基于plc的路燈設計

摘要隨著數(shù)字技術和網(wǎng)絡技術的開展，公共照明數(shù)字化和網(wǎng)絡化已經(jīng)成為一種必然趨勢。節(jié)約能源、保證燈具壽命、提高照明管理水平、美化城市夜量和保證城市夜間出行平安等，已經(jīng)成為對公共照明系統(tǒng)的一項根本要求。公共照明系統(tǒng)廣泛采用高壓鈉燈或金屬鹵化物燈傳統(tǒng)照明系統(tǒng)經(jīng)常采用電感鎮(zhèn)流器，本文將介紹基于PLC的路燈控制系統(tǒng)。本文設計基于PLC的路燈監(jiān)控系統(tǒng)根據(jù)時間的變化，控制路燈的明亮程度。同時考慮到不同的季節(jié)天氣等的變化的實際情況，以亮度檢測控制輔助，到達更合理的目的。關鍵詞：PLC，亮度控制，定時控制StreetlightmonitoringsysteminthePLC-baseddesignAbstractAlongwitharithmeticfiguretechniquewithtechnicaldevelopmentinnetwork,thepubliclightingarithmeticfigureturntoturntohavebecomeakindofinevitabletrendwiththenetwork.Economyenergy,guaranteethelamplifespan,increaseilluminatetomanagethelevel,beautifythecitynightmeasureswithguaranteenighttimeincityoutlinesafetyetc.,havebecometoabasicrequestofthepubliclightingsystem.Theextensiveadoptioninsysteminpubliclightinghighpressurelightmetalsturnsthethinglighttraditionilluminatesthesystemtousuallyadopttheelectricityfeelsthetownflowsthemachine,illuminatinglamptheadoptionunifyswitchcontrolcase.ThisarticlewillintroducethestreetlampcontrolsystembasedonPLC.Inthispaper,thedesignbasedonPLCstreetlampmonitoringsystemaccordingtothetimechange,controlthestreetlampbrightdegree.Takingintoaccountthedifferentseasonalweatherchangesintheactualsituation,tobrightnessdetectioncontrolauxiliary,achievemorereasonablepurpose.Keywords:PLCbrightnesscontroltimingcontrol目錄1緒論11.1課題背景11.2國內(nèi)外的開展現(xiàn)狀21.3節(jié)能控制系統(tǒng)22控制系統(tǒng)設計方案32.1PLC介紹32.2高壓鈉燈介紹42.3控制系統(tǒng)方案52.3.1方案論證52.3.2設計方案52.3.3結構框圖63硬件電路的設計73.1西門子S7-200PLC的介紹73.2亮度檢測裝置83.3時間調(diào)整電路93.4時間顯示電路93.5電流檢測電路113.6報警及指示電路123.7控制系統(tǒng)供電電路134軟件局部的設計134.1STEP7-Micro/WIN32編程軟件介紹144.2子程序155總結17致謝18參考文獻19附錄1：19附錄2：22附錄3：總體電路圖23附錄4：梯形圖程序241緒論路燈控制是市政建設的一項重要內(nèi)容，為了高效的進行路燈管理，各國都不斷的進行研究，利用各種先進技術，提高路燈的控制效率，保障路燈的可靠運行。目前國內(nèi)的路燈控制器生產(chǎn)的品牌很多，路燈控制器集電磁技術、智能化控制技術、數(shù)據(jù)控制技術于一體，在可控和平緩的方式下智能調(diào)節(jié)，使輸出電壓穩(wěn)定在設定的額定值范圍之間，路燈控制器實現(xiàn)公共照明系統(tǒng)的工作電流與亮度需求的理想結合，到達控制方便可靠與節(jié)電和優(yōu)化供電目的，根據(jù)一年四季變化規(guī)律與經(jīng)緯度算法計算日出日落時間而且有開關時間微調(diào)和半夜控制功能，從而能適應不同地理環(huán)境的需要。1.1課題背景隨著科學技術的不斷開展、城市規(guī)模的急劇膨脹，城市照明已經(jīng)不僅局限于街道的照明，社會對亮燈率、開關燈的準確率、故障檢測的實時性和維修的及時性、路燈的節(jié)能要求也不斷的增高，這樣集現(xiàn)代計算機技術、無線電通信、測控技術、路燈電力節(jié)能于一體的城市照明節(jié)能、自動監(jiān)控和管理系統(tǒng)也就應運而生了。