【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 10W 以下，受控區(qū)域小、容易造成人為誤動(dòng)作和惡意操作，設(shè)備投資大，性價(jià)比低。 本設(shè)計(jì)主要研究?jī)?nèi)容是 利用 PLC 實(shí)現(xiàn)路燈自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)能按時(shí)間以及光照度的差異來控制開、關(guān)燈的；通過一般交通情況按時(shí)間來控制燈的亮度，節(jié)約路燈使用電能及延長(zhǎng)燈具的使用的壽命 ,而且減輕維修工作量和減少運(yùn)行費(fèi)用；具有檢測(cè)燈的工作狀態(tài)，具有一定的電路保護(hù)功能；確定故障位置，有故障報(bào)警功能；燈具采用高壓鈉燈。 設(shè)計(jì)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)約人力物力等成本資源。但是 按照每天日照 的 時(shí)間，日出的時(shí)候熄滅路燈；日落 的 時(shí)候點(diǎn)亮路燈。 在一年四季中，難免有天黑得過早的時(shí)候，這個(gè)時(shí)候如果 6 沒有 相應(yīng)的應(yīng)急措施， 將會(huì)給交通帶來不便。 可以再控制系統(tǒng)中 設(shè)置一個(gè)亮度檢測(cè)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(shí)是均值較高的時(shí)段 ， 而12 時(shí)過后 的 人流量和車流量則會(huì)顯著降低 ,與之相 對(duì)應(yīng)的是對(duì)光照要求和實(shí)際用電需求也應(yīng)有所降低， 按照規(guī)定 的 設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)照度照明對(duì)方便人們的夜生活和維護(hù)城鎮(zhèn)的治安等是非常必要的， 而 12 時(shí)過后 的 人流量和車流量則會(huì)顯著降低 ,與之相 對(duì)應(yīng)的是對(duì)光照要求和實(shí)際用電需求也應(yīng)有所降低 ，夜深人靜，保持原設(shè)計(jì) 的照度的照明就是一種浪費(fèi)。 然而 隨著季節(jié)的更迭 ， 路燈的點(diǎn)亮和熄滅 時(shí)刻也應(yīng)當(dāng) 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(diǎn)亮和熄滅 的 時(shí)間。在一年四季中，難免 會(huì)由于天氣變化而 天黑得過早的時(shí)候， 或者亮的過早過晚的時(shí)候， 這個(gè)時(shí)候如果沒有相應(yīng)的應(yīng)急措施， 也 將會(huì)給交通帶來不便。 可以再控制系統(tǒng)中 設(shè)置一個(gè)光照 亮度 的 檢測(cè)裝置 。利用時(shí)間控制為主，再以亮度檢測(cè)裝置進(jìn)行輔助控制。達(dá)到最佳的效果。 路燈的控制方法多為“鐘控”和“光控”?！扮娍亍辈贿m應(yīng)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(dú)使用都不能實(shí)現(xiàn)控制開關(guān)燈的合理化、科學(xué)化 。只有二者結(jié)合設(shè)計(jì)，才能使路燈的控制更加科學(xué)更加合理。 結(jié)構(gòu)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(cè)裝置，時(shí)間調(diào)整電路，時(shí)間顯示電路，路燈控制裝置，電流檢測(cè)電路，報(bào)警及指示電路等。其組成框圖結(jié)構(gòu)如下， 時(shí) 間 調(diào) 整 電 路P L C時(shí) 間 顯 示 電 路狀 態(tài) 檢 測(cè) 電 路報(bào) 警 及 指 示 電路路 燈 控 制 裝 置亮 度 檢 測(cè) 電 路 圖 2 控制系統(tǒng)組成 7 基于 PLC 的路燈控制系統(tǒng)，完成的任務(wù)是實(shí)現(xiàn)路燈的自動(dòng)開啟和關(guān)閉，當(dāng)夜晚（或光線較暗）來臨時(shí)，且處于交通高峰期時(shí)，路燈全部開啟，交通高峰期過后，進(jìn)入按比例開啟，午夜按 2/3，凌晨時(shí)段按 1/3，可檢測(cè)任意一路燈的工作電流，當(dāng)路燈發(fā)生漏電故障可以實(shí)現(xiàn)報(bào)警，并顯示該路燈的位置。 