燃气热水器回水安装图

文档来源为:从网络收集整理.word版本可编辑.欢迎下载支持.

I文档收集于互联网，如有不妥请联系删除.

【关键字】设计

摘要

目前，节能减排作为环保的一大主题，在日常生活中，人们都希望在尽可能的减少支出

的同时也能降低对环境的污染。以前，大部分中小型宾馆都是使用锅炉加热，这种方法不仅

耗时，其排放的气体对环境还造成很大的破坏。

70年代中期以后，PLC已广泛地使用微处理器作为中央处理器，输入输出模块和外围

电路也都采用了中、大规模甚至超大规模的集成电路，这时的PLC已不再是仅有逻辑(Logic)

判断功能，还同时具有数据处理、PID调节和数据通信功能。

本文详细的介绍了PLC控制方案在燃气热水系统中的应用，以清洁能源天然气作为燃

料，通过PLC的控制，实现了燃气热水系统的自动化。同时，将寿命均衡控制运用到本系

统中，增加了泵的使用寿命。

关键词：燃气热水系统PLC寿命均衡控制

文档来源为:从网络收集整理.word版本可编辑.欢迎下载支持.

II文档收集于互联网，如有不妥请联系删除.

Abstract

Atpresent,theenergyconservationand

emissionreductionasamajorthemeof

environmentalprotection,indailylife,people

arehopingtoreducespendingasmuchaspossible

ofalsocanreducepollutiontotheenvironment.

Previously,mostofthesmallandmedium-sized

hotelsareusingtheboilerheating,thismethod

notonly,time-consuming,anditsemissionsof

gasesontheenvironmentalsocausedgreat

destruction.

Sincethemid70s,PLCalreadywidelyused

microprocessorsasthecentralprocessor,

input/outputmoduleandperipheralcircuitare

adopted,andlarge-scaleeveninlargescale

integratedcircuit,thenthePLCisnolonger

onlyLogic(Logic)tojudgefunctions,butalso

atthesametimeadataprocessing,PID

regulationanddatacommunicationfunction.

ThisarticledetailedthePLCcontrolscheme

ofshaoxingingashotwatersystem,the

applicationofnaturalgasasfueltoclean

文档来源为:从网络收集整理.word版本可编辑.欢迎下载支持.

III文档收集于互联网，如有不妥请联系删除.

energy,throughthePLCcontrol,realizedthe

ame

time,willlifebalancecontrolappliedtothe

system,andincreasetheservicelifeofthe

pump.

Keywords:GashotwatersystemPLC

Lifebalancecontrol

目录

文档来源为:从网络收集整理.word版本可编辑.欢迎下载支持.

IV文档收集于互联网，如有不妥请联系删除.

文档来源为:从网络收集整理.word版本可编辑.欢迎下载支持.

1文档收集于互联网，如有不妥请联系删除.

第一章概述

1.1课题背景

目前，在各大城市的中小型宾馆中，其使用的热

水系统的加热方式主要有燃气加热，太阳能加热，电

加热和锅炉加热等，由于要做到使用者即开即热，这

些加热装置大部分时间都处于工作状态，而锅炉加

热，不但污染严重而且浪费煤资源严重，逐渐在被淘

汰，太阳能作为一种清洁的能源，已经广泛的使用在

人们的日常生活中，但是受到天气因素的限制，在宾

馆中常常需要电加热来联合使用，往往给宾馆带来了

更多的支出，随着西气东输工程的大力发展，不仅给

西部带来了经济利益与发展，同时也给东部的人民带

来了生活上的便利，燃气热水器不仅方便，快捷，更

主要的是它节约资源，同时对坏境也没有破坏。若在

宾馆的每个房间中都装置一个燃气热水器，对中小型

宾馆来说显然是一笔不菲的开支。如果能实现燃气热

水器的集成化和自动化，势必会给人们带来方便和经

济效益。PLC一经出现，由于它的自动化程度高、可

靠性好、设计周期短、使用和维护简便等独特优点，

备受国内外工程技术人员和工业界厂商的极大关注。

1.2燃气热水系统发展现状

文档来源为:从网络收集整理.word版本可编辑.欢迎下载支持.

2文档收集于互联网，如有不妥请联系删除.