隨著現(xiàn)代科技的日益開展和人們生活水平的不斷提高，綠色照明已經(jīng)成為當今照明界開展的一種趨勢，科學的控制路燈，不僅可以滿足人們行路行車的平安，還能節(jié)約電能及延長燈具的使用壽命,從而減輕維修工作量和減少運行費用。目前能源節(jié)約和環(huán)保問題越來越被世人所關注飛速開展的經(jīng)濟對能源的要求相當迫切中國面臨的問題更加突出。隨著城市化進程的推進，城市的路燈照明對電能的消耗與日俱增。據(jù)統(tǒng)計,我國城市公共照明占照明耗電量30%左右,約440億度。如果按市場平均電價0.70/度來計算，一年消耗大約310億元,給國家的經(jīng)濟開展帶來巨大的開支。因此，道路照明節(jié)能技術的推廣意義重大。路燈節(jié)能應該從兩個方面來考慮,一是使用效率高、壽命長、平安性能穩(wěn)定的照明燈具。目前國際上在路燈節(jié)能領域采用主要的方法是降壓和降流兩種技術,一般均可實現(xiàn)節(jié)約電能20%以上。二是開發(fā)節(jié)能控制系統(tǒng)，就是通過控制系統(tǒng)來對路燈的起、停、節(jié)流時間進行控制,在人流非頂峰期時進行節(jié)流節(jié)能，從而防止不必要的電耗。想要讓路燈亮起來，讓城市亮起來，而且亮得更科學，亮得省電省錢，那么必須依靠科技創(chuàng)新，采用新技術，大力開發(fā)節(jié)能的高新技術產(chǎn)品，制定相應的新產(chǎn)品來推廣應用配套政策，推動我國道路照明節(jié)電節(jié)能工作的全面展開。使路燈管理智能化、標準化，提高管理水平和工作效率；使工作人員從繁復的“巡檢〞工作中解放出來，減少維護和更換燈具對道路運行平安的影響；給用戶提供良好效勞和平安保障的同時也提高大橋平安系數(shù)。路燈控制系統(tǒng)通過配電箱內(nèi)的智能控制器對照明燈進行監(jiān)控，實現(xiàn)全線照明燈開啟/關閉；路段照明燈開啟/關閉；照明燈氣象信息聯(lián)動〔需氣象參數(shù)采集單元〕等功能；不僅為節(jié)約電能，節(jié)約人力、物力提供了有效手段，同時也為提高城市現(xiàn)代化形象，保證道路交通平安等級，實現(xiàn)良好的社會效益。1.2國內(nèi)外的開展現(xiàn)狀為了高效的進行城市的路燈管理,世界各國都在不斷地研究，利用各種先進的技術手段進行城市路燈監(jiān)控。目前對于路燈監(jiān)控系統(tǒng)的研究。美國某公司在道路照明系統(tǒng)使用嵌入基于載波芯片的智能控制器、基于LonWorks技術的電子鎮(zhèn)流器替代低效的機械鎮(zhèn)流器，構建實現(xiàn)單個路燈控制功能的路燈解決方案。同時在配電柜中加裝智能效勞器在網(wǎng)絡中起到分段控制的作用。智能效勞器是整個路燈控制系統(tǒng)的核心設備，負責接收路燈控制中心的指令，控制路燈電子鎮(zhèn)流器，并將數(shù)據(jù)實時上傳到WEB效勞器。電子鎮(zhèn)流器和智能效勞器之間通過現(xiàn)有的動力線纜相互通信。此方案采用電力載波的方式，只有在路燈線路根本都是專用變壓器、線路比擬干凈、雜波少時，才便于電力載波通訊。但是不適合公用變壓器的路燈線路，因為居民用電和工廠用電都在其中，線路上雜波信號比擬強，信號不穩(wěn)；也不適合超長線路〔通常電力載波的有效距離是500米〕的情況，因為路段本身比擬長〔大于1Km〕時鈉燈數(shù)量多，導致補償電容大量吸收中頻〔100kHz~300kHz〕的載波信號，進而使通訊受到影響。由于中國電力的特性，電力載波技術不適合中國的電力國情。同時此公司路燈控制系統(tǒng)費用較貴，一臺智能效勞器價格為5000元，可控制140盞路燈，每盞路燈中需安裝一個電子鎮(zhèn)流器，每臺電子鎮(zhèn)流器為1000元。相比而言，本系統(tǒng)GPRS-ZIGBEE路由器價格在和對方等同的情況下至少可以控制到上萬盞路燈〔具體安裝視具體情況而定〕，每個ZIGBEE終端控制器的價格也僅為幾百元左右。美國另一公司作為研發(fā)無線射頻模塊的公司，將GPRS+ZIGBEE技術應用于遠程抄表系統(tǒng)，并沒有將這種技術應用于城市路燈照明。其應用于路燈控制系統(tǒng)的技術與本系統(tǒng)不同，需要通過有線的以太網(wǎng)方式將所需要控制的路燈連接在一起，然后通過GPRS網(wǎng)絡連接到遠程監(jiān)控中心。這種方式最大的缺乏在于安裝系統(tǒng)時需要布線，施工復雜。1.3節(jié)能控制系統(tǒng)目前能源節(jié)約也是當前關注的一個重要問題，常見的路燈節(jié)能控制系統(tǒng)有，RLD數(shù)控式路燈節(jié)能控制系統(tǒng)，他路燈節(jié)電控制系統(tǒng)主要由自主知識產(chǎn)權的數(shù)控穩(wěn)壓技術〔AVR〕以及可編程節(jié)能控制系統(tǒng)等組成，調(diào)節(jié)方式由節(jié)能控制系統(tǒng)數(shù)控穩(wěn)壓器的電子開關矩陣等，調(diào)整變壓器的TAP用來調(diào)節(jié)輸出功率。