基于plc智能照明控制系統設計畢業論文(編輯修改稿)

　

【文章內容簡介】 ）、數據傳送、數據轉換、排序、查表、位操作等功能，可以完成數據的采集、分析及處理。這些數據可以與存儲在存儲器中的參考值比較，完成一定的控制操作，也可以利用通信功能傳送到別的智能裝置，或將它們打印制表。數據處理 一般用于大型控制系統，如無人控制的柔性制造系統；也可用于過程控制系統，如造紙、冶金、食品工業中的一些大型控制系統。 通信及聯網 PLC 通信含 PLC 間的通信及 PLC 與其它智能設備間的通信。隨著計算機控制的發展，工廠自動化網絡發展得很快，各 PLC 廠商都十分重視 PLC 的通信功能，紛紛推出各自的網絡系統。新近生產的 PLC 都具有通信接口，通信非常方便。 PLC 的結構與工作原理 PLC 的結構 PLC 的類型繁多，功能和指令系統也不盡相同，但結構與工作原理則大同小異，通常 13 由主機、輸入 /輸出接 口、電源、編程器擴展器接口和外部設備接口等幾個主要部分組成。 主機 主機部分包括中央處理器（ CPU）、系統程序存儲器和用戶程序及數據存儲器。 CPU 是PLC 的核心，它用以運行用戶程序、監控輸入 /輸出接口狀態、作出邏輯判斷和進行數據處理，即讀取輸入變量、完成用戶指令規定的各種操作，將結果送到輸出端，并響應外部設備（如編程器、電腦、打印機等）的請求以及進行各種內部判斷等。 PLC 的內部存儲器有兩類，一類是系統程序存儲器，主要存放系統管理和監控程序及對用戶程序作編譯處理的程序，系統程序已由廠家固定，用 戶不能更改；另一類是用戶程序及數據存儲器，主要存放用戶編制的應用程序及各種暫存數據和中間結果。 輸入 /輸出（ I/O）接口 I/O 接口是 PLC 與輸入 /輸出設備連接的部件。輸入接口接受輸入設備（如按鈕、傳感器、觸點、行程開關等）的控制信號。輸出接口是將主機經處理后的結果通過功放電路去驅動輸出設備（如接觸器、電磁閥、指示燈等）。 I/O 接口一般采用光電耦合電路，以減少電磁干擾，從而提高了可靠性。 I/O 點數即輸入 /輸出端子數是 PLC 的一項主要技術指標，通常小型機有幾十個點，中型機有幾百個點，大型機將超過千點。 電源 圖中電源是指為 CPU、存儲器、 I/O 接口等內部電子電路工作所配置的直流開關穩壓電源，通常也為輸入設備提供直流電源。 編程器 編程器是 PLC 的一種主要的外部設備，用于手持編程，用戶可用以輸入、檢查、修改、調試程序或監示 PLC 的工作情況。除手持編程器外，還可通過適配器和專用電纜線將PLC 與電腦聯接，并利用專用的工具軟件進行電腦編程和監控。 輸入 /輸出擴展單元 輸入模塊C P U模塊輸出模塊可編程序控制器編程裝置接觸器電磁閥指示燈電源 電源 限位開關選擇開關按鈕 14 I/O 擴展接口用于連接擴充外部輸入 /輸出端子數的擴展單元與基本單元（即主機）。 外部設備接口 此接口可將編程器、打印機、條碼掃描儀等外部設備與主機相聯，以 完成相應的操作。 PLC 的工作原理 PLC 是采用“順序掃描，不斷循環”的方式進行工作的。即在 PLC 運行時， CPU 根據用戶按控制要求編制好并存于用戶存儲器中的程序，按指令步序號（或地址號）作周期性循環掃描，如無跳轉指令，則從第一條指令開始逐條順序執行用戶程序，直至程序結束。然后重新返回第一條指令，開始下一輪新的掃描。在每次掃描過程中，還要完成對輸入信號的采樣和對輸出狀態的刷新等工作。 PLC 的掃描一個周期必經輸入采樣、程序執行和輸出刷新三個階段。 PLC 在輸入采樣階段：首先以掃描方式按順序將所有暫存在 輸入鎖存器中的輸入端子的通斷狀態或輸入數據讀入，并將其寫入各對應的輸入狀態寄存器中，即刷新輸入。隨即關閉輸入端口，進入程序執行階段。 PLC 在程序執行階段：按用戶程序指令存放的先后順序掃描執行每條指令，執行的結果再寫入輸出狀態寄存器中，輸出狀態寄存器中所有的內容隨著程序的執行而改變。 輸出刷新階段：當所有指令執行完畢，輸出狀態寄存器的通斷狀態在輸出刷新階段送至輸出鎖存器中，并通過一定的方式（繼電器、晶體管或晶閘管）輸出，驅動相應輸出設備工作。 PLC梯形圖概述 梯形圖是使用得最多的圖形編程語言，被稱 為 PLC 的第一編程語言。梯形圖與電器控制系統的電路圖很相似，具有直觀易懂的優點，很容易被工廠電氣人員掌握，特別適用于開關量邏輯控制。