基于PLC和变频器的太阳能热水器控制系统设计
使用这种水洗澡会引发皮肤病。
太阳能热水器投入使用后，要经常使用，建议每天最好使用4至5次，间隔时间在4小时以内，这是因为：一、长时间地用水，对楼层较低的用户来说，所用到的水实际上是管道中的低温水（太阳能热水器里面的水停留在管道中降温后形成）；尤其在北方冬季，外界气温低，有时达到－25℃以下，上下水管路内的水凉地很快，若是六层楼，一楼用户每次需放掉一脸盆冷水，特别浪费，如果频繁使用就好一些；二、能有效防冻，让上下水管路始终有热源，加上保温层，可有效防冻。在北方冬季，不少人还采用室内稍微打开热水器阀门，往下滴水的办法来防冻。
当冬季时，日照强度低，日照时间短，且环境温度低，有可能当天上水当天达不到预计温度，此时可适当控制水箱内水量，或在必要时启动电辅助系统，或燃气辅助系统。热水器里的热水不需要放掉，因为水箱中的水是由热容的，也就是说太阳能水箱中的水是有一定热量的，水量越大，热容越大，越能延缓结冰的速度。如果把水放了，真空管中的水是放不出来的，热容变小了，容易结冰。
使用太阳能热水器时，还应注意热水合适上满与最佳上水时间，一般太阳能热水器安有溢流管，可根据溢流管是否排水判断水满状态，另外可以配备水位控制仪，水满自动报警，根据报警判别。真空管内无水时，即空晒状态下，管内温度能达到250℃左右，此时上水造成真空管爆裂，故在水箱内无水或第一次上水时必须在日出前或太阳落山半小时后进行。
使用太阳能热水器要注意使用安全：一是防止使用者烫伤，全国近两年来已有数例被烫伤的病例，被烫伤者往往认为太阳能产生的热水温度不会太高，实际上在夏天太阳能热水器中的水温往往达到80℃以上，使用者不注意往往被烫伤，在刚放水洗澡时要注意到起先放出的是水管中储存的部分凉水，一旦太阳能热水器中的水流到，温度会忽然上升到80℃以上，造成烫伤；二是要把热水器紧固以防台风将其从房项吹落，造成伤害。除此之外，使用太阳能热水器还应注意以下事项：
1、注意上水时间。
2、根据天气情况，决定上水量，保证洗浴时适当的水温。 3、定期检查热水器的管道，排气孔等元件是否正常工作。 4、大气污染严重或风沙大、干燥地区定期冲洗真空管。
5、热水器安装后，非专业人员不要轻易挪动、装卸整机，以免损坏关键元件。
2.2 工艺示意图
太阳能热水器一般主要由太阳能集热箱，集热器，混合水箱等几部分组成。其工艺流程图如图1所示，图1中当光辐射探测器检测到有阳光射入时，将相应电信号（0~20mA）输入PLC控制器，控制器输出信号启动循环泵实现循环，实现了对自来水的循环加热，同时，自来水与被加热的水还将流入混合水箱，使之达到合适的洗浴
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温度，最后传给用户使用。
当温度较低且无光照时，此系统还具备防冻控制。无光照时，集热器中设置有温度传感器，当温度小于4度时，将相应电信号（0~20mA）输入PLC控制器，循环泵启动，当温度大于8℃时，防冻循环停止。在太阳能集热相中，当水位低于设定水位时，集热箱中水位传感器检测到的电信号（0~20mA）输入PLC控制器，控制器输出信号启动补水泵补水。集热器管道中设有靶流开关，当管道中无水流时，靶流开关将信号送入PLC控制器并报警。供水管中设有压力传感器检测供水管网压力，当管网压力不合适时，通过变频器控制管网压力实现定压控制。混合水箱达不到设定温度时，管网末端的温度传感器将电信号传入PLC，通过PLC控制自动启动锅炉，加热到合适温度时停止加热。
光辐射探测器温度传感器(防冻)集 热 器PLC控制器水流开关PLC控制器温度传感器水位传感器自来水补水泵水流开关变频器混合水箱温度传感器(温度低启动锅炉)管网压力测定用户太阳能集热水箱
图1 太阳能热水器工艺结构示意图
2.3 工艺流程图
通过理解太阳能热水器工艺结构示意图，我们不难完成此热水器的流程图，流程图如下：