随着我国人民生活水平的不断提高,特别是城镇

燃气事业的飞速发展,近年来家用燃气快速热水器便

迅速走进千家万户。由于热水器用户日益增多,于是

燃气快速热水器的生产便成为一个新的社会行业,越

来越多的生产厂家出现在祖国各地。目前全国热水器

厂家有160多家,年产量达500多万台,产品有4、5、

6、615、81/min等。排气方式有直排式的,也有烟

道式和平衡式的。水阀控制型式有前制式的,但更多

的为后制式。在自动点火、自动控制及安全使用等方

面亦发展迅速。产品正向着大容量、多功能、高效、

安全、全自动方向发展。

(1).容量、多功能

以前人们购买热水器,目的是为了洗澡,即淋浴和盆浴。然而,随着人们生活水平的不断提

高,人们对热水的需求量越来越多,不仅洗澡用,而且还要洗涮餐具、洗菜、洗脸刷牙、在有些

地方甚至还要取暖。由于快速热水器具有热效率高、使用方便快速等特点,因而在人们生活

节凑不断加快的今天,使用热水器提供这些热水和热源具有明显的优越性。故兼有淋浴、盆

浴、洗涮、取暖于一体的多功能家用快速热水器必将越来越受到人们的青睐。目前,日本、

法国、德国等生产的热水器多数具有这种特点。人们用热量的增多及用热水的多样化,使得

热水器向大容量方向发展,这仅是一个方面的原因。第二个原因:在南方冬季没有取暖设备,

卫生间较冷,由于墙壁的吸热作用(即冷壁效应),即使热水器的出口水温高达45℃左右,人们

淋浴时亦普遍感觉较冷而易导致感冒。为了克服这种负作用,就需加大热水器的额定出水量,

或采用高温升热水器。第三,在冬季,热水器的入口水温一般较低,时常会出现低于10℃(远低

于15～20℃的标准入口水温)的情况,这样在额定热负荷时,若保证额定出水量,则出口水温

仅能达到35℃左右,低于人们的体温,根本不能淋浴;如果保证40～45℃的出口水温,则出水

量将大大降低,亦无法满足淋浴要求,例如51/min的热水器此时出水量仅为3161/min,因此,

要保证在高温升时仍有较大出水量,必须向大容量方面发展。

文档来源为:从网络收集整理.word版本可编辑.欢迎下载支持.

3文档收集于互联网，如有不妥请联系删除.

在国际上,德国大量生产的是8、10、131/min的家用热水器(如Vaillant威能牌);法国

FRISQUET公司生产的热水器为9、11、13、15、19、211/min(在Δt=30℃的高温升

的情况下);日本生产的热水器绝大多数为8、10、12、16、20、241/min。在国内,沈乐

满、胜多、水仙、申花、吉帝等生产的有81/min的家用快速热水器,颇受用户欢迎。

(2).强化燃烧和强化传热

目前家用燃气快速热水器多采用大气式燃烧器,它与扩散式燃烧器相比具有强化燃烧、

火焰短、火焰温度高、燃烧完全等优点。但是当热水器向大容量方面发展时,若仍采用大气

式燃烧器,则热水器燃烧室就显得过于庞大,阻碍了其向大容量发展。

近年来,日本在向大容量热水器迈进时,采用了鼓风式燃烧器,其大大强化了燃烧,明显缩

小了热水器的体积。如日本GASTAR有限公司生产的OURB-1600Z2型101/min快速热

水器的外型尺寸为高590×宽350×厚100mm,明显低于国内生产的81/min的快速热水器

(如申花牌81/min,其外型尺寸为高725×宽350×厚255mm)。另一方面,强化传热在缩小热

水器体积方面起着举足轻重的作用。大家知道,燃气热水器80%左右的热量是靠翅片换热器

吸收的。随着热水器容量的增大,翅片换热器的体积亦越来越大,因而采用高传热系数的强化

翅片将在提高换热器较率、减轻换热器重量,缩小换热器体积方面起着重要作用。

目前国内热水器的翅片换热器均采用板式翅片。由于烟气通过翅片时的流速很低(<1m/s),

雷诺数较小,一般为500左右,所以烟气通过翅片换热器时处于层流状态。这样沿着烟气流动

方面在翅片上形成的层流边界层厚度会逐渐加厚,该层的传热仅有导热,因而随着边界层厚度

的增大,热阻也逐渐增大。故在翅片后半部传热效果较差。为了提高翅片的传热系数,必须想

办法阻止层流边界层的形成和发展,增加气流扰动,使烟气流动形式向过渡区或者紊流区过

渡。当然这样做是有限度的,因为扰动越强烈,流动阻力也越大,所以研制在阻力增加不大的情

况下(<20%),使传热系数明显增大(>30%～60%)的翅片换热器意义非常大。

在日本,三国集团的热水器采用了槽带翅片,其扰动气流、阻止边界层发展的作用比穿孔翅片

大,但其工艺复杂,热水器运行时流动阻力较大,对一次空气和二次空气的引入产生一定的负

作用。

为此,日本GASTAR有限公司采用强制鼓风燃烧器取代引射式大气燃烧器,既强化了燃

烧,又可增大气流速度,增加气流扰动,使燃烧室和换热器同时大大缩小,具有较大的经济性。国

内产品中,据我们所知,只有“吉帝”牌中台合资的81/min全自动燃气热水器采用了穿孔翅片

换热器,其热较率高达85%以上。

文档来源为:从网络收集整理.word版本可编辑.欢迎下载支持.

4文档收集于互联网，如有不妥请联系删除.