梯形圖常被稱為電路或程序，梯形圖的設計稱為編程。 PLC 梯形圖中的某些編程元件沿用了繼電器這一名稱，如輸入繼電器、輸出繼電器、內部輔助繼電器等，但是它們不是真實的物理繼電器，而是一些存儲單元（軟繼電器），每一軟繼電器與 PLC 存儲器中映像寄存器的一個存儲單元相對應。該存儲單元如果為“ 1”狀態，則表示梯形圖中對應軟繼電器的線圈“通電”，其常開觸點接通，常閉觸點斷開，稱這種狀態是該軟 繼電器的“ 1”或“ ON”狀態。如果該存儲單元為“ 0”狀態，對應軟繼電器 15 的線圈和觸點的狀態與上述的相反，稱該軟繼電器為“ 0”或“ OFF”狀態。使用中也常將這些“軟繼電器”稱為編程元件。 開關量：按電壓水平分，有 220VAC、 110VAC、 24VDC，按隔離方式分，有繼電器隔離和晶體管隔離。 模擬量：按其精度可分為 12bit、 14bit、 16bit 等；按信號類型可分為電流型(420mA,020mA)、電壓型 (010V,05V,1010V)等。 除了上述通用 I/O 外，還有特殊 I/O 模塊，如熱電阻、熱電 偶、脈沖等模塊。 梯形圖兩側的垂直公共線稱為母線 (Bus bar)。在分析梯形圖的邏輯關系時，為了借用繼電器電路圖的分析方法，可以想象左右兩側母線（左母線和右母線）之間有一個左正右負的直流電源電壓，母線之間有“能流”從左向右流動。右母線可以不畫出。 根據梯形圖中各觸點的狀態和邏輯關系，求出與圖中各線圈對應的編程元件的狀態，稱為梯形圖的邏輯解算。梯形圖中邏輯解算是按從左至右、從上到下的順序進行的。解算的結果，馬上可以被后面的邏輯解算所利用。邏輯解算是根據輸入映像寄存器中的值，而不是根據解算瞬時外部輸入觸點的 狀態來進行的。 PLC 與電氣回路的接口，是通過輸入輸出部分（ I/O）完成的。 I/O 模塊集成了 PLC 的I/O 電路，其輸入暫存器反映輸入信號狀態，輸出點反映輸出鎖存器狀態。輸入模塊將電信號變換成數字信號進入 PLC 系統，輸出模塊相反。 I/O 分為開關量輸入（ DI），開關量輸出（ DO），模擬量輸入（ AI），模擬量輸出（ AO）等模塊。 開關量：按電壓水平分，有 220VAC、 110VAC、 24VDC，按隔離方式分，有繼電器隔離和晶體管隔離。 模擬量：按其精度可分為 12bit、 14bit、 16bit 等；按信號類型可分為電流 型(420mA,020mA)、電壓型 (010V,05V,1010V)等。 除了上述通用 I/O 外，還有特殊 I/O 模塊，如熱電阻、熱電偶、脈沖等模塊。 第三章 照明智能控制 照明智能 其主要特點為 ： 1．系統可控制任意回路連續調光或開關。 2 ．場景控制：可預先設置多個不同場景，在場景切換時淡入、淡出。 16 3 ．可接入各種傳感器對燈光進行自動控制。 4 ．移動傳感器：對人體紅外線檢測達到對燈光的控制；如人來燈亮，人走燈滅（暗）。 5 ．光亮照度傳感器：對某些場合可根據室外光線 的強弱調整室內光線，如學校教室的恒照度控制。 6．時間控制：某些場合可以隨上下班時間調整亮度。 7 ．紅外遙控：可用手持紅外遙控器對燈光進行控制。 8．系統聯網：可系統聯網，利用上述控制手段進行綜合控制或與樓宇智能控制系統聯網。 9. 可由聲 .光 .熱 .人及動物的移動檢測達到對燈光的控制 . 使用智能照明系統的效果 照明的自動化控制 系統最大的特點是場景控制，在同一室內可有多路照明回路，對每一回路亮度調整后達到某種燈光氣氛稱為場景；可預先設置不同的場景（營造出不同的燈光環境），切 換場景時的淡入淡出時間，使燈光柔和變化。時鐘控制，利用時鐘控制器，使燈光呈現按每天的日出日落或有時間規律的變化。利用各種傳感器及遙控器達到對燈光的自動控制。 美化環境 室內照明利用場景變化增加環境藝術效果，產生立體感、層次感，營造出舒適的環境，有利人們的身心健康，提高工作效率。 延長燈具壽命 影響燈具壽命的主要因素主要有過電壓使用和冷態沖擊，它們使燈具壽命大大降低。LT 系列智能調光器具有輸出限壓保護功能：即當電網電壓超過額定電壓 220V 后調光器自動調節輸出在 220V 以內。 當燈泡冷態接電瞬間會產生額定電流 5－ 10 倍的沖擊電流，大大影響燈具壽命。智能調光控制系統采用緩開啟及淡入淡出調光控制，可避免對燈具的冷態沖擊，延長燈具壽命。