畢業(yè)設計（論文）-基于PLC的校園節(jié)能路燈設計

1、校園路燈的節(jié)能控制系統(tǒng) 摘 要：校園路燈的節(jié)能控制是節(jié)能建設的一項重要內容，為了高效的進行校園路燈管理，本設計提出了一種基于三菱PLC的校園路燈節(jié)能控制系統(tǒng)設計方案。本設計主要應用于路燈的節(jié)能控制領域。整個系統(tǒng)主要分為五大模塊即：傳感器檢測模塊、時間調整和顯示電路模塊、強弱電配電模塊、PLC控制電路模塊、上位監(jiān)控模塊。本設計實現了以下功能，當黃昏時間和光照同時滿足要求時校園路燈全部開啟，進入第一種工作模式；當夜深人靜時間到達1:00后路燈全部關閉變?yōu)橛陕曇艉蛪毫餐刂坡窡舻拈_關，進入第二種工作模式；當天亮后路燈全部熄滅，聲音和壓力傳感信號也不再起作用。本設計利用PLC作為控制系統(tǒng)，采用了多模

2、式工作來控制路燈的開啟和關閉，最終實現了校園路燈節(jié)能控制的目的。 關鍵詞：校園路燈節(jié)能，三菱PLC，上位監(jiān)控，多模式工作 Abstract: The campus street lamp energy-saving control is an important content of the construction of energy-efficient, for the efficient of campus street lamp management, the design put forward a design which based on Mitsubishi PLC campu

3、s street lamp energy-saving control systemhe whole system is divided into five modules: sensor detection module, time adjust and display circuit module, the strength of electrical power distribution module and PLC control circuit module, monitor module. The design and implementation of the following

4、 functions, the light all open when the time and light meet the requirements of campus street lamp at the same time , this is the first mode; when in the still of night time arrived at 1:00 the lights are closed by sound and pressure control street lamp switch, to enter the second mode of work; when

5、 dawn lights all went out, sound and pressure sensor signal will no longer work. This design uses PLC as the control system, uses the multi mode work to control the street lamp's turn on and the turn off, and finally this design realizes the campus street lamp energy conservation control goal. K

6、eywords: Campus street lamp energy saving , Mitsubishi PLC , Upper monitoring , Multi mode operation目 錄1前言12系統(tǒng)總體方案設計22 2 3 3 32.2 方案論證與選擇43單元模塊設計667893.5 PLC硬件電路設計10 10 11 3.5.3 PLC端口接線圖設計123.6三菱FX2N-48MR PLC 介紹144系統(tǒng)軟件設計16164.2 編程方案選擇16 16 16174.4 時間子程序設計19 4.4.1 秒脈沖程序的設計20 4.4.2 分顯示程序的設計20 4.4.3 時顯

7、示程序的設計21 4.4.4 數字顯示原理23255易控上位演示界面設計262627 27 27 28 28 29316系統(tǒng)調試356.1 PLC梯形圖的仿真調試3536367結論378總結與體會389致謝3910參考文獻40附錄1：PLC端口接線圖41附錄2：系統(tǒng)上位運行圖42附錄3：系統(tǒng)PLC程序梯形圖43附錄4：外文資料翻譯471前言近年來隨著能源的急劇緊張，“節(jié)能這一話題成為了各行各業(yè)的一個重要的關注話題。能源節(jié)約和環(huán)保問題越來越被世人所關注，對于我國來說飛速開展的經濟對能源的要求所面臨的問題就更加突出。校園路燈的節(jié)能控制是節(jié)能建設的一項重要內容，為了高效的進行校園路燈管理，各國都在不

8、斷的進行研究，利用各種先進技術，提高路燈的控制效率，保障路燈的可靠運行?，F在城市化的程度越來越高，而路燈一般采用的是高壓鈉燈，因此路燈在日常生活和校園電能的消耗中占有的比例也越來越重，根據相關資料顯示，路燈在城市生活中的電能消耗比例根本上占到了30%左右。而在我們的日常校園生活中我們不難發(fā)現，有時校園路燈在該開啟時沒有開啟，而在夜深人靜的時候很多燈在無人時又全部開啟的，這就浪費了大量的能源。因此，校園路燈節(jié)能問題是值得研究和重視的，校園路燈的節(jié)能控制的推廣對于節(jié)約學校的開支和節(jié)能減排都有著極其重大的意義。校園路燈的節(jié)能問題一般應從兩個方面來思考和解決,一是使用效率高、壽命長、平安性能高的照明燈