(3).安全清洁

对于直排式燃气快速热水器来说,所需氧气取自室内,燃烧后产生的烟气又

排放在室内,当热水器负荷较大时,单位时间内所需空气量很多,排放的烟量亦很

大,故若室内通风不良,不仅污染室内环境,而且极易发生CO中毒事件。目前大

于61/min的热水器基本上均采用烟道式或平衡式的换气方式,使燃烧产生的废

气全部排出室外,因而避免了煤气中毒发生。尤其是平衡式家用快速热水器,它不

仅使燃烧产生的烟气全部排出室外,而且燃烧所需空气也全部取自室外,整个燃

烧系统与室内隔开,因而基本上可以杜绝煤气中毒、爆炸等事故,非常安全可靠。

同时丝毫不用室内的空气,可以保持室内有充足的氧气,保持室内空气的新鲜和

清洁。在日本,他们生产了许多直接安装在室外或阳台天井上的燃气快速热水器,

这无疑更为安全和清洁。

(4).采用先进的电脑自动控制系统,并运用红外遥控技术。

在这方面日本走在世界的最前列。例如日本GASTAR有限公司生产的燃气快

速热水器,可以自动设定水温,浴盆水位,予定运行时间和启动时刻,自动切换功

能等。附带遥控器两只,可任意装在浴室内,厨房里及其他操作方便的地方,做到

随时可以开关及调节水温,使用非常方便。

(5).带有各种安全保护装置

如熄火保护装置,水气联动阀,过热保护装置,防冻装置、安全压力阀、沸腾

防止装置等,因此使用非常安全可靠。总之,随着人民生活水平的明显提高,人们

对燃气快速热水器的需求量会越来越多。大容量、多功能、高效、安全、全自动

的燃气热水器将越来越受到人们的欢迎。我国热水器生产厂家虽然不少,但总起

来看产品还比较单一,容量小,花样少,档次较低,人员素质需进一步提高,售后服

务还需加强。我们在走先引进、再逐步消化吸收的道路时,应注意加快培养一批

自己的高素质的产品开发队伍。

1.3设计的基本要求

中小型中央热水控制系统功能要求：

（1）热水温度控制范围65~80℃；

（2）保温水箱水位控制范围1.5~2米；

（3）水压控制范围0.3~0.4MPa；

文档来源为:从网络收集整理.word版本可编辑.欢迎下载支持.

5文档收集于互联网，如有不妥请联系删除.

（4）燃气热水器连续加热时间不大于45分钟；

（5）回水温度控制范围为25~35℃。

设计任务如下：

（1）实现中央热水系统控制功能要求，完成热水系统的总体设计及计算；

（2）完成PLC控制方案设计；

（3）完成PLC电气控制系统接线图设计；

（4）完成4张A1号图幅水系统图、PLC控制系统原理图、电气系统接线

图。

文档来源为:从网络收集整理.word版本可编辑.欢迎下载支持.

6文档收集于互联网，如有不妥请联系删除.

第二章总体方案的设计

2.1能源方案

目前，我们常见的热源主要有：（1）、燃气热水器。（2）、电加热。（3）、清

洁能源。如，空气源、太阳能和地热。

常用的组合方式有：（1）、太阳能+燃气。（2）、空气源+燃气。（3）、空气源+

电辅.（4）、空气源+太阳能+电辅

由于是在中小型宾馆中使用，要能够保证即开即热，电加热只能作为辅助能

源，而太阳能在低温和阴雨天气吸热不够，不能将水加热到使用的温度，故选择

燃气热水器最佳。

2.2控制方案

我们所用到的控制方案有两种：一是PLC控制，二是继电器控制。这两种控

制方式的区别在于：

（1）控制方式

继电器的控制是采用硬件接线实现的，是利用继电器机械触电的串联或者并

联及延时继电器的之后动作等组合形成控制逻辑，只能完成既定的逻辑控制。

PLC采用存储逻辑，其控制逻辑是一程序方式存储在内存中的，要改变控制

逻辑，只需要改变程序即可，称软接线。

（2）速度控制

继电器控制逻辑是依靠触电的机械动作实现控制，工作频率底，毫秒级、机

械触电有抖动现象。

PLC是程序指令控制半导体电路实现控制，速度快，微秒级，严格同步，无

抖动。

（3）延时控制

继电器控制系统是靠时间继电器的滞后动作实现延时控制，而时间继电器定

时精度不高，受环境影响大，调整时间困难

PLC是利用半导体集成电路定时器，始终脉冲由晶体振荡器产生，精度高，

调整时间方便，不受环境影响。

plc控制电路相对于继电器控制电路的优点

文档来源为:从网络收集整理.word版本可编辑.欢迎下载支持.

7文档收集于互联网，如有不妥请联系删除.

（1）控制方式上看：电器控制硬接线，逻辑一旦确定，要改变逻辑或增加

功能很是困难；而plc软接线，只需改变控制程序就可轻易改变逻辑或增加功能。

（2）工作方式上看：电器控制并行工作，而plc串行工作，不受制约。

（3）控制速度上看：电器控制速度慢，触点易抖动；而plc通过半导体来

控制，速度很快，无触点，顾而无抖动一说。

（4）定时、记数看：电器控制定时精度不高，容易受环境温度变化影响，

且无记数功能；plc时钟脉冲由晶振产生，精度高，定时范围宽；有记数功能。

（5）可靠、维护看：电器控制触点多，会产生机械磨损和电弧烧伤，接线

也多，可靠、维护性能差；plc无触点，寿命长，且有自我诊断功能，对程序执

行的监控功能，现场调试和维护方便。

综合因素考虑，选用PLC控制方案。

系统结构框图如2-1所示。

图2-1系统结构框图

2.3水系统方案

图2-2为设计的水系统图，该水系统由保温水箱、供水泵、补水阀、补热阀、

单向阀、截止阀、热力膨胀式恒温阀、燃气热水器组成。

图2-2水系统图

2.3.1水箱的选型

水箱有效容积和公称容积:

水箱有效容积一般采用调节水量确定,其值应按最高日水箱进水量和用水出

水量的逐时流量变化曲线求得。当缺少资料时一般可按最高日用水量的10%左右

计算。当给水系统为水泵和水箱方式时,如水泵为自动控制,水箱的有效容积可取

最高日用水量的5%;如为人工控制,则取最高日用水量的12%。当水箱负有消

防的储备水功能时,则有效容积还应包括按现行有关建筑设计防火规范确定的水

量。水箱公称容积为箱体的总容积。为确保水箱有效容积和尽可能缩小水箱公称

容积,在设计选用水箱时设计者必须根据水箱的液位控制方式、溢流管位置、出

文档来源为:从网络收集整理.word版本可编辑.欢迎下载支持.

