小區(qū)plc照明控制系統(tǒng)設(shè)計

1、臨沂大學(xué)2015屆本科畢業(yè)設(shè)計2015屆 分 類 號：TM923 單位代碼：10452 畢業(yè)論文（設(shè)計）教授花園PLC照明控制系統(tǒng)的設(shè)計姓 名 劉俊良 學(xué) 號 201105820439 年 級 2011 專 業(yè) 電氣工程及其自動化 系（院） 汽車學(xué)院 指導(dǎo)教師 王君普 2015年 4月 24日I摘 要在日益發(fā)展的當(dāng)下，數(shù)字技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)都得到相當(dāng)大的提升，公共區(qū)域照明數(shù)字化和網(wǎng)絡(luò)化這種趨勢已不能阻擋。降低能源浪費(fèi)、美化環(huán)境、延長燈具的使用壽命、照明管理水平更為有效化和人性化等，如今已經(jīng)變成對公共照明最基本的要求。本文主要介紹了PLC在教授花園小區(qū)照明中的應(yīng)用。通過可編程邏輯控制器（PLC）對教

2、授花園小區(qū)道路、景觀燈、活動區(qū)照明進(jìn)行控制，采用分時分段控制，在結(jié)合當(dāng)今技術(shù)已經(jīng)成熟的自然光感應(yīng)開光技術(shù)來完成對照明系統(tǒng)的智能控制，克服了燈具開啟時間不合理、燈具壽命縮短和電能的浪費(fèi)等問題。關(guān)鍵詞：PLC；光感應(yīng)開光；智能控制AbstractGrowing at the moment, digital technology and network technology had pretty much improvement, public area lighting digitization and networking has been unable to stop this trend.

3、Reduce energy waste, landscaping, extend lamp life, lighting management more effective and humane, etc., has now become a basic requirement for public lighting.This paper describes the application of PLC in the Garden District professor of lighting. By a programmable logic controller (PLC) Professor

4、 garden district roads, landscape, activity area lighting control, the use of time-sharing segment control, combined with todays technology has matured in natural light sensing technology to complete the opening of intelligent control systems for lighting to overcome the uneven illumination across t

5、he lights,can not point lighting and energy waste and other issues.Key words: PLC;Light sensor opening; Intelligent controlI目 錄1緒論11.1 智能照明控制技術(shù)的研究現(xiàn)狀11.2 PLC在現(xiàn)代照明控制中的應(yīng)用41.3 設(shè)計背景41.4 設(shè)計的主要內(nèi)容52 PLC的工作原理52.1 PLC的簡介52.2 PLC的編程語言52.3 PLC的結(jié)構(gòu)62.4 PLC的工作原理73小區(qū)照明控制系統(tǒng)設(shè)計方案83.1 方案論證83.2 設(shè)計方案及結(jié)構(gòu)框圖94小區(qū)照明控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計1

6、04.1 PLC的選擇104.2 照明燈具與接觸器的選擇114.3 光控感應(yīng)開關(guān)124.4 基于PLC的硬件接線圖的設(shè)計135小區(qū)照明控制系統(tǒng)程序設(shè)計155.1 GXDeveloper編程軟件介紹155.2 控制系統(tǒng)的梯形圖程序16結(jié)論19參考文獻(xiàn)20謝 辭21臨沂大學(xué)2015屆本科畢業(yè)設(shè)計1緒論1.1 智能照明控制技術(shù)的研究現(xiàn)狀1.1.1照明的控制方式人類需要照明的重要性一目了然，但是目前人類面臨更大困難是日益漸少的能源， 以及發(fā)電和生產(chǎn)過程中產(chǎn)生對環(huán)境的破壞，使用合適照明控制方式顯得極為重要。利用恰當(dāng)?shù)恼彰骺刂?，是?jié)約能源，保護(hù)環(huán)境的強(qiáng)有力措施。蹺板開關(guān)控制。門上的翹板開關(guān)的設(shè)置，適用于占

7、地面大、照明燈多的居室。通過使用雙聯(lián)、三聯(lián)、多聯(lián)開關(guān)控制。空氣開關(guān)控制?？諝忾_關(guān)控制，在其本質(zhì)上，與搖桿開關(guān)控制相同，主要用于室外環(huán)境，例如停車場、大教室、街道照明、公共活動區(qū)照明等更大數(shù)目的照明。定時開關(guān)、聲光控開關(guān)等節(jié)能型開關(guān)控制。在公共區(qū)域加適量使用紅外運(yùn)動檢測光控開關(guān)，通過紅外線探測控制。聲控開關(guān)是通過傳感器將聲音信號轉(zhuǎn)化為電信號，然后來控制燈光的開啟手動遙控控制。通過使用紅外線遙控器，使得多個區(qū)域內(nèi)的燈具，能在正常情況下，實(shí)行手動控制。動靜探測控制。在場所和樓宇之中，可以通過是否有人走動來達(dá)到燈具的控制。還可以加上調(diào)光和動靜探測模塊達(dá)到燈具的開關(guān)控制。恒照度控制。照明場所的開關(guān)是通過

