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毕业设计（论文） 开题报告
题目 太阳能热水器控制系统设计
电气工程 院（系）电气工程及其自动化专业 091 班
学生姓名 吕清楠 学 号 090303019 指导教师 赵立辉
开题日期：2013 年3 月16日
开 题 报 告 一、本题目的来源和理论及实际意义 随着全球人口和经济规模的不断增长，能源使用带来的环境问题极其诱因逐渐为人们所认识，“低碳经济”这一概念开始进入人们的视野，现在全球能源问题更为突出，从长远来看，全球已探明的石油储量只能用到2020年，天然气也只能延续到2040年左右，即使储量丰富的煤炭 资源也只能维持二三百年。而且这些资源也会污染环境，造成温室效应引起全球气候变化。因此，人类要解决上述能源问题实现可持续发展只能大规模的开发和利用可再生洁净能源。 随着科技的发展，人们发现了新型洁净的太阳能。它具有一下特点：1、储量的无限性，太阳每秒发射的能量折合成标准煤大约数万亿吨；2、太阳能对于地球上绝大多数地区具有存在的普遍性，可就地取用；3、开发利用时几乎不产生任何污染。鉴于此，太阳能必将在世界能源结构转换中担纲重任，成为理想的替代能源。 能源问题与安全问题是现代社会各界普遍关注的焦点之一。目前市场上存在三种样式的热水器：电热水器、燃气热水器和太阳能热水器。太阳能热水器安全性能好、节能、绿色环保等，近几年发展迅速。现在太阳能热水器技术成熟，对于太阳能的利用率较高，节省能源损耗，并且以其绿色环保，安全等优异性能，受到了人们的欢迎，尤其是带辅助电加热功能的太阳能热水器，它以太阳能为主，电能为辅的能源利用方式，使太阳能热水器能全年全天候使用，更是被越来越多的人所接受。然而，目前市场上太阳能热水器的控制系统大多存在功能单一、操作复杂、控制不方便等问题，很多控制器具有温度和水位显示功能，却不具有温度控制功能，致使热水器阴天的时候不能方便使用。即使热水器具有辅助加热功能，也可能由于加热时间不能控制而产生过烧，从而浪费电能。 我国太阳能热水器产业发展迅速，目前已成为世界上最大的太阳能热水器生产国，但与太阳能热水器配套的控制器却一直处于研究和开发阶段，尤其是与太阳能热水器系统匹配的控制器，至今尚未检索到相关报道。太阳热水器，尤其是太阳热水系统及其控制器有着广阔的发展前景，但现有的技术研究和产品开发投入较少。因此，在太阳能热水器、太阳能热水器系统的测量控制方面，应引起足够重视，加大投入一定力量研究开发高质量、性能好的测控产品。 选择太阳能热水器这个课题，可以让我更好的认识可持续发展问题，看清目前的能源状况，以及各国在节能能源上的措施，在太阳能革新上运用新技术。此外，太阳能热水器已经走进千家万户，控制系统是热水器的核心，可以尽可能做到节能环保，做这样一个设计，不仅可以考察自己大学四年的专业课的理论与动手实践能力，产品也具有一定的市场前景。 二、题目主要内容及预期达到的目标 1、主要内容 （注）开题报告要点：1、毕业设计（论文）题目的来源，理论或实际应用意义。2、题目主要内容及预期达到的目标。3、拟采用哪些方法及手段。4、完成题目所需要的实验或实习条件。5、完成题目的工作计划等。 （开题报告不够用时可另附同格式A4纸）
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开 题 报 告 要求设计太阳能热水器控制系统，系统储水容量200升，控制温度范围：40-80度；系统具有水位监测、温度监测功能，控制热水温度，实现水温低时自动加热，水温高时可以混入凉水，实现温度水位控制。 设计具体内容： (1)总体设计方案确定 (2)传感器选择 (3)PLC的I/O分配 (4)PLC主模块、扩展模块的选择 (5)控制电路设计 (6)对话及显示电路设计 (7)系统流程图设计 (8)系统程序编写 2、预期达到的目标 本毕业设计课题主要综合训练学生运用自动检测技术、PLC控制技术、电力电子技术以及电力拖动等专业知识，设计太阳能供水系统的控制系统，太阳能热水器在软件的控制下完成温度、水位的变化，从而培养学生综合运用所学基础理论、专业知识与技能，分析和解决问题的能力，使学生受到科学研究和工程设计的基本训练，达到专业素质培养目标的要求，拓宽学生的知识面和就业面。 三、拟采用的方法和手段 实现这一设计的主要器件有PLC、太阳能板、发热器、温度传感器以及其它所需器件。太阳能热水器控制系统分为温度控制系统和水位控制系统。