基于PLC的酒店热水供应控制系统设计

摘 要

酒店的热水量需求比较大,热水加热消耗能源比较多,为了实现清洁能源加热实现热水供应,系统设计以太阳能作为主要能源来源,以电加热作为辅助能源来源进行系统的设计.通过集热器、储水箱、循环泵等设备组成酒店热水供水系统。通过控制温度传感器的信号，实现恒温出水的功能。

系统设计分为硬件选型设计、图纸设计以及软件设计。通过可编程控制器的输入和输出，对酒店热水供水系统进行外部信号监测和执行单元控制。系统控制分为手动和自动，对循环泵、洗浴电磁阀、加热器、排空阀、上水阀等进行控制。通过模拟量输入模块对集热器温度传感器、储水温度传感器以及出水温度传感器进行监测，控制执行单元进行动作输出。系统设计可靠稳定、符合酒店热水供应的需求，通过可编程控制器控制，后期可以根据工艺变化进行程序修改，达到自动控制的要求。

 

关键词：热水系统；清洁能源；可编程控制器；恒温控制

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ABSTRACT

    The hot water demand of the hotel is relatively large, and the hot water heating consumes a lot of energy. In order to realize the clean energy heating and realize the hot water supply, the system is designed with solar energy as the main energy source and electric heating as the auxiliary energy source. The hot water supply system of the hotel is composed of collector, water storage tank, circulating pump and other equipment. By controlling the signal of temperature sensor, the function of constant temperature water outlet is realized.

     The system design includes hardware selection design, drawing design and software design. Through the input and output of PLC, the external signal monitoring and execution unit control of hot water supply system in hotel are carried out. The system control is divided into manual and automatic, which controls the circulation pump, bath solenoid valve, heater, vent valve, water valve, etc. Through the analog input module, the collector temperature sensor, the storage water temperature sensor and the outlet water temperature sensor are monitored, and the action output is controlled by the execution unit. The design of the system is reliable and stable, which can meet the demand of hot water supply in the hotel. Through PLC control, the program can be modified according to the process change in the later stage to meet the requirements of automatic control.

 

Key words: hot water system; clean energy; PLC; constant temperature control

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

目录

摘 要 1

ABSTRACT 2

1 绪论 4

1.1 课题研究的目的及意义 4

1.2 课题设计的内容 5

1.3 课题设计的思路 5

2 酒店热水供水系统的总体设计 6

2.1 热水供水系统的工艺要求 6

2.2 热水供水系统的控制策略 7

2.3 热水供水系统的控制方案 8

3 酒店热水供水系统的硬件设计 9

3.1 可编程控制器的选型 9

3.2 温度传感器的选型 11

3.3 液位开关的选型 12

3.4 循环泵的选型 12

3.5 电动调节阀的选型 13

3.6 系统的I/O分配设计 13

3.7 主电路图的设计 14

3.8 PLC电路图的设计 15

3.9 模拟量电路图的设计 16

4 酒店热水供水系统的软件设计 18

4.1 编程软件的介绍 18

4.2 系统的流程图设计 18

4.3 PID的原理 21

4.4 系统的程序设计 21

4.4.1 主程序的设计 21

4.4.2 手动程序的设计 25

4.4.3 自动程序的设计 26

5 酒店热水供水系统的程序仿真设计 28

总结 30

致谢 31

参考文献 32

 

1 绪论

1.1 课题研究的目的及意义

    酒店热水供应时酒店最基本的服务，以往酒店热水都采用电加热，这种方式虽然不会造成污染，但是能源浪费比较严重。采用太阳能集热器将太阳光能量吸收，进行水加热，供酒店热水服务，不但可以节约能源，也能保证能源清洁。系统设计主要通过对太阳能集热器、储水罐、循环泵以及水阀等的控制，实现酒店热水的供应，实现热水恒温控制。酒店热水供应系统的研究和使用,将极大的改善酒店的管理成本,能够节约能源，受到各大酒店的欢迎。