8、調(diào)光模塊以及亮度檢測元件來實(shí)現(xiàn)，使得場景的照明強(qiáng)度不會由自然光以及其他外在因素影響，始終維持恒定值。1.1.2現(xiàn)代照明控制技術(shù)現(xiàn)代照明的控制方式最為常見的是開關(guān)控制和調(diào)光控制兩種方式，實(shí)際上開關(guān)控制是調(diào)光控制的極端，它實(shí)現(xiàn)的燈具全滅和全亮，這樣看來開關(guān)控制與調(diào)光的控制有相同之處。而調(diào)光控制具有很多優(yōu)點(diǎn)，燈具的亮度可以由調(diào)光控制決定，可節(jié)約電能。其限制電壓的技術(shù)可以使燈具避免電壓沖擊，可以使燈具的壽命達(dá)到延長。根據(jù)常見發(fā)光的原理，照明燈具光源最常見的為氣體放電光源。另外熱輻射光源也是在日常生活中較為常見的光源。對于氣體放電光源，僅需要修改加在光源上的電壓，以改變輸出的光照量；而熱輻射光源的調(diào)光控

9、制不是這么簡單，不是簡單地通過控制電源電壓的調(diào)光。因?yàn)檫@樣的光源具有電子鎮(zhèn)流器，控制電子鎮(zhèn)流器的電壓的頻率和電壓的振幅來調(diào)整光源的亮度。在各種類型的微處理器控制的發(fā)展，越來越多的微處理器已投身于現(xiàn)代照明控制。目前，很多場合都是利用微處理器調(diào)節(jié)正弦波電壓來調(diào)節(jié)光的強(qiáng)度。最初的劇場的舞臺燈光調(diào)光是利用可變電阻來實(shí)現(xiàn)的，這種傳統(tǒng)的照明控制技術(shù)，使操作控制顯得極為繁瑣。早在1964年英國開始SCR調(diào)節(jié)光照，這是在對調(diào)光的一大突破，本身SCR體積小，也易于控制，目前為止也被很多廠商使用。后來為了處理關(guān)于含有容抗的照明燈的調(diào)節(jié)照度的問題，便使用的MOS晶體管沿著相位控制調(diào)光的調(diào)光器，該種調(diào)光器的電壓下降時

10、間可以通過修改相應(yīng)電路增加，從而減少了電磁干擾和噪音。但是，以往的兩相的方式調(diào)光總是不能解決正弦波被破壞，并產(chǎn)生了高次諧波的干擾的問題，并且由于跨越正弦電流的分階段工作以及裝置的循環(huán)控制，從而降低能量使用效率。邦奇電子公司已掌握新的調(diào)光方法，該種方法通過正弦電壓調(diào)節(jié)，并且在功能上等同的輸出電壓可被調(diào)節(jié)為RMS變壓器輸出電壓的波形，對電網(wǎng)不造成影響，轉(zhuǎn)換效率高。這樣可使各種類型的照明燈具可以調(diào)整。正弦波調(diào)光裝置在采用脈沖寬度調(diào)制（PWM）中，通過調(diào)節(jié)頻率來改變其輸出。這樣能使輸出功率得到相應(yīng)變化，使得調(diào)光的效率得到提升，電流控制的誤差也大大減小?？烧{(diào)光電子鎮(zhèn)流器減少了LED的光輸出，同時保持控制

11、器能夠有效地工作，并提供了相對穩(wěn)定的顏色輸出。1.1.3現(xiàn)代照明系統(tǒng)控制技術(shù)當(dāng)今照明控制系統(tǒng)往往把節(jié)能效果放在首要位置。通過照明控制，延遲照明燈具壽命，減少工人維護(hù)，提高照明效率，還可實(shí)現(xiàn)各種照明效果。（1） 傳統(tǒng)照明控制系統(tǒng)常見的傳統(tǒng)照明系統(tǒng)可主要為普通點(diǎn)燈照明。比如在照明輸送電路回路中，設(shè)置開關(guān)器件關(guān)閉，以此來達(dá)到開關(guān)控制的目的；同時可利用限制部件手動控制照明輸送電路，來調(diào)節(jié)所述分配電路電氣參數(shù)，用以實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)光照強(qiáng)度的控制。傳統(tǒng)的照明控制方式的特點(diǎn)有，功能簡單、簡潔和成本低。但在使用中，開關(guān)控制器的數(shù)量多，燈具電路布線的復(fù)雜性增加，電源線的需求少；除此之外，使用機(jī)械開關(guān)來實(shí)現(xiàn)電源的接通，系

12、統(tǒng)一旦固定將不能修改，系統(tǒng)的擴(kuò)展和維護(hù)都較為困難。（2） 自動照明控制系統(tǒng)照明技術(shù)的迅速發(fā)展，一些建筑物結(jié)構(gòu)的布局也時刻發(fā)生變化。照明控制為了適應(yīng)和滿足當(dāng)前發(fā)展，假若繼續(xù)采用以前的傳統(tǒng)照明控制方式，它只能被放置各種機(jī)械開關(guān)，不漂亮，也較為繁瑣。隨著電子技術(shù)的飛速發(fā)展，照明控制的方式已實(shí)現(xiàn)自動控制，采用數(shù)字電子技術(shù)來實(shí)現(xiàn)各種燈具的控制。通常是由控制中心發(fā)出指令，通過然后數(shù)字電子技術(shù)來控制電路中接觸器閉合，便可實(shí)現(xiàn)照明燈的開關(guān)控制。采用自動照明控制技術(shù)，解決了控制不集中的問題。另外在控制的方式和燈具點(diǎn)亮的時間選擇上，自動化的程度也大為提高。然而，由于對DDC系統(tǒng)所具有的技術(shù)特性，讓 該系統(tǒng)也具有缺