8文档收集于互联网，如有不妥请联系删除.

水管位置及最低水位时管口淹没情况、箱底排水坡度和泄水管位置等情况来计算

确定水箱公称容积。

根据使用标准，每人一天平均用水40—50L，中小型宾馆约有30—100个床

位。当宾馆人满的时候一天用水量为：

Q=50*100=5000L=5T

因此可选保温水箱的有效容积为5T，基本尺寸见图2-3。

图2-3水箱尺寸图

2.3.2燃气热水器的选型

由于是用在宾馆中，对燃气热水器的功能没有太多的要求，只需要其热水产

率相比家庭用的大，故可选用热水产率为16L/min的燃气热水器，同时保证其额

定热负荷在30MJ/h以上，综合各方面因素考虑，选用热水器型号为：万和

JSQ32-16P3。见图2-4。

规定每个热水器连续加热的时间不能超过45分钟，在45分钟内一个热水器

可加热16*45=720L的水，加热5T的水需要5000%720=7，考虑热水器可能出现

故障的因素，应使用燃气热水器的个数为8个。

图2-4万和JSQ32-16P3

万和JSQ32-16P3详细参数

技术参数

•系列名称：V10非常节能纠错

•额定热负荷：32MJ/h纠错

•热水产率：16升/分纠错

•适用水压：0.02-1.0Mpa纠错

•启动水压：0.02MPa纠错

•电源规格：220V/50Hz

2.3.3水泵的选型

一、泵选型原则

（1）使所选泵的型式和性能符合装置流量、扬程、压力、温度、汽蚀流量、

文档来源为:从网络收集整理.word版本可编辑.欢迎下载支持.

9文档收集于互联网，如有不妥请联系删除.

吸程等工艺参数的要求。

（2）机械方面可靠性高、噪声低、振动小

（3）经济上要综合考虑到设备费、运转费、维修费和管理费的总成本最低。

（4）离心泵具有转速高、体积小、重量轻、效率高、流量大、结构简单、

输液无脉动、性能平稳、容易操作和维修方便等特点。

二、泵的选型依据

泵选型依据，应根据工艺流程，给排水要求，从五个方面加以考虑，既液体

输送量、装置扬程、液体性质、管路布置以及操作运转条件等

（1）流量是选泵的重要性能数据之一，它直接关系到整个装置的的生产能

力和输送能力。如设计院工艺设计中能算出泵正常、最小、最大三种流量。选

择泵时，以最大流量为依据，兼顾正常流量，在没有最大流量时，通常可取正常

流量的1.1倍作为最大流量。

（2）装置系统所需的扬程是选泵的又一重要性能数据，一般要用放大5%—

10%余量后扬程来选型。

（3）液体性质，包括液体介质名称，物理性质，化学性质和其它性质，物

理性质有温度c密度d，粘度u，介质中固体颗粒直径和气体的含量等，这涉及

到系统的扬程，有效气蚀余量计算和合适泵的类型：化学性质，主要指液体介质

的化学腐蚀性和毒性，是选用泵材料和选用那一种轴封型式的重要依据。

（4）装置系统的管路布置条件指的是送液高度送液距离送液走向，吸如侧

最低液面，排出侧最高液面等一些数据和管道规格及其长度、材料、管件规格、

数量等，以便进行系梳扬程计算和汽蚀余量的校核。

（5）操作条件的内容很多，如液体的操作T饱和蒸汽力P、吸入侧压力PS

（绝对）、排出侧容器压力PZ、海拔高度、环境温度操作是间隙的还是连续的、

泵的位置是固定的还是可移的。

根据以上的说明，我们应选择的供水泵的相关参数计算为：

假设在某一时间段有1/4的人用水，则水泵的流量为：

Q=100*1/4*8L/min*60%1000=12m3/h。

一般中小型宾馆的楼层数为2-5层。故水泵的扬程为：

H=5*3*2=30m。

文档来源为:从网络收集整理.word版本可编辑.欢迎下载支持.

10文档收集于互联网，如有不妥请联系删除.

