摘要
热水是人类生产生活中不可或缺的一部分，而对于热水的加热方式更是多种多样。针对高校浴室原热水工程单独采用空气能热水机组加热，控制功能单一，管理维修困难，耗费能源较多且时刻需要有人值守等实际问题，本文提出了复合太阳能集热系统，基于S7-200smart PLC、组态王、700IE V3 smart触摸屏设计了上位监控、恒温出水、节能运行等多项内容，丰富了控制系统的功能。本文具体研究内容包括以下几个方面: (1)本文通过对浴室供热系统工程的实际考察，确定了太阳能集热控制系统的工艺流程，对集热系统进行了总体设计及参数计算，其中包括集热系统运行方式设计、集热器设计、储热水箱设计、循环泵设计、恒温出水阀设计和辅助加热设备设计。 (2)本文通过对控制系统的功能需求分析，分别针对太阳能集热、储水箱补水、用户管路保温、外部管路防冻、恒温出水及辅助加热等功能设计了控制策略。其中为保证恒温出水温度稳定上升至设定值，建立了恒温出水阀的数学模型，采用了限幅模糊PID算法来控制调节混水阀的热水侧开度;而为将节能效果尽可能做到最优，通过计算热水机组的最迟启动时间设计了节能优化策略。 (3)本文分软、硬件两方面对太阳能集热系统进行了设计，硬件包括电气控制原理图的绘制与控制柜的设计;软件包括组态王与触摸屏的画面组态，本系统能够将运行数据实时呈现和记录，并于故障发生时发出声光报警信号及时提醒管理人员。 (4)本文针对集热系统基本功能进行了模拟测试，验证了所有功能都能按照控制要求实现;针对恒温出水阀提出的限幅模糊PID控制方法基于Simulink进行了仿真测试，相对于传统PID和传统模糊PID响应速度分别提高了2.9s和1.2s，并实现了5s内稳定出水温度且超调量小于1的目的;针对热水机组节能策略的节能效果进行了计算分析，采用太阳能集热控制系统每年至少可节省金额约9万元，约占原消费金额的1/3，且相较于原热水系统更加智能高效，管理方式也更加丰富多样化。
NETL