3 硬件電路的設(shè)計(jì) PLC 路燈控制系統(tǒng)的組成有 plc 及其外圍，亮度檢測(cè)裝置，時(shí)間調(diào)整電路，時(shí)間顯示電路，路燈控制裝置，電流檢測(cè)電路，報(bào)警及指示電路等。 西門子 S7200PLC 的介紹 本設(shè)計(jì)選用的 PLC是西門子 S7200 ， S7200系列 PLC是 SIEMENS公司新推出的一種小型的 PLC。它的優(yōu)點(diǎn)緊湊的結(jié)構(gòu)、良好的擴(kuò)展性、強(qiáng)大的指令功能、低廉的價(jià)格已經(jīng)成為當(dāng)代各種小型控制工程的理想控制器。 S7200PLC包含 了一個(gè)單獨(dú)的 S7200CPU與各種可選擇的擴(kuò)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(diǎn)到幾百點(diǎn)。S7200PLC可以方便的組成 PLCPLC網(wǎng)絡(luò)和微機(jī) PLC網(wǎng)絡(luò)，完成規(guī)模更大的工程。 S7200的 STEPMicro/WIN32編程軟件可以方便地在 Windows環(huán)境下對(duì) PLC編程、調(diào)試、監(jiān)控，使得 PLC的編程更加方便、快捷?？梢哉f， S7200可以完美地滿足各種小規(guī)模控制系統(tǒng)的要求。 目前 S7200系列 PLC主要有 CPU22 CPU22 CPU224和 CPU226四種 PLC。檔次最低是 CPU221，其數(shù)字量輸入點(diǎn)數(shù)只有 6點(diǎn)，數(shù)字量輸出點(diǎn)數(shù)只有 4點(diǎn)，是控制規(guī)模最小的 PLC。檔次最高的應(yīng)屬 CPU226，它集成了 24點(diǎn)輸入 /16點(diǎn)輸出，共有 40點(diǎn)數(shù)字量 I/O，最多可連接 7個(gè)擴(kuò)展模塊，最大可擴(kuò)展至數(shù)字量 I/O256點(diǎn)或模擬量 I/O64路。 CPU226本機(jī)集成了 24點(diǎn)輸入 /16點(diǎn)輸出，共有 40點(diǎn)數(shù)字量 I/O，最多可連接 7個(gè)擴(kuò)展模塊，最大可擴(kuò)展至數(shù)字量 I/O256點(diǎn)或模擬量 I/O64路。 CPU226有 16KB程序和 10KB數(shù)據(jù)存儲(chǔ)空間， 6個(gè)獨(dú)立的 30KHz高速計(jì)數(shù)器， 2路獨(dú)立的 20KHz高速脈沖輸出，具有 PID控制器。 CPU226配有 2個(gè) RS485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、 ~ 1組， 2M、 ~ 2組，1M、 2M分別為各組的公共端。 繼電器輸出端由 3 組構(gòu)成，其中 1L、 ~ 為第 1 組， 2L、 ~ 為第 2組， 3L、 ~ 為第 3 組。各組的公共端為 1L、 2L、 3L。 8 在 plc的輸入口各個(gè)旋鈕開關(guān)，按鈕開關(guān)一頭接入 plc的輸入點(diǎn)，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(hù)，和器件的安全，輸出端的控制沒有直接和負(fù)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 3 PLC 接線圖 亮度檢測(cè)裝置 亮度檢測(cè)電路是作為路燈開啟與路燈關(guān)閉的一個(gè)輔助的控制開關(guān)。在夜幕降臨的時(shí)候，即天黑到一定的程度的時(shí)候，而對(duì)時(shí)間控制系統(tǒng)來說還沒有達(dá)到規(guī)定的開燈時(shí)間，但這時(shí)也要要求路燈開啟，進(jìn)入第一種工作狀態(tài)。在早晨天亮?xí)r根據(jù)亮度變化把路燈關(guān)閉，但后面還有時(shí)間控制，即使亮度檢測(cè)失誤，當(dāng)達(dá)到一定的實(shí)際時(shí)間，路燈在時(shí)間控制下關(guān)閉，進(jìn)入下一工作狀態(tài)。 常用的光探測(cè)器件 很多，本設(shè)計(jì)用的 是硫化鎘（ Cds）光敏電阻，它是由半導(dǎo)體材料制成的。當(dāng)光照射到光敏電阻 的 時(shí) 候 ，光子被 Cds 半導(dǎo)體物質(zhì)吸收，激發(fā)出更多的電子空穴 對(duì)，使載流子數(shù)目增加，從而導(dǎo)致光敏電阻阻值（暗阻）在1~10MΩ 之間；在強(qiáng)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(cè)器件。 電路 如圖所示，在由電阻 R光 9 敏電阻 Cds 和可調(diào)電阻 W 組成的分壓偏置 。 