特點是具有數(shù)字化智能控制、具有軟啟動/停止的特性、模塊化設計、可編輯程序控制參數(shù)、全自動補償功能、高精度、高效率、高速度、高可靠、免維護長期穩(wěn)定工作、低噪音等。智慧型補償式燈節(jié)能控制系統(tǒng)是專為路燈控制系統(tǒng)設計的節(jié)電器，路燈節(jié)能控制系統(tǒng)主要由智慧型有級功率調(diào)節(jié)器與可編程節(jié)能控制系統(tǒng)組成，它針對高壓鈉燈等氣體放電燈具的特點，利用當今先進的微電腦技術對燈具的電源進行優(yōu)化的調(diào)控，使燈具控制器件執(zhí)行合理的點亮程序，極大的延長燈具壽命、減少電能的浪費。產(chǎn)品技術檔次到達世界的先進水平，具有較高的性能和價格比。它的特點是采用數(shù)字計算機智能控制，可程序設定控制節(jié)電參數(shù)，功率調(diào)節(jié)不斷流，旁路轉(zhuǎn)換不斷流，結構緊湊，體積小，無機械調(diào)節(jié)結構，穩(wěn)定可靠，免維護長期穩(wěn)定工作。2控制系統(tǒng)設計方案2.1PLC介紹自1969年第一次出現(xiàn)在市場上可編程控制器，可編程控制器已經(jīng)成為一種最受歡送的、應用在大多數(shù)工業(yè)控制器中。在電廠、煉鋼等除塵設備中，傳統(tǒng)的手動操作已遠遠不能獲得好的控制品質(zhì)。目前，在電氣控制領域，國內(nèi)外普遍采用PLC。特別是最近幾年的冶金行業(yè)中，PLC以其在工業(yè)惡劣環(huán)境下仍能高可靠性工作，及抗干擾能力強的特點而獲得更為廣泛的使用。PLC將電氣、儀表、控制這三電集于一體，可以方便、靈活地組合成各種不同規(guī)模和要求的控制系統(tǒng)，以適應各種工業(yè)控制的需要。由于PLC是專為工業(yè)控制而設計的，其結構緊密、鞏固、體積小巧，是實現(xiàn)機電一體化的理想控制設備。隨著微電子技術的快速開展，PLC的制造本錢不斷下降，而其功能卻大大增強。在先進工業(yè)國家中PLC已成為工業(yè)控制的標準設備，應用幾乎覆蓋了所有工業(yè)企業(yè)，日益躍居現(xiàn)代工業(yè)自動化三大支柱(PLC，ROBOT，CAD／CAM)的主導地位?？删幊绦蚩刂破魇且环N專門為在工業(yè)環(huán)境下應用而設計的數(shù)字運算操作的電子裝置。它采用可以編制程序的存儲器，用來在其內(nèi)部存儲執(zhí)行邏輯運算、順序運算、計時、計數(shù)和算術運算等操作的指令，并能通過數(shù)字式或模擬式的輸入和輸出，控制各種類型的機械或生產(chǎn)過程。可編程序控制器及其有關的外圍設備都應該按照易于與控制系統(tǒng)形成一個整體，易于擴展其功能的原那么而設計。目前，可編程控制器廠家眾多，產(chǎn)品型號規(guī)格不計其數(shù)，但主要分為歐洲、日期、美國三大地方。在中國的市場，歐洲的可編程序控制器的代表是西門子PLC。PLC具有很廣泛的用途、操作方便、適應面廣，可靠性高、抗干擾能力強、編程簡單等很多特點?？删幊绦蚩刂破?PLC)在工業(yè)自動化控制是專門在時序控制地位，在可預見的將來，將是無法替代的。2.2高壓鈉燈介紹高壓鈉燈是現(xiàn)在常用的一種路燈，高壓鈉燈在使用時發(fā)出金白色光，是具有發(fā)光效率高、耗電少、壽命長、透霧能力強和不誘蟲等優(yōu)點。廣泛應用于道路、高速公路、機場、碼頭、船塢、車站、廣場、街道交匯處、工礦企業(yè)、公園、庭院照明及植物栽培等場所。高顯色高壓鈉燈主要應用于體育館、展覽廳、娛樂場、百貨商店和賓館等場所照明場所。高壓鈉燈同其他氣體放電燈泡一樣，工作是弧光放電狀態(tài)，伏—安特性曲線為負斜率，即燈泡電流上升，而燈泡電壓卻下降。在恒定電源條件下，為了保證燈泡穩(wěn)定地工作，電路中必須串聯(lián)一具有正阻特性的電路元件來平衡這種負阻特性，穩(wěn)定工作電流，該元件稱為鎮(zhèn)流器或限流器。電阻器、電容器、電感應器等均有限流作用。電阻性鎮(zhèn)流器體積小，價格廉價，與高壓鈉燈配套使用會發(fā)生啟動困難，工作時電阻產(chǎn)生很高的熱量，需有較大的散熱空間、消耗功率很大，將會使電路總照明效率下降。它一般在直流電路中使用，在交流電路中使用燈光有明顯所閃爍現(xiàn)象。電容性鎮(zhèn)流器雖然不象電阻性鎮(zhèn)流器自身消耗功率很大，溫升低，在電源頻率較低時，電容器充電時，會產(chǎn)生脈沖峰值電流，對電極造成極大損害，燈光閃爍，影響燈泡使用壽命；在高頻電路中工作，電壓波動能到達理想狀態(tài)，成為理想的鎮(zhèn)流器。電感性鎮(zhèn)流器損耗小，阻抗穩(wěn)定，阻抗菌素性偏差小，使用壽命長，燈泡的穩(wěn)定度比電阻性鎮(zhèn)流器好，目前與高壓鈉燈配套使用的鎮(zhèn)流器均為電感性鎮(zhèn)流器。高壓鈉燈啟動之后，在初始階段是汞蒸氣和氙氣的低氣壓放電。