13、陷：照明燈具的調(diào)光控制不能實(shí)現(xiàn)，也難以實(shí)現(xiàn)；預(yù)設(shè)的照明場景和場景管理功能也存在許多不足。（3） 智能照明控制系統(tǒng)現(xiàn)代的智能照明控制系統(tǒng)是通過使用微型的現(xiàn)代計算機(jī)技術(shù)，并通過該技術(shù)主動收集各種信息，收集后的信息將被進(jìn)行對應(yīng)的邏輯處理，判斷、運(yùn)行、顯示、輸送和反饋調(diào)節(jié)控制等其他的特定形式處理，以便其結(jié)果能達(dá)到最滿意的狀態(tài)。目前DSC的分線技術(shù)使用，在照明控制系統(tǒng)中最為常見，具有結(jié)構(gòu)化遞進(jìn)式控制的特點(diǎn)。智能照明技術(shù)已經(jīng)可以隨處可見，它的應(yīng)用也越來越普遍，與智能照明技術(shù)相關(guān)的產(chǎn)品的需求量也會增多，另外一些廠商開始著手設(shè)計新的照明網(wǎng)絡(luò)的新型系統(tǒng)架構(gòu)，用來滿足某些特定場景的標(biāo)準(zhǔn)。現(xiàn)有的智能照明控制標(biāo)準(zhǔn)，可

14、以根據(jù)其本身的發(fā)展背景進(jìn)行分類。在智能家居協(xié)議中，其燈光的控制更多的依賴于建筑設(shè)備管理系統(tǒng)。以下是一些最為常見的協(xié)議。(1) X-10X-10是國際協(xié)議的電力線載波，其信號頻率120赫茲到60赫茲（我國為50Hz），發(fā)射機(jī)將是一系列的X-10信號（操作碼和地址碼）播出并發(fā)送到網(wǎng)絡(luò)，則該網(wǎng)絡(luò)中的每個接收器可以接收的X-10信號，第一步是識別地址代碼，如果地址碼后面的操作碼匹配，則該信號將被執(zhí)行。電線將電能輸送到各種電器設(shè)備，與此同時將照明燈具，控制設(shè)備連接成了網(wǎng)絡(luò)。X-10是世界上最早，最簡單的家庭自動化網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。這種協(xié)議能合理的將電線上的電能資源分配，另外排除了其他電流電線在電能上的分配效果。

15、這樣能使開槽線的成本會顯著下降，這是X-10系統(tǒng)較為明顯的特點(diǎn)。智能家居的發(fā)展也有近二十年左右，X-10系統(tǒng)無疑成為最受歡迎的系統(tǒng)，對其照明燈具的控制為其最明顯的一面。(2) CEBusCEBus是消費(fèi)電子總線的簡稱，其發(fā)展可以追溯到1984年，到1992年，所有的CEBus的規(guī)格標(biāo)準(zhǔn)得以解釋。特別是電源線，通過利用現(xiàn)有的家庭布線的優(yōu)點(diǎn)，不需要額外的布線，這使得對現(xiàn)有的房屋改造它很極為方便，另外不同的傳輸設(shè)備可以滿足電器接收不同的通信信息。CEBus在對了以往X-10的缺陷都進(jìn)行了完善，CEBus的物質(zhì)層能確定全部輸送介質(zhì)，且尋址能力得到不小提升。(3) EIBEIB是歐洲的安裝總線簡稱，早在

16、1992年，歐洲最大的電氣制造商制定了EIB協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)。EIB雖出現(xiàn)在公眾的視野比較晚，但它的發(fā)展卻毫不遜色，全球已經(jīng)有110多家廠商。和CEBus同樣，EIB網(wǎng)絡(luò)是一個完全分布式的對等網(wǎng)絡(luò)。網(wǎng)絡(luò)上的每個設(shè)備都具有同等的地位。EIB每個域名最多可以有15個域（區(qū)），每個域最多可以有15條線路，并在每行線路可容納多達(dá)255個設(shè)備。EIB組件由元件模塊構(gòu)成，傳感器和致動器被分為兩種類型，能安裝在不同建筑物的不同區(qū)域，通過總線將其連接。每個傳感器和致動器都包含內(nèi)置的微處理器和存儲器，使得這些組件可被操作并且各自獨(dú)立，從而若一個元件的損壞不影響操作系統(tǒng)控制其他部分。1.2 PLC在現(xiàn)代照明控制中的應(yīng)用P

17、LC即可編程序控制器，從1969年出現(xiàn)以來一直都應(yīng)用于各種工業(yè)上的控制，伴隨各種微型計算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，性能不斷地加強(qiáng)。如今的PLC，若考慮到控制就要考慮到PLC。PLC應(yīng)用在照明控制上主要是一些大型寫字樓、高層樓宇、體育館等。另外也可應(yīng)用在舞臺燈光、娛樂場所和大型景觀區(qū)的照明控制。利用可編程控制器控制（PLC）照明不僅可以節(jié)約電能，還可以保證保照明的舒適，比較常見的照明控制方案有以下幾種：(1) 適時照明控制。利用時間程序?qū)ζ淇刂?。大型辦公樓、某些工廠、游樂場、大超市等根據(jù)特定工作時間和營業(yè)、上班時、來劃分照明的不同級別。根據(jù)時間對所述照明場景的燈具多少點(diǎn)亮和照明亮度大小等來用PLC控制，從而

18、達(dá)到省電的效果。(2) 有窗戶協(xié)助照明的場所，根據(jù)自然光的亮度實(shí)現(xiàn)對燈具數(shù)和其照明的亮度大小的控制。自然光通過窗戶投射進(jìn)居室，此時應(yīng)當(dāng)減少燈光的照明，通常使用感光控制來控制照明，當(dāng)檢測照明亮度的值等于早已設(shè)定在檢測裝置內(nèi)的數(shù)值時，自動調(diào)節(jié)照度，以節(jié)約用電。(3) 同時也要設(shè)置手動開關(guān)，來予以配合臨時性和其他檢修應(yīng)用照明。倘若僅利用時間程序和自然光亮度檢測裝置來控制，而在某些特殊的現(xiàn)場工作，需要通過手動的控制開光來滿足現(xiàn)場工作的要求。(4) 照明的控制通過接收的照度值，但在接收過程中會耗費(fèi)一段時間。此外燈具的污染，照明的亮度會變低，通過人工清掃后亮度又會提高。因此需要適當(dāng)?shù)拈_啟關(guān)閉輸送的電源，維

