基于PLC的新型智能熱水器的研究與設計

朱成喜 韓曉新

（江蘇理工學院電氣信息工程學院，江蘇 常州213001）

0 引言

現在的大學宿舍，每個樓內都會安裝大功率的開水設備，從而給學生提供生活飲水或洗漱用水。由于開水設備設置在大學宿舍，所以必須考慮到學生用水相對集中，在某一時段（比如學生下課、飯后）用水量巨大等問題。而就目前而言，絕大多數大學開水設備都沒有考慮到這一點，拿我們江蘇理工學院宿舍的開水設備來說，就存在著下列問題：（1）開水設備出熱水后會在一段時間內加入冷水，此時水溫已經下降，而且混入了自來水，無法飲用。如果學生作為飲用水，則必須等待飲水機重新加熱至開水才能接水。飲水設備效率低，浪費了學生的時間。（2）開水設備一次性出開水量太小。在第一次接水過多后，飲水機加入冷水，出水就不是開水，學生能接的開水量非常少，而大學宿舍內需要的一次性出開水量可能相當大。（3）開水設備的加熱器沒有有效利用?，F今的開水設備只有在加入冷水水溫下降后，加熱器才開始加熱，導致沒人接水時加熱器不運作，有人接水時加熱器才運轉，這大大降低了加熱器的利用率。

為了讓學生可以隨時隨地使用開水，不受上述開水設備的限制，我們設計了一種新型的智能開水設備。這種開水設備使用雙水箱存水和分層加熱技術［1］，它具備一次性出開水量大、加熱器利用率高、再次接水等待時間短等優點，有效地解決了上述種種問題，減短了學生的排隊時間，讓學生們可以隨時用水。

1 系統原理框圖

我們的設計使用了雙水箱存水和分層加熱技術，具體方案如圖1所示。

水箱A和水箱B是相對獨立的2個水箱，每個水箱又分為2層，利用可控的活塞分隔，活塞可由PLC控制導通或閉合。進出水口也設置控制裝置，用以自動控制水箱的進水和出水。每個水箱內都裝有水位開關、加熱器、溫度傳感器等設備監控水箱的狀態。水位開關用以監測水箱內的水位，水位高于上限位或低于下限位時，開關都有所動作。加熱器用來加熱冷水，使水燒開。溫度傳感器檢測水箱內水的溫度，當水箱內有水并且溫度小于97℃時，加熱器工作，當溫度達到97℃時，加熱器停止工作。

2 系統的硬件設計

開水設備主要由PLC電路、水箱、加熱器、控制面板、各種傳感器等部分組成，硬件框圖如圖2所示。

輸入設備主要包括各種傳感器和按鈕。按鈕的作用手動打開和停止出水。傳感器主要包括溫度傳感器、液位傳感器等，用以及時把水箱的水溫和水位反饋到PLC中，PLC會根據水箱的水溫和水量情況在一定的控制策略下對執行機構發出動作指令。輸出信號包括水箱加熱器、各種指示燈及進出水控制活塞等，指示燈表示水箱開水狀態；加熱器對水進行加熱；進出水控制活塞用來控制進出水活塞和水箱分隔活塞，從而實現相應的功能。

圖1 智能開水設備示意圖

圖2 裝置的硬件框圖

3 系統的軟件設計

我們調研了學生的真實用水情況，制定了合理的供水方案，通過合理的控制策略，加大設備的出開水量，提高加熱器利用率，使設備最大限度地為學生供水。系統的總程序流程如圖3所示。

開水設備的工作過程遵循如下規則：上水箱開水用完后關閉分隔活塞，下水箱出水，同時上水箱進水、加熱器工作。下水箱開水用完后，上、下水箱全部停止供水，進水后加熱器工作。水箱A開水用完后關閉出水活塞，水箱B出水，同時水箱A進水、加熱器工作。而出水按鈕的設置使用中斷編程的方法，可以任何時刻按按鈕，同時系統對水箱的水量和水溫狀況進行判斷，符合出水要求后即可打開出水口。

圖3 系統主流程圖

由此可知，利用雙水箱和分層加熱技術的原理，可以讓水箱一次出更多的開水，并且在水箱的一層水用完后，立即進水，加熱器工作。這樣既不影響出開水，出開水的同時加熱器還在工作狀態，從而很好地提升了加熱器的利用率，同時也避免了出水越多水溫越低的現象。

4 結語

本文主要設計了一種新型的智能開水設備。這種開水設備使用雙水箱存水和分層加熱技術，具有一次性出開水量大、加熱器利用率高、再次接水等待時間短等優點，有效地解決了目前各大高校宿舍的開水問題，節省了學生的寶貴時間，讓學生可以隨時用水。

［1］溫建平，李會敏，曹永慧.節能飲水機的設計及節能分析［J］.節能 ，2010（11）