查格兰富水泵的选型表，选择水泵为CM10-2。

由于要设计到寿命均衡，故选择的泵的个数为2个。

具体的选型见图2-5和图2-6，CM10-2的尺寸见图2-7和表2-1。

图2-5CM泵系列性能范围

图2-6CM10性能范围

图2-7泵CM10尺寸

表2-1CM10尺寸参数表

本设计所用到的阀有：电磁阀、截止阀、单向阀、热力膨胀式恒温阀

选择阀门的步骤和依据：

⑴选择步骤

①明确阀门在设备或装置中的用途，确定阀门的工作条件：适用介质、工作

压力、工作温度等等。

②确定与阀门连接管道的公称通径和连接方式：法兰、螺纹、焊接等。

③确定操作阀门的方式：手动、电动、电磁、气动或液动、电气联动或电液

联动等。

④根据管线输送的介质、工作压力、工作温度确定所选阀门的壳体和内件的

材料：灰铸铁、可锻铸铁、球墨铸铁、碳素钢、合金钢、不锈耐酸钢、铜合金等。

⑤选择阀门的种类：闭路阀门、调节阀门、安全阀门等。

⑥确定阀门的型式：闸阀、截止阀、球阀、蝶阀、节流阀、安全阀、减压阀、

蒸汽疏水阀、等。

⑵选择阀门的依据

在了解掌握选择阀门步骤的同时，还应进一步了解选择阀门的依据。

①所选用阀门的用途、使用工况条件和操纵控制方式。

②工作介质的性质：工作压力、工作温度、腐蚀性能，是否含有固体颗粒，

介质是否有毒，是否是易燃、易爆介质，介质的黏度等等。

③对阀门流体特性的要求：流阻、排放能力、流量特性、密封等级等等。

④安装尺寸和外形尺寸要求：公称通径、与管道的连接方式和连接尺寸、外

形尺寸或重量限制等。

⑤对阀门产品的可靠性、使用寿命和电动装置的防爆性能等的附加要求。

文档来源为:从网络收集整理.word版本可编辑.欢迎下载支持.

11文档收集于互联网，如有不妥请联系删除.

（在选定参数时应注意：如果阀门要用于控制目的，必须确定如下额外参数：

操作方法、最大和最小流量要求、正常流动的压力降、关闭时的压力降、阀门的

最大和最小进口压力。）

根据上述选择阀门的依据和步骤，合理、正确地选择阀门时还必须对各种类

型阀门的内部结构进行详细了解，以便能对优先选用的阀门做出正确的抉择。

管道的最终控制是阀门。阀门启闭件控制着介质在管道内的流束方式，阀门

流道的形状使阀门具备一定的流量特性，在选择管道系统最适合安装的阀门时必

须考虑到这一点。

根据以上阀的选型的步骤和依据，

（1）对电磁阀的选择为：介质都为液体，工作压力在0.3-0.4MPa，工作温度在

0-80°左右。由于连接的水管的规格为DN50，故其公称通径应该小于50mm。

因此可选用OK68系列电磁阀。个数为2。其相关的技术参数见表2-2。

表2-2OK68系列参数

（2）对截止阀的选型：

选用嘉兴贵龙不锈钢内螺纹截止阀，见图2-8。产品编号：J11W，数量为3

个。

图2-8嘉兴贵龙不锈钢内螺纹截止阀

J11W不锈钢内螺纹截止阀主要性能规范表见表2-3

表2-3截止阀主要参数

J11W不锈钢内螺纹截止阀主要外形尺寸表见表2-4。

表2-4截止阀外形尺寸表

（3）对单向阀的选型：

选用嘉兴贵龙不锈钢内螺纹单向阀，见图2-9，产品编号为：H44H-16P。数

量为2个。

图2-9嘉兴贵龙不锈钢内螺纹单向阀

（4）对热力膨胀式恒温阀的选型：

要求回水的温度为25-35°C，水管管径为DN50，选用丹佛斯TE5-TE55系列

膨胀阀，数量为1个。见图2-10。

文档来源为:从网络收集整理.word版本可编辑.欢迎下载支持.

12文档收集于互联网，如有不妥请联系删除.

图2-10丹佛斯TE5-TE55系列膨胀阀

2.4电器控制系统方案设计

要让水系统能够实现自动控制的功能，必须有相应的电器系统对其进行监测

和控制，图2-11为电器联系图，在保温水箱中插入温度传感器和水位电极，通

过温度仪表显示水箱中水的温度，电极经水位继电器接到控制箱，再通过电磁阀

的开关来控制上水和补热。控制箱中的PLC经过设置好的程序可以实现对泵，补

水阀和补热阀的控制。

图2-11燃气热水系统电气控制接线图

2.4.1水位继电器的选择

继电器是根据某种输入信号来接通或断开小电流控制电路，实现远距离控和

保护的自动控制电器。其输入量可以是电流、电压等电量，也可以是温度、时间、

速度、压力等非电量，而输出则是触头的动作或者是电路参数的变化。

继电器的种类很多，按输入信号的性质分为：电压继电器、电流继电器、时

间继电器、温度继电器、速度继电器、压力继电器等。按工作原理分为：电磁式

继电器、感应式继电器、电动式继电器、热继电器和电子继电器等。按输出形式

分为：有触点和无触点两类。按用途分为：控制用和保护用继电器等。

液位继电器是控制液面的继电器。这是一个继电器内部有电子线路。利用液

体的导电性。当液面达到一定高度时继电器就会动作切断电源。液面低于一定位

置时接通电源使水泵工作。达到自动控制的作用。

自动控制由传感器和控制执行机构组成。液位控制器的传感器一般是导线。

利用水的导电性。水的导电性较差，不能直接驱动继电器。所以要有电子线路将

电流放大，以推动继电器工作。继电器就是执行机构。

在本课题的水系统中，采用的是五电极两继电器补水，其水位电极连接图和

继电器接线图分别见图2-12和图2-13。

文档来源为:从网络收集整理.word版本可编辑.欢迎下载支持.

13文档收集于互联网，如有不妥请联系删除.