一般太阳能热水器有两根通向楼顶水箱的水管，一根是公用的上水下水管，另一根是溢水管，当水箱放满水时，溢水口 通过溢水管流下部分来，提示用户水已经放满了，该关闭水阀了。 水位控制：当水位低于正常水位时及时补水，加到期望的最高水位时停止。 温度控制：当水温低时自动加热，水温高时可以混入凉水。 四、完成题目所需要的实验或实习条件 在本学校各实验室中进行相关项目的实验，最大程度模拟现实条件下可能出现的情况，到销售太阳能热水器的店里了解关于太阳能热水器的相关知识，包括其造价、内外部结构和供热原理等，争取对所学知识及所做设计有更深刻具认识。 进入二十一世纪以来，随着生产工艺和生产技艺的发展，人们对产品的要求越来越高，而随着新型电子技术和微型计算机的广泛应用与普及，PLC控制系统以其控制精度高，性能稳定、可靠，设置操作方便，造价低等特点，被应用的到太阳能热水器中来，增强了系统的可视性，使温度控制和水位控制更简洁方便，为了更方便的了解太阳能热水器的具体 造价及结构，应该到生产厂家进行实地参观考察，并到相关实验室进行实验，更熟悉太阳能热水器的控制系统，使毕业设计做的更好，达到学习知识的目的。 2 开 题 报 告 五、完成题目的工作计划 第一周：查阅有关资料，收集与研究课题有关资料 第二周：查找外文资料，完成外文资料翻译 第三周：完成毕业设计开题、报告上交等工作 第四周：总体设计方案确定 第五周：传感器选择与确定 第六周：PLC主模块的选择 第七周：PLC扩展模块的选择 第八周：PLC的I/O分配 第九周：检测电路设计 第十周：控制电路设计 第十一周：保护电路设计 第十二周：对话及显示电路设计 第十三周：PLC供电系统设计 第十四周：系统流程图设计 第十五周：系统程序编写、制作幻灯片 第十六周：毕业论文说明书打印、装订 第十七周：答辩 3 查阅资料、文献目录 [1]杨长能，张兴毅，可编程序控制器基础及应用，重庆大学出版社，1993 [2]宫淑贞，可编程控制器基础及应用，人民邮电出版社，2000 [3]郁汉琪，电气控制与可编程控制器，东南出版社，2003 [4]张万忠，可编程控制器应用技术，化学工业出版社，2002 [5]韩安荣，通用变频器极其应用（第2版），机械出版社，2004.6 [6]西门子变频器参考手册，2007 [7]袁任光，可编程序控制器技术与实例，华南理工大学出版社，2003 [8]姚伟，太阳能利用与可持续发展，中国能源，2005 [9]蒋乐书，太阳能热水器优化控制方案设计的探讨，自动化技术与应用，2006 [10]刘，我国太阳能热水器产业发展现状及展望，2002 [11]赵缓，越慧，我国太阳能资源及其开发利用，经济地理，1998 [12]邵佳壤，使用太阳能热水器技术，上海科技出版社，1999 [13]马敏，张炜宇，太阳能热水器控制器设计，河南科学，2003 [14]胡学芝，可编程控制器的选择，机械制造与自动化，2004 [15]刘敏，可编程控制器技术，机械工业出版社，2000 [16]邱公伟，可编程控制器网络通信及应用，清华大学出版社，2001 [17]单成祥，传感器的理论与涉及基础及应用，国防工业出版社，1999 [18]王化祥，传感器原理及应用，天津大学出版社，1998 [19]A.zoller,Hohle glasscheibe,Deutsches Reich Patentschrift NO.38876，2002 [20]R.J.Comicini Gaseous heat conduction at low pressures and temperatures,2004 [21]R.E.Collins，L.Poladian，B.A.Pailthorpe，and R.C.Mc Phedran，Heat conduction through support piilars in evacuated windows，Aust.J.Phys.44，2001 4
指导教师意见： 该课题是要求利用PLC设计太阳能热水器控制系统。要求提出总体方案，确定控制器、传感器、设计主电路和控制电路、检测电路、必要的人机接口以及系统程序等内容。 吕清楠同学经过查找资料对毕业设计题目有充分的理解，明确了设计的任务和内容，提出了总体设计方案。综合运用“PLC”、“模拟电子线路”、“传感器”等课程，能够完成本设计任务。设计内容能够满足本科毕业设计的需要，设计的工作量适中，包含的内容既有基本知识又有专业知识的内容，预计能够完成毕业设计。 同意该生进入毕业设计。 指导教师签字： 年 月 日 教研室意见： 该生通过查阅资料，基本了解了设计要求，明确了设计任务，提出了基本设计方案，同意进入毕业设计。 教研室主任签字： 年 月 日 5