這時候，燈泡工作電壓是很低，電流是很大；隨著放電過程的繼續(xù)進行，電弧溫度也漸漸上升，汞、鈉蒸氣壓由放電管最冷端溫度所決定，當放電管的冷端溫度到達穩(wěn)定，放電便會趨向穩(wěn)定，燈泡的光通量、工作電壓、工作電流和功率也處于正常的工作狀態(tài)。在正常的工作條件下，整個啟動的過程約需10分鐘左右。在高壓鈉燈工作的電路中除了燈泡外，還要必須按內(nèi)觸發(fā)高壓鈉燈或外觸發(fā)高壓鈉燈分別選用相應的工作電路，如燈泡+鎮(zhèn)流器或燈炮+鎮(zhèn)流器+觸發(fā)器的工作電路，方可到達高壓鈉燈的正常工作的要求。圖1高壓鈉燈電路2.3控制系統(tǒng)方案方案論證目前路燈控制方法可以分為以下幾類：自控型又分定時器控制和光控器控制兩種方法，自控型照明控制器的優(yōu)點是設備投資少、安裝和維修簡單靈活。時控法以時間為唯一的開、關燈控制依據(jù)，但隨季節(jié)變化，就需要人工干預來調(diào)整開、關時間，所以存在對環(huán)境光照度的變化適應能力差的缺點。而光控法那么是按光照度的差異來控制開、關燈的，那么易受粉塵、雨雪污染使靈敏度降低，且功能單一，開關動作不統(tǒng)一，控制不靈活，隨時需要人為干預等缺點。有線型路燈控制在路燈系統(tǒng)中架設電源線纜和控制線纜的控制方法，由控制中心來集中控制，這種方案其優(yōu)點是控制準確，動作可靠，能應用計算機技術進行多層次、多任務控制，缺點是設備投資大、故障易發(fā)點多、維護也困難。常規(guī)無線數(shù)傳電臺控制系統(tǒng)都是利用常規(guī)無線電臺的收發(fā)信道作為載體，采取雙音多頻作為控制信令來到達控制照明燈開關的目的。常規(guī)的無線電臺控制系統(tǒng)的優(yōu)點是技術成熟、布點靈活、安裝方便、功能擴充性好，也可實現(xiàn)雙向通信，缺點是易受到干擾、控制組合較少、主控電臺的射頻發(fā)射功率被限制在10W以下，受控區(qū)域小、容易造成人為誤動作和惡意操作，設備投資大，性價比低。本設計主要研究內(nèi)容是利用PLC實現(xiàn)路燈自動監(jiān)控系統(tǒng)能按時間以及光照度的差異來控制開、關燈的；通過一般交通情況按時間來控制燈的亮度，節(jié)約路燈使用電能及延長燈具的使用的壽命,而且減輕維修工作量和減少運行費用；具有檢測燈的工作狀態(tài)，具有一定的電路保護功能；確定故障位置，有故障報警功能；燈具采用高壓鈉燈。設計方案路燈控制的控制方法很多，都是為了控制方便，還有美化城市，節(jié)約電能，節(jié)約人力物力等本錢資源。但是按照每天日照的時間，日出的時候熄滅路燈；日落的時候點亮路燈。在一年四季中，難免有天黑得過早的時候，這個時候如果沒有相應的應急措施，將會給交通帶來不便。可以再控制系統(tǒng)中設置一個亮度檢測裝置就能解決該問題。據(jù)調(diào)查,城市道路的人流量和車流量在晚間7一12時是均值較高的時段，而12時過后的人流量和車流量那么會顯著降低,與之相對應的是對光照要求和實際用電需求也應有所降低，按照規(guī)定的設計標準照度照明對方便人們的夜生活和維護城鎮(zhèn)的治安等是非常必要的，而12時過后的人流量和車流量那么會顯著降低,與之相對應的是對光照要求和實際用電需求也應有所降低，夜深人靜，保持原設計的照度的照明就是一種浪費。然而隨著季節(jié)的更迭，路燈的點亮和熄滅時刻也應當是不一樣,那么就需要一種系統(tǒng)來控制路燈在不同的季節(jié)有不同的點亮和熄滅的時間。在一年四季中，難免會由于天氣變化而天黑得過早的時候，或者亮的過早過晚的時候，這個時候如果沒有相應的應急措施，也將會給交通帶來不便。可以再控制系統(tǒng)中設置一個光照亮度的檢測裝置。利用時間控制為主，再以亮度檢測裝置進行輔助控制。到達最正確的效果。路燈的控制方法多為“鐘控〞和“光控〞?！扮娍亘暡贿m應季節(jié)的變化與天氣突變等自然情況；“光控〞容易受外部環(huán)境的干擾，靈敏度低且可靠性也較差，二者單獨使用都不能實現(xiàn)控制開關燈的合理化、科學化。只有二者結合設計，才能使路燈的控制更加科學更加合理。2.3.3結構框圖根據(jù)以上條件，PLC路燈控制系統(tǒng)的組成有plc及其外圍，亮度檢測裝置，時間調(diào)整電路，時間顯示電路，路燈控制裝置，電流檢測電路，報警及指示電路等。其組成框圖結構如下，圖2控制系統(tǒng)組成基于PLC的路燈控制系統(tǒng)，完成的任務是實現(xiàn)路燈的自動開啟和關閉，當夜晚〔或光線較暗〕來臨時，且處于交通頂峰期時，路燈全部開啟，交通頂峰期過后，進入按比例開啟，午夜按2/3，凌晨時段按1/3，可檢測任意一路燈的工作電流，當路燈發(fā)生漏電故障可以實現(xiàn)報警，并顯示該路燈的位置。3硬件電路的設計PLC路燈控制系統(tǒng)的組成有plc及其外圍，亮度檢測裝置，時間調(diào)整電路，時間顯示電路，路燈控制裝置，電流檢測電路，報警及指示電路等。