太陽能熱水工程的可靠的自動控制

　　一、太陽能工程自動控制的必要性

　　小型太陽能熱水工程，要求投入的人工成本要低，因此要具有自動運行的功能，有時在這方面的要求比大型的加熱工程還要高。很多太陽能經(jīng)銷商和小工廠都在這方面碰到很多麻煩。在實際應(yīng)用的太陽能熱水工程中90%的故障是出在自動控制上，筆者見到不少太陽能經(jīng)銷商和工廠因為處理不了太陽能工程的故障，或者承受不了巨大的維修成本而采取了逃避的方法，不但給用戶帶來麻煩，對自身聲譽也造成了損害。所以應(yīng)該在工程初期就十分重視這個問題，從設(shè)計開始就要考慮今后工程的可靠性和可維護(hù)性等。事實證明，只要方法得當(dāng)，這個問題是可以解決的。

　　二、自動控制的可靠性

　　根據(jù)筆者多年從事自動設(shè)備工作的體驗，做到(設(shè)備)自動控制的功能并不難，難的是自動化設(shè)備的可靠性。由于電子元器件和電氣元件的功能不斷增加，做一些簡易的自動控制器十分方便，但是自動設(shè)備要做到十分可靠卻是比較難的事情.這需要經(jīng)驗的積累。筆者愿意和廣大讀者一起分享自己在這方面的一些經(jīng)驗和成功體會，一起將工程設(shè)計完美。

　　1、可靠性的重要性

　　考慮到目前的太陽能工程使用者基本不具備機(jī)械、電器方面的基礎(chǔ)常識，所以本書提供的太陽能工程基本上是一個比較完善的自動化系統(tǒng)，一般都能自動運行。

　　太陽能本身是一個新的產(chǎn)品，它的許多規(guī)律還不為人們所認(rèn)識，往往產(chǎn)生較多的故障，這就要求配套的控制系統(tǒng)故障要低，這樣整體的故障率才能控制在一個較低的水平下。作為一個自動運行的系統(tǒng)如果經(jīng)常出故障，將給用戶帶來很大的麻煩，比如工廠的工人下班不能洗澡，賓館供不上熱水造成旅客流失等。也增加了工程提供商的成本，比如維修的路費和工人的費用等。為此要盡量減少太陽能工程的故障，實踐經(jīng)驗表明，太陽能工程做到自動控制不難，難的是工程的可靠的自動控制，只有實現(xiàn)了可靠的自動控制，太陽能工程才是一個完整的、合格的工程。對于太陽能工程施工方，在未動工的準(zhǔn)備階段，就要做一個比較周全的計劃，采用什么進(jìn)水方案比較可靠，什么樣的加熱方案比較可靠，什么樣的集熱器布局比較合理，比較可靠等。在比較方案時，有些方案在控制、體積或者外觀等方面并不占優(yōu)勢，但它的可靠性優(yōu)于其他方案，那么還是要考慮選擇該方案。因為只有實現(xiàn)了系統(tǒng)可靠地運行，才談得上系統(tǒng)的自動化。在太陽能熱水工程上，最重要的就是系統(tǒng)的可靠性。

　　2、可靠性和功能之間的辯證關(guān)系

　　一般實施太陽能工程自動控制元器件分為三類：機(jī)械式、電氣式和電子式。從發(fā)展歷史來看，機(jī)械式最早，其次是電氣式，最后才是電子式;從功能上康，電子式最多，電氣式次之，機(jī)械式功能較少。但從可靠性來衡量，則是機(jī)械式量強(qiáng)，電子式最差。上一段已經(jīng)說過可靠性是太陽能工程最重要的因素，所以，在控制元器件選用方面，應(yīng)盡量選用機(jī)械式的，其次是電氣元件，電子元器件則盡量少用。當(dāng)然，隨著電子產(chǎn)品的不斷成熟，由于其強(qiáng)大的功能，它的可靠性也在不斷提高，其應(yīng)用范圍也會不斷擴(kuò)大。

　　3、四可理論

　　在太陽能工程中，902的故障是由于電器和自動控制部分的故障造成的，設(shè)備的維護(hù)和維修是不可避免的。設(shè)計不合理的控制系統(tǒng)往往使得維護(hù)和修理人員無法在較短的時間內(nèi)排除故障，有的甚至無法修理，工作十分困難。為此，對控制部分進(jìn)行合理設(shè)計和布局，讓使用者能夠自行排除簡單的故障，讓維修人員能較快地判斷控制系統(tǒng)的故障點，是一個值得重視的問題。筆者在長期從事自動設(shè)備的制造的過程中，總結(jié)了一套行之有效的設(shè)計原則，在實際應(yīng)用中取得較好的效果，即“四可理論”：可觀察、可互換、可插拔、可旁路，還要易于采購。

