基于plc路灯控制系统(编辑修改稿)

基于plc路灯控制系统(编辑修改稿)内容摘要：

10W 以下，受控区域小、容易造成人为误动作和恶意操作，设备投资大，性价比低。 本设计主要研究内容是 利用 PLC 实现路灯自动监控系统能按时间以及光照度的差异来控制开、关灯的；通过一般交通情况按时间来控制灯的亮度，节约路灯使用电能及延长灯具的使用的寿命 ,而且减轻维修工作量和减少运行费用；具有检测灯的工作状态，具有一定的电路保护功能；确定故障位置，有故障报警功能；灯具采用高压钠灯。 设计方案 路灯控制的控制方法很多，都是为了控制方便，还有美化城市，节约电能，节约人力物力等成本资源。 但是 按照每天日照 的 时间，日出的时候熄灭路灯；日落 的 时候点亮路灯。 在一年四季中，难免有天黑得过早的时候，这个时候如果 6 没有 相应的应急措施， 将会给交通带来不便。 可以再控制系统中 设置一个亮度检测装置就能解决该问 题。 据调查 ,城市道路的人流量和车流量在晚间 7 一 12 时是均值较高的时段 ， 而12 时过后 的 人流量和车流量则会显著降低 ,与之相 对应的是对光照要求和实际用电需求也应有所降低， 按照规定 的 设计标准照度照明对方便人们的夜生活和维护城镇的治安等是非常必要的， 而 12 时过后 的 人流量和车流量则会显著降低 ,与之相 对应的是对光照要求和实际用电需求也应有所降低 ，夜深人静，保持原设计 的照度的照明就是一种浪费。 然而 随着季节的更迭 ， 路灯的点亮和熄灭 时刻也应当 是 不一样 ,那么就需要一种系统来控制路灯在不同的季节有不同的点亮和熄灭 的 时间。 在一年四季中，难免 会由于天气变化而 天黑得过早的时候， 或者亮的过早过晚的时候， 这个时候如果没有相应的应急措施， 也 将会给交通带来不便。 可以再控制系统中 设置一个光照 亮度 的 检测装置。 利用时间控制为主，再以亮度检测装置进行辅助控制。 达到最佳的效果。 路灯的控制方法多为“钟控”和“光控”。 “钟控”不适应季节的变化与天气突变等自然情况；“光控”容易受外部环境的干扰，灵敏度低且可靠性也较差，二者单独使用都不能实现控制开关灯的合理化、科学化。 只有二者结合设计，才能使路灯的控制更加科学更加合理。 结构框图 根据以上条件， PLC 路灯控制系统的组成有 plc 及其外围，亮度检测装置，时间调整电路，时间显示电路，路灯控制装置，电流检测电路，报警及指示电路等。 其组成框图结构如下， 时 间 调 整 电 路P L C时 间 显 示 电 路状 态 检 测 电 路报 警 及 指 示 电路路 灯 控 制 装 置亮 度 检 测 电 路 图 2 控制系统组成 7 基于 PLC 的路灯控制系统，完成的任务是实现路灯的自动开启和关闭，当夜晚（或光线较暗）来临时，且处于交通高峰期时，路灯全部开启，交通高峰期过后，进入按比例开启，午夜按 2/3，凌晨时段按 1/3，可检测任意一路灯的工作电流，当路灯发生漏电故障可以实现报警，并显示该路灯的位置。 3 硬件电路的设计 PLC 路灯控制系统的组成有 plc 及其外围，亮度检测装置，时间调整电路，时间显示电路，路灯控制装置，电流检测电路，报警及指示电路等。 西门子 S7200PLC 的介绍 本设计选用的 PLC是西门子 S7200 ， S7200系列 PLC是 SIEMENS公司新推出的一种小型的 PLC。 它的优点紧凑的结构、良好的扩展性、强大的指令功能、低廉的价格已经成为当代各种小型控制工程的理想控制器。 S7200PLC包含 了一个单独的 S7200CPU与各种可选择的扩展模块，可以十分方便的组成不同规模的控制器。 其控制的规模可以从几点到几百点。 S7200PLC可以方便的组成 PLCPLC网络和微机 PLC网络，完成规模更大的工程。 S7200的 STEPMicro/WIN32编程软件可以方便地在 Windows环境下对 PLC编程、调试、监控，使得 PLC的编程更加方便、快捷。 可以说， S7200可以完美地满足各种小规模控制系统的要求。 目前 S7200系列 PLC主要有 CPU22 CPU22 CPU224和 CPU226四种 PLC。 档次最低是 CPU221，其数字量输入点数只有 6点，数字量输出点数只有 4点，是控制规模最小的 PLC。 档次最高的应属 CPU226，它集成了 24点输入 /16点输出，共有 40点数字量 I/O，最多可连接 7个扩展模块，最大可扩展至数字量 I/O256点或模拟量 I/O64路。 CPU226本机集成了 24点输入 /16点输出，共有 40点数字量 I/O，最多可连接 7个扩展模块，最大可扩展至数字量 I/O256点或模拟量 I/O64路。 CPU226有 16KB程序和 10KB数据存储空间， 6个独立的 30KHz高速计数器， 2路独立的 20KHz高速脉冲输出，具有 PID控制器。 CPU226配有 2个 RS485通讯 /编程口，具有 PPI通信、 MPI通信和自由通信方式能力，用于较高要求的中小型控制系统。 本系统采用继电器输出，故在此只介绍 DC输入继电器输出的 CPU226接线方法。 西门子 CPU226DC输入端中 1M、 ~ 1组， 2M、 ~ 2组，1M、 2M分别为各组的公共端。 