太阳能锅炉温差循环节能控制系统程序设计

李子剑

【摘要】本文选用电锅炉辅助热水系统，采用定温上水与温差循环的节能运行方式，利用PLC实现太阳能锅炉热水温度控制系统的智能自动控制。

【关键词】太阳能锅炉 智能化 温差循环 节能

一、方案设计思路

本设计采用的PLC是西门子S7-200的CPU226型号，采用了5个指示灯来显示系统的运行状态和报警显示，分别是运行灯HL1，停止灯HL2，水位上限报警灯HL3，水位下限报警灯HL4和防冻报警灯HL5；并且用三个PT-1OO温度传感器用来检测集热器出口温度T1、保温桶温度T2和锅炉温度T3。一个浮球液位传感器来检测保温桶的水位。传感器检测信号为4-20mA的模拟信号，经过EM231模拟量输入模块处理后输入PLC对系统进行控制。通过若干电磁阀、水泵和报警器对系统进行控制。

二、设计程序流程图

1）主程序流程图。主程序流程图如图l所示。

2）系统程序执行的说明与解释

主程序为系统程序的总体构架，当PLC为RUN状态下时，程序开始，10.O和10.1分别控制系统的启动与停止，而Q0.4和Q0-5分别对应系统的启动指示灯与停止指示灯，启动后调用数据采集处理子程序，对由EM231模块采集到的信号进行处理运算，得出相应的温度值与液位百分值，为程序控制做准备，10.2选择系统的手/自动状态，10.2接通则为手动状态，则主程序自动调用手动子程序，系统进入手动状态，当I0.2关断时，则系统不调用手动子程序，自动进入自动状态，执行自动状态的下一程序环节，分别调用定温上水子程序、温差循环子程序、和锅炉辅助子程序，执行完子程序的调用后，进入水位保护环节，保温桶的水位值经过数据采集处理子程序的运算后存放在VW70中，当VW70中的值小于下限水位10%时，延时10秒后太阳能供热水阀断开，以之对应的Q1.2置0关断，直到VW70中的值恢复到特定水位50%且温度值在正常范围时，太阳能系统恢复供水，Q1.2重新置l接通，最后进入防冻保护环节，VW20中存放着集热器的温度值，当VW20中的值小于防冻临界值4℃时，延时5秒后，开启防冻排水泵，与之对应的Q0.3接通，温度上升后关闭，接着调用报警子程序后主程序结束返回。

10.3控制系统的集热器上水阀Q0.O、10.7控制防冻排水泵Q0.3、10.4控制温差循环阀QO.1和循环泵Q0.2、10.5控制锅炉电加热器Q1.1、I1.O控制太阻能供水阀Q1.2、I1.1控制锅炉供水阀Q1.3。最后调用报警子程序后结束返回。

报警子程序分为保温桶水位上限报警、水位下限报警和集热器防冻报警。当VW70中的水位值高于.E限水位85%时，延时10秒后水位上线报警启动；当VW70中的水位值低于下限水位警戒值15%时，延时10秒后水位下限报警启动；当VW20中存放的集热器温度值小于防冻警戒值6℃时，延时10秒后防冻报警启动。当报警启动后，相应的报警灯和公用的报警器就启动，反之则停止。

当VW20中存放的集热器温度值大于50℃时，延时10秒后上水电磁阀QO.O启动，直到VW20的值小于40℃时，延时10秒后上水电磁阀QO.O关闭。不断重复。

VW80中存放着集热器与保温桶的温差值，当VW80中的温差值大于8℃时，延时5秒后启动温差循环，QO.l和Q0.2置1开通；当VW80中的温差值小于2℃时，延时10秒后温差循环停止，QO.1和Q0.2置0关断，结束返回。

数据采集处理程序负责把温度传感器送人EM231模拟量输入模块经过模数转换后的数字量（6400-32000）进行处理运算，运算后得出集热器出口水温值T1、保温桶水温值、锅炉水温值、保温桶水位值和温差值，其中温度值的单位为℃，水位的单位为%，具体转换过程在梯形图中按照主程序处理原则进行计算。

主程序的水位保护和防冻保护部分；定温上水子程序、温差循环子程序、锅炉辅助子程序和报警子程序都是带有定时器的延时程序，其中主程序的防冻保护部分和温差循环子程序中的是5秒延时，当太阳能集热器温度低于防冻临界值，也就是4℃的时候，防冻动作延时启动，延时5秒后防冻排水泵才开启，在延时时间段内如果温度恢复，又高于防冻临界值，则防冻动作取消，防冻排水泵不启动，等待下一个动作信号的来临再次延时，直到延时到达后温度还不恢复防冻排水泵才启动；温差循环也是如此，当温差达到8℃以上时，延时Ss后才启动温差循环，延时时段内温差不再高于8C则取消温差循环当温差2℃以内时，延时5秒后温差循环停止，延时时段内温差又高于2℃以上，温差循环则不停止；定温上水子程序中，当温度高于50℃时，延时1OS后启动开启上水电磁阀，向太阳能集热器供冷水，在延时时段内温度降低到50℃一下，延时停止，则上水电磁阀不启动，其他各子程序也如此延时动作，防止个动作在动作值附近频繁动作，提高系统稳定性。

本设计的程序设计还需要做出一些说明，在符号表窗口中将本设计程序所需要的各符号各自定义说明后，进入程序编写窗口进行梯形图的绘制。首先，使PLC在RUN状态，则系统程序开始，STOP状态则系统不开始，下一步为系统的启动与停止，在系统初始化后进入数据采集处理程序，数据采集处理程序的具体方法已在前面做出详细的介绍，下面介绍其编程方法。在符号表窗口中将本设计程序所需要的各符号各自定义说明后，进入程序编写窗口进行梯形图的绘制。进入数据采采集处理环节，由PT1OO温度传感器和浮球液位传感器采集到的反应各单位温度和保温桶水位的（4-20mA）模拟量经过EM231模拟量输入模块处理后转化为6400-32000的数字量，存放在AIWO、AIW2、AIW4和AIW6中，按照前面所介绍的方法和公式进行计算。首先运用整数减法指令SUB_I把（AIWO-6400）、（AIW2-6400）、（AIW4-6400）和（AIW6-6400）的计算结果分别存放在VWIO、VW30、VW50和VW72中，再运用整数除法指令DIV_I把VWIO÷256、VW30÷256、VW50÷256和VW72÷256的计算结果分别存放于VW20、VW40、VW60和VW70中，最后再运用整数减法指令SUBj把VW20-VW40的计算结果存放于VW80中，这样，VW20、VW40、VW60、VW70、VW80中存放的数分别是集热器温度值T1、保温桶温度值T2、锅炉温度值T3、保温桶水位百分值H和温差值△T。

数据处理完成后，进入手自动选择环节，接通手动开关后，调用手动子程序，进入手动操作系统，一系列相应的手动操作梯形图绘制完成后返回。若手动开关关闭，则不调用手动子程序，自动进入自动操作系统，按照流程图中的步骤和设定参数与动作条件调用各子程序和与各执行动作相应的梯形图后，主程序结束返回。各个子程序也按各自的流程图和动作条件与设定参数完成绘制后返回。编译无错误后保存，就完成了程序梯形图的绘制。在梯形图的绘制过程中，严格按照西门子S7-200的编程手册和相关书籍资料中所规定的绘制原则、规则、规定与方法进行，使编程错误尽量的少，认真仔细，尽量保证程序的正确性、合理性和完善性，方便我们的程序调试与修改，提高效率和正确率。