19、持一定的照度值以節(jié)省電能。1.3 設(shè)計背景教授花園小區(qū)照明主要存在如下主要問題：(1) 小區(qū)的公共照明采用控制方法主要為分散的時控方式，也就是在照明的配電箱中裝配定時器，定時器中早已預(yù)定的時間來達(dá)到自動開啟或關(guān)閉照明。目前所使用方法不能有效調(diào)節(jié)燈光的開關(guān)以及閉合時間，照明設(shè)備的運(yùn)行情況也得不到體現(xiàn)，出現(xiàn)故障的概率也較大，維修難。(2) 開關(guān)的時間控制比較隨意，如果過早就造成電能的浪費(fèi)，過遲的話就影響行車與行人。(3) 小區(qū)公共照明基本上是同一時間段打開，對電網(wǎng)的穩(wěn)定會產(chǎn)生影響。(4) 照明控制方式簡單，易造成造成對資源的浪費(fèi)，系統(tǒng)消耗電能過大；照明燈具也容易燒壞。1.4 設(shè)計的主要內(nèi)容教授花園

20、的照明控制最主要的就是控制路燈照明、景觀燈、活動區(qū)照明。將路燈照明、景觀燈、活動區(qū)照明通過PLC控制，將三個區(qū)域照明延時啟動以維護(hù)電網(wǎng)的穩(wěn)定。另外對三個區(qū)域照明都用“光控”和“鐘控”來予以控制，來達(dá)到節(jié)能作用；同時對路燈照明、景觀燈、活動區(qū)照明接入手動控制，方便維修人員檢修和特殊照明。其設(shè)計的框圖如下：圖 1 控制系統(tǒng)組成2 PLC的工作原理2.1 PLC的簡介可編程序控制器，簡稱PLC。它是在20世紀(jì)70年代以來，在微型電路、微機(jī)技術(shù)上共同發(fā)展起來的新型控制設(shè)備。PLC能夠成為工業(yè)自動化的中堅力量，主要是因?yàn)橛羞@些優(yōu)點(diǎn)：可靠性和使用性的人性化、體積小、質(zhì)量小、使用簡單等。這些也使得它的身影在

21、工業(yè)自動化隨處可見。1987年2月，全球的電子委員會擬出一個PLC的定義：“可編程邏輯控制器（PLC）在控制環(huán)境中使用計算運(yùn)算操作的設(shè)計，它采用了可編程內(nèi)存，其內(nèi)部的存儲含有基本的運(yùn)算、時制、計數(shù)和程序運(yùn)算等執(zhí)行命令，可以實(shí)現(xiàn)各種類型機(jī)械的控制。2.2 PLC的編程語言梯形圖語言和指令表語言為可編程控制器最常見的編程語言(1) 梯形圖語言梯形圖語言基于繼電器梯形圖、接觸器的基礎(chǔ)上演變而來。最大的優(yōu)點(diǎn)是直觀，易于理解，易于使用。而從各種電氣方面的用語，通過梯形圖術(shù)語更容易把握，這也是PLC的主要編程語言。(2) 指令表語言指令表語言與我們常見的匯編語言有許多相似之處，指令表語言是通過使用字符來實(shí)

22、現(xiàn)可編程控制器的操作從而達(dá)到控制的目的，用戶掌握一定的編程基礎(chǔ)將有利于使用PLC。下面是使用用指令表語言編寫的一個簡單例子。程序如下： LD X000 OR M0 ANI X001 OUT M0 END2.3 PLC的結(jié)構(gòu)PLC本質(zhì)上是專用計算機(jī)控制系統(tǒng)的一種，具有多個連接接口，是具有編程語言的控制要求的通用計算機(jī)。其結(jié)構(gòu)如下圖2所示。圖 2 可編程序控制器的結(jié)構(gòu)圖(1) 中央處理單元CPUPLC的CPU芯片實(shí)際上是一個微處理器，但它是專門用于PLC。并且大多數(shù)的廠家，為實(shí)現(xiàn)最佳性能的PLC產(chǎn)品開發(fā)，通常自己研發(fā)CPU。 可編程控制器的CPU其主要功能是：將現(xiàn)場場景狀態(tài)送入PLC寄存器，收集的

23、數(shù)據(jù)讀取指令，完成各種操作和運(yùn)行，將結(jié)果輸出，響應(yīng)外部連接設(shè)備的需求。并檢測PLC的電源，通過這種檢測得知PLC內(nèi)部電子電路和編程的狀態(tài)是否有誤。(2) 存儲器系統(tǒng)程序存儲器（ROM），用于存儲系統(tǒng)管理程序。通常在可編程控制器（PLC）出廠之前，就已將其固定在存儲器中。用戶無法更改他們的數(shù)據(jù)：用戶存儲器（RAM），其中包括用戶程序存儲器和數(shù)據(jù)存儲的工作，通常一般由常見低功率存儲器的COMS-RAM的配置構(gòu)成，其中內(nèi)容可讀并且可以修改。(3) 輸入輸出接口不同的PLC其輸入輸出接口數(shù)是不同，I/O接口數(shù)的多少能一定反應(yīng)出PLC的能力。I/O部件是PLC的CPU的重要組成部分，用于與各種外部設(shè)備的

