论文总字数：26357字

摘 要

随着人们生活水平日益提高，人们对家庭生活中的舒适要求也越来越高。热水器已经走进千家万户。本文结合热水器的实际应用，重点研究了系统的硬件组成和软件设计的过程，并根据精确控制的需要设计了基于PLC热水器的控制器。并结合传感器、PLC和一些特殊功能模块的特点和应用，提出本设计要实现的功能。完成对硬件设备的选型，搭建了控制器的硬件电路。软件设计部分按控制的要求画出程序流程图，进行PLC的选型和系统I/0分配。根据要求绘制出了系统电气原理图和接线图。并考虑系统维护的方便性和可扩展性。本设计的最大特点就是能实现对洗浴温度的精确控制。

关键字：电热水器 PLC 控制系统

Design of PLC automatic control system based on water heater

Abstract

With the rapid development of people's living standard, an increasingly number of people higher demands on family life in the comfortable. Electric water heaters have walked into people's homes. In this paper, the practical application of the water heater focuses on the process of the system's hardware and software design, and according to the need precise control is designed based on PLC water heater controller. Combined with the characteristics and application sensors, PLC and some special function modules, designed to achieve the proposed functions. Complete selection of hardware devices, built controller hardware circuit. Software design draw by program flow control requirements, conduct PLC selection and system I / 0 allocations. Draw out of the electrical schematics and writing diagrams according to the requirements. And take the ease of system maintenance and scalability into consideration. The most important feature of this design is to achieve precise control of the temperature of the bath.

Keywords：Electric water heater ; PLC ; Control system

目 录

摘要 I

Abstract I

第一章 引言 1

1.1选题的目的和意义 1

1.2国内外研究现状 2

1.3热水器市场分析 3

1.4本设计特点及主要内容 4

1.5 本章小结 5

第二章 热水器的组成及工作原理 6

2.1热水器的基本结构 6

2.2热水器的工作原理 7

2.3热水器类型选择 8

2.4本设计要实现的功能 8

2.5本章小结 9

第三章 热水器硬件的选型及设计 10

3.1可编程控制器（PLC）的发展及简介 10

3.2 PLC的特点 13

3.3硬件设备的选型 14

3.3.1 PLC的选型原则 14

3.3.2基于本设计的PLC选型 18

3.3.3其他硬件的选择 19

3.4 本章小结 19

第四章 软件部分设计 21

4.1系统的I/O口地址及相关的软元件功能设置 21

4.2编程软件的介绍 22

4.3 PID闭环控制 23

4.3.1 PID控制器的优点 23

4.3.2实现PID控制的方法 24

4.3.3 PID算法简介 25

4.3.4本设计的PID控制 29

4.4系统的程序流程图 30

4.5电热水器防止漏电问题的办法和注意事项 33

4.6 本章小结 34

第五章 系统的程序 35

5.1主程序 35

5.2液位子程序 39

5.3温度子程序 42

结语 46

参考文献 47

致谢 48

第一章 引言

1.1选题的目的和意义

随着人们生活水平日益提高，人们对家庭生活中的舒适要求也越来越高。随之而来的各种各样的电器产品在方便了人们生活的同时也占据了不小的空间。在日常生和工农业生产中，需要大量的热水，这类热水的特点是量大而温度不高，一般在40℃—60℃之间。工业上的温度较高一些，一般在90℃左右。因而越来越多的多功能热水器进入了人们的生活^[1]。其中加热系统是电热水器安全、高效性能的关键。漏水漏电是即热电热水器核心加热技术要解决的关键之所在，防电墙、线路控制系统的安全检测、漏电保护功能及外接的漏电保护开关等也起到了一定的作用，但更多的是治标不治本。而现代人们对家电安全的要求是希望做到百分百安全到家，所以怎样解决即热式加热系统漏水、漏电、水垢、干烧等安全问题成为电热水器行业内的重中之重^[2] 。从发展角度看，城市家庭生活热水的供给不应由业主考虑，而应与建筑设计开发同时进行。在电子技术飞速发展的今天，有必要而且有可能采用新技术对原电气控制系统进行改造，以提高可靠性，并实现系统的自动控制，提高热水器稳定性^[3]。可编程控制器由于可提供使用的时间继电器和中间继电器相当多，而且其常开常闭触点可多次重复使用，使得在编程中可以随心所欲。用内部编程“软元件”取代继电器逻辑控制电路中大量的时间继电器和中间继电器，简化控制线路、有效提高系统的可靠性，是PLC的突出特点^[4]。其中西门子s7-200系列的应用较为广泛^[5]。

目前，我国大部分热水器控制部分，往往需要大量的中间继电器和时间继电器来满足生产工艺要求，结果使电路设计复杂、繁琐，故障时有发生，给使用和日常维护带来了很大的不便。但是在传统短的热水器自动控制系统中大多采用单片机控制 ，单片机开发价格较高，而PLC开发价格便宜^[6]。选用PLC控制，它具有速度快，可靠性高，体积小，功能全，编程简单的特点。通过改进或完善已有热水器控制系统的不足，设计开发新型热水控制系统—基于PLC的热水器自动控制系统^[7]。选用定时控制器作为PLC的电源控制，在断电时也能正常计时。PLC按照预设的程序依次工作，并根据输入信号的变化随时调整程序的执行。

1.2国内外研究现状

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