太阳能热水工程的可靠的自动控制

　　一、太阳能工程自动控制的必要性

　　小型太阳能热水工程，要求投入的人工成本要低，因此要具有自动运行的功能，有时在这方面的要求比大型的加热工程还要高。很多太阳能经销商和小工厂都在这方面碰到很多麻烦。在实际应用的太阳能热水工程中90%的故障是出在自动控制上，笔者见到不少太阳能经销商和工厂因为处理不了太阳能工程的故障，或者承受不了巨大的维修成本而采取了逃避的方法，不但给用户带来麻烦，对自身声誉也造成了损害。所以应该在工程初期就十分重视这个问题，从设计开始就要考虑今后工程的可靠性和可维护性等。事实证明，只要方法得当，这个问题是可以解决的。

　　二、自动控制的可靠性

　　根据笔者多年从事自动设备工作的体验，做到(设备)自动控制的功能并不难，难的是自动化设备的可靠性。由于电子元器件和电气元件的功能不断增加，做一些简易的自动控制器十分方便，但是自动设备要做到十分可靠却是比较难的事情.这需要经验的积累。笔者愿意和广大读者一起分享自己在这方面的一些经验和成功体会，一起将工程设计完美。

　　1、可靠性的重要性

　　考虑到目前的太阳能工程使用者基本不具备机械、电器方面的基础常识，所以本书提供的太阳能工程基本上是一个比较完善的自动化系统，一般都能自动运行。

　　太阳能本身是一个新的产品，它的许多规律还不为人们所认识，往往产生较多的故障，这就要求配套的控制系统故障要低，这样整体的故障率才能控制在一个较低的水平下。作为一个自动运行的系统如果经常出故障，将给用户带来很大的麻烦，比如工厂的工人下班不能洗澡，宾馆供不上热水造成旅客流失等。也增加了工程提供商的成本，比如维修的路费和工人的费用等。为此要尽量减少太阳能工程的故障，实践经验表明，太阳能工程做到自动控制不难，难的是工程的可靠的自动控制，只有实现了可靠的自动控制，太阳能工程才是一个完整的、合格的工程。对于太阳能工程施工方，在未动工的准备阶段，就要做一个比较周全的计划，采用什么进水方案比较可靠，什么样的加热方案比较可靠，什么样的集热器布局比较合理，比较可靠等。在比较方案时，有些方案在控制、体积或者外观等方面并不占优势，但它的可靠性优于其他方案，那么还是要考虑选择该方案。因为只有实现了系统可靠地运行，才谈得上系统的自动化。在太阳能热水工程上，最重要的就是系统的可靠性。

　　2、可靠性和功能之间的辩证关系

　　一般实施太阳能工程自动控制元器件分为三类：机械式、电气式和电子式。从发展历史来看，机械式最早，其次是电气式，最后才是电子式;从功能上康，电子式最多，电气式次之，机械式功能较少。但从可靠性来衡量，则是机械式量强，电子式最差。上一段已经说过可靠性是太阳能工程最重要的因素，所以，在控制元器件选用方面，应尽量选用机械式的，其次是电气元件，电子元器件则尽量少用。当然，随着电子产品的不断成熟，由于其强大的功能，它的可靠性也在不断提高，其应用范围也会不断扩大。

　　3、四可理论

　　在太阳能工程中，902的故障是由于电器和自动控制部分的故障造成的，设备的维护和维修是不可避免的。设计不合理的控制系统往往使得维护和修理人员无法在较短的时间内排除故障，有的甚至无法修理，工作十分困难。为此，对控制部分进行合理设计和布局，让使用者能够自行排除简单的故障，让维修人员能较快地判断控制系统的故障点，是一个值得重视的问题。笔者在长期从事自动设备的制造的过程中，总结了一套行之有效的设计原则，在实际应用中取得较好的效果，即“四可理论”：可观察、可互换、可插拔、可旁路，还要易于采购。