24、連接，將其信號輸出給外部設(shè)備。I/O 部件其中包括輸入模塊與輸出模塊，且與內(nèi)部計算機(jī)電路通過光電耦合元件來將其隔離。2.4 PLC的工作原理 2.4.1 PLC的工作方式PLC是微處理器為核心的一種工業(yè)控制設(shè)備，它的功能特點(diǎn)與常見的計算機(jī)極為相似，但其工作原理卻與這些計算機(jī)有很多不同。常見的計算機(jī)一般使用指令和中止的運(yùn)行方式，如掃描模式下，按下一個鍵或是輸入輸出接口的操作鍵，相應(yīng)的子程序?qū)⒈晦D(zhuǎn)移，而對應(yīng)的中斷服務(wù)程序也將會有子程序轉(zhuǎn)入；無按下，則繼續(xù)掃描等待?？删幊踢壿嬁刂破鞯倪\(yùn)行方式為不斷重復(fù)、周期性的掃描，這種運(yùn)行方式是通過軟件予以實(shí)現(xiàn)。PLC運(yùn)行工作使時，其CPU按控制要求運(yùn)行。在其運(yùn)行

25、準(zhǔn)備的過程中，如果沒有指示指令，則需要從用戶程序的第一條指令開始，按順序的掃描用戶的程序，當(dāng)程序結(jié)束掃描將會結(jié)束。PLC掃描的程序主要分為三個階段：(1) 自診斷。接通電源以后，在程序運(yùn)行之前，都必須先運(yùn)行自診斷程序。診斷的內(nèi)容主要具有 I/O部分和CPU等，監(jiān)察掃描時間與所要求時間，當(dāng)發(fā)現(xiàn)異常，則停止掃描。若自診斷正常，則繼續(xù)向下掃描。 (2) 通信服務(wù)。使用PLC檢驗(yàn)是否含有編程器和計算機(jī)通信要求，若含有則進(jìn)行處理。 (3) 執(zhí)行用戶程序。具體包括：輸入輸出處理和程序處理階段。2.4.2 PLC 對用戶程序的執(zhí)行過程可編程控制器對用戶程序的執(zhí)行主要按三個掃描階段進(jìn)行：(1) 輸入處理（也稱

26、為輸入采樣）。PLC的輸入處理階段，從輸入鎖存器中的第一個掃描方式讀取輸入端數(shù)據(jù)的狀態(tài)，并存儲在“狀態(tài)圖像區(qū)域”的存儲器。在程序運(yùn)行階段中，雖然輸入的狀態(tài)不穩(wěn)定，輸出階段的圖像區(qū)域不會更改。(2) 程序執(zhí)行?？删幊踢壿嬁刂破髟诔绦蜻\(yùn)行中，可根據(jù)已設(shè)定程序有序地掃描每個邏輯指令，讀出從圖像區(qū)域的輸入端的輸入信號，適當(dāng)?shù)牟僮魈幚砗?，可將得到結(jié)果寫進(jìn)“輸出端的圖像區(qū)域”。(3) 輸出處理(又稱輸出刷新)。所有程序運(yùn)行時，當(dāng)程序運(yùn)行結(jié)束時，輸出圖像區(qū)域中的所有繼電器被CPU通過輸出寄存器集中控制。PLC的在掃描階段時，最先響應(yīng)的是輸入階段，在程序運(yùn)行的狀態(tài)下，PLC的輸出與輸入值將被阻止。這種方法被稱

27、為集中采樣，集中輸出。2.4.3 PLC的掃描周期PLC完成一次完整掃描所用的時間即是PLC的掃描周期。根據(jù)PLC工作的過程易知，完整循環(huán)的掃描周期T應(yīng)為： T=(讀入一點(diǎn)時間輸入點(diǎn)數(shù))十(運(yùn)算速度程序步數(shù)) 十(輸出一點(diǎn)時間輸出點(diǎn)數(shù))十監(jiān)視服務(wù)時間。掃描周期的時間由三個因素決定：首先，CPU的運(yùn)行速度；第二是PLCJ接收指令的時間；第三是運(yùn)行指令的數(shù)目。若周期較長，對應(yīng)的是系統(tǒng)反應(yīng)較慢。PLC現(xiàn)在的掃描周期，廠家通常設(shè)定為12毫秒。這對于一般的開關(guān)是允許的，且滿足抗干擾的能力且不會受到任何的影響。其原因在于輸入時即采樣階段，刷新PLC輸入時，在大部分時間中與外圍設(shè)備沒有任何聯(lián)系，并且由于系統(tǒng)

28、響應(yīng)緩慢，干擾出現(xiàn)的概率大大降低，從而抗干擾能力得到大幅度的提升。但對時間控制有特別要求、運(yùn)行速度要求較高的控制系統(tǒng)，就需要認(rèn)真編寫所需要的程序來滿足要求，可以運(yùn)用某些設(shè)備的特有功能，如果需要的話，為了減少所造成的負(fù)面效果，可以選用高檔次設(shè)備提高掃描周期。3小區(qū)照明控制系統(tǒng)設(shè)計方案3.1 方案論證目前小區(qū)公共照明主要采用的是定時控制，原理圖如下：圖 3 常用定時器控制照明圖由圖中可以得出：其照明的控制方式使用的是定時器控制。小區(qū)照明的停電送電，使用定時器控制其所有的照明，該控制方式雖可免去每天人工的控制，但是隨著季節(jié)的變化或某天天黑比較早的特殊情況，則需要立馬調(diào)節(jié)控制照明的定時器的定時時間，如

