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。很多太陽能經銷商和小工廠都在這方面碰到很多麻煩。在實際應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。所以應該在工程初期就十分重視這個問題，從設計開始就要考慮今后工程的可靠性和可維護性等。事實證明，只要方法得當，這個問題是可以解決的。

　　二、自動控制的可靠性

 　　根據筆者多年從事自動設備工作的體驗，做到(設備)自動控制的功能并不難，難的是自動化設備的可靠性。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，但是自動設備要做到十分可靠卻是比較難的事情.這需要經驗的積累。筆者愿意和廣大讀者一起分享自己在這方面的一些經驗和成功體會，一起將工程設計完美。

　　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械、電器方面的基礎常識，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，一般都能自動運行。

 　　太陽能本身是一個新的產品，它的許多規律還不為人們所認識，往往產生較多的故障，這就要求配套的控制系統故障要低，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如果經常出故障，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，在未動工的準備階段，就要做一個比較周全的計劃，采用什么進水方案比較可靠，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勢，但它的可靠性優于其他方案，那么還是要考慮選擇該方案。因為只有實現了系統可靠地運行，才談得上系統的自動化。在太陽能熱水工程上，最重要的就是系統的可靠性。

　　2、可靠性和功能之間的辯證關系

 　　一般實施太陽能工程自動控制元器件分為三類：機械式、電氣式和電子式。從發展歷史來看，機械式最早，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，機械式功能較少。但從可靠性來衡量，則是機械式量強，電子式最差。上一段已經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，應盡量選用機械式的，其次是電氣元件，電子元器件則盡量少用。當然，隨著電子產品的不斷成熟，由于其強大的功能，它的可靠性也在不斷提高，其應用范圍也會不斷擴大。

　　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，設備的維護和維修是不可避免的。設計不合理的控制系統往往使得維護和修理人員無法在較短的時間內排除故障，有的甚至無法修理，工作十分困難。為此，對控制部分進行合理設計和布局，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的故障點，是一個值得重視的問題。筆者在長期從事自動設備的制造的過程中，總結了一套行之有效的設計原則，在實際應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部接觸點、電極片、線圈的狀態，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。導線的連接點最好套上線標，關鍵的執行部件要貼上說明其作用的標簽，通過以上的方法，使得調試維修人員能夠在較短時間內，比較方便地完成調試維修工作，如圖3—13。

 　　(2)可互換在太陽能控制系統運行中，部件的故障是時有出現的。如果故障找出來了，但必須去采購部件，有時還采購不到，這樣就影響了系統的工作。如果此時能夠將一些比較不重要的功能去掉，將它的執行部件更換重要的、已經損壞的部件，使系統能夠正常運行，那就方便多了。為此，筆者提倡在控制系統的籌劃中，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格的。通過這種可互換的因素的設計，使得系統的運行更順利，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、循環是常用的，進水，壓力泵不一定用，可以作為電加熱、循環的備用件。

 　　(3)可插拔上面已經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的調試也提供了方便。

 　　當然，對于較大的系統，或者工作環境較差的地方，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比較簡單，部件較少，安裝環境也比較好，為此建議盡量采用可插拔的方案。

 　　(4)可旁路一些執行重要動作的部件，它的不動作往往造成系統的停止，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，在太陽能熱水系統中容易損壞，經常無法正常動作，可以考慮旁路一個手動空氣開關，一旦接觸器或者電加熱系統故障，無法動作加熱，在人工判別不會造成系統更大損壞的情況下，就可以手動合上開關，使得系統能夠正常工作。再比如在供水系統中，采用電磁閥給系統定時供水，一旦電磁閥損壞，整個系統供水停止，就無法提供熱水了，所以一般都在管道上裝上帶開關的旁路回路，這個回路一般情況下是關著的，一旦需要就可以打開它，系統運行不會受到影響。

 　　說明：太陽能工程的進水系統是比較容易出故障的，往往造成進水電磁閥不動作，此時只要人工打開進水旁路開關，太陽能進水就可以恢復。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，熱水的供應也不會中斷。

 　　(5)易于采購自動控制設備在運行中，不發生故障是不可能的，自動設備的元器件在使用中，經常由于環境、人為失誤、設計中的失誤，執行中的干擾造成元器件的損壞，要想在短期內用較少的成本獲得更換件的補充，在自動工程的設計中就要挑選常用的，易于采購的元器件，特別是關鍵部件和容易損壞的部件，使得用戶在當地就能采購到備用部件，及時修復故障，也提高了設備提供商的信譽。

 　　以上這些方法，都是為了設備在使用中如果發生故障，可以及時排除故障，減少用戶的損失，在實際應用中證明效果很好。只有供銷商提供的設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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