    可编程控制器结合当前研究最新成果，特别是计算机的技术发展、通信技术发展、传感器应用发展等领域的研究，都可以通过可编程控制器的特定功能模块得以实现。面对复杂的工业环境，可编程控制器设计最初，就考虑抗干扰能力性能、高可靠性能、高稳定性能等。通过此课题研究设计，将对本人的大学所有课程进行检验，将基本知识转换为课题应用，在课题研究设计中，必不可少的进行系统的功能分析、对自动化产品进行详细的学习和选型，对图纸设计标准规范进行掌握，通过系统流程设计和程序设计等，能够对自动化课程加强深刻的理解，通过仿真调试能够检验设计中的不足和需要提高的地方，通过此设计，对大学课程进行完整的检验，对自身学习能力的提升有很大帮助。

1.2 课题设计的内容

    本设计主要针对酒店热水供水系统进行设计，系统主要由太阳能集热器、循环水泵、储水箱、水阀、电加热器等设备组成。实现的功能主要包括储水箱的自动上水功能，热水器的恒温出水功能等。通过循环水泵将集热器的热量传递到水，对储水箱的水温和集热器出水管的水温进行监测，通过PID调节，实现水温控制。在阴雨或晚上，当水温达不到设定值时，将开启电加热器进行储水箱的水加热。将储水箱的水输出，并且通过洗浴温度传感器的温度反馈，将三通调节阀进行冷热水调节，实现洗浴水温恒定。当储水箱水位低于下限位时，将开启上水电磁阀，当储水箱水位高于上限位时，将关闭上水电磁阀。按照以上的酒店热水供水系统设计内容，对系统进行硬件设计和软件设计，通过调试达到设计的要求。

1.3 课题设计的思路

      根据酒店热水供水控制系统的工艺要求和设计内容，按照PLC控制系统的一般设计流程，首先对系统进行总体的工艺分析和方案设计，当确定方案后，完成系统的硬件图纸绘制和分析，并对软件流程和程序进行详细设计，通过系统的调试达到设计要求。在系统的硬件设计中，明确硬件设计的要求，对系统的电路进行分部设计，详细设计每个电路图，对线路部分的接线要求和原理进行明确分析。在系统的软件程序设计，主要按照工艺流程图和硬件I/O分配设计进行程序设计，程序部分设计主要对流程图的思路进行体现，通过各种指令的组合以及编程规范，进行功能的实现。通过设计对系统的流程图进行分析，明确各种动作要求和动作规范性，对程序进行分部设计，完成程序的各种功能实现，分析程序的设计思路和注释。按照硬件设计和软件的程序设计，通过仿真进行功能的验证和修改，确定系统功能全部按照设计的要求进行，通过仿真对系统的稳定性和可靠性进行验证。满足系统的工艺要求。

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2 酒店热水供水系统的总体设计

2.1 热水供水系统的工艺要求

    对于酒店热水供水系统设计，主要结构包括太阳能集热器、储水箱、循环泵、上水电磁阀、出水电磁阀、三通调节阀以及各种温度传感器。具体的工艺基本示意图如下图所示。

 

图2-1 酒店热水供水系统工艺图

    按照以上的工艺图可知，系统分为两部分，首先为储热部分，其次为上水和洗浴部分。

    （1）储热部分：开启循环泵，将储水箱的水经过集热器，将太阳能集热器的热量吸收后,水温升高，然后再返回储水箱。当外部天气不好时,对储水箱的水进行加热,通过温度传感器反馈信号,实现自动加热功能。在储水箱和集热器出口进行温度检测，储水箱的温度实现恒温控制。

   （2）上水和洗浴部分：当储水箱的水位低于下限位时，启动上水电磁阀动作，向储水箱注水，当储水箱的水位高于上限位时，关闭上水电磁阀。通过三通调节阀进行冷水和热水的调节，通过洗浴电磁阀控制出水。通过管道的温度测量，调节三通调节阀的冷热水开度。

    按照以上的工艺要求，需要对系统进行设计，包括系统的总体方案设计，硬件设计和软件设计。

2.2 热水供水系统的控制策略

    按照以上的酒店热水供水控制工艺要求，对系统进行功能策略设计，如下分析所示。

   （1）对储水箱的储水控制实现自动控制功能，通过水位开关监测储水箱的水位，当水箱内的下水位开关动作，表示当前储水箱的水位低于下限，通过打开上水电磁阀控制，向储水箱内进行注水，当水箱内的上水位开关动作，表示当前水位达到上限位，将上水电磁阀关闭。实现储水箱的自动控制功能。