3.1西門子S7-200PLC的介紹本設計選用的PLC是西門子S7-200，S7-200系列PLC是SIEMENS公司新推出的一種小型的PLC。它的優(yōu)點緊湊的結構、良好的擴展性、強大的指令功能、低廉的價格已經(jīng)成為當代各種小型控制工程的理想控制器。S7-200PLC包含了一個單獨的S7-200CPU與各種可選擇的擴展模塊，可以十分方便的組成不同規(guī)模的控制器。其控制的規(guī)模可以從幾點到幾百點。S7-200PLC可以方便的組成PLC-PLC網(wǎng)絡和微機-PLC網(wǎng)絡，完成規(guī)模更大的工程。S7-200的STEP-Micro/WIN32編程軟件可以方便地在Windows環(huán)境下對PLC編程、調(diào)試、監(jiān)控，使得PLC的編程更加方便、快捷。可以說，S7-200可以完美地滿足各種小規(guī)模控制系統(tǒng)的要求。目前S7-200系列PLC主要有CPU221、CPU222、CPU224和CPU226四種PLC。檔次最低是CPU221，其數(shù)字量輸入點數(shù)只有6點，數(shù)字量輸出點數(shù)只有4點，是控制規(guī)模最小的PLC。檔次最高的應屬CPU226，它集成了24點輸入/16點輸出，共有40點數(shù)字量I/O，最多可連接7個擴展模塊，最大可擴展至數(shù)字量I/O256點或模擬量I/O64路。CPU226本機集成了24點輸入/16點輸出，共有40點數(shù)字量I/O，最多可連接7個擴展模塊，最大可擴展至數(shù)字量I/O256點或模擬量I/O64路。CPU226有16KB程序和10KB數(shù)據(jù)存儲空間，6個獨立的30KHz高速計數(shù)器，2路獨立的20KHz高速脈沖輸出，具有PID控制器。CPU226配有2個RS-485通訊/編程口，具有PPI通信、MPI通信和自由通信方式能力，用于較高要求的中小型控制系統(tǒng)。本系統(tǒng)采用繼電器輸出，故在此只介紹DC輸入繼電器輸出的CPU226接線方法。西門子CPU226DC輸入端中1M、0.0~1.4為第1組，2M、1.5~2.7為第2組，1M、2M分別為各組的公共端。繼電器輸出端由3組構成，其中1L、0.0~0.3為第1組，2L、0.4~1.0為第2組，3L、1.1~1.7為第3組。各組的公共端為1L、2L、3L。在plc的輸入口各個旋鈕開關，按鈕開關一頭接入plc的輸入點，一頭接24V+，其中24V+來自plc的輸出24V電源。輸入端的公共端M1,M2和M端相連。為了便于維護，和器件的平安，輸出端的控制沒有直接和負載連接，而是通過中間繼電器相連，其中中間繼電器全部采用2P的24V中間繼電器，中間繼電器的供電電壓來自24V電源模塊。圖3PLC接線圖3.2亮度檢測裝置亮度檢測電路是作為路燈開啟與路燈關閉的一個輔助的控制開關。在夜幕降臨的時候，即天黑到一定的程度的時候，而對時間控制系統(tǒng)來說還沒有到達規(guī)定的開燈時間，但這時也要要求路燈開啟，進入第一種工作狀態(tài)。在早晨天亮時根據(jù)亮度變化把路燈關閉，但后面還有時間控制，即使亮度檢測失誤，當?shù)竭_一定的實際時間，路燈在時間控制下關閉，進入下一工作狀態(tài)。常用的光探測器件很多，本設計用的是硫化鎘〔Cds〕光敏電阻，它是由半導體材料制成的。當光照射到光敏電阻的時候，光子被Cds半導體物質(zhì)吸收，激發(fā)出更多的電子空穴對，使載流子數(shù)目增加，從而導致光敏電阻阻值〔暗阻〕在1~10MΩ之間；在強光條件下，電阻的阻值〔亮阻〕僅有幾百至數(shù)千歐姆。本電路是利用光敏電阻作為光探測器件。電路如下圖，在由電阻R1、光敏電阻Cds和可調(diào)電阻W組成的分壓偏置。電路中，當A點電壓低于晶體三極管基極的導通電壓時，晶體三極管BG1、BG2都處于截止狀態(tài)，發(fā)光二極管LED不發(fā)光，表示繼電器J處于釋放狀態(tài)，繼電器J的常閉觸點接通。當照射在光敏電阻Cds上的光強增大時，使光敏電阻阻值減小，分壓偏置電路中的A點電壓升高，當超過三級管導通電壓時，晶體三極管BG1、BG2都導通，發(fā)光二極管LED亮；繼電器J吸合，常閉觸點翻開。圖4亮度檢測電路3.3時間調(diào)整電路為了實現(xiàn)路燈可靠的控制，系統(tǒng)設有時鐘電路作為路燈開啟與關閉的參考時間，而此參考時間那么必須與實際時間相同，系統(tǒng)開機后的時間自然是與當前的實際時間不同的，通過時間調(diào)節(jié)來改變時間。時間調(diào)節(jié)由四個按鈕開關組成，分別是調(diào)整時十位，時個位，分十位，分個位。系統(tǒng)設有時間總開關。按鈕開關一頭接入plc的輸入點，一頭接24V+，其中24V+來自plc的輸出24V電源。3.4時間顯示電路系統(tǒng)時間顯示由cd4511和數(shù)碼管組成。數(shù)碼管采用共陰極數(shù)碼管，由四個七段數(shù)碼管分別顯示時十位，時個位，分十位，分個位。用PLC中的特殊繼電器SM0.5來提供秒脈沖信號，秒脈沖通過一個發(fā)光二極管進行指示。Q0.1輸出秒脈沖，Q0.1，Q0.2，Q0.3，Q0.41輸出時間顯示BCD碼。Q1.0，Q1.1，Q1.2，Q1.3輸出顯示選通信號。顯示電路如下：顯示譯碼器CD4511是一個用來驅(qū)動共陰極LED〔數(shù)碼管〕顯示器的BCD碼—七段碼譯碼器，特點如下：具有BCD轉(zhuǎn)換、消隱和鎖存控制、七段譯碼及驅(qū)動功能的CMOS電路能提供較大的拉電流?？芍苯域?qū)動LED數(shù)碼管。圖5CD4511引腳圖其功能介紹管腳如下：