9、具。另一方面是開發(fā)高效的智能控制系統(tǒng)，通過合理的路燈開啟和關閉來降低能源的損耗，在人流量和車流量頂峰期開啟路燈實現人們的平安出行，而在深夜無人時可采用其他的控制方案，來到達節(jié)能的目地。本次的設計就是從開發(fā)更加實用的智能控制系統(tǒng)這個方面來到達節(jié)能設計目地的。根據了解，目前國內外在校園的路燈的控制方面主要有以下幾種方式：自控型路燈控制系統(tǒng)、有線型路燈控制系統(tǒng)、常規(guī)無線型數傳電臺控制系統(tǒng)。隨著現在城市化程度越來越高，校園的路燈控制也越來越復雜，以上幾種控制方式已經越來越不能滿足節(jié)能控制的目地?；趯σ陨峡刂葡到y(tǒng)的優(yōu)缺點的分析，本次設計提出了一種基于三菱PLC的多模式校園智能節(jié)能系統(tǒng)的設計。2系統(tǒng)總體

10、方案設計本次系統(tǒng)設計的總體要求是利用PLC技術，通過聲音、壓力、光照強度、時間等因數控制路燈的開關、亮暗，以到達節(jié)能的目的。系統(tǒng)設計的功能要求為：1通過PLC組成控制系統(tǒng)實現校園路燈的節(jié)能控制；2利用聲音傳感器和光敏傳感器完成路燈的數據采集；3設計出軟件框圖并編寫程序調試運行；4編寫上位機程序，完成顯示操作界面；5完成易控上位監(jiān)控設計并演示實現的功能；對于校園節(jié)能路燈的控制系統(tǒng)方案一為采用單片機作為控制中心，單片機控制方式的優(yōu)缺點如下：1單片機具有低功耗、寬電壓工作范圍，內部看門狗的優(yōu)點。2具有高速指令系統(tǒng)，單字節(jié)指令，精簡指令集易學易用。3單片機內部有ROM結構，以便小批量生產，減少MASK

11、風險。4單片機的程序開發(fā)具有程序保密功能，防止拷貝，保護成果。5擁有方便的開發(fā)工具即仿真器與燒入器但在工業(yè)控制中其抗干擾能力弱，并且需要單獨設計系統(tǒng)的電源，使得系統(tǒng)穩(wěn)定性和可靠性不高，其系統(tǒng)的維護與跟新換代也比擬麻煩，這是其最大的缺點。單片機控制的系統(tǒng)結構圖如下列圖2.1所示。圖2.1 單片機控制系統(tǒng)結構框圖方案二節(jié)能路燈的控制方法為采用PLC作為控制系統(tǒng)的時間因素控制法。但結合實際的校園生活調查情況來看時間單模式控制法不適應季節(jié)的變化和天氣情況突變等自然情況。因為一年四季的黑夜到來時間不一，這樣單獨以時間作為控制因素的話，就使得系統(tǒng)的控制過于復雜，并且很不實用。有時天氣的影響也會使得黑夜提前

12、到來，如果此時校園路燈不能及時開啟的話將會對校園行人的平安帶來極大影響。此方案的系統(tǒng)框圖如下列圖2.2所示。圖2.2 PLC鐘控法系統(tǒng)結構框圖方案三節(jié)能路燈的控制方法為采用PLC作為控制系統(tǒng)的“光強控制法。但“光強控制法容易受外部環(huán)境的干擾，比方有時遇下雨多云的天氣，光照強度就會到達黃昏路燈開啟的條件，路燈就會開啟，但此時往往又是不需要開燈的。并且光控法靈敏度低且可靠性也較差。光控法的系統(tǒng)框圖如下列圖2.3所示。圖2.3 PLC光控法系統(tǒng)結構框圖方案四為采用PLC作為控制系統(tǒng)的“時間、“光照強度、“聲音和“壓力多因素綜合控制的校園路燈節(jié)能控制系統(tǒng)。結合各高校的校園生活來看，校園道路的人流量和車