继电器输出端由 3 组构成，其中 1L、 ~ 为第 1 组， 2L、 ~ 为第 2组， 3L、 ~ 为第 3 组。 各组的公共端为 1L、 2L、 3L。 8 在 plc的输入口各个旋钮开关，按钮开关一头接入 plc的输入点，一头接24V+，其中 24V+来自 plc的输出 24V电源。 输入端的公共端 M1,M2和 M端相连。 为了便于维护，和器件的安全，输出端的控制没有直接和负载连接，而是通过中间继电器相连，其中中间继电器全部采用 2P的 24V中间继电器，中间继电器的供电电压来自 24V电源模块。 图 3 PLC 接线图 亮度检测装置 亮度检测电路是作为路灯开启与路灯关闭的一个辅助的控制开关。 在夜幕降临的时候，即天黑到一定的程度的时候，而对时间控制系统来说还没有达到规定的开灯时间，但这时也要要求路灯开启，进入第一种工作状态。 在早晨天亮时根据亮度变化把路灯关闭，但后面还有时间控制，即使亮度检测失误，当达到一定的实际时间，路灯在时间控制下关闭，进入下一工作状态。 常用的光探测器件 很多，本设计用的 是硫化镉（ Cds）光敏电阻，它是由半导体材料制成的。 当光照射到光敏电阻 的 时 候 ，光子被 Cds 半导体物质吸收，激发出更多的电子空穴 对，使载流子数目增加，从而导致光敏电阻阻值（暗阻）在1~10MΩ 之间；在强光条件下，电阻 的 阻值（亮阻）仅有几百至数千欧姆。 本 电路 是 利 用光敏电阻作为光探测器件。 电路 如图所示，在由电阻 R光 9 敏电阻 Cds 和可调电阻 W 组成的分压偏置。 电路中，当 A 点电压低于晶体三极管基极的导通电压时，晶体三极管 BG BG2 都 处于截止状态，发光二极管 LED不发光，表示继电器 J 处 于释放状态，继电器 J 的常闭触点接通。 当照射在光敏电阻 Cds 上的光强增大 时 ，使光敏电阻阻值减小，分压偏置电路中的 A 点电压升高，当超过三级管导通电压时，晶体三 极管 BG BG2 都 导通，发光二极管LED 亮；继电器 J 吸合，常闭触点打开。 R5R4470W5WC d sRQ18550Q28550K A 4LEDV C C 图 4 亮度检测电路 时间调整电路 为了实现路灯可靠的控制，系统设有时钟电路作为路灯开启与关闭的参考时间，而此参考时间则必须与实际时间相同，系统开机后的时间自然是与当前的实际时间不同的，通过时间调节来改变时间。 时间调节由四个按钮开关组成，分别是调整时十位，时个位，分十位，分个位。 系统设有时间总开关。 按钮开关一头接入 plc 的输入点，一头接 24V+，其中 24V+来自 plc 的输出 24V 电源。 时间显示电路 系统时间显 示由 cd4511 和数码管组成。 数码管采用共阴极数码管，由四个七段数码管分别显示 时十位，时个位，分十位，分个位。 用 PLC 中的特殊继电器 来提供秒脉冲信号，秒脉冲通过一个发光二极管进行指示。 输出秒脉冲， ， ， ， 输出时间显示 BCD 码。 ， ， 输出显示选通信号。 10 显示电路如下： 显示译码器 CD4511是一个用 来 驱动共阴极 LED （数码管）显示器的 BCD 码 —七段码译码器，特点如下：具有 BCD转换、消隐和锁存控制、七段译码及驱动功 能的 CMOS电路能提供较大的拉电流。 可直接驱动 LED数码管。 图 5 CD4511 引脚图 其功能介绍 管脚 如下： BI： 4 脚是消隐输入控制端，当 BI=0 时，不管其它输入端状态如何，七段数码管 都 处于熄灭（消隐）状态，不显示数字。 LT： 3 脚是测试输入端，当 BI=1， LT=0 时，译码 的 输出全为 1，不管输入 DCBA 状态 是 如何，七段均发亮，显示 “8”。 它主要 是 用来检测数码管是否损坏。 LE：锁定控制端，当 LE=0 的 时 候 ，允许译码输出。 LE=1 的时候 译码器是锁定 保持状态，译码器输出被保持在 LE=0 时的数值。 A A A A为 8421BCD 码 的 输入端。 a、 b、 c、 d、 e、 f、 g 为译码 的 输出端，输出为高电平 1 有效。 12345678D12a13D26b12D37c11D01d10e9g14f15U17 4 4 5 1 1DP D0 D1 D2 D3 U1U2U3U4LEDR1k 图 6 时间显示电路 11 电流检测电路 这个电路是交流电流检测电路，交流电流通过变压器 TR1 初级线圈感应到TR1 次级线圈，过流时会造成晶体管动作，直到切断电源。 现在大部分 的 路灯都是高压钠灯。 它是由放电灯管、镇流器、触发器 等 组成。 高压钠灯的工作电路包括镇流器、电源和灯（包括触发器） 等 ，三者之间的关系是 不满足 直角三角形， 所以 灯不属于纯电阻器件，而是感性器件，高压钠灯电源、镇流器和灯之间电压和阻抗的数学模型为： 222 HL xUUU  (1) 222 HL ZZZ  (2) 式中： U为电源电压， LU 为镇流器电压， HU 为灯电压， Z为输人阻抗， LZ为镇流器阻抗， HZ 为灯阻抗， x、 y是 与灯效率有关的系数。 镇流器 也 不是纯电感器件，存在一个小的线圈铜电阻，而式 (1)和式 (2)中 都 没有考虑镇流器线圈直流电阻的影响。 常用高压钠灯泡的技术参数 如下 见表 l。 高压钠。