29、此一來，大量的人力將會被耗費(fèi)。并且該控制只能全部打開或者全部關(guān)閉相應(yīng)區(qū)域的照明，不能隨著實(shí)際需要改變照度，浪費(fèi)大量能源。而本設(shè)計的小區(qū)照明控制系統(tǒng)，其研究的主要內(nèi)容是通過PLC來實(shí)現(xiàn)小區(qū)照明自動控制，不僅能按照時間而且還可以根據(jù)自然光照度的差異來控制開、關(guān)燈；通過小區(qū)人流情況、車流和人們的活動情況，按照具體的時間來控制燈的開啟熄滅，節(jié)約相應(yīng)區(qū)域照明區(qū)域電能，同時延長燈具的使用壽命，減少維修工作量，也使照明控制更加人性化。3.2 設(shè)計方案及結(jié)構(gòu)框圖照明控制的方法很多，都是為了控制方便，還有美化城市，節(jié)約電能，節(jié)約人力物力等成本資源。本文主要針對小區(qū)路燈、景觀燈、活動區(qū)照明。在一年四季中難免有天黑

30、得過早的時候，在這種特殊情況下，如果沒有相應(yīng)的應(yīng)急措施，將會給交通，行人，小區(qū)人們活動帶來不便?？梢栽倏刂葡到y(tǒng)中設(shè)置一個亮度檢測裝置就能解決該問題。另外根據(jù)小區(qū)實(shí)際情況，小區(qū)人們活動基本在晚間11點(diǎn)左右結(jié)束，小區(qū)的人流量和車流量在在12點(diǎn)過后明顯降低。結(jié)合此種情況，應(yīng)對小區(qū)照明燈具進(jìn)行相應(yīng)的控制。根據(jù)設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)，此時應(yīng)給予基本的照明以便維護(hù)小區(qū)的治安，若繼續(xù)保持原有燈具的照明，將會照成電能的浪費(fèi)。同時再接入手動控制，方便維修人員檢修和特殊照明?；诖耍韧ㄟ^光控開光控制三個區(qū)域的照明，然后通過PLC設(shè)置，先后延遲三個區(qū)域的照明，來維護(hù)電網(wǎng)電壓穩(wěn)定。當(dāng)在晚間12點(diǎn)過后，景觀燈和活動區(qū)照明通過PLC

31、設(shè)置，全部關(guān)閉。路燈照明通過PLC，開啟三分之一，維持基本照度。再結(jié)合教授花園小區(qū)的實(shí)際情況，其中活動區(qū)有兩個，街道和景觀區(qū)處于相互交織，下面的設(shè)計框圖為一條街道，一個景觀區(qū)和一個活動區(qū)的照明設(shè)計框圖。設(shè)計的結(jié)構(gòu)框圖如下：圖 4 照明控制系統(tǒng)框圖4小區(qū)照明控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計4.1 PLC的選擇隨著當(dāng)今PLC技術(shù)飛速的發(fā)展，PLC產(chǎn)品也是日新月異。不同類型的PLC，結(jié)構(gòu)、尺寸、指令系統(tǒng)、程序?qū)懭肽Ｊ?、輸入和輸出點(diǎn)是不相同的，場景的應(yīng)用也不盡相同。因此，選擇合理的PLC，對提升PLC 控制效果和實(shí)際運(yùn)用都有著重要的意義。（1） PLC選型應(yīng)最優(yōu)先考慮功能是否滿足要求，并確設(shè)備的可靠性，維修方便的前

32、提下，盡量以得到最好的性價比。主要考慮以下幾種選擇：(1) 安裝方式的選擇PLC系統(tǒng)的安裝方式分為集中式、遠(yuǎn)程I/O式以及多臺PLC聯(lián)網(wǎng)的分布式。分布式不需要設(shè)置I/O硬件，成本價格低廉，系統(tǒng)響應(yīng)速度快；多臺PLC聯(lián)網(wǎng)的分布式在大型系統(tǒng)中最為常見，控制設(shè)備分布均勻，但連接線短，故需要增加電源；集中式常用在多個設(shè)備之間以及設(shè)備之間的控制是獨(dú)立，但其場景需相互之間聯(lián)系，可以考慮使用小型的PLC予以控制，根據(jù)要求添加相應(yīng)的功能模塊。 (2) 相應(yīng)的功能要求一般低檔PLC都具有邏輯計算與定時的功能，此類PLC能滿足簡單的開關(guān)量的控制。對于以控制開關(guān)為主，含有模擬量的控制，可選擇帶有直流和交流單元，數(shù)據(jù)

33、處理功能更強(qiáng)的PLC，從而使PLC的性能滿足控制要求。對于實(shí)現(xiàn)PID控制，則需要更為繁瑣的操作，相應(yīng)控制的復(fù)雜性也會提高。為達(dá)到控制目的，可選用中高檔的PLC。對于高端且昂貴的PLC，此類PLC多用于控制工程較大或分布控制的系統(tǒng)等。(3) 響應(yīng)速度要求PLC是為工業(yè)自動化所設(shè)計的通用控制。使用PLC和某些有特殊的速度要求的指令時，PLC的響應(yīng)速度和處理I/O模塊的速率都應(yīng)于考慮，除此之外，還應(yīng)考慮PLC的中斷輸出模塊的響應(yīng)速度。(4) 系統(tǒng)可靠性的要求一般PLC都能滿足系統(tǒng)的可靠性。當(dāng)系統(tǒng)要求的可靠性較高，備用系統(tǒng)應(yīng)首先考慮到，其次便是采用冗余系統(tǒng)。（2） 本系統(tǒng)PLC機(jī)型選擇本設(shè)計中采用三棱