   （2）对集热器和循环泵的控制，对集热器的出水管道进行温度检测，并且对储水箱的温度值进行监测。如果检测到集热器的出水管道温度值大于储水箱的温度值，表示当前集热器储集能量，此时循环泵打开运行，将集热器的能量传递到储水箱。如果集热器出水管道的温度值小于等于储水箱的水温度值，表示当前集热器由于天气原因不能储集能量，或者储水箱温度较高，此时关闭循环泵。

   （3）对储水箱的温度进行监测，当储水箱的温度反馈值小于下限值时，将开启电加热器，当储水箱的温度反馈值大于上限值时，将关闭电加热器，已达到全天候酒店供水温度恒定的目的。

   （4）对洗浴出水的温度恒定控制，通过对洗浴出水口的温度值进行监测，与设定值比较，通过PID调节的方法控制三通调节阀的冷热水开度。实现对出水温度恒定的控制。

    按照以上的控制策略设计，主要进行了储水箱自动上水功能设计、集热器循环加热功能、储水箱的温度电加热功能、洗浴出水的温度控制功能等。对以上各自功能进行设计，实现硬件设计和软件程序控制，达到功能的要求。

2.3 热水供水系统的控制方案

    按照酒店热水供水的控制策略设计，采用可编程控制器进行设计，系统分为四个部分，实现储水箱自动上水、集热器循环加热、电加热、出水温度控制。具体的工艺流程如下：

 

图2-2 系统控制流程原理图

    按照以上功能的要求，系统需要设计硬件和软件。系统设计分为手动控制和自动控制。在手动控制时，通过外部的按钮启停输入，对设备进行启停控制。自动控制时，通过系统的传感器和设定值比较进行自动控制。系统输入部分主要包括了手自动控制选择，手动上水、循环泵启停、洗浴电磁阀启停、加热器启停

系统故障、排空阀启停、上水阀启停；系统输出部分主要包括了上水阀运行、循环泵运行、洗浴电磁阀运行、加热器运行、排空阀运行、手自动指示、温度报警指示、液位报警指示。

 

图2-3 系统设计方案图

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3 酒店热水供水系统的硬件设计

3.1 可编程控制器的选型

可编程控制器采用专用的程序编译软件，通过该软件的组态设计、工艺程序设计等方法，帮助完成工业控制现场的各种复杂的工艺，能够实现工业现场的各种通讯，和互联网进行数据交互，达到客户的要求。对于工业现场应用，有许多连续量需要进行控制，比如常见的温度控制、压力控制以及流量控制等。这些变量往往要求恒定，比如恒压供水场合，要求管道压力恒定；比如恒温水箱控制场合，要求水温恒定等。为了实现某连续量恒定的控制，就需要应用到可编程控制器特定的功能-PID控制功能。通过PID控制，可以将外部检测的模拟量信号输入到可编程控制器，与设定的变量之间进行比较，通过比例增益、积分时间、微分时间的调节，输出模拟量到执行单元，对特定的变量进行调节控制。

     可编程控制器具有强大的通信功能，能够通过设定的通信协议将上位机和其他通信单元之间进行联网，达到快捷的数据交互和控制目的。常用的通信方式主要由MODBUS通信协议、以太网通信协议、USS通信协议以及Profibus-DP通信协议。通过这些协议，能够使用通讯电缆将设备之间进行连接，方便了数据通信，提高了控制的精度。

     对于可编程控制器的接口，进行详细说明如下：

（1）开关量输入输出接口

开关量的输入输出接口，按照设计主要包括继电器方式隔离接口和晶体管方式隔离接口。对于接口具有不同的等级电压，常用的接口电压为DC24V、DC12V、AC220V等。在进行可编程控制器的接口选型时，要按照具体的系统设计要求和外部输入输出单元的电压等级进行选择。

（2）模拟量输入输出接口

模拟量信号的接口主要由可编程控制器的模拟量扩展单元进行接线设计。可以在模拟量扩展单元进行模拟量信号类型的选择。对常用的模拟量输出类型进行信号输入和处理，处理的信号在可编程控制器内部将转换为十六位的整数值，现场的模拟量类型主要为电流型和电压型。电压型模拟量信号由于运输距离会受到线路阻值及电抗干扰变化，容易存在干扰，导致电压信号失真，所以电压型模拟量信号适用于长距离，现场干扰小的场合。电流型的模拟量比较适合长距离的信号输送，不会因为电线的电阻等因素使信号发生偏移和失真，信号稳定，属于首选的信号类型。