图2-12水位电极连接图

图2-13水位继电器接线图

选用欣灵HHY7G(JYB-714供水型)液位继电器，工作电源：AC24V、220V、380V

工作模式：HHY7G(JYB-714)为供水型，水控距离：≤100米，触电形式：一组常

开常闭触点，触电容量：3AAC220V(阻性)，外形尺寸：55×41×92mm，安装方

式：35mm导轨式和装置式，选用的个数为2个。

2.4.2温度仪表的选择

温控器主要分为两种，机械式的和电子式的。其中电子式的有带液晶显示（带

液晶显示的电子式温控器有些具有可编程功能）和不带液晶显示之分。机械式温

控器，内部是双金属片或者金属膜盒，根据物体的热胀冷缩原理，调节在设定温

度情况下，对环境温度进行加温或者降温（看所连接的是加热器还是冷却器）。

电子式的是由热敏电阻感知所在环境温度，通过继电器控制所连接的加热器或冷

却器的工作或停止。

在本课题中，我们所要监测的温度是水箱中水的温度，控制的范围在

65-80℃，当低于这一温度时，必须通过补热电磁阀进行加热，使水温达到设定

的温度，温控仪表见图2-14。其接线图见2-15。

图2-14温控仪表

图2-15温控仪表接线图

选用XMTD-5000系列智能温度控制仪，个数为1个。产品说明为：

76565

文档来源为:从网络收集整理.word版本可编辑.欢迎下载支持.

14文档收集于互联网，如有不妥请联系删除.

输入信号：热电偶:K、E、J，热电阻:Pt100、Cu50，测量误差：±(1.0%FS+1

个字)，调节方式：二位式继电器触点通断控制；断续PID继电器触点通断控制；

断续PID驱动SSR电压控制；报警方式：上限报警继电器触点输出；下限报警

继电器触点输出；上下限报警继电器触点输出；

基本参数：

工作电源：AC220V

外形尺寸：72×72×100mm

开孔尺寸：67+1×67+1

安装方式：面板式

文档来源为:从网络收集整理.word版本可编辑.欢迎下载支持.

15文档收集于互联网，如有不妥请联系删除.

第三章PLC控制系统方案设计

3.1PLC的选择

PLC选用Siemens的LOGO!230RC的PLC。

LOGO!230RC可编程控制器能适合自动化工程中的各种应用场合，是一种模

块化中小型PLC系统，多种的性能递增的CPU和丰富的且带有许多方便功能的I

／o扩展模块，使用户可以完全根据实际应用选择合适的模块。当任务规模扩大

并且愈加复杂时，可随时使用附加模块对PLC进行扩展。在国内，LOGO!230RC

以其模块化、无排风扇结构、易于实现分布、易于用户掌握等特点，成为各种控

制任务的方便又经济的解决方案，能满足从小规模到中等性能的控制要求。

LOGO!230RCPLC由以下几部分组成：

（1）中央处理单元(CPU)

各种CPU有各种不同的性能，例如：有的CPU上集成有输入／输出点，有的

CPU上集成有PROFIBUS-DP通讯接口等。

（2）信号模块(SM)

用于数字量和模拟量输入／输出。

（3）通讯处理器(CP)

用于连接网络和点对点连接。

（4）功能模块(FM)

用于高速计数，定位操作(开环或闭环控制)和闭环控制。

LOGO!230RCPLC具有如下诸多功能：

（1）丰富的指令集和功能库

包含350多条指令，包括二进制逻辑、括号指令、结果赋值、存储、计数、

装载、传输、比较、移位、循环、产生补码、块调用、跳转等，还有定点运算和

浮点运算功能，用此功能可以有效地实现更为复杂的算术运算。特别是集成了很

多标准控制功能块，如PID，可以实现复杂的过程控制。

（2）高速的指令处理

0.6—0.1us的指令处理时间完全满足中等到较低的性能要求。

（3）方便用户的参数赋值

文档来源为:从网络收集整理.word版本可编辑.欢迎下载支持.

16文档收集于互联网，如有不妥请联系删除.

只用一个带标准用户接口的软件工具就可给所有模块进行参数赋值，节省了

入门和培训的费用。

（4）人机界面(HMI)

方便的人机界面服务已经集成在LOGO!230RC操作系统内，因此人机对话的

编程要求大大减少。

（5）诊断功能

CPU的智能化的诊断系统能连续监控系统的功能是否正常、记录错误和特殊

系统事件(例如：超时、模块更换等等)。

（6）口令保护

多级口令保护可以使用户高度、有效地保护其技术机密，防止未经允许的复

制和修改。

（7）操作方式选择开关

操作方式选择开关像钥匙一样可以拔出，当钥匙拔出时，就不能改变操作方

式，可防止非法删除或改写用户程序。

（8）功能强大的通讯技术

SiemensLOGO!230RCCPU支持执行机构和传感器与CPU之间的过程和现场

通讯，以及可编程控制器相互之间的数据通讯。

此外，LOGO!230RC系列PLC还具有模块点数密度高，结构紧凑，性价比高，

性能优越，装卸方便等优点。

3.2系统软件需求分析

燃气热水系统由西门子公司的LOGO!230RCPLC作为核心控制器，利用编程

软件Logo！Comfort6.0进行系统编程，实现对燃气热水系统的控制，达到设计

技术要求，整个控制系统软件需求如下：

（1）整个控制系统分为手动控制和自动控制两部分。手动控制方式是实现

电机和变频器的手动启动；自动控制方式是根据控制要求、采集的信息来实现对

系统控制要求。

（2）根据水位传感器确定水位，当为低水位时，补水电磁阀打开，通过燃

气热水器加热补水，温控仪表采集的温度确定水箱内水的温度，当低于需求的温

文档来源为:从网络收集整理.word版本可编辑.欢迎下载支持.

17文档收集于互联网，如有不妥请联系删除.