電路中，當(dāng) A 點(diǎn)電壓低于晶體三極管基極的導(dǎo)通電壓時(shí)，晶體三極管 BG BG2 都 處于截止?fàn)顟B(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(diǎn)接通。當(dāng)照射在光敏電阻 Cds 上的光強(qiáng)增大 時(shí) ，使光敏電阻阻值減小，分壓偏置電路中的 A 點(diǎn)電壓升高，當(dāng)超過三級(jí)管導(dǎo)通電壓時(shí)，晶體三 極管 BG BG2 都 導(dǎo)通，發(fā)光二極管LED 亮；繼電器 J 吸合，常閉觸點(diǎn)打開。 R5R4470W5WC d sRQ18550Q28550K A 4LEDV C C 圖 4 亮度檢測(cè)電路 時(shí)間調(diào)整電路 為了實(shí)現(xiàn)路燈可靠的控制，系統(tǒng)設(shè)有時(shí)鐘電路作為路燈開啟與關(guān)閉的參考時(shí)間，而此參考時(shí)間則必須與實(shí)際時(shí)間相同，系統(tǒng)開機(jī)后的時(shí)間自然是與當(dāng)前的實(shí)際時(shí)間不同的，通過時(shí)間調(diào)節(jié)來改變時(shí)間。 時(shí)間調(diào)節(jié)由四個(gè)按鈕開關(guān)組成，分別是調(diào)整時(shí)十位，時(shí)個(gè)位，分十位，分個(gè)位。系統(tǒng)設(shè)有時(shí)間總開關(guān)。 按鈕開關(guān)一頭接入 plc 的輸入點(diǎn)，一頭接 24V+，其中 24V+來自 plc 的輸出 24V 電源。 時(shí)間顯示電路 系統(tǒng)時(shí)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(gè)七段數(shù)碼管分別顯示 時(shí)十位，時(shí)個(gè)位，分十位，分個(gè)位 。 用 PLC 中的特殊繼電器 來提供秒脈沖信號(hào)，秒脈沖通過一個(gè)發(fā)光二極管進(jìn)行指示。 輸出秒脈沖， ， ， ， 輸出時(shí)間顯示 BCD 碼。 ， ， 輸出顯示選通信號(hào)。 10 顯示電路如下： 顯示譯碼器 CD4511是一個(gè)用 來 驅(qū)動(dòng)共陰極 LED （數(shù)碼管）顯示器的 BCD 碼 —七段碼譯碼器，特點(diǎn)如下：具有 BCD轉(zhuǎn)換、消隱和鎖存控制、七段譯碼及驅(qū)動(dòng)功 能的 CMOS電路能提供較大的拉電流。可直接驅(qū)動(dòng) LED數(shù)碼管 。 圖 5 CD4511 引腳圖 其功能介紹 管腳 如下： BI： 4 腳是消隱輸入控制端，當(dāng) BI=0 時(shí)，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(cè)試輸入端，當(dāng) BI=1， LT=0 時(shí)，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(cè)數(shù)碼管是否損壞。 LE：鎖定控制端，當(dāng) LE=0 的 時(shí) 候 ，允許譯碼輸出。 LE=1 的時(shí)候 譯碼器是鎖定 保持狀態(tài)，譯碼器輸出被保持在 LE=0 時(shí)的數(shù)值。 A A A A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。 12345678D12a13D26b12D37c11D01d10e9g14f15U17 4 4 5 1 1DP D0 D1 D2 D3 U1U2U3U4LEDR1k 圖 6 時(shí)間顯示電路 11 電流檢測(cè)電路 這個(gè)電路是交流電流檢測(cè)電路，交流電流通過變壓器 TR1 初級(jí)線圈感應(yīng)到TR1 次級(jí)線圈，過流時(shí)會(huì)造成晶體管動(dòng)作，直到切斷電源。 現(xiàn)在大部分 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(guān)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(xué)模型為： 222 HL xUUU ?? (1) 222 HL ZZZ ?? (2) 式中： U為電源電壓， LU 為鎮(zhèn)流器電壓， HU 為燈電壓， Z為輸人阻抗， LZ為鎮(zhèn)流器阻抗， HZ 為燈阻抗， x、 y是 與燈效率有關(guān)的系數(shù)。鎮(zhèn)流器 也 不是純電感器件，存在一個(gè)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(shù)參數(shù) 如下 見表 l 。高壓鈉