    随着社会的发展，工业自动化快速普及，由此而来各大自动化控制集成商开始研制各自的产品，以适应工业自动化发展的局面。在中国自动化控制工控产品市场，比较常见的品牌主要为德国西门子自动化生产的S7系列的可编程控制器，日本三菱公司生产的FX系列的可编程控制器，欧姆龙公司生产的CP系列的可编程控制器，这些产品占据中国较大的工控市场份额。每个公司产品都具有相应的开发编程软件，特别是西门子公司这几年研发的大型编程软件-博途软件，该软件将设备组态设计、STEP7编程设计、WINCC可视化设计等集合在一个软件，方便开发应用。三菱公司的GX-WORKS编程软件功能比较强大，能够进行在线仿真，通过在线仿真能够观察当前运行状态。欧姆龙公司的CX系列软件使用比较方便。这几家大型工控产品生产商，在市场的应用中各有优点，成为当前工控自动化领域的主流产品。本设计选择西门子S7-200 CPU226可编程控制器作为系统的控制单元，完成系统的设计。本系统选择的CPU226型号，外部输入端子为24个，外部输出端子为16个，采用的工作电源为DC24V。产品如下图所示。

 

图3-1 S7-200 CPU226可编程控制器

模拟量信号主要分为电压型模拟量以及电流型模拟量电压型模拟量信号主要为0-5V、0-10V以及温度输入的毫伏信号；对于电流型的模拟量信号，按照国际标准，一般采用0到20MA和4到20MA两种。电流型模拟量可以进行长距离的信号输送，并且抗干扰性能比较好。对于本设计的模拟量处理，通过选择可编程控制器的扩展单元进行设计，本设计选用EM231.进行系统的模拟量信号输入和处理，并对计算的数据进行模拟量输出。

 

图3-2 模拟量扩展模块

3.2 温度传感器的选型

PT100型号的温度传感器应用比较广泛，通过外部的温度连续量的变化，产生不同电阻阻值，而且当温度变化时，电阻的阻值也发生变化，并且该温度变化和阻值之间成为正比例的关系。经过产品的检测报告可知，在-100摄氏度到800摄氏度之间，当外部的温度变化1摄氏度时，该传感器的电阻阻值将变化0.4欧姆，这样形成了线型比例良好的温度-阻值关系，再将该阻值通过变送器的转换，转换为标准的模拟量型号，供可编程控制器的模拟量扩展单元使用。PT100温度传感器，按照介质的不同，可以分为铜介质温度传感器和铂介质温度传感器。铜介质的温度传感器在使用过程中，线性关系良好，但长时间的使用，将会导致铜介质产生氧化现象，对检测精度造成不同程度的影响。而铂介质的温度传感器稳定性好，温度偏移微弱，能够满足本系统用于检测介质温度的需求。按照本系统对温度传感器的产品要求，选用铂介质的PT100温度传感器作为本系统的外部检测单元。该温度传感器的示意图如下图所示。

 

图3-3 PT100温度传感器

3.3 液位开关的选型

   对于储水箱的液位开关，主要通过液位浮球阀进行设计，其主要的原理是当液面上升或下降时，浮球阀上浮或下竖，当浮球阀上浮时，表示当前液位高于浮球阀的位置，当浮球阀下竖时，表示当前的液位低于浮球阀的位置。选用液位浮球阀的型号为YBLX-X1/111，比较适合本系统的使用要求。

 

图3-4液位开关示意图

3.4 循环泵的选型

对于循环泵的选型设计，在满足系统要求的工况条件下，选择水泵为离心式高压水泵，该水泵按照铭牌要求，参数包括水泵的流量值、具体的扬程值、电动机的工作效率及功率大小，水泵的压力值等参数。离心水泵通过水泵内的叶轮旋转，将介质通过电机转速使介质的压力增加，然后通过输送管道将介质进行输送。在叶轮腔体中，液体排出后造成的真空部分，将通过外部大气压，将被输送的液体进行吸入，达到循环输送介质的作用。按照系统的设计，水泵的流量参数及扬程参数作为水泵设计选型的关键参数，需要进行计算。水泵选型的流量和扬程要大于理论计算的流量和扬程。查询水泵计算公式，对水泵流量要求为Q=10m3/H，按照水泵的要求，选择的流量为：