度时，补热电磁阀打开，通过燃气热水器将水加热到可以使用的温度，在通过供

水泵将水供出去，用2泵实现寿命均衡的控制。指示灯面板见图3-1.

图3-1指示灯

3.3PLC编程

如图3-2，Siemens的LOGO!230RC的PLC的接线图，采用的是八输入四输出，

输入端分别为启动开关，停止开关，温控仪表，低水位保护开关，高水位保护开

关，泵的选择按钮和工作模式按钮，输出端分别为补水阀，补热阀以及两个供水

泵。

图3-2PLC接线图

采用的编程软件为logo!softcomfortv6.0，编制的程序图见图3-3和图3-4。

图3-4PLC程序图

从图3-4PLC的编程图可以看出：

（1）泵运转的条件为：启动开关打开，处于低水位时低水位保护开关打开。

（2）加热阀打开的条件为：启动开关打开，温度未到设定的温度，上水电

磁阀关闭。

（3）上水电磁阀打开的条件为：启动开关打开，处于低水位时低水位保护

开关打开。

两泵寿命均衡控制的编程

在本设计中需要用两泵来实现寿命均衡的控制，即通过对两泵交替运行的控

制来增加泵的使用寿命，为了使两泵运行的时间相同，在编制PLC程序时使用块

运行小时计数器和块加减计数器，在自动控制模式下，先让一泵开始运行，同时

计时，当加减计数器从初始值达到上限时换用另一泵运行，达到加减计数器的下

限时在换泵，如此交替的运行便可实现寿命均衡的控制。具体的程序见图3-3。

图3-3两泵寿命均衡程序图

文档来源为:从网络收集整理.word版本可编辑.欢迎下载支持.

18文档收集于互联网，如有不妥请联系删除.

结论

PLC控制在国内外已经是应用非常普遍而且成熟。目前在许多中小型宾馆中

运用PLC控制燃气热水系统还不多见，因此对该方案的设计研究还有待提高。

本文针对传统燃气热水系统在运行过程中会浪费大量能源而将其与PLC控制相

结合，同时采用两泵达到寿命均衡的目的。在本次设计过程中，既锻炼了自己的

能力，又提高了技术水平，积累了不少经验。

1.本次设计中，应用西门子的LOGO!230RCPLC作为控制部分，它和智能温

控仪、电动机，电磁阀共同完成了燃气热水系统的自动控制。用燃气加热器加热

比起电加热，节约了不少的电能，同时将各控制部分集成在同一控制面板上，方

便了操作。

2.根据系统的控制要求，选定PLC的CPU和各种功能模块。在此基础上，

通过PLC控制程序完成所有控制任务。

3.软件设计采用结构化编程，将一个复杂的程序分解成若干个子结构，便于

控制、降低程序的复杂性，使程序易于阅读、理解和维护，由于结构化编程方法

能够把错误控制到最低限度，因此减少了调试和查错的时间。

4．设计过程中没有考虑系统的经济性，因此系统性价比较低。

5．在信号采集的过程中没有考虑到信号的隔离和滤波，可能存在信号的干

扰问题。

本设计用LOGO!230RC来实现燃气热水系统的自动控制，当系统出现故障

时，能及时报警，和保护电路共同使该系统安全运行。详细介绍了各系统的论证，

各元件的选型和使用方法，以及PLC的编程，功能说明等。

参考文献

1、暖通空调系统设计手册，机械工业出版社。

2、耿文学，可编程控制器应用技术手册，科学技术出版社，1996

4、汪晓平等编著，PLC可编程控制器系统开发实例导航，人民邮电出版社，2004

文档来源为:从网络收集整理.word版本可编辑.欢迎下载支持.

19文档收集于互联网，如有不妥请联系删除.

5、耿文学，可编程控制器应用技术手册，科学技术出版社，1996

6、王淑英，电气控制与PLC控制技术，机械工业出版社，2005

7、张凤珊，电气控制及可编程序控制器，中国轻工业出版社，2003

8、赵惠忠，深入浅出西门子LOGO!，北京航空航天大学出版社，2004

9、郑兆生,张伟,郑新志.PLC及变频器恒压供水控制系统设计[J].山东轻工学

院学报(自然科学版).2007(03)

10、龙成忠,龙先超.恒压供水自动控制系统的设计[J].装备制造技

术.2009(06)

文档来源为:从网络收集整理.word版本可编辑.欢迎下载支持.

20文档收集于互联网，如有不妥请联系删除.

附录

附录1设备清单

序号符号名称数量

1KA1补水电磁阀1

2KA2补热电磁阀1

3KA3泵1电磁阀1

4KA4泵2电磁阀1

5KA5过载保护器1

6KA6低水位继电器1

7KA7高水位继电器1

8KM1供水泵1接触器1

9KM2供水泵2接触器1

10HL0电源指示灯1

11HL1补水开关显示灯1

12HL2补热开关显示灯1

13HL31#供水泵显示灯1

14HL42#供水泵显示灯1

15HL5故障显示灯1

16SB11#供水泵启动按钮1

17SB22#供水泵启动按钮1

18SB3急停按钮1

19SK1手自动模式选择按钮1

20SK2PLC时空开关1

21P11#供水泵1

22P22#供水泵1

23GA11#燃气热水器1

24GA22#燃气热水器1

25TA保温水箱1

文档来源为:从网络收集整理.word版本可编辑.欢迎下载支持.

21文档收集于互联网，如有不妥请联系删除.