13、流量在夜間19:00一1:00 是最頂峰的時段，而在凌晨1：00過后的人流量和車流量那么會顯著的降低，根本無人和車輛通行。因此這種情況下對光照強度的要求和實際用電需求也應有所降低，不必開啟全部燈。但根據實際的情況來看，在深夜各校園的路燈根本都是全亮的。因此，當夜深人靜時，保持原有設計的照度的照明就是一種浪費，此時就可以利用聲音加壓力來控制路燈的自動開關。根據上述問題，提出了以下方案，通過雙條件開啟路燈，并結合聲音和壓力在深夜的時候自動的開啟和關閉路燈。不僅保障了行人的平安，還起到了節(jié)能的目地，從而到達最正確的效果。本設計的路燈開啟參考時間是可調的。方案四的系統(tǒng)總體框圖如下列圖2.4所示。圖2.

14、4 方案四控制法系統(tǒng)結構框圖2.2 方案論證與選擇對于方案一來說，假設選擇單片機作為控制系統(tǒng)的話，其花費的本錢相對較低，但是其穩(wěn)定性和可靠性就大不如PLC作為控制的核心。因為PLC現在已經廣泛的應用于各種工業(yè)復雜條件下的工業(yè)設備控制，其可靠性能根本上是現在所有控制領域中最高的，并且其是可編程的，對于系統(tǒng)的升級、擴容和更新換代都是很方便的，隨著其普及程度的提高，其價格也相對合理。因此，相對于方案一來說選擇選擇PLC作為控制系統(tǒng)核心更為合理。更能滿足校園路燈節(jié)能控制系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性。對于方案二，三來說，時間控制法不適應季節(jié)的變化與天氣突變等自然情況，而光照強度控制法容易受外部環(huán)境的干擾，靈敏度

15、較低可靠性也較差，二者單獨使用都不能實現校園路燈的合理化、科學化控制。因此，只有二者結合設計，才能使路燈的控制更加科學更加合理更加可靠和穩(wěn)定。綜上所述，對校園路燈這個控制對象來說，選擇PLC作為核心控制器，輔以外部電氣控制電路，通過“時間、“光照強度、“聲音和“壓力多因素綜合控制路燈的開關是校園節(jié)能路燈設計的最正確選擇。并且以PLC為控制的校園節(jié)能路燈系統(tǒng)將更加方便，價格也相對廉價，更重要的是其可靠性更高，維修和更新換代也更加方便。綜合以上考慮，本次設計選用以PLC為控制核心的“時間、“光照強度、“聲音和“壓力多因素綜合控制的校園節(jié)能路燈控制系統(tǒng)設計方案。3單元模塊設計本電路采用YSQ2021

16、-A型光照傳感器來檢測環(huán)境的光照強度，當光強到達1000lux時相當于天黑后燈亮信號，輸出一個高電平的開關量到PLC的一個輸入口。當光強到達5000lux時相當于天亮后燈熄滅信號，輸出一個高電平的開關量到PLC的另一個輸入口，其實物圖如下列圖3.1所示。 圖3.1 YSQ2021-A型光照傳感器其主要性能參數如下：1量程: 0200K lux2反響時間: 100ms 3精度：5% 4環(huán)境溫度：-2080°C 5供電電壓：9V24V DC所設計的光敏傳感電路如下列圖3.2所示。 圖3.2 光敏傳感電路 本電路用YHT399 聲音傳感器檢測聲音分貝大小，當到達50db時輸出一個高電平的開

17、關量到PLC的一個輸入口。其實物圖如下列圖3.3所示。 圖3.3 YHT399聲音傳感器其主要性能參數如下：1量程：20140 dB 2精 度：1% 3供電電壓：5V24V DC 4頻率范圍：20HZ20K HZ所設計的聲音傳感電路如下列圖3.4所示。 圖3.4 聲音傳感電路本電路利用YF-LN-5 壓力傳感器來檢測壓力大小，當檢測到壓強大于或等于9800pa時，相當于一個小孩子站在路面所產生的壓強大小，此時視為壓力產生。輸出一個高電平的開關量到PLC輸入口。壓力傳感器的實物如下列圖3.5所示。 圖3.5 YF-LN-5 壓力傳感器其主要的性能參數如下：1量 程：-0.1200MPa 2供電電