BI：4腳是消隱輸入控制端，當BI=0時，不管其它輸入端狀態(tài)如何，七段數(shù)碼管都處于熄滅〔消隱〕狀態(tài)，不顯示數(shù)字。

LT：3腳是測試輸入端，當BI=1，LT=0時，譯碼的輸出全為1，不管輸入DCBA狀態(tài)是如何，七段均發(fā)亮，顯示“8〞。它主要是用來檢測數(shù)碼管是否損壞。

LE：鎖定控制端，當LE=0的時候，允許譯碼輸出。LE=1的時候譯碼器是鎖定保持狀態(tài)，譯碼器輸出被保持在LE=0時的數(shù)值。

A1、A2、A3、A4、為8421BCD碼的輸入端。

a、b、c、d、e、f、g為譯碼的輸出端，輸出為高電平1有效。圖6時間顯示電路3.5電流檢測電路這個電路是交流電流檢測電路，交流電流通過變壓器TR1初級線圈感應到TR1次級線圈，過流時會造成晶體管動作，直到切斷電源?，F(xiàn)在大局部的路燈都是高壓鈉燈。它是由放電燈管、鎮(zhèn)流器、觸發(fā)器等組成。高壓鈉燈的工作電路包括鎮(zhèn)流器、電源和燈〔包括觸發(fā)器〕等，三者之間的關系是不滿足直角三角形，所以燈不屬于純電阻器件，而是感性器件，高壓鈉燈電源、鎮(zhèn)流器和燈之間電壓和阻抗的數(shù)學模型為：(1)(2)式中：U為電源電壓，為鎮(zhèn)流器電壓，為燈電壓，Z為輸人阻抗，為鎮(zhèn)流器阻抗，為燈阻抗，x、y是與燈效率有關的系數(shù)。鎮(zhèn)流器也不是純電感器件，存在一個小的線圈銅電阻，而式(1)和式(2)中都沒有考慮鎮(zhèn)流器線圈直流電阻的影響。常用高壓鈉燈泡的技術參數(shù)如下見表l。高壓鈉燈泡那么必須與相應的鎮(zhèn)流器配套使用，配套鎮(zhèn)流器的技術參數(shù)如下見表2。表1常用高壓鈉燈泡的技術參數(shù)表燈泡型號電源電壓額定功率啟動電流工作電流工作電壓光通量NG100220/V100/W1.8/A1.25/A135/V7500/LMNG250220/V250/W405/A3.00/A100/V22500/LMNG400220/V400/W6.2/A4.60/A100/V36000/LM表2高壓鈉燈配套鎮(zhèn)流器的技術參數(shù)表配用燈泡額定功率電源電壓工作電壓工作電流頻率100W220V167.5V1.25A50HZ250W220V180V3.00A50HZ400W220V180V4.60A50HZ圖7電流檢測電路3.6報警及指示電路本報警電路由兩塊555定時器和外接定時元件RC組成的兩個多諧震蕩電路。第一塊555定時器的輸出方波信號控制發(fā)光二極管發(fā)光，第二塊555定時器的輸出電壓調(diào)制為兩種音頻信號使揚聲器發(fā)出雙響聲音。下列圖為兩塊555定時器和外接定時元件R,C組成的兩個多諧振蕩器。多諧振蕩器的特點是沒有穩(wěn)定狀態(tài)，只有兩個暫穩(wěn)態(tài)，無需外加觸發(fā)信號，可以有一個暫穩(wěn)態(tài)直接跳轉(zhuǎn)到另一個暫穩(wěn)態(tài)，并且兩個暫穩(wěn)態(tài)的持續(xù)狀態(tài)的時間可通過調(diào)節(jié)外接的定時元件R,C來進行控制。報警電路可通過調(diào)節(jié)電阻R1，R2,R3，R4和電容C1，C2來模擬不同聲響，比方R1=R3=10K，R2=100K，R4=150K，C1=10uF，C2=0.01Uf，揚聲器可以發(fā)出像救護車鳴笛的報警聲，同時第一塊555定時器構成的多諧振蕩器的輸出信號還可改變發(fā)光二極管閃爍的頻率。圖8報警指示電路3.7控制系統(tǒng)供電電路PLC的供電電路可有PLC自帶的電源模塊，其他外圍電路的供電電路采用三端穩(wěn)壓器MC78M05CT為核心的穩(wěn)壓電路，如下列圖，三端穩(wěn)壓器MC78M05CT將輸出電壓穩(wěn)定在+5V上。電路如下列圖所示，這是一個輸出正5V直流電壓的穩(wěn)壓電源電路。IC采用集成穩(wěn)壓器7805，C2、C3分別為輸入端和輸出端濾波電容。當輸出電流較大時，7805應配上散熱板。圖9控制電路供電電路4軟件局部的設計軟件是自動控制系統(tǒng)設計的靈魂，沒有軟件的PLC不能充分發(fā)揮其功能，這是軟件在PLC控制系統(tǒng)中的地位，而在PLC控制系統(tǒng)中，軟件也是非常的重要的。在照明控制系統(tǒng)中，硬件設備的功能是由軟件來定義的，如果系統(tǒng)要控制分布的照明燈具，通過有線與無線串行通信來完成控制功能，通過軟件定義撥碼盤功能，通過編程完成LED數(shù)碼的顯示等等，由此可見，軟件可是控制系統(tǒng)中的一個重要組成局部。