校園路燈的PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案
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摘要：基于PLC 控制的學(xué)校路燈控制系統(tǒng)在燈具節(jié)能上把握了節(jié)能的新方向，采用分時(shí)分段控制，克服了隔燈點(diǎn)亮的光照不均勻、燈具壽命縮短、不能點(diǎn)亮燈和電能的浪費(fèi)等問題。該系統(tǒng)采用三菱FX2N-32MRPLC 可編程控制器作為主控單元，三菱F940GOT 觸摸屏作為控制系統(tǒng)操作和顯示終端的作用進(jìn)行結(jié)合應(yīng)用。具有運(yùn)行可靠、可操作性強(qiáng)、可連續(xù)擴(kuò)展、節(jié)能效果明顯、成本和維護(hù)費(fèi)用低等優(yōu)點(diǎn)，可通過PLC 編程來改變控制方案，適用于有不同時(shí)差的地區(qū)，是路燈節(jié)能的發(fā)展趨勢。
1 引言
目前，能源節(jié)約和環(huán)保問題倍受人們關(guān)注。飛速發(fā)展的經(jīng)濟(jì)對能源的要求相當(dāng)迫切，中國面臨能源問題也更為突出，我們學(xué)校也隨之重視起來。隨著我們新校區(qū)的落成，規(guī)模不斷壯大，更要科學(xué)合理的制定路燈控制方案，顯得越來越重要。
研究校園路燈控制技術(shù)的目的： 路燈照明時(shí)刻要合理和可靠，使其自動(dòng)化，智能化，可靠地保證路燈在合理的時(shí)刻亮燈。亮燈的時(shí)刻不僅要根據(jù)光線的亮度、實(shí)際車流量和人流量設(shè)計(jì)具體路段的路燈控制方案，還要根據(jù)具體流量統(tǒng)計(jì)，及時(shí)進(jìn)行方案的調(diào)整及優(yōu)化。
本課題《校園路燈的PLC 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)》由三菱FX2N-32MRPLC可編程控制器作為主控單元和三菱F940GOT 觸摸屏作為控制系統(tǒng)操作進(jìn)行相結(jié)合構(gòu)成。采用光電傳感器對照度進(jìn)行檢測。當(dāng)照度低于一定值時(shí)，控制路燈開啟；當(dāng)照度高于一定值時(shí)，控制路燈關(guān)閉。控制時(shí)間段的合理化，行人的安全性和人車流量，路燈的壽命等等進(jìn)行設(shè)計(jì)。
2 學(xué)校路燈的主要問題
2.1 校園路燈現(xiàn)在采用控制方法以分散時(shí)控方式為主，即在路燈配電箱中安裝定時(shí)器，按預(yù)定的時(shí)間自行開/關(guān)燈；而有些路段燈開關(guān)通常是人工手動(dòng)控制方法?，F(xiàn)行的方法既不能及時(shí)調(diào)整開/關(guān)燈的時(shí)間，更無法及時(shí)反映照明設(shè)施的運(yùn)行情況，并且故障率高、維修困難。
2.2 開關(guān)燈的地區(qū)不合理，有些地方到了晚上根本就不需要照明了，路燈還依然亮著，有些地方需要照明的，偏偏就不亮。
2.3 開關(guān)時(shí)間控制隨意，過早就浪費(fèi)電能，過遲就影響行車行人。
2.4 路燈的基本上是同一時(shí)間打開，影響電網(wǎng)的穩(wěn)定。
2.5 控制方式簡單，浪費(fèi)資源，系統(tǒng)對電能的消耗過大：燈具燒壞頻繁，維護(hù)不方便。
3 路燈的控制設(shè)計(jì)
3.1 光電傳感器檢驗(yàn)電路
為了讓路燈能在白天自動(dòng)關(guān)閉和晚上自動(dòng)開啟，需有一個(gè)亮度檢測裝置。如圖1 為路燈的亮度檢測電路。如圖1,亮度檢測電路是由四個(gè)電阻構(gòu)成一個(gè)電橋，Re 光敏電阻，KM 為繼電器，電源電壓為12V.檢驗(yàn)靈敏度由R2/R3 決定，R2=R3 時(shí)靈敏度最高，即為電橋的最高靈敏度。
