摘要：本文针对太阳热水系统使用过程中存在的使用时间稍长就易发生故障以及维保费用高、辅助能源消耗量大等问题，通过PLC控制太阳热水系统解决了这些问题，并提高了系统稳定性。从长远考虑，使用PLC控制太阳热水系统更经济。

    0 引言
    目前，国内太阳热水系统安装量巨大，在实际使用过程中存在太阳热水系统设计不合理，导致使用过程中出现温度太低、冷热水混合、产热水量少、辅助能源消耗量大等问题；控制系统采用了大量的中间继电器和时间继电器，太阳热水系统使用时间稍长就易发生故障；太阳热水系统采用单片机控制，随着用水需求的提高，若需再次用单片机改造，则系统改造难度大，且单片机开发价格较高，甚至对于复杂控制系统，单片机已不能满足要求。针对以上问题，本文提出用PLC控制太阳热水系统。
    1 PLC控制优势
    用PLC控制太阳热水系统的优势集中体现在以下几方面。（1）体积小、可靠性高、抗干扰能力强、稳定性好、PLC用软元件代替大量的中间继电器和时间继电器，仅剩下与输入／输出有关的少量硬件元件，接线可减少到继电器控制的1/10～1/100，大大减少了触点不良造成的故障，PLC平均无故障时间达到了3～5万小时这是继电器控制系统无法比拟的，另外，PLC使用了一系列硬件、软件抗干扰措施，具有很强的抗干扰能力。（2）采用模块化结构，有丰富的I/O接口模块，可方便地接入大量的温度、液位等传感器并控制电磁阀及开关，易实现对复杂系统的控制。（3）有较强的带负载能力，可直接驱动一般的电磁阀和小型交流接触器，通过修改程序，可方便快速地适应工艺条件的变化。（4）编程简单易学、安装简单、维护方便、开发难度小。（5）通过通信联网，可实现分散控制集中管理。

    2 控制实例
    某33层住宅小区安装了太阳热水系统，为第22层一第33层的业主提供生活热水。该太阳热水系统采用平板集热器，安装于屋顶，总面积为204m2；储热水箱总容积为15t；辅助加热方式为电加热。该太阳热水系统采用大量继电器控制，使用7年后故障频发，用户常无热水可用。而原控制系统设计不合理，一次辅助加热的水量太多，需很长时间才能达到设定洗浴温度，导致用水高峰期热水供应不足，而用水高峰期过后热水温度升高，产生能源浪费。
    2.1系统改造
    针对出现的问题，综合考虑提高系统稳定性、改进原系统设计、节能、满足用水要求等，在不改变原辅助加热方式的前提下，将原控制系统改为PLC自动控制系统。在改造中，原系统增加上水阀（电磁阀），储热水箱内增加1个铂电阻温度传感器和1个液位传感器，出水口增加1个三通调节阀和1个铂电阻温度传感器。
    改造后，太阳热水系统能全天候供应热水。工作原理：储热水箱内的液位传感器不断检测储热水箱内的水位，一旦水位低于30％就打开冷水管上的电磁阀门，为储热水箱加水，直到水位达到30％。同时，储热水箱中的温度传感器不断检测水温，一旦水温低于45℃就启动电加热直到水温达到50℃，一旦水温达到70℃就立即停止循环加热。该太阳热水系统的用水高峰在晚上7:00～10:00、考虑到节能需求，除了保证任何时候最低水位不低于30%外，还设置了分时段水箱水位控制，一旦水位低于设定值，就及时启动辅助加热，即11时水位达到40%、13时水位达到60%、15时水位达到80%、17时水位达到100％。
    该太阳热水系统设计有恒温出水功能。设定一个洗浴温度值，根据三通阀出口温度值与设定值的比较值，通过PLC的PID控制，使三通调节阀的出水温度恒定。PLC的PID闭环控制可实现对温度的精确控制，以满足对洗浴水温的高标准要求。
    系统改造过程中，选用三菱FX2N-32MR-001PLC、外加1个三菱FX2N-4AD-PT模拟量输入模块和1个三菱FXON-3A模拟量输入输出模块。系统改造完毕后，按GB/T 220095-2006（（太阳热水系统性能评定规范》对其进行试运行及现场测试。测试结果显示，该系统热性能较好，符合国家标准。从用户使用情况来看，该系统满足了用户需求。在天气晴好时，该太阳热水系统基本不需启动辅助热源，达到了节能目的。
    2.2经济性分析
    表1为不同热水系统经济性对比情况。与其它热水系统比较，该太阳热水系统每年运行费用是电加热的1/2、不到燃油锅炉的1/3，节能效果显著。

    表2为单片机控制与PLC控制的太阳热水系统的比较情况。与单片机控制的太阳热水系统相比，PLC控制的太阳热水系统更稳定，且对于热水系统，一般选用低端PLC产品即可，从而减少系统硬件成本和PLC系统设计成本。单片机控制太阳热水系统相对经济，但是对于单个不成批量的复杂系统，单片机系统的硬件成本低，但设计费用却较高。从系统稳定性角度考虑，PLC控制的太阳热水系统可实现3～5万小时无故障，即使出现故障，维修后还可保持长时间的稳定运行，不用专人维护；而单片机控制的太阳热水系统一般运行几年后便容易出现故障，需要专人维护。另外，经PLC优化设计的太阳热水系统，可从多方面实现节能降耗。综上所述，从长远来看，PLC控制的太阳热水系统经济性好。

    3 结束语
    用PLC控制的太阳热水系统是目前最稳定的对温度及液位等物理量精确控制和实时控制能力最强的较易实现复杂系统控制的太阳热水系统。用PLC控制的太阳热水系统的唯一缺点是PLC设备的价格相对偏高，但是对于复杂系统和多用户系统，系统的稳定性直接决定了系统的经济性，从长远考虑，用PLC控制的太阳热水系统更经济。随着人们生活水平的提高，简单的热水系统不能满足需要时，必然使用PLC来改造旧系统以及使用PLC设计新系统以获得更加稳定的热水供应。