　　(1)可觀察在控制部件中，盡量選用通過肉眼可以觀察到狀態(tài)的元器件，比如，透明的小型繼電器，透過透明的外照可以看到內(nèi)部接觸點、電極片、線圈的狀態(tài)，就可以很容易地看出這個原件是否有問題。還有一些帶有指示燈的部件，通過指示燈的亮或不亮就可以判斷該器件的好壞和工作狀態(tài)。導(dǎo)線的連接點最好套上線標(biāo)，關(guān)鍵的執(zhí)行部件要貼上說明其作用的標(biāo)簽，通過以上的方法，使得調(diào)試維修人員能夠在較短時間內(nèi)，比較方便地完成調(diào)試維修工作，如圖3—13。

　　(2)可互換在太陽能控制系統(tǒng)運行中，部件的故障是時有出現(xiàn)的。如果故障找出來了，但必須去采購部件，有時還采購不到，這樣就影響了系統(tǒng)的工作。如果此時能夠?qū)⒁恍┍容^不重要的功能去掉，將它的執(zhí)行部件更換重要的、已經(jīng)損壞的部件，使系統(tǒng)能夠正常運行，那就方便多了。為此，筆者提倡在控制系統(tǒng)的籌劃中，要考慮容易出故障部件的可互換性。比如，小型中間繼電器、多段定時器、保險絲、接觸器等，盡量選用相同型號和規(guī)格的。通過這種可互換的因素的設(shè)計，使得系統(tǒng)的運行更順利，如圖3—14。

　　說明：如圖3-14，圖中控制柜的一部分，圖中4個時控器由于比較容易出故障，所以選用四個相同的元件，其中電加熱、循環(huán)是常用的，進(jìn)水，壓力泵不一定用，可以作為電加熱、循環(huán)的備用件。

　　(3)可插拔上面已經(jīng)提出了可互換的觀點，那么，由于在排除故障中，有些部件要旋下螺釘，有些要用電烙鐵去掉焊錫，給工作帶來不便，為此建議在控制部件中盡量采用帶插座的部件，這樣可以容易地將故障部件拔掉，立即換上替代部件，減少了排除故障的時間。事實上部件的可插拔對于系統(tǒng)的調(diào)試也提供了方便。

　　當(dāng)然，對于較大的系統(tǒng)，或者工作環(huán)境較差的地方，可插拔的部件會帶來成本的提高和可靠性的下降，需要慎重考慮。但由于太陽能控制系統(tǒng)比較簡單，部件較少，安裝環(huán)境也比較好，為此建議盡量采用可插拔的方案。

　　(4)可旁路一些執(zhí)行重要動作的部件，它的不動作往往造成系統(tǒng)的停止，如果無法互換的，建議考慮加上旁路功能。比如，電加熱接觸器，由于大電流通過，在太陽能熱水系統(tǒng)中容易損壞，經(jīng)常無法正常動作，可以考慮旁路一個手動空氣開關(guān)，一旦接觸器或者電加熱系統(tǒng)故障，無法動作加熱，在人工判別不會造成系統(tǒng)更大損壞的情況下，就可以手動合上開關(guān)，使得系統(tǒng)能夠正常工作。再比如在供水系統(tǒng)中，采用電磁閥給系統(tǒng)定時供水，一旦電磁閥損壞，整個系統(tǒng)供水停止，就無法提供熱水了，所以一般都在管道上裝上帶開關(guān)的旁路回路，這個回路一般情況下是關(guān)著的，一旦需要就可以打開它，系統(tǒng)運行不會受到影響。

　　說明：太陽能工程的進(jìn)水系統(tǒng)是比較容易出故障的，往往造成進(jìn)水電磁閥不動作，此時只要人工打開進(jìn)水旁路開關(guān)，太陽能進(jìn)水就可以恢復(fù)。這時維修人員可以安心排除故障，在排故過程中，太陽能仍然可以工作，熱水的供應(yīng)也不會中斷。

　　(5)易于采購自動控制設(shè)備在運行中，不發(fā)生故障是不可能的，自動設(shè)備的元器件在使用中，經(jīng)常由于環(huán)境、人為失誤、設(shè)計中的失誤，執(zhí)行中的干擾造成元器件的損壞，要想在短期內(nèi)用較少的成本獲得更換件的補充，在自動工程的設(shè)計中就要挑選常用的，易于采購的元器件，特別是關(guān)鍵部件和容易損壞的部件，使得用戶在當(dāng)?shù)鼐湍懿少彽絺溆貌考�，及時修復(fù)故障，也提高了設(shè)備提供商的信譽。

　　以上這些方法，都是為了設(shè)備在使用中如果發(fā)生故障，可以及時排除故障，減少用戶的損失，在實際應(yīng)用中證明效果很好。只有供銷商提供的設(shè)備少出故障和出故障時能夠以最快的速度排除，不給客戶造成大的損失，才能贏得市場，也才能減低成本，這個在太陽能工程的制作中是十分重要的。

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