18、壓：+24VDC、+12VDC、+5VDC3精 度：1% 4工作環(huán)境：-20°C 75°C壓力傳感電路設計如下列圖3.6所示。 圖3.6 壓力傳感電路11。 圖3.7 時間調整電路圖3.8 時間顯示電路3.5 PLC硬件電路設計1。表3.1 輸入輸出端口分配表 輸入信號 輸出信號 名稱代碼輸入點編號名稱代碼輸入點編號啟動按鈕SB1X0數碼管a段aY0停止按鈕SB2X1數碼管 b段bY1分個位調整SB3X2數碼管c段cY2分十位調整SB4X3數碼管d段dY3時個位調整SB5X4數碼管e段eY4時十位調整SB6X5數碼管f段fY5光強aSQ7X6數碼管g段gY6光強bSQ8X7

19、數碼管公共端D1Y10路燈L1，5壓力SQ9X10數碼管公共端D2Y11路燈L1, 5聲音SQ10X11數碼管公共端D3Y12路燈L2，6壓力SQ11X12數碼管公共端D4Y13路燈L2，6聲音SQ13X13秒閃爍發(fā)光二極管POINTY20路燈L3，7壓力SQ14X14 路燈L1，5亮KA1Y21路燈L3，7聲音SQ15X15 路燈L2，6亮KA1Y22路燈L4，8壓力SQ16X16 路燈L3，7亮KA3Y23路燈L4，8聲音SQ17X17 路燈L4，8亮KA4Y24PLC采用市電AC 220V供電，在PLC的輸入口各個旋鈕開關和傳感器檢測元件，一頭接入PLC的輸入點，一頭接PLC的+24V端

20、,中間采用1.5K電阻分壓。其中+24V電壓來自PLC的輸出+24V電源。輸入端的公共端M1,M2和M端相連。5。表3.2 各電氣原件的選擇及其原件參數序號代號元 件 名 稱型 號規(guī) 格件 數作 用1SB1-SB6按鈕LA19-116PLC輸入2 SQ7-SQ16 傳感器輸入 10 PLC輸入3 L1-L8 高壓鈉燈 NG400 400/W 8 顯示4FU1熔斷器RL160A、熔體25A2電源保護5FU2熔斷器RL115A、熔體10A2L1,5短路保護6FU3熔斷器RL115A、熔體10A2L2,6短路保護7FU4熔斷器RL115A、熔體10A2L3,7短路保護8FU5熔斷器RL115A、熔體

21、10A2L4,8短路保護9FU6熔斷器RT1832A,熔體2A2PLC短路保護10BT隔離變壓器380V/220V380V/24V500VA1提供PLC及附屬電源11KA1-KA4中間繼電器4控制路燈開關校園路燈節(jié)能控制系統(tǒng)的PLC控制仿真電路電氣接線圖設計效果圖如下列圖3.9所示。圖3.9 電氣接線圖3.5.3 PLC端口接線圖設計校園路燈節(jié)能控制系統(tǒng)的PLC控制電路端口接線圖設計效果圖如下列圖3.10所示。 圖3.10 PLC端口接線圖3.6三菱FX2N-48MR PLC 介紹20世紀60年代末，工業(yè)生產隨著市場的轉變，開始由大批量少品種的生產轉換為小批量多品種的生產。而當時生產線的控制電

22、路多是由繼電器構成，它不但體積大，耗電多、可靠性低，特別是生產的程序不好改變。市場的需求急需一種可編程的新型控制系統(tǒng)產生，于是PLC就在這樣的環(huán)境和歷史條件下誕生了。當時人們把這樣一臺可編程控制器叫做可編程序邏輯控制器Programmable LogicController)，簡稱PLC。它將繼電-接觸器控制的硬連線邏輯轉變?yōu)橛嬎銠C的軟件邏輯編程的設想變?yōu)榱爽F實，較好的把繼電-接觸器控制簡單易懂，使用方便，價格廉價等優(yōu)點與計算機功能完善、靈活性強、通用性好的優(yōu)點結合起來，從而根本上解決了當時工業(yè)控制繼電器-接觸器控制系統(tǒng)在可靠性、靈活性、以及通用性方面存在的各種問題。隨著計算機技術的日新月異，

