基于PLC的太陽能供水系統設計

摘 要：針對醫院等人員密集場所熱水供應能耗高的問題，提出一種基于PLC的太陽能供水系統。采用高性能的西門子S7-200 Smart控制器和觸摸屏為主控元件，設計了系統框架、硬件電路和軟件系統。所設計太陽能供水系統具有較好的可靠性、實用性和經濟性的特點，為太陽能熱水器的控制提供了思路。

關鍵詞：太陽能;供水系統;S7-200 smart

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.04.144

0 引言

隨著各國經濟的高速發展和能源的高度消耗，清潔能源的有效利用是解決各國可持續發展的戰略的途徑之一。目前常見的清潔能源包括太陽能、風能、地熱能、潮汐等，其中太陽能是目前應用較為廣泛與普遍的清潔能源，尤其是近年來實用型單晶硅電池和選擇性太陽吸收涂層的研制成功[1]，更進一步推動了太陽能的商業應用。在醫院、高校及酒店等人員集中的場合，熱水的集中供應和降低能耗是需要解決的主要問題之一[2-3]。因此，太陽能熱水供應系統的應用對降低醫院、高校等場所的能源消耗和促進社會持續發展具有重要意義。

1 系統工作原理

熱水供應系統是由電控系統控制太陽能集熱陣列追逐太陽以便不斷收集太陽能熱量，由循環控制系統的水泵將加熱后的熱水存儲到熱水箱，并把冷水加壓輸送到集熱陣列進行加熱，往復循環，另外需要提供操作界面對加熱溫度、用水量等參數進行設置與顯示。因此，系統由控制系統、水循環系統、人機交互系統、加熱系統以及輔助裝置等組成，其系統框圖如圖1所示。

2 系統結構

熱水供應系統采用西門子s7-200 Smart系列PLC，該PLC集成度高、功能強大，能滿足多數工業需求。根據系統需求，PLC采集需要采集的傳感器包含溫度傳感器、液位傳感器、光電傳感器等，控制的電機包括熱水泵電機、冷水泵電機及補水泵電機以及追蹤系統電機，通信模塊提供與顯示屏之間的信息交互，采用RS232通信協議，I/O主要解決按鈕、繼電器等開關量信號的讀取，通過互感器獲得電機的電流大小以實現過載保護，硬件系統框圖如圖2所示。

3 PLC程序與人機交互界面

3.1 PLC程序設計

采用模塊化設計思路，按照功能將程序分為主程序、太陽能自動追蹤程序、循環水控制程序、狀態參數監控程序、電機故障診斷程序以及人機交互程序。主程序采用循環掃描的方式對各個狀態參數進行掃描并根據要求調用相應子程序，各個子程序完成相應功能的實現，如循環水控制包括先讀取溫度傳感器和液位傳感器數據，根據溫度打開相應的電機，實現冷熱水的循環控制。

3.2 人機交互界面設計

系統集成了觸摸式顯示屏，采用組態軟件設計了良好人機交互界面，系統框圖如圖3所示。選擇界面是系統主界面，供用戶進行功能選擇和數據綜合管理、追蹤系統主要設置太陽能熱水器對太陽光的追蹤;設定界面完成溫度、液位及報警信息設置;報警界面完成參數超限時報警，提示操作人員及時處理;通信界面設定PLC和顯示屏的通信參數;實時界面顯示冷熱水溫度、水箱液位等信息;控制界面主要完成水的循環控制，包括冷水、熱水及補水箱的控制。

4 結語

本文設計了一種適用于醫院等人員較為集中的熱水供應系統，采用PLC實現太陽能自動追蹤、冷熱循環水的控制及故障報警等，并利用組態軟件設計了良好和形象的人機交互界面，提高系統可靠性和實用性，為解決高校、醫院等人員密集場所熱水供應提供了方法和思路，對推廣新能源和節能減排具有重要意義。

參考文獻：

[1]耿立明，劉漫洲，劉雨剛等.基于PLC的太陽能熱水器的自控制系統[J].電氣傳動，2006，48（11）：54-56.

[2]袁佳麗.某醫院太陽能熱水改造工程方案分析[J].四川水泥，2018（12）：109.

[3]黃繼軍.可編程邏輯控制器在熱水工程中的應用[J].建材與裝飾，2018（37）：294-295.

作者簡介：白雪（1985-），男，山西呂梁人，本科，工程師，從事電氣設備管理方面工作。