圖1 亮度檢測電路
當(dāng)有光照在光敏電阻Re 上時(shí)，Re 的電阻值為100KΩ，R1=50mΩ，R2=R3=1.2 mΩ。當(dāng)光線較強(qiáng)時(shí)，Uab≈5V,繼電器KM 動(dòng)作，路燈斷電停止工作。當(dāng)光線較暗時(shí)，a、b 之間的電壓為0V,繼電器KM 不會(huì)動(dòng)作，路燈開始工作，點(diǎn)亮。
3.2 控制要求
根據(jù)我校具體的情況，可以將學(xué)校路燈分為16 段：A1、A2、A3、A4、B1、B2、B3、B4、C1、C2、D1、D2、E1、E2、F、Z 段。主路段大道分為四段：A1、A2、A3、A4;生步行上下課路段：B1、B2、B3、B4;宿舍區(qū)路段：C1、C2 ;山區(qū)路段：D1、D2;文化長廊路段：E1、E2;學(xué)校廣場：F;其他：G;路燈的控制路段根據(jù)各區(qū)域不同和季節(jié)的變化進(jìn)行更改，以下是控制要求：相對應(yīng)的區(qū)域時(shí)間輸出如圖2。
圖2 相對應(yīng)時(shí)間段路燈的輸出 3.3 控制電路設(shè)計(jì) 控制方式分為手動(dòng)（機(jī)械）和自、手動(dòng)（PLC）三種方式，可以隨意切換，操作靈活方便。下面圖是控制電路連接圖3。 圖3 控制電路連接圖 3.4 PLC 編程控制方式 （1） I/O 分配圖。 輸入點(diǎn)分配表 輸出分配表 （2） PLC 程序設(shè)計(jì)梯形圖。 為了節(jié)省PLC 的輸入點(diǎn)，在程序的設(shè)計(jì)中，利用到DECO 譯碼指令，如圖4.程序還利用了時(shí)間比較，讓路燈按照時(shí)間的設(shè)定點(diǎn)亮，如圖5. 圖4 圖5 3.5 觸摸屏監(jiān)控軟件 在控制系統(tǒng)中，觸摸屏采用通過計(jì)算機(jī)的GX-Developer 畫面制作軟件為平臺(tái)，開發(fā)控制系統(tǒng)的程序。該控制系統(tǒng)監(jiān)控軟件采用三菱F940GOT 觸摸屏，將用于現(xiàn)場控制的三菱PLC 控制系統(tǒng)和監(jiān)控系統(tǒng)連接起來。其次，從變量定義和I/O 設(shè)備的管理入手，利用F940GOT 多樣化的繪圖工具、強(qiáng)大的腳本語言處理能力和豐富的命令語言函數(shù)開發(fā)主監(jiān)控界面，子監(jiān)控界面處分利用GX-Developer軟件提供的內(nèi)部軟件，讓操作人員選擇自動(dòng)或者手動(dòng)運(yùn)行。對于手動(dòng)狀態(tài)也減少了PLC 的輸入點(diǎn)，從而降低成本，又增加了可操作性。 該系統(tǒng)的分為四個(gè)監(jiān)控畫面，如圖6 所示。 圖6 觸摸屏控制畫面 4 結(jié)束語 本課題路燈控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)原理新穎，硬件簡單，有很好的節(jié)電效果。實(shí)驗(yàn)證明，該系統(tǒng)不僅有很好的節(jié)能效率，而且具有延長燈泡壽命的功能。由于該系統(tǒng)采用了三菱FX2NPLC 控制，具有可靠性高、抗干擾能力強(qiáng)；編程簡單、使用方便；功能完善、通用性強(qiáng)；設(shè)計(jì)安裝簡單、維護(hù)方便；體積小、質(zhì)量輕、能耗低等優(yōu)點(diǎn)。并具有高的性價(jià)比，通過編程改變控制方案，可適用于不同時(shí)差的地區(qū)。還可以根據(jù)實(shí)際情況變更和擴(kuò)展，提高其靈活性和適應(yīng)性，有利于應(yīng)用和推廣，這也是路燈節(jié)能控制的發(fā)展趨勢。
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