 

通过以上的选择计算，按照手册查询，具体水泵参数如下：

表3-1 水泵的具体参数

型号

ISW80-160

 

流量

20m3/H 

 

扬程

35m

 

效率

63%

 

转速

2900r/min

 

功率

5.5KW

 

3.5 电动调节阀的选型

  对于温度调节控制，采用电动调节阀实现冷热水的控制，选择的电磁调节阀为亚德客公司生产的3V210-80-NC电动调节阀，为两位三通电磁调节阀，专门负责流体的接通和断开。该电磁调节阀一共三个接口，分别为输入接口、输出接口、截止接口。工作电压为DC24V，可以通过可编程控制器直接进行控制，也可以通过继电器辅助触点控制该电磁调节阀。如图3-2所示。

 

图3-5电动调节阀

3.6 系统的I/O分配设计

我们在进行可编程控制器系统设计时，首先通过I/O分配设计的统计，能够充分考虑系统设计的完整性，比如要考虑系统的各种功能输入和输出，系统的保护功能输入和输出以及系统的状态显示功能，通过全面考虑系统的需求，可以做到有条不紊，防止遗漏。通过I/O分配设计，在软件程序设计中，能够对逻辑控制、顺序功能、模拟量计算和输出等有所帮助，防止程序错乱导致头绪不清。最后通过I/O分配设计，在进行系统调试时，能够判断输入信号是否与该信号的功能对应，也能判断输出信号的执行功能是否正确，当出现故障时，可以通过I/O分配表进行故障查询，达到方便调试的目的。

表3-2 系统的I/O分配表

输入地址

输入功能

输出地址

输出功能

 

I0.0

自动手动

Q0.0

上水电磁调节阀

 

I0.1

上水手动控制

Q0.1

循环泵

 

I0.2

循环泵开

Q0.2

洗浴电磁调节阀

 

I0.3

循环泵关

Q0.3

电加热

 

I0.4

洗浴电磁调节阀控制

Q0.4

排空电磁调节阀

 

I0.5

电加热控制

Q0.5

手自动指示

 

I0.6

排空电磁调节阀控制

Q0.6

洗浴低温报警指示

 

I0.7

循环泵故障

Q0.7

洗浴高温报警指示

 

I1.0

上水电磁调节阀关

Q1.0

储水箱液位上限指示

 

I1.1

上水电磁调节阀开

Q1.1

储水箱液位下限指示

 

3.7 主电路图的设计

    本设计主电路包括对循环泵的主电路控制、变压器和开关电源的电路以及电磁阀的电路等。分别设计如下：

   循环泵的主电路采用自锁控制设计，当线圈得电，主触点吸合，循环泵运行，当线圈失电，主触点松开，循环泵停止。

    隔离变压器的主要作用是将电网的电源转换为需要的控制电源，隔离变压器的结构主要通过铁芯缠绕漆包线，将一次侧的电源和二次侧之间相互隔离，当一次侧有电时，二次侧将有电。隔离变压器为市场常见的正泰电器的NDK(BK)-150 380/220V隔离变压器，该隔离变压器的一次侧电压为380V，二次侧的电压为220V。

    本设计需要提供DC24V的电源，供控制单元应用。DC24V电源应用于各种变送器、PLC以及各种仪表的场合，电源稳定安全，可以防止外界的干扰而引起信号不稳定的因素。开关电源输入部分为常用的交流电AC220V，输出部分DC24V，当变压器输出AC220V后，接入开关电源的输入，开关电源输出DC24V，为可编程控制器及外部传感器供电。 

    当可编程控制器输出动作后，通过继电器接通相关的电磁阀以及电加热器，电磁阀的电压等级为AC220V。具体设计如下图所示。

 

图3-6 主电路设计图

3.8 PLC电路图的设计

      对于酒店热水供应控制设计，本系统设计采用CPU226电气接线图设计，该接线图按照I/O分配进行输入和输出部分的接线设计以及电源的接线设计。在本设计中，CPU226按照选型可知，电源输入为DC24V，通过变压器和开关电源供电DC24V。当电源接通时，PLC将开始上电，并进行扫描，完成初始化。输入部分设计为10个输入点，按照各个输入点的功能进行电气元件的接入，本设计输入的电器元件主要为按钮、开关等，输出的电气元件为电动机、电磁阀、指示灯等。系统输入输出部分电源为DC24V，对L+接入24V正极，对M接入24V的负极。系统按照总体方案设计，将酒店热水供应系统的外部输入接入，通过输出部分对继电器进行控制。输出指示灯亮，继电器或外部指示灯得电。按照以下的接线图进行设计。

