【正文】 PLC的定義 可編程控制器 (Programmable Controller，簡稱 PC)是在傳統(tǒng)的順序控制器的基礎上，為滿足不斷發(fā)展的大規(guī)模工業(yè)生產柔性控制的要求而逐步發(fā)展起來的。運用最小二乘法可以求出其輸出電壓與相對濕度之間的關系： RHU ?? (23) U。第二章 傳感器 13 HM1500 橋 式 振蕩電路 低 通 濾波器 放大器 內部電路框圖如圖 25。當外界相對濕度變化時，感濕膜能吸附和釋放水汽分子，引起其介電常數發(fā)生變化，從而使元件電容量改變。 二、 HM1500的工作原理： HM1500 采用恒壓供電，內置放大電路，能輸出與相對濕度呈比例關系的伏特級電壓信號，響應速度快、重復性好、抗污染能力強。 ④ 采用 +5V 電源 (允許范圍是 +～ +)，工作電流為 (典型值 )，漏電流 ≤300μA。 ③ 產品的互換性好，抗腐蝕性強。%RH/℃ ，濕度遲滯為 177。測量精度為 177。 ② HM1500 屬于通用型濕敏傳感器，測量范圍是 (0%～ 100%)RH，輸出電壓范圍是 +1V～ +4V。其主要特點是采用恒壓供電，輸出與相對濕度呈比例關系的伏特級電壓信號，響應速度快，對溫度的依賴性非常低，可靠性與長期穩(wěn)定性高，互換性好，專利的固態(tài)聚合物結構，浸水無影響，長時間處于飽和狀態(tài)后能快速脫濕，抗污染能力強。 HM1500 是法國 Humirel 公司于 2021 年推出的一種基于硬質封裝的HS1101 濕敏電容的電壓輸出式集成濕度傳感器。3%RH(10%～ 95%RH 范圍 )，防灰塵，可有效抵抗各種腐蝕性氣體物質，非常低的溫度依賴性，長期穩(wěn)定性好，反映時間 5s，廣泛應用于機房監(jiān)控，智能樓宇，倉庫監(jiān)控等控制場合，價格實惠，是一款 性價比極高的濕度傳感器 [5][7]。帶防護棒式封裝， 5VDC 恒壓供電， 1～4VDC 放大線性電壓輸出，便于用戶使用。%RH，溫度工作范圍 30℃ ～ +80℃ ，溫度特性好，高可靠性與長時間穩(wěn)定性， 在長時間處于飽和狀態(tài)后快速脫濕，反應時間 10s，對化學品有較高的抵抗性，浸水沒有影響。 ② HF3223 濕度傳感器是法國 Humirel 公司生產的專利的固態(tài)聚合物結構相對濕度傳感器，具有線性的頻率輸出，濕度測量范圍 10%～ 95%RH，精度 177。工作范圍：溫度 40℃ ～ +85℃ ，相對濕度 0%～ 100%RH，精度達到 177。當環(huán)境溫度變化時，其電阻值也相應改變并且從 NTC 端引出，配上二次儀表即可測量出溫度值。 ③ 頻率 /溫度輸出式集成濕度傳感器 典型產品為 HTF3223 型。它采用模塊式結構，屬于頻率輸出式集成濕度第二章 傳感器 11 傳感器，在 55%RH 時的輸出頻率為 8750Hz(型值 )，當相對濕度從 10%變化到 95%時，輸出頻率就從 9560Hz 減小到 8030Hz。其主要特點是采用恒壓供電，內置放大電路，能輸出與相對濕度呈比例關系的伏特級電壓信號，響應速度快，重復性好，抗污染能力強。 目前，國外生產集成濕度傳感器的主要廠家及典型產品分別為Honeywell 公司 (HIH360 HIH360 HIH3610 型 )， Humirel 公司 (HM1500、HM15 HF322 HTF3223 型 )， Sensiron 公 司 (SHT1 SHT15 型 )。濕敏元件的線性度及抗污染性差，在檢測環(huán)境濕度時，濕敏元件要長期暴 露在待測環(huán)境中，很容易被污染而影響其測量精度及長期穩(wěn)定性。這方面沒有干濕球測濕方法好。 電子式濕敏傳感器的準確度可達 23%RH，這比干濕球測濕精度高。 濕敏電容一般是用高分子薄膜電容制成的，常用的高分子材料有聚苯乙烯、聚酰亞胺、酪酸醋酸纖維等。 由于電流＝電壓 /電阻，電流會相應增大 。 第二章 傳感器 10 濕敏電阻 的特點是在基片上覆蓋一層用感濕材料制成的膜，當空氣中的水蒸氣吸附在感濕膜上時，元件的電阻率和電阻值都發(fā)生變化，利用這一特性即可測量濕度。 