23、PLC還增加了算術運算、數據傳輸與處理以及對模擬量進行控制等功能。如今PLC還實現了的遠程控制和通信功能，通過以太網、藍牙或者互聯網實現各個系統(tǒng)的連接和通信，便于人們對PLC實施遠程的控制和監(jiān)控。新的控制器PLC的誕生，帶來了全新的控制理念，全新的控制系統(tǒng)結構。如今PLC在工業(yè)控制和其他控制領域的使用已經全面普及。PLC的功能也越來越強大，逐步取代了單片機等各種控制系統(tǒng)在工業(yè)控制中的地位，得到了各行各業(yè)的一致認可。可編程控制器的技術指標是由使用者首先提出來的，與其他控制設備相比，它具有如下獨一無二的特點，其特點如下：1高可靠性PLC采用了一些優(yōu)質器件，在硬件方面采用了較先進的電源，以防止由電源

24、回路串入的干擾。軟件方面設置了警戒時鐘WDT、自診斷等措施。這一系列措施使PLC的平均無故障時間可達30萬小時。2靈活性高、通用性強、擴展性好它不僅可以代替繼電器控制系統(tǒng)，使硬件軟化，提高系統(tǒng)的可靠性，而且可以很方便的通過用戶程序的修改來適應各種工藝流程變更的需求。3功能強大PLC具有自診斷、監(jiān)控和各種報警的功能，即可完成順序控制，又可以進行閉環(huán)回路的調節(jié)控制。隨著技術的進一步開展，PLC的功能也變得越來越強大，可以說，PLC在控制靈越內幾乎無所不能。4性價比高，適應性強PLC是一開始是專門為工業(yè)環(huán)境下應用而設計的工業(yè)計算機，其性價比高，適應性強，是現場工人易于掌握和接受的新一代控制領域的藍領

25、1。13。表3.3 三菱FX2N-48MR PLC主要參數型號I/O口總數 輸入 輸出尺寸mm英寸寬*厚*高數目類型 數目 類型FX2N-48MR 4824漏型24 繼電器 182*877.2*3.4*3.5 晶體管本次設計采用的三菱FX2N-48MR PLC實物圖如下列圖3.11所示。圖3.11 三菱FX2N-48MR PLC實物圖4系統(tǒng)軟件設計 此次設計的軟件編程和軟件調試是在三菱GX7編程軟件上完成的，GX7是一種模擬調試PLC梯形圖的一種軟件可以進行PLC的運行仿真，它的出現給PLC工業(yè)控制帶來了巨大的進步。本次設計就是利用GX7來完成編寫程序，調試程序以及仿真效果軟元件監(jiān)視等功能的，

26、利用這些功能設計出梯形圖，經過反復的修改、調試、運行一直到達自己所要實現的目的。這樣就可以在設計中節(jié)約本錢，提高經濟利用率，進行模擬仿真可以檢驗程序的正確與否，總之在PLC電路的設計和應用中起到了良好的運用。4.2 編程方案選擇軟件是系統(tǒng)的核心，清晰、正確、易讀的程序才能更好地實現系統(tǒng)的功能，才能跟便于程序的維護和修改。隨著PLC的開展，PLC的編程方法也比擬多，目前在實際應用中以經驗設計法和順序控制設計法為主。下面將對這兩種方法進行簡單的介紹和優(yōu)缺點分析。經驗設計法編寫PLC程序一般需要屢次反復地調試和修改，增加一些觸點或中間編程元件，最后才能得到一個較為滿意的結果。這種方法設計的梯形圖比擬