 

图3-7 PLC电路设计图

3.9 模拟量电路图的设计

    本设计需要对温度进行模拟量输入，并且对调节阀进行模拟量输出控制。接线端子为A+、A-，其中A+为模拟量信号正极的接入端子，A-为模拟量信号的负极接入端子，模拟量输入信号的电缆为屏蔽信号电缆。模拟量输入模块的电源为可编程控制器电源。本系统选用的模拟量为电流信号4-20MA，所以拨码开关选择电流输入。

 

    图3-8 模拟量模块电路设计图

    对于模拟量输出扩展模块的接线，接线端子为0+ 0M两个端子，0M为模拟量输出的负极端子，由于本设计输出的模拟量类型为电流型，所以模拟量输出的正极端子接0+。模拟量输出信号的电缆为屏蔽信号电缆，是为了防止信号输送过程中，由于现场干扰因素导致信号波动和偏移，电缆的屏蔽层需要接入接地端子。

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4 酒店热水供水系统的软件设计

4.1 编程软件的介绍

  本系统设计采用S7-200可编程控制器作为控制单元，使用的编程软件为S7-200可编程控制器专用的软件STEP7-Micro/WIN。如下所示界面。

 

图4-1 STEP7-Micro/WIN软件编程界面

项目主要由程序块、数据块、系统快、符号表、状态图标以及交叉应用表组成。对于项目程序的编译需要在程序块内完成，程序块的编写语言主要包括梯形图、语句表以及功能块图等组成。对于初学者来说，首选梯形图语言进行程序的编写。程序块分为主程序、子程序、中断程序等。在主程序内，可以调用子程序和中断程序。中断程序分为条件中断和定时中断等，按照中断的代码进行循环扫描执行。程序在进行下载时，往往只下载执行代码指令，对注释部分不能下载，所以上传程序时，所有注释将不再出现。

4.2 系统的流程图设计

对于酒店热水供水系统设计，在水循环部分，集热器和储水箱里的温度传感器不断测量两者的温度，并比较两个温度值之间的差，如果集热器出水温度大于储水箱水温度，那么强制进行水循环，只要两者之间有温度差，循环就不停的进行，这样可以使太阳能收集到的能量不断的传递到储水箱里面的水上，使水温不断上升。水循环设计思路如下图4-2所示：

 

图4-2 水循环设计思路图

关于自动上水的设计思路，首先要对储水箱的液位设定上下限，根据液位的情况来决定加水和不加水，所以自动上水设计思路如下图4-3如下：

 

图4-3 自动上水设计思路图

PID闭环调节与电加热设计，通过PID闭环控制可以实现对温度的精确控制，用PLC里面的PID指令来进行控制，如图4-4所示。

 

图4-4 水温闭环控制设计思路图        

为了全天候的供应热水所以加入了辅助电加热器，为此在人的正常洗浴温度左右设置一个温度上下限，当温度低于某一值时，电加热器打开，开始给储水箱里的水加热，当加热到上限温度值时，停止加热。如图4-5所示。

 

图4-5 辅助电加热闭环控制思路设计图

4.3 PID的原理

      在实际的PID调节应用中，如果比例设置的数值过大，将会出现系统调节震荡的现象，现场的连续变量无法达到一个恒定的值，而如果比例设置的数值过小，将可能使系统反应比较迟钝，无法让现场连续变量快速达到恒定值，导致控制的效果比较差。所以比例设置的数值比较重要，是PID调节的最基本参数。当积分环节的积分时间设置值过大时，将会导致系统的累积调节作用变弱，现场的连续变量往往会引起连续性的波动，而当积分环节的积分时间设置值过小时，积分调节过快，也会引起现场连续变量的波动。所以积分时间设置值的调节，会对系统的循环波动调节起到至关重要的作用。微分调节的主要是对系统的偏差变化进行阻止作用。如果微分时间设定值过大，虽然加快了系统响应的速度，但是却弱化了对系统干扰的作用，如果微分时间设定值过小，虽然增强了系统的干扰作用，却使系统的相应速度变慢。所以在实际调节PID参数时，要进行综合调节，一般的步骤是先进行比例系数的调节，当系统相应较好时，再进行积分时间的调节，对系统的循环波动进行减弱或消除，最后进行微分时间的调节，使系统能够对干扰因素达到抑制的作用。具体的PID流程如下：