34、FX2N-32MT。產(chǎn)品尺寸（mm）：寬*厚*高：150*87*90。產(chǎn)品參數(shù)：三菱FXPLC形狀小，其次速度快和性能高。FX2N-32MT的檔次也是比較高裝置。除了具有獨(dú)立的輸入與輸出16點(diǎn)的功能特點(diǎn)之外，而且該P(yáng)LC還可用于許多組件連接和定位控制等特殊的多種用途。由此可見，選用FX2N系列PLC，它具有較多的輸入/輸出點(diǎn)，另外還包含通信功能的可擴(kuò)展性，因此它擁有廣泛的解決方案的應(yīng)用。模塊圖如下：圖 5 FX2N-32MT模塊4.2 照明燈具與接觸器的選擇4.2.1燈具的選擇小區(qū)的照明均選擇采用高壓鈉燈?，F(xiàn)在高壓鈉燈是最常見的室外照明所使用的燈具，高壓鈉燈在照明時發(fā)出冷白色的光，該燈具的優(yōu)點(diǎn)

35、有發(fā)光效率較高、耗電量少、使用壽命長、透霧能力強(qiáng)和不誘蟲等其他優(yōu)點(diǎn)。已被廣泛適用于于街道、游樂場、碼頭、工廠、廣場、十字路口、花園、景觀區(qū)照明和植物培養(yǎng)等場所。由于高壓鈉燈的顯色特點(diǎn)，主要應(yīng)用于街道、游樂場所、各種商場等場所。根據(jù)小區(qū)的實(shí)際情況，街道照明和活動區(qū)照明均選用額定電壓220V，功率250W的高壓鈉燈。景觀區(qū)的照明選用額定電壓220V，功率100W的高壓鈉燈。高壓鈉燈與其他氣體的放電燈泡原理相差并不是很大，它的工作狀態(tài)是弧線的放電模式，高壓鈉燈的電壓與電流特性曲線的斜率K通常為負(fù)值，也就是通過照明鈉燈的電流上升，而燈泡的電壓卻隨著電流上升而下降。當(dāng)其電源恒定后，而電路中一般串聯(lián)有具有

36、正向阻抗特性的小電阻，用來保持電流的恒定，該作用器件的作用為鎮(zhèn)流作用。電阻器件具有限制電流大小的作用。電阻性的鎮(zhèn)流器體積較小與鈉燈共同使用通常會難以開啟，工作時電路產(chǎn)生大量熱量，要有散熱，這樣會使回路的總照明利用率變低。在交流電路中使用，燈光有閃爍現(xiàn)象。電容鎮(zhèn)流器與功率消耗較大的電阻鎮(zhèn)流器有很大的差別，溫度升得慢，但在低頻率的功率，器件充電時，將出現(xiàn)脈沖峰值電流，這將破壞電極，造成燈光不停閃爍，照明燈具的壽命將會大大縮減。高壓鈉燈通常在啟動后，一般在鈉燈初始階段是通過特有蒸氣的低氣壓來放電。高壓鈉燈的額定電壓很小，但通過燈泡的電流卻很高；當(dāng)其在放電狀態(tài)下，弧線電本身溫度會上升，特有蒸氣的氣壓由

37、電管的低溫端溫度控制，若放電管低溫端溫度已確定，則放電會平穩(wěn)，照明燈泡光通量、工作電壓、電流均處于穩(wěn)定的狀態(tài)。通常在正常工作的條件下，啟動過程僅需8分鐘左右。在高壓鈉燈的工作原理電路中，最主要的是要按照內(nèi)外觸發(fā)的高壓鈉燈選擇與之相對應(yīng)的電路使其正常工作，比如下圖選用的鈉燈泡、鎮(zhèn)流器和觸發(fā)器的工作電路，按此圖連接，高壓鈉燈便能處在正常的工作狀態(tài)下。 圖 6 高壓鈉燈電路4.2.2接觸器的選擇接觸器是利用電磁機(jī)構(gòu)動作，頻繁地接通和斷開交、直流電路的遠(yuǎn)距離控制設(shè)備。根據(jù)主觸點(diǎn)流過的電流的不同，可分為交流接觸器和直流接觸器。由于其控制容量大，并且具有低電壓保護(hù)的作用，因而在電氣設(shè)備中應(yīng)用范圍廣。根據(jù)照

38、明燈具的額定電壓和電流類型，本照明控制系統(tǒng)選擇額定工作電壓為220V的交流接觸器4.3 光控感應(yīng)開關(guān)圖4-2所示是一種常見光控開關(guān)的電路，在小區(qū)公共場所可以利用該種光控電路。通過光敏電阻器件，在自然光較弱時時會自動開燈，而在自然光較強(qiáng)時自動熄滅。該電路中，VS1為晶閘管，Rl為光敏電阻器，VD1為整流器，VS1為晶閘管。圖 7 光控開光當(dāng)外界自然光變強(qiáng)時，圖中的光敏電阻器Rl的阻值將降低，220V的交流電壓流過整流器VD1，被整流后，得到直流電壓，其直流電在在可調(diào)電阻RP1和光敏電阻Rl分壓后，直流電壓的電壓變小，而分壓到晶閘管VS1端的電壓隨之變小，此時的晶閘管VS1將不能再被導(dǎo)通，圖中燈泡