　　(1)可观察在控制部件中，尽量选用通过肉眼可以观察到状态的元器件，比如，透明的小型继电器，透过透明的外照可以看到内部接触点、电极片、线圈的状态，就可以很容易地看出这个原件是否有问题。还有一些带有指示灯的部件，通过指示灯的亮或不亮就可以判断该器件的好坏和工作状态。导线的连接点最好套上线标，关键的执行部件要贴上说明其作用的标签，通过以上的方法，使得调试维修人员能够在较短时间内，比较方便地完成调试维修工作，如图3—13。

　　(2)可互换在太阳能控制系统运行中，部件的故障是时有出现的。如果故障找出来了，但必须去采购部件，有时还采购不到，这样就影响了系统的工作。如果此时能够将一些比较不重要的功能去掉，将它的执行部件更换重要的、已经损坏的部件，使系统能够正常运行，那就方便多了。为此，笔者提倡在控制系统的筹划中，要考虑容易出故障部件的可互换性。比如，小型中间继电器、多段定时器、保险丝、接触器等，尽量选用相同型号和规格的。通过这种可互换的因素的设计，使得系统的运行更顺利，如图3—14。

　　说明：如图3-14，图中控制柜的一部分，图中4个时控器由于比较容易出故障，所以选用四个相同的元件，其中电加热、循环是常用的，进水，压力泵不一定用，可以作为电加热、循环的备用件。

　　(3)可插拔上面已经提出了可互换的观点，那么，由于在排除故障中，有些部件要旋下螺钉，有些要用电烙铁去掉焊锡，给工作带来不便，为此建议在控制部件中尽量采用带插座的部件，这样可以容易地将故障部件拔掉，立即换上替代部件，减少了排除故障的时间。事实上部件的可插拔对于系统的调试也提供了方便。

　　当然，对于较大的系统，或者工作环境较差的地方，可插拔的部件会带来成本的提高和可靠性的下降，需要慎重考虑。但由于太阳能控制系统比较简单，部件较少，安装环境也比较好，为此建议尽量采用可插拔的方案。

　　(4)可旁路一些执行重要动作的部件，它的不动作往往造成系统的停止，如果无法互换的，建议考虑加上旁路功能。比如，电加热接触器，由于大电流通过，在太阳能热水系统中容易损坏，经常无法正常动作，可以考虑旁路一个手动空气开关，一旦接触器或者电加热系统故障，无法动作加热，在人工判别不会造成系统更大损坏的情况下，就可以手动合上开关，使得系统能够正常工作。再比如在供水系统中，采用电磁阀给系统定时供水，一旦电磁阀损坏，整个系统供水停止，就无法提供热水了，所以一般都在管道上装上带开关的旁路回路，这个回路一般情况下是关着的，一旦需要就可以打开它，系统运行不会受到影响。

　　说明：太阳能工程的进水系统是比较容易出故障的，往往造成进水电磁阀不动作，此时只要人工打开进水旁路开关，太阳能进水就可以恢复。这时维修人员可以安心排除故障，在排故过程中，太阳能仍然可以工作，热水的供应也不会中断。

　　(5)易于采购自动控制设备在运行中，不发生故障是不可能的，自动设备的元器件在使用中，经常由于环境、人为失误、设计中的失误，执行中的干扰造成元器件的损坏，要想在短期内用较少的成本获得更换件的补充，在自动工程的设计中就要挑选常用的，易于采购的元器件，特别是关键部件和容易损坏的部件，使得用户在当地就能采购到备用部件，及时修复故障，也提高了设备提供商的信誉。

　　以上这些方法，都是为了设备在使用中如果发生故障，可以及时排除故障，减少用户的损失，在实际应用中证明效果很好。只有供销商提供的设备少出故障和出故障时能够以最快的速度排除，不给客户造成大的损失，才能赢得市场，也才能减低成本，这个在太阳能工程的制作中是十分重要的。

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