 

图4-6 PID控制算法原理框图

4.4 系统的程序设计

4.4.1 主程序的设计

对于主程序的设计，按照系统初始化后，对出水口的温度以及储水箱的温度进行设定值的设置，通过外部的手自动切换，对子程序进行调用处理。当外部自动选择时，就调用自动程序，当外部手动选择时，进行手动程序设计。当循环泵出现故障时，将进行故障报警。在主程序里，主要进行了PID的运算处理。

 

 

 

 

 

 

 

 

4.4.2 手动程序的设计

    当外部按钮选择手动控制时，对系统进行手动控制，包括循环泵手动启停，对储水箱通过上水阀的手动控制实现上水功能。对电加热器通过外部的手动按钮操作。通过置位复位指令进行设计等。

 

 

4.4.3 自动程序的设计

    对于自动程序的控制，主要对储水箱的水位通过液位开关进行上水阀的控制，对集热器和储水箱的温度进行比较，对循环泵进行控制，对储水箱的温度和设定的上下限值进行比较，对加热器进行自动控制。自动程序如下所示。

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

5 酒店热水供水系统的程序仿真设计

     对酒店热水供水系统设计，进行程序的仿真运行，按照S7-200的仿真调试软件，进行数字量逻辑控制、模拟量控制的仿真调试。通过观察每个变量的运行情况，以及外部输出指示灯，能够确定当前系统运行状态。该仿真软件对简单的程序进行仿真，可以随时查找问题所在，进行解决。具体仿真设计如下所示。

   通过对程序导出后，运行仿真软件，得到酒店热水供水系统的运行如下所示。

 

图5-1 系统仿真示意图

 将程序编译好，然后使用仿真软件导出，仿真软件设置CPU型号为CPU226，选择模拟量输入模块EM231，模拟量输出模块EM232。然后导出程序项目文件，按下运行按钮。所有程序处于监控仿真状态，部分程序仿真效果如图5-2所示。

 

 

 

图5-2 程序在线仿真监控图

     按照以上的动作监控图以及输入输出状态图。本系统调试准确无误，动作输出和程序设计流程图相符，系统运行灵活稳定。

 

总结

    对于酒店热水供水控制系统设计，通过可编程控制器进行酒店热水供水进行循环加热、温度调节、自动上水、出水温度调节等设计，系统设计通过硬件选型的要求，选择西门子可编程控制器进行设计，通过温度传感器、限位开关、电磁阀、循环泵等进行输入和输出设计。按照酒店热水供水的设计方案，硬件设计采用DC24V电源输入，对可编程控制器进行了输入接口和输出接口的设计。在软件流程设计中，详细分析酒店热水供水的程序流程，按照此程序流程，对酒店热水供水的软件进行了主程序设计、手动程序设计、自动程序设计。通过程序的仿真，达到了设计的要求。满足了系统的功能。

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

致谢

    通过毕业设计，我学习到很多知识，特别在可编程控制器的应用以及项目设计的思路方法，我学习到许多有用的知识，也进行了思考，认为可编程控制器是将来社会必不可少的自动化产品，将来应用前景广阔。在做毕业设计过程中，老师对我帮助比较大，能够对我进行悉心指导，经常教导我们耐心、细心、踏踏实实做好每一件事情。在此我感谢老师对我的帮助和付出。在最后我想跟我的家人说：“辛苦您们了，感谢您们在背后的支持”。不管在生活还是学习上，他们都给了我很大的支持，没有他们就没有我，家人是我学习的动力，为了不辜负他们期望，我还会更加努力的。在父母眼里，不管我变成什么样，我都是他们眼里长不大的孩子，是他们孩子的同时我也不会让他们失望的。还有我的同学们，大学的时光，一起学习一起成长，我们的感情永远不褪色。我会坚强的面对各种压力，努力学习，让自己成为社会有用之才。

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

参考文献

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