附录2具体使用说明

一、装置特点

1节能

采用燃气热水系统的目的就是为了节能，原理是通过燃气热水器的加热，将

水加热到可以使用的热水，储存在保温水箱中，用户可以直接通过供水泵使用，

相比在每个房间装燃气热水器或者点加热器，其能效比可保持在300%以上，从

而节省了大量的电能。这也是目前燃气热水系统在酒店宾馆得到广泛使用的原

因。

采用寿命均衡的控制，可以增加泵的工作时间，一般泵的使用寿命在5年左

右，若采用单泵，出现故障时就无法供水，给用户带来不便，通过寿命均衡控制，

用两个泵交替运转，使两泵的工作时间维持在相同的水平，这样就能保证24小

时不间断的供水，同时泵的寿命得到延长。

2防腐蚀能力强

所有管道均采用PPR管，具有较强的防腐蚀能力。

3.保护功能齐全，可靠性高

装置具有过流、过载、短路、过热等自动保护停机功能，有故障显示和报警

功能；并具有自动状态监测与故障诊断能力。

4.自动化程度高

该装置通过PLC的控制，实现技术参数设置和状态监测与故障诊断功能。

二、技术说明

该装置主要由燃气热水系统、集成控制系统组成。

燃气热水系统是由燃气热水器、保温水箱，供水泵，补水电磁阀，补热电池

阀，截止阀，单向阀，热力膨胀式恒温阀和相应的管道组成。

集成控制系统主要由PLC控制器，智能温控仪，水位继电器组成。

三、功能说明

1.水箱水位的控制

水箱中有5个水位电极与电控箱内的低水位继电器KA6和高水位继电器KA7

相连接，同时经过PLC控制器给出的综合回水温度信号控制热水箱的补水，只有

当水位低于低限水位时才强制补水；当水位高于低限水位时，根据水箱温度进行

文档来源为:从网络收集整理.word版本可编辑.欢迎下载支持.

22文档收集于互联网，如有不妥请联系删除.

补水控制，保证供水泵泵出的是满足温度要求的热水，另一方面，低限水位信号

还用于泵出现缺水干转的故障，即一旦出现水箱缺水，供水泵会自动停机。当水

位达到高限水位时，会通过PLC控制补水电磁阀KA1，使其关闭。

2.温度的控制

在水箱中有温度传感器，可以测知水箱中水的温度，再送到智能温控仪，推

荐的热水温度范围在65-80℃，即在这一温度范围内可满足用户洗澡的要求，当

温度低于低限温度时，经PLC控制的补热电磁阀KA2打开，燃气热水器加热后回

流到保温水箱中，达到节水节能的效果。

3.供水泵的控制

供水泵可将水输送到高层用户，防止当水压不足的时候，水输送不上去，由

水泵P1和P2共同完成，电控箱面板上有工况选择开关和按钮开关来控制。工况

选择开关有两个模式，手动选择工作泵的模式和自动选择工作泵的模式。当选择

手动模式时，可以自由的选择泵A还是泵B工作，按启动开关按钮，水泵直接连

接电源启动运行；并且运行的条件是水箱低限水位达到和电极无过流过载保护，

当选择自动模式时，按下启动开关按钮，经过PLC控制的两泵交替运作，实现寿

命均衡的目的。

四、使用要求

1.运行前检查

管系安装于试验完毕和电气系统接线安装完毕后，在确认电气连线无误后，

合上电源空气开关，然后按如下步骤调试。

(1)检查控制箱上的开关位置：将急停开关置于正常开的位置；将SK1、SK2、

SK3开关置于停止位置。

(2)水泵注水：首次运行前用扳手拧动水泵上方靠近出口的注水螺塞，将其

拆下，向里注满水后将螺塞拧紧。

(3)水泵转向调整：打开电源开关，手动接通水泵电机的交流接触器，启动

个水泵，观察水泵转向，调节相序至水泵转向正确。

2.本装置日常运行需专人操作，应定期巡查，发现异常及时处理。

3.如需更换水泵电机，必须严格按照原规格，不可擅自增大容积。

文档来源为:从网络收集整理.word版本可编辑.欢迎下载支持.

34文档收集于互联网，如有不妥请联系删除.

致谢

经过三个月的忙碌，本次毕业设计已经接近尾声，由于经验的匮乏，难免有

许多考虑不周全的地方，如果没有老师和师兄师姐的指导，想要完成这个设计是

很困难的。这三个月是我大学生活中忙碌而又充实的一段时光，短短的时间里，

我学到了很多东西。不仅学到了更多的理论知识，扩展了知识面；而且学会了如

何学习新的知识。我向所有帮助、关心、支持我的老师、师兄师姐、朋友同学，

表达我最真诚的谢意。

非常感谢我的同学。当我在毕业设计过程中遇到问题和困难时，是他们给我

提出许多关键性的意见和建议，使我对整个毕业设计的思路有了总体的把握，并

耐心的帮我解决了许多实际问题，使我获益良多。

感谢武汉工程大学这四年来给我提供良好的学习氛围，感谢各位老师四年来

的教诲，同时感谢师兄师姐，在我遇到困难的时候，他们给了我极大的鼓励和帮

助。没有老师和师兄师姐的指导，我的毕业设计是不可能完成的。

总之，在以后的学习、工作、生活中我将更加努力，用自己的行动回报社会、

学校、老师及同学。

此文档是由网络收集并进行重新排版整理.word可编辑版本！