該路燈控制系統(tǒng)的軟件程序包括：時鐘程序，顯示程序、時間狀態(tài)指示程序，路燈控制程序、工作狀態(tài)檢測顯示程序。也是本著軟件設計的根本方法，照明控制程序的軟件設計方法是利用傳統(tǒng)的結構化分析與設計的方法來完成的。結構化程序設計方法雖然是早期的程序的設計方法，但該方法還一直在被廣泛地使用。結構化系統(tǒng)分析與設計貫穿整個軟件設計過程，遵循“自頂向下，逐步求精〞的根本原那么。系統(tǒng)在開啟后執(zhí)行子程序，首先開啟時鐘電路，I0.0為時鐘電路控制總開關，控制時鐘電路開始工作，之后需要調(diào)整系統(tǒng)時鐘電路的時間，時間必須與當前具體時間一致，路燈控制系統(tǒng)的時間通過數(shù)碼管顯示，顯示電路也由PLC控制輸出，實行動態(tài)顯示，之后對電流檢測電路返回來的數(shù)據(jù)進行判斷，接下來執(zhí)行時間狀態(tài)輸出程序，根據(jù)當前的時間決定路燈工作在那個時間段。在這個設計中，當天黑后進入第一個工作狀態(tài)，此時所有路燈都開啟，或者到達19點后，至24點為第一工作狀態(tài)，24點后進入第二工作狀態(tài)，此時路燈開啟2/3，到6點后進入第三工作狀態(tài)，路燈開啟1/3，之后亮度檢測，天亮后進入第四工作狀態(tài)，燈全關閉，如果亮度檢測無輸入到達8點也將進入第四工作狀態(tài)。本照明控制系統(tǒng)軟件程序結構如圖：圖10路燈控制程序4.1STEP7-Micro/WIN32編程軟件介紹STEP7-Micro/WIN32是西門子公司專為SIMATICS7-200系列可編程序控制器研制開發(fā)的編程軟件，它是基于Windows的應用軟件，功能強大，既可用于開發(fā)用戶程序，又可實時監(jiān)控用戶程序的執(zhí)行狀態(tài)。下面將介紹該軟件的安裝、根本功能以及如何應用編程軟件進行編程、調(diào)試和運行監(jiān)控等內(nèi)容。STEP7-Micro/WIN32編程軟件的根本功能是協(xié)助用戶完成應用軟件的開發(fā)，其主要實現(xiàn)以下功能。(1)在脫機〔離線〕方式下創(chuàng)立用戶程序，修改和編輯原有的用戶程序。在脫機方式時，計算機與PLC斷開連接，此時能完成大局部的根本功能，如編程、編譯、調(diào)試和系統(tǒng)組態(tài)等，但所有的程序和參數(shù)都只能存放在計算機的磁盤上。(2)在聯(lián)機〔在線〕方式下可以對與計算機建立通信關系的PLC直接進行各種操作，如上載、下載用戶程序和組態(tài)數(shù)據(jù)等。(3)在編輯程序的過程中進行語法檢查，可以防止一些語法錯誤和數(shù)據(jù)類型方面的錯誤。經(jīng)語法檢查后，梯形圖中錯誤處的下方自動加紅色波浪線，語句表的錯誤行前自動畫上紅色*，且在錯誤處加上紅色波浪線。(4〕對用戶程序進行文檔管理，加密處理等。(5〕設置PLC的工作方式、參數(shù)和運行監(jiān)控等。用STEP編程軟件編制用戶程序可按以下步驟進行：啟動STEP軟件、建立新工程文件、繪制梯形圖、編譯程序、下載程序和監(jiān)視程序運行等?！?〕啟動STEP編程軟件在開始菜單中找到Simatic/STEP7-Microwin/STEP7-MicroWIN選項即可啟動STEP編程軟件〔2〕建立新工程文件啟動STEP后，單擊文件菜單中的“新建〞命令，或者直接點擊工具條上的“新建〞按鈕來創(chuàng)立一個新工程。4.2子程序〔1〕時鐘程序的設計使用的是特殊繼電器SM0.5提供秒脈沖，用計數(shù)器c0將秒脈沖轉(zhuǎn)換成分脈沖，用左移指令【SHL-W】形成分個位左移碼，用左移指令【SHL-B】形成分十位左移碼，用左移指令【SHL-W】形成時個位左移碼，用左移指令【SHL-B】形成時十位左移碼。程序啟動后在初始狀態(tài)0時0分，通過調(diào)整時間控制按鈕來調(diào)整時間，開啟后首先開始CO秒計數(shù)，當秒計數(shù)60后控制左移指令【SHL-W】MW1左移一位，就是分鐘個位進一位，M1.0到M2.1為分鐘個位標志位，共有10個標志位，每個標志位標志分鐘個位輸出0到9的對應位。同樣分鐘進到9時那么控制【SHL-B】MB3左移，就是分鐘十位進位，M3.0到M3.5為分鐘十位標志位，共有6個標志位，每個標志位標志分鐘十位輸出0到5的對應位。分鐘十位進到5后控制小時計數(shù)，C1為小時計數(shù)，同時進行小時個位【SHL-W】MW4左移，就是小時個位進位，M4.0到M5.1為小時個位標志位，共有10個標志位，每個標志位標志小時個位輸出0到9的對應位。小時進到9后，控制小時十位進位，小時十位【SHL-B】MB6同時由計數(shù)器C1控制，M6.0到M6.2為小時十位標志位，共有3個標志位，每個標志位標志小時十位輸出0到2的對應位。到達24時候回0時。