39、L1的回路有電流流通，燈將不會被亮起。 當(dāng)外界自然光變暗時，Rl的阻值將會變大，電壓再由RPI和Rl分壓后將會變大，由此分壓到VS1、端的電壓隨之變大，此時的晶閘管VS1將進(jìn)入導(dǎo)通的狀態(tài)，所以燈L1回路有電流流過，而燈被點(diǎn)亮。4.4 基于PLC的硬件接線圖的設(shè)計 照明控制系統(tǒng)的硬件接線圖一共分可以為三個主要部分：信號輸入部分、PLC處理器與信號輸出部分，其連接的示意圖如圖8所示。圖 8 PLC外部接線圖由圖4-3的外部接線圖，輸入信號有3個，輸出信號有11個，所選的FX2N系列完全滿足要求。由圖可見，輸入信號只有兩種，手動控制信號和光控開光信號。手動控制信號輸入的是人工控制照明信號，光控開光信

40、號對應(yīng)的是隨著自然光的強(qiáng)度變化，便會有輸入信號輸入。同時熔斷器FU實(shí)現(xiàn)短路保護(hù)。短路時，熔斷器的熔體熔斷，切斷電路，起到保護(hù)的作用。下圖分別是小區(qū)公共照明接線圖和小區(qū)照明圖： 圖 9 小區(qū)照明接線圖圖 10 小區(qū)公共照明通過PLC外圍接線圖和小區(qū)照明接線圖，易知照明控制系統(tǒng)，首先將信號由PLC輸出給相應(yīng)的接觸器，然后由接觸器常開觸頭來控制相應(yīng)區(qū)域的照明開關(guān)。總體上是通過PLC和光控開光實(shí)現(xiàn)當(dāng)自然光弱時，小區(qū)公共照明相繼延時啟動。當(dāng)晚間12點(diǎn)之后，街道燈只有L1和L4亮起，活動區(qū)和景觀區(qū)全部熄滅。當(dāng)清晨來臨，隨著自然光逐漸增強(qiáng)，L1和L4熄滅。以下分別是該P(yáng)LC的I/O輸入輸出分配表。表1 輸入

41、點(diǎn)分配 名稱 代號 輸入編號 光控觸頭 KM1 X000 手動控制系統(tǒng)開啟 SB2 X001 手動控制系統(tǒng)關(guān)閉 SB3 X002表2 輸出點(diǎn)分配名稱輸出編號名稱輸出編號KM2（控制L1）Y000KM8（控制L7）Y006KM3（控制L2）Y001KM9（控制L8）Y007KM4（控制L3）Y002KM10（控制L9）Y010KM5（控制L4）Y003KM11（控制L10）Y011KM6（控制L5）Y004KM12（控制L11）Y012KM7（控制L6）Y0055小區(qū)照明控制系統(tǒng)程序設(shè)計5.1 GXDeveloper編程軟件介紹GX DeveloperVer.8是三菱全系列PLC的編程軟件，該軟

42、件能夠完成Q系列、QnA系列、A系列，編輯FX系列PLC梯形圖和指令表。GXDeveloper軟件能夠?qū)⒁丫帉懙某绦蜣D(zhuǎn)換成其他格式的文本，比如GPP格式。當(dāng)編程軟件選擇FX系列，可以將編寫的程序存為FXGP格式的文檔，該文檔通常實(shí)在WIN操作系統(tǒng)下實(shí)現(xiàn)的。另外GXDeveloper軟件還能通過Excel，Word等軟件，利用此類軟件來編輯的描述性文本，也可通過編輯軟件的復(fù)制與粘貼的功能，使程序編輯更為方便。同時GX Developer編程軟件還具有以下特點(diǎn)：（1） 操作簡便標(biāo)號編程(1) 標(biāo)號編程。由標(biāo)號編程編寫程序時，不用去識別軟元件與之對應(yīng)的號碼。(2) 宏。能在任意回路上的名字（如宏定義

43、名）登錄（如宏登錄）到文檔，然后通過命令，從而讀出以前登陸模式，使軟元件更為靈活。（2） 能夠用各種方法和可編程控制器CPU連接(1) 經(jīng)由通信口與可編程控制器（PLC）CPU 連接； (2) 經(jīng)由 USB 接口與可編程控制器（PLC）CPU 連接； (3) 經(jīng)由 MELSEC NET/10（H）與可編程控制器（PLC）CPU相連； (4) 經(jīng)由 MELSEC NET（II）與可編程控制器（PLC）CPU相連；(5) 經(jīng)由 CC-Link 板與可編程控制器 （PLC）CPU 連接；(6) 經(jīng)由以太網(wǎng)板與可編程控制器（PLC）CPU 連接；(7) 經(jīng)由 A80BD-A2USH-S1 型可編程控制

44、器（PLC）CPU板與可編程控制器CPU連接；(8) 經(jīng)由 A70BD-AF型 A 總線接口板與可編程控制器（PLC）CPU連接。（3） 豐富的調(diào)試功能(1) 可以通過使用 GXSimulatorVer.6簡單地進(jìn)行模擬調(diào)試。可以不與可編程控制器 的CPU 進(jìn)行相連，也不用創(chuàng)建用于模擬調(diào)試的順序控制程序。(2) 幫助（help）菜單可以出現(xiàn)關(guān)于CPU的出錯的信息、相應(yīng)繼電器和寄存器的說明等內(nèi)容，因此可以利用幫助菜單能便捷的查找相關(guān)信息。(3) 程序編輯的過程之中若發(fā)生錯誤時，軟件能夠提示錯誤信息和錯誤原因，能大大縮短程編程時間。 5.2 控制系統(tǒng)的梯形圖程序根據(jù)照明控制設(shè)計方案要求，通過GX DeveloperVer編程軟件設(shè)計出如下梯形圖：圖 11 照明控制系統(tǒng)梯形圖由梯形圖易知，當(dāng)自然光弱到一定程度時X0閉合，線