3 D U 51 1 D1MC20 .1 u FC11 uFV D IN 4 0 01V C CG n d268 431 55 55KR+ 12 V 圖 22 光控開關電路 濕 度 傳感器 濕敏傳感器 介紹 濕敏元件是最簡單的濕度傳感器。電路中當達林頓型光敏管受到光照后，其內阻減小，使 2 腳電位下降，當降為 (1/3)Vcc 時， 3 腳輸出高電平，這時繼電器釋放 。在電子學電路設計中，達林頓接法常用于功率放大器和穩(wěn)壓電源中。它 將二只三極管適當的連接在一起，以組成一只等效的新的三極管。它由達林頓光敏三 極管和 555 定時器組成 [8]。 這類傳感器主要應用于零件或產品的自動記數、光控開關、電子計算機的光電輸入設備、光電編碼器以及光電報警裝置等方面。這類傳感器又分為四種： (1) 輻射式 (2) 吸收 式 (3) 反射式 (4) 投射式 這類光電傳感器利用光電元件受光照或無光照時“有”“無”電信號輸出的特性將被測量轉換成斷續(xù)變化的開關信號。由于它可以像電池那樣為外電路提供能量，因此常稱為光電池。 (2)光生伏特效應（ Photo Voltage Effect 光生伏特效應是光照引起 PN 結兩端產生電動勢的效應。這種光照后電阻率變化的現象稱為光電導效應。通常純凈半導體的禁帶寬度為 1eV 內光電效應按其工作原理可分為兩種：光電導效應和光生伏特效應。光子能量必須大于材料的禁帶寬度Δ Eg 才能產第二章 傳感器 8 生內光電效應?；谕夤怆娦砉ぷ鞯墓怆娖骷泄怆姽芎凸怆姳对龉?。當入射光的頻率低于 0? 時 (或波長大于 0? )，不論入射光有多強，也不能激發(fā)電子；當入射頻率高于 0? 時，不管它多么微弱也會使被照射的物體激發(fā)電子，光越強則激發(fā)出的電子數目越多。因此要使一個電子從物體表面逸出，必須使光子能量 ε大于該物體的表面逸出功 A。光電效應可分成外光電效應 (External photoelectric effect) 在光 的 照射下 使電子逸出物體表面而產生光電子發(fā)射的現象稱為外光電應。 光照射在物體上可以看成是一連串的具有一定能量的光子轟擊這些物體的表面；光子與物體之間的聯(lián)接體是電子。由光的粒子說可知，光是以光速運動著的粒子 (光子 )流，一種頻率ν的光由能量相同的光子所第二章 傳感器 7 組成，每個光子的能量為 ： ?? h? (21) 式中 h—— 普郎克常數， h= 3410? J 光 源 光 通 路 測 量 電 路光 電 元 件光 量光 量電 量電 量 輸 出X 2X 1 圖 21 光電式傳感器的組成 光電式傳感器介紹 一．光電效應 光是電磁波譜中的一員，不同波長光的分布不同。 光電式傳感器通常由四部分組成，如圖 21 所示。它可用于檢測直接引起光量變化的非電量，如光強、光照度、輻射測溫、氣體成分分析等；也可用來檢測能轉換成光量變化的其他非電量，如零件直徑、表面粗糙度、應變、位移、振動、速度、加速度，以及物體的形狀、工作狀態(tài)的識別等。本設計采用光電傳感器和濕度傳感器，通過對環(huán)境 光度和濕度 的檢測 ， 把一些模擬信號轉化為電信號，經過擴展模塊控制 PLC，以達到對路燈的實時控制。由于采用模塊化結構，因此一旦某模塊發(fā)生故障，用戶可以通過更換模塊的方法，使系統(tǒng)迅速恢復運行。使用時只需將現場的各種設備與 PLC 相應的 I/O 端相連接，即可投入運行。 編程簡單易學 PLC 的編程大多采用類似于繼電器控制線路的梯形圖形式，對使用者來說，第一章 引 言 5 不需要具備計算機的專門知識，因此很容易被一般工程技術人員所理解和掌握。 采用模塊化結構 為了適應各種工業(yè)控制需要，除了單元式的小型 PLC 以外，絕大多數 PLC均采用模塊化結構。傳感器及變送器 ； 電磁線圈 ； 控制閥等直接連接。脈沖或電位 ； 強電或弱電等。 (7)大型 PLC 還可以采用雙 CPU 構成冗余系統(tǒng)或用三 CPU 構成表決系統(tǒng)，使可靠性更進一步提高。 (5)對 采用的器件進行嚴格的篩選。 (3)各模塊均采用屏蔽措施，以防止輻射干擾。 圖 11 系統(tǒng)原理框圖 光電傳感器 濕度傳感器 按鈕開關 PLC 路燈 時鐘 第一章 引 言 4 PLC 的主要優(yōu)點可概括如下 ： 高可靠性 (1)所有的輸入接口電路均采用光電隔離，使工業(yè)現場的外電路與 PLC 內部電路之間電氣上隔離。 PLC具有豐 富的功能指令，能實現加減乘除四則運算及數據傳送比較移位等功能，還具有實時時鐘指令，可方便的實現定時及時間和年月日的設置。 設計方案的可行性論證 PLC與其他微型計算機相比 ,更適于在惡劣的工業(yè)環(huán)境中運行 ,且數據處理功能大大增強 , 具有強大的功能指令，編程也極為方便簡單編程指令具有模塊化功能 ,能夠解決就地編程、監(jiān)控、通訊等問題。 能夠較精確地感應 霧天 濕度，當 濕度達到閾值時 ， 實時 點亮路燈。 設計主要技術指標與參數 能夠實現不同季節(jié)的時鐘控制： 春天 (～ ) 19： 00～ 6： 00 夏天 (～ ) 20： 00～ 5： 00 秋天 (～ ) 19： 00～ 6： 00 冬天 (～ ) 18： 00～ 7： 00 晚上 23 點 以后 為節(jié) 能時 間 ，實行隔燈點亮 。這種 基于 PLC 控制的路燈控制系統(tǒng)在 燈具節(jié)能上把握了節(jié)能的新方向，克服了光照 的 不均勻性和降壓節(jié)能 的燈具壽命縮短、不能點亮等問題。所以太陽能路燈目前并沒有得到廣泛應用 [1][2]。這種方式雖然不需要交流供電，但是它的缺點很多，存在著成本高、功率?。炼鹊停?、維護量大、電池壽命短、可靠性差等缺點。但是這種 LED路燈只是提高了電能到光能的轉換效率，和傳統(tǒng)路燈一樣，仍然存在整體照明效率不高的問題。一個 LED路燈，如果要達到和普通的高壓鈉燈和高壓水銀燈那樣的亮度，大約需要消耗的 40W以上功耗，只有傳統(tǒng)路燈的 25%～ 40%。 目前路燈的主要節(jié)能 技 術有 LED路燈、太陽能 LED路燈等。目前，對路燈的控制技術主要有無線控制和有線控制兩種。隨著社會的發(fā)展和工業(yè)化程度的不斷提高，人們的節(jié)能觀念越來越強，因此對路燈實行智 能控制，并采取一定的節(jié)能措施是非常必要的，有比較大的現實意義。 本文主要介紹了 一種可以 對環(huán)境的光度和濕度進行感應，并通過來 PLC控制路燈的設計方法。 PLC的最終目標是用于實踐，提高生產力。 本設計是基于西門子 S7200系列 PLC為主要控制元件進行設計的，可編程控制器（ PLC）是綜合了計算機技術、自動控制技術的一種新型的、通用的自動控制裝置。 控制節(jié)能法主要采用人工控制節(jié)能、時控控制節(jié)能、光控控制節(jié)能和節(jié)能器控制節(jié)能等方法來進行節(jié)能。 在照明領域運用節(jié) 能方法來節(jié)約電能已經為人們所接受。 基于 PLC 的路燈 控制系統(tǒng)具有運行可靠，可操作性強，可連續(xù)擴展 ，節(jié)能效果明顯，成本和維護費用低 等優(yōu)點 ， 可通過編 程來改變控制方案，適用于有不同時差的地區(qū)，是路燈設計的發(fā)展趨勢。 本設計的傳感器部分采用光電 傳感器 和 濕度傳感器，具有功能強、精度高、響應速度快、體積小、微功耗、價格低 等特點。中文摘要 I 摘 要 本 文 介紹了 一種 基于西門子 S7200 系列可編程控制器 (PLC)的 路燈控制系統(tǒng) 。 該系統(tǒng)以 S7200 為核心， 實現了路燈控制器的自動工作， 并 通過光電和濕度傳感器對環(huán)境的檢測 ， 自動選擇在光控、濕控 以 及時控三種不同的 工作 模式 ，以達到對路燈 的 智能控制 。光電傳感器，可以感應光度的強弱，并據此來調節(jié)路燈的點亮；濕度傳感器，通過檢測環(huán)境濕度，來改變電壓 的大小，從而改變點亮路燈的時間。 關鍵詞： PLC，光電傳感器，濕度傳感器，路燈 Abstract II Abstract This paper