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开始 自来水进入太阳能集热水箱 否 是否有阳光摄入 是 否 集热管是否有水流 报警器报警 是 循环泵启动 集热器加热 冷热水进入混合水箱 用户 热水器上电后，自来水进入太阳能集热箱，此时光辐射探测器检测是否有光摄入，若有足够光强摄入，PLC控制器将检测集热管是否有水流，如果没有水流，则报警器
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报警。如果有水流，则循环泵启动，集热器开始加热，集热完毕后，将加热的热水与冷水一同进入混合水箱以提供合适的水温进行洗浴，最后，热水器将温水传送给用户使用。
2.4 太阳能热水器组成、原理和工作过程
1、热水器组成及原理
太阳能热水器是太阳能成果应用中的一大产业，它以环保、安全、节能、卫生等优点，迅速赢得了广大消费者的青睐，中国，是一个能源消耗大国，每年全国能耗约占全世界能耗总量的1∕3，而全国总能耗中，有1∕3是来自建筑能耗。“向屋顶要能源”，太阳能热水器就是吸收太阳的辐射热能，加热冷水提供给人们在生活、生产中使用的节能设备。
热水器主要由集热器、水泵和水箱等组成。下图为典型的热水器装置简图。图中集热器1按最佳倾角放置，下降水管2的一端与循环水箱3的下部相连，另一端与集热器1的下集管接通。上升水管5与循环水箱3的上部相连，另一端与集热器1的上集管相接。补给水箱4供给循环水箱3所需的冷水。当集热器吸收太阳辐射后，集热器内温度上升，水温也随之升高。水温升高后，水的比重减轻，经上升水管进入循环水箱上部。而循环水箱下部的冷水，比重较大，就由水箱下部流到集热器下方，在集热器内受热后又上升。这样不断对流循环，水温逐渐提高，直到集热器吸收的热量与散失的热量相平衡时，水温不再升高。这种热水器利用循环加热的原理，因此又称为循环式热水器。
热水器装置简图
1一集热器 2一下降水管 3一循环水管
4一补给水箱 5一上升水管 6一自来水管 7一热水出水管
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6541723图2-3热水器装置简图
2、热水器的基本工作过程
1） 吸热过程。太阳辐射透过玻璃盖板，被集热板吸收后沿肋片和管壁传递到吸热管内的水。吸热管内的水吸热后温度升高，比重减小而上升，形成一个向上的动力，构成一个热虹吸系统。随着热水的不断上移并储存在储水箱上部，同时通过下循环管不断补充温度较低的水，如此循环往复，最终整箱水都升高至一定的温度。
2） 水循环管路。家用太阳能热水器通常按自然循环方式工作，没有外在的动力，设计良好的系统只要有5℃~6℃以上的温差就可以循环很好。水循环管路、管径及管路分布的合理性直接影响到集热器的热交换效率。 多数情况下，自然循环家用热水器系统管路中的流态都可以视为层流。 集热器内管路系统的阻力主要来自沿程阻力，局部阻力的影响要小得多，其中支管的沿程阻力又比主管要大得多。当水温升高后，由于运动粘度减小，沿程阻力变小，局部阻力的影响变大。在一定范围内，当主管管径不变时，加大支管管径，不仅沿程阻力迅速减小，而且局部阻力也将跟着减小。一般地，支管的半径应在10mm以上。当主管管径达到一定值以后，增加主管管径对减小系统阻力意义不大。
2.5 系统的要求
太阳能热水器的电路控制非常重要，好的智能控制仪表应该具备以下功能： 1、太阳能集热循环控制
白天太阳能循环泵不间断连续运行，夏季夜晚停泵，冬季温控循环防冻。 2、光辐射探测及循环水泵的控制
当光辐射探测器探测到太阳光时，将相应电信号（0~20mA）输入PLC控制器，控制器输出信号启动循环泵实现循环，同时在管道上探测水流，当无水时将信号送入
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