系統可延長燈泡壽命 2－ 4 倍，可節省大量燈泡，減少更換燈泡的工作量。 節約能源 采用亮度傳感器，自動調節燈光強弱，達到節能效果。 采用移動傳感器，當人進入傳感器感應區域后漸升光，當人走出感應區域后燈光漸漸減低或熄滅，使一些走廊、樓道的 長明燈 得到控制，達到節能的目的。 例如：某飯店為了節電，將全部走廊燈換為 5W 節 17 能燈，以減少能耗，但帶 來的問題是節能燈光照舒適度很差，照度降低，使飯店檔次降低。建議采用移動傳感器控制。 照度及照度的一致性 采用照度傳感器，可以達到室內的光線保持恒定 。例如：在學校的教室，要求靠窗與靠墻光強度其本相同，可在靠窗與靠墻處分別加裝傳感器，當室外光線強時系統會自動將靠窗的燈光減弱或關閉及根據靠墻傳感器調整靠墻的燈光亮度；當室外光線變弱時，傳感器會根據感應信號調整燈的亮度到預先設置的光照度值。 新燈具會隨著使用時間發光效率逐漸降低，新辦公樓隨著使用時間墻面的反射率將衰減，這樣新舊會產生照度的不一致 性，通過智能調光器系統的控制可調節照度達到相對的穩定，且可節約能源。 綜合控制 可通過計算機網絡對整個系統進行監控，例如了解當前各個照明回路的工作狀態；設置、修改場景；當有緊急情況時控制整個系統及發出故障報告。 可通過網關接口及串行接口與大樓的 BA 系統或消防系統、保安系統等控制系統相連接 LT 智能照明控制系統通常由調光模塊、開關功率模塊、場景控制面板、傳感器及編程器、編程插口、 PC 監控機等部件組成，將上述各種具備獨立控制功能的模塊連接在一根計算機數據線上，即可組成一個獨立的照明控 制系統，實現對燈光系統的各種智能化管理及自動控制。 第四章 照明智能控制方案 道路照明的主要作用是保證行人安全和方便，綠地和景觀照明主要是給人們營造溫馨、和諧、美麗的環境．既要滿足照明的主要功能，又要盡量節約能源，只能是采用科學的管理和控制，使兩者完美統一．學生是一個特殊群體，活動的時間性、規律性非常突出，因此決定對道和其他公共照明實行智能分時控制． 燈具布置方案 學校的道路是以步行者為多，人員比較密集，當然也有少量車輛通過，可以說是人車混合的道路．在設計時采用了高于一般居住區而低于商業區的標準，正 常情況保持路面照度不小于 15lx．為了便于分時控制，在燈具布置時采用了雙側交錯布置，桿距定為 25m， 18 較標準桿距略小，有利于分時控制時減少燈光死角．根據這些數據，就可以計算光通量和光源功率了．計算出光通量 ，通過查閱光源手冊可知，應選用 150W 的金屬鹵化物燈具。我校占地面積約 60 萬平方，主要道路長約 10000 米。 因此，需要安裝 150W 的路燈 400 盞，用電容量為 60kW．其次景觀和其他公共場地照明的用電容量約為 15kW． 分時控制方案構想 在設計前，對大學生的活動規律、道路照明的亮度進行了統計和測量，掌握 了一手資料．大部分學生在 21 點鐘之前回到寢室， 21 點至 23 點之間只有少量學生在室外活動， 23點鐘之后基本上沒有學生活動，學校進入安靜狀態．根據這個特點把控制分為 3 個時段：第 1 個時段為 21 點之前，所有燈具全部開啟；第 2 時段為 21 點至 23 點，活動人員較少，可以關閉 1／ 2 的燈具；而到 23 點之后為第 3 時段，只要留有 1／ 4 的燈具工作，路面照度達 3lx 以上，高于道路照明的最低要求．為了最大限度地節能，設計時還考慮了季節的因素：夏季夜短晝長，開燈晚，熄燈早；冬季則相對開燈較早，熄燈則相對較晚．景觀和公共綠地照明采用第 第 2 時段全開，第 3 時段全熄的控制方式，控制簡單易行，節能效果顯著．節假日多也是學校的特點之一，寒暑假加在一起有 3 個月左右．制定的控制方案是：寒暑假期間景觀燈手動控制，根據需要臨時或少量開啟；而路燈每天只開啟 1／ 4，滿足最低照明要求． 供電系統及控制原理設計 路燈采用雙側交錯布置，每一側的路燈由 2 個單獨的控制回路進行間隔控制，如： 1回路控制左側的單編號燈具， 2回路控制同一側的雙編號燈具。 4回路則分別控制右側的單、雙編號燈具．當進入第 2 時段后，每側關閉 1 個回路，也就是 1／ 2 的燈具熄滅，由于燈 的桿距不是很大，且學校道路不是很寬，燈光可以全覆蓋，最低照度點也可以在 5lx以上．當進入第 3 時段時， 4