的硬件需求
本课题所做的是基于PLC的于是控制系统，需要以PLC作为系统程序的载体以及控制器。同时由于系统主要研究了对浴室的供水压力以及供水温度的控制，这里就需要通过模拟量输入模块将供水温度、供水压力、水箱液位等模拟信号变换成数字量信号，传送到PLC的内存中。
摘要
本文研究的课题是基于PLC的浴室自动控制系统，主要实现了对浴室供水的压力控制，温度控制以及对浴室的供水循环的控制。
文章首先对浴室系统的加热装置水源热泵进行了简要介绍，然后主要介绍了系统的运行流程，硬件选择，程序设计以及调试部分。程序设计方面，介绍了温度控制部分、恒压供水部分以及供水循环部分。硬件方面，主要由PLC、人机界面、水泵机组组成，文章简要的说明了系统的硬件选择和使用。
*查看完整论文请 +Q: 3 5 1 9 1 6 0 7 2
关键字:浴室PLC人机界面温度控制压力控制供水循环
目 录
1 绪论 1
1.1 课题来源 1
1.2 课题研究背景及水源热泵的应用现状 1
1.3 课题研究的目的和意义 1
1.4 水源热泵原理 1
1.5 课题的设计要求 2
1.6 课题的设计方案 2
1.6.1 课题设计的工艺流程示意图 2
1.6.2 浴室控制系统的设计方案 3
1.7 设计完成的工作 3
2 系统的硬件设计及概述 4
2.1系统的硬件需求 4
2.2 硬件的设计 4
2.2.1 PLC简介 4
2.2.2 PLC的选型及I/O的确定 4
2.2.3 PLC的选取 5
2.2.4 PLC模拟量输入模块的选择 6
2.2.5 变频器选择 6
2.2.6 触摸屏选择 6
2.2.7 系统的硬件组成 7
2.2.8 系统硬件的安全保护措施 8
3 系统软件设计 10
3.1 浴室控制系统PLC程序设计总流程 10
3.2 温度控制部分 10
3.2.2 混水阀工作原理 10
3.3 恒压供水 13
3.3.1 PID控制 13
3.3.2 PID控制算法 14
3.3.3 PID算法在PLC中的实现 15
3.3.4 泵的切换 15
3.4 地下水泵的运行以及转换成清水循环泵的处理方法 18
3.5 温度以及压力数据的处理办法 20
3.6 触摸屏部分 20
4 程序的调试与安装 27
4.1调试之前的准备工作 27
4.2 系统调试 27
4.3 调试步骤 27
4.4 小结 28
结论 29
参考文献 30
致谢 31
附 录 32
1 绪论
1.1 课题来源
陆俊峰学长曾为某中等学校做过一项工程，是使用水源热泵作为供热设备，为学校浴室设计的自动控制系统。本课题是以该工程的设计要求为基础所设计的基于PLC的浴室控制系统。
1.2 课题研究背景及水源热泵的应用现状
我国是一个能源和资源的供给非常紧张的国家，随着现代工业的快速发展，能源、资源问题日益突出。供热更是消耗了大量的能量，因此采用比较节约能量的加热系统是解决能量消耗打这一问题的重要举措。浴室每天所用掉的热水都非常非常多，这是浴室不可避免的问题。针对目前加热高能耗问题，本课题使用了水源热泵，以地下水为热量来源，向学校澡堂提供洗浴热水，达到了节能与环保的目的，节约了大量的能源和资源。
20世纪中后期以来，在北欧各国、美国、日本等一些国家陆陆续续建立起了很多大型的城市水源热泵系统。水源热泵根据对水源的处理方法的不同，可以分为未处理的水源作为热源和处理后的水源作为热源两类。
1.3 课题研究的目的和意义
本文设计的是为学校浴室供水的自动控制系统，主要实现了对浴室供水的压力控制，温度控制以及对浴室的供水循环的控制。
此控制系统中采用了水源热泵对清水进行加热。控制系统中，水源来自地下水，水源热泵利用水作为热源，通过吸收水源的热量来加热浴室水箱中的清水。
由于浴室使用了水源热泵，以地下水为热量来源，达到了节能与环保的目的，节约了大量的能源和资源。同时，本次设计也是对我本人的一次很好的锻炼，锻炼了我的实践能力，让我学会了如何将在大学四年中所学到的专业知识很好地运用到实际工作当中去。
1.4 水源热泵原理
处于地球表面的浅层水源，比如说地下水，吸收了太阳光所带来的一定量的能量，这样的浅层水源的温度通常而言都比较稳定。而水源热泵的工作原理就是：输入少量的能量（比如电能等），使热能从低位转移到高位。也就是说将水源作为热泵供热的低位热源，通过水源热泵机组，从水源中“提取”其中的热能。
本课题中，用抽取的地下水通过热泵与清水换热，使清水获得热量，同时热泵内部还有类似于空调的压缩机，用于辅助加热。
1.5 课题的设计要求
经过系统的调研以及分析，结合学校浴室实际需求，本次研究的是基于PLC的浴室控制系统的设计，本课题利用水源热泵给浴室用水供热，主要需要设计的内容是：
（1）、控制大水箱按设定的时间上水以及停止。
（2）、控制地下水泵、热泵以及清水循环泵的运行从而控制浴室的供水循环。
（3）、控制浴室的供水温度。
（4）、控制浴室的供水压力。
（5）、控制水箱液位，防止溢出。
1.6 课题的设计方案
1.6.1 课题设计的工艺流程示意图
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图1-1工艺流程示意图
1.6.2 浴室控制系统的设计方案
如以上示意图所示，首先由地下水泵抽取地下水通过水源热泵的压缩机提取热量与清水进行换热，将清水加热后进入水箱，水箱出水处用一个变频泵以及两个工频泵组成恒压供水系统用于恒压供水。出水时，热水经过混水阀与冷水混合得到温度适宜的热水，通过PLC控制混水阀开关的频率，来控制混合后水的温度。另外，通过PLC控制大水箱的定时上水以及地下水泵的启动和热泵清水循环。
（1）大水箱定时上水：根据设定的时间开始给大水箱上水。
（2）地下水泵的启动：控制地下水泵的开启，抽取地下水通过水源热泵与清水进行换热，给清水加热。
（3）热泵清水循环：当系统停止上水时，地下水泵将会立即停止，而此时设备中仍然存在着大量的水处于循环的中途，我们需要在地下水泵停止后启动清水循环泵使系统的水循环继续运行一段时间，将系统中剩余的水全都处理干净。
（4）浴室供水温度的设定：通过触摸屏设定供水温度，PLC通过比较温度传感器传来的水温和设定温度，选择混水阀的开关频率，来控制浴室的供水温度。
（5）恒压供水：由一个变频泵以及两个工频泵组成的水泵机组，用于控制浴室供水压力。
（6）液位控制：通过水位变送器获取水箱液位并通过防溢阀防止水箱溢出。
1.7 设计完成的工作
（1）根据设计的要求完成了对控制系统硬件的选择与使用。
（2）完成整个控制系统的程序设计。
（3）建立人机界面，使用触摸屏来控制系统的运行，监控系统运行时相关的数据。
（4）绘制电器原理图。
（5）对系统进行调试。
2 系统的硬件设计及概述
2.1系统的硬件需求
本课题所做的是基于PLC的于是控制系统，需要以PLC作为系统程序的载体以及控制器。同时由于系统主要研究了对浴室的供水压力以及供水温度的控制，这里就需要通过模拟量输入模块将供水温度、供水压力、水箱液位等模拟信号变换成数字量信号，传送到PLC的内存中。
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