圖11時鐘程序控制程序〔2〕顯示程序是首先將左移位碼變成BCD碼輸出，就是將分鐘個位，還有分鐘十位，小時個位，小時十位轉(zhuǎn)換成BCD碼，M9.0-M9.3控制BCD的轉(zhuǎn)換輸出，當為M9.0時，那么控制分鐘個位顯示，假設此時M1.2置位，那么表示分鐘個位現(xiàn)在為3，將3轉(zhuǎn)換成BCD碼，驅(qū)動數(shù)碼管分鐘個位顯示3。還由PLC的輸出繼電器控制使四個數(shù)碼管輪番顯示?！維HL-B】MB9指令控制中間繼電器M9.0-M9.3控制四個數(shù)碼管輪番顯示，控制內(nèi)部時間數(shù)據(jù)那位轉(zhuǎn)換成BCD碼輸出。〔3〕時間狀態(tài)指示程序設計中首先將24小時分成4個時間段來進行考慮，通過這四個時間端控制燈工作在不同的工作狀態(tài)，但時間段并不能決定路燈工作在那個狀態(tài)，其工作狀態(tài)還受光控開關控制。但時間數(shù)據(jù)19點時進入第一段，M7.1置位，時間數(shù)據(jù)24點時進入第二段，M7.2置位，時間數(shù)據(jù)6點時進入第三段，M7.3置位，時間數(shù)據(jù)8點時進入第四段，M7.3置位?！?〕狀態(tài)檢測報警程序此段程序就是檢測有無故障輸入而后作出處理。系統(tǒng)假設為控制3路路燈，I0.5為1號燈檢測輸入，I0.6為2號燈檢測輸入，I0.7為3號燈檢測輸入，1號有輸入那么對應的1號燈故障顯示報警燈Q1.4置位，Q1.7同時置位報警；2號有輸入那么對應的2號燈故障顯示報警燈Q1.5置位，Q1.7同時置位報警；3號有輸入那么對應的3號燈故障顯示報警燈Q1.6置位，Q1.7同時置位報警。5總結本文介紹了基于PLC的路燈控制系統(tǒng)根據(jù)路燈控制系統(tǒng)研究的背景，路燈控制系統(tǒng)的開展狀況，了解了國內(nèi)外的開展情況，以及對一些路燈控制系統(tǒng)的研究提出了軟、硬件設計方案和相應的軟件編制方法以及程序。本系統(tǒng)中沿著讓路燈控制可靠，控制方便而且節(jié)約人力物力，具有一定的節(jié)能效果。本系統(tǒng)有plc及其外圍，亮度檢測裝置，時間調(diào)整電路，時間顯示電路，路燈控制裝置，電流檢測電路，報警及指示電路。本設計根據(jù)時間控制路燈的開關，同時考慮到隨著季節(jié)的更迭，路燈的點亮和熄滅時刻也應當是不一樣,那么就需要一種系統(tǒng)來控制路燈在不同的季節(jié)有不同的點亮和熄滅的時間。在一年四季中，難免會由于天氣變化而天黑得過早的時候，或者亮的過早過晚的時候，這個時候如果沒有相應的應急措施，也將會給交通帶來不便。可以再控制系統(tǒng)中設置一個光照亮度的檢測裝置。利用時間控制為主，再以亮度檢測裝置進行輔助控制。到達最正確的效果。本系統(tǒng)是基于PLC的路燈控制系統(tǒng)，完成的任務是實現(xiàn)路燈的自動開啟和關閉，當夜晚〔或光線較暗〕來臨時，且處于交通頂峰期時，路燈全部開啟，交通頂峰期過后，進入按比例開啟，午夜按2/3，凌晨時段按1/3，可檢測任意一路燈的工作電流，當路燈發(fā)生漏電故障可以實現(xiàn)報警，并顯示該路燈的位置。到達一定的節(jié)能的目的。設計中采用了路燈時間控制為主，而且還有路燈環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)采樣，送入PLC進行輔助控制，保障了因天氣變化而導致時間控制法的缺乏。但由于設計能力的有限，論文中還有很多的問題，亮度檢測電路設計的可靠性不好，而且容易受到照明系統(tǒng)本身光源的干擾而產(chǎn)生誤動作，這樣將影響路燈的正常工作，還有就是時間顯示上，在實際應用中應該設計的更加合理直觀。在本設計中讓我認識了西門子PLCS7-200，了解了PLC的外圍介紹，還有他的編程方法，參考了很多文獻資料。致謝通過大學五年的學習，讓我學到了很多對將來有用的知識，我在這里不僅體會到了學習的樂趣，以及學習興趣的作用，通過在一起學習也知道同學的重要。論文結束之際，首先感謝我的指導老師，指導老師在本次設計中給予了殷切指導，在寫論文的過程中，老師給我做了全程的分析與引導。指導老師知識淵博、治學嚴謹。他的認真與細致讓我佩服。本文能得以順利完成承蒙指導老師的幫助，從論文題目的選定，研究方法和結構確實立，至研究內(nèi)容的細到審定和殷切指正，以及再研究工作中的支持和鼓勵，謹至由衷的感謝與敬意。在此期間老師嚴謹?shù)闹螌W之風和豐富的學識，亦使我在專業(yè)上受益非淺。最后，對所有在我學習生活中給予幫助和關心的人表示衷心的感謝！參考文獻[1]王海韜.城市路燈遠程監(jiān)控系統(tǒng)的研究,電子工程師，2001[2]王振宇.監(jiān)控與數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)在城市路燈管理中的應用，電子工程師，2002[4]王剛.路燈遠程監(jiān)控系統(tǒng)結構及關鍵技術研究,南京理工大學，2004[5]劉君華.智能傳感器系統(tǒng)[M].西安：西安電子科技大學出版社，1999[6]黃賢武，鄭筱霞，曲波等.