27、簡潔，但各“步之間相互牽扯，相互影響。但在實際工程中一些經驗比擬老道的PLC編程者一般都喜歡使用的這種方法。由于經驗控制方法編程沒有一個固定的規(guī)律和準那么可以遵循，具有很大隨意性。因此，最后的結果也不是唯一的，設計所用的時間，設計的質量與設計者的經驗和能力也有很大的關系，這種方法一般用于比擬簡單的梯形圖的設計。經驗控制法有很多模塊化的程序是可以直接根據以往的經驗和使用直接運用于新系統(tǒng)的，一些電工手冊中還給出了大量的常用的繼電器控制電路，因而在使用經驗設計法設計梯形圖時，可以直接參考這些電路的梯形圖設計模塊。使用順序控制法編程的PLC控制系統(tǒng)一般都有比擬嚴密的邏輯順序，編程前要先畫出系統(tǒng)的工作順

28、序流程圖，然后在逐步編寫各“步的PLC程序。該方法編程方便，可讀性最好。只要能分出個程序的“步，使用此法能快速地編出復雜的程序，而且使用極為方便，可進行跳轉、多流程和多種工作方式的設計，還可以與方便指令FNC60配合，設計出具有自動回零、手動方式、單步方式、單周期方式和連續(xù)運行方式的梯形圖，非常具有使用價值，因而在實際應用中采用順序控制法進行PLC編程也使用得最為廣泛1。 設計根據經驗設計法與順序控制法的特點，我們知道，經驗設計法適合用于簡單的程序。而順序控制法適合用于復雜的控制系統(tǒng)，尤其是順序控制程序。本文設計的系統(tǒng)含有時間調整和顯示電路，這是可以運用以前的經驗直接編寫這一模塊的而且系統(tǒng)的流

29、程也沒有明顯的邏輯順序，整體來看編程也比擬簡單，因而本次設計采用的是經驗控制法進行的程序設計和編寫。該校園節(jié)能路燈控制系統(tǒng)的軟件程序包括：時鐘程序，顯示程序、秒脈沖狀態(tài)指示程序，路燈控制程序。系統(tǒng)在開啟后執(zhí)行時間子程序，首先開啟時鐘電路，控制時鐘電路開始工作，之后需要調整系統(tǒng)時鐘電路的時間，時間必須與當前具體時間一致。然后進入校園節(jié)能路燈的控制程序，首先讀取亮度采集電路的參數判斷光強是否等于或小于1000lux,然后判斷時間是否到了設定的時間，當時間和光強同時滿足時，路燈全部開啟直到凌晨1：00全部關閉，然后進入聲音壓力控制路燈工作程序，最后當光強大于或等于5000lux時聲音壓力傳感器不起作

30、用，進入白天工作程序，如此一次反復執(zhí)行。在這個設計中，當天黑后同時滿足時間大于19:00和光強低于1000lux時即視為黑夜到來，此時所有路燈都開啟，至1:00點為第一工作狀態(tài)，此時為校園人流集中時間。 當1；00點后進入第二工作狀態(tài)，此時由于校園內根本沒有行人和車輛，那么將路燈全部關閉，利用聲音和壓力傳感器來控制路燈的開光，當早晨光強大于5000lux時即視為白天到來時路燈就不再亮了，這樣通過兩種工作狀態(tài)來到達校園路燈的節(jié)能目的，同時也能滿足校園行人和平安的保證。本次設計的校園路燈的節(jié)能控制系統(tǒng)軟件程序流程圖如下列圖4.1所示。圖4.1 軟件程序結構流程圖4.4 時間子程序設計本次路燈節(jié)能控

31、制系統(tǒng)設計的時間子程序的流程圖如下列圖4.2所示。 圖4.2 時間顯示子程序的流程圖4.4.1 秒脈沖程序的設計節(jié)能路燈PLC控制器秒脈沖程序梯形圖如圖4.3所示。圖4.3 節(jié)能路燈PLC控制器秒脈沖程序梯形圖如上圖的PLC梯形圖所示，當按下系統(tǒng)啟動按鈕時X0閉合，發(fā)出啟動信號，中間繼電器M200線圈得電并自鎖。由計時器T0、T1組成1s時鐘脈沖輸出信號 ,由M0、C0組成一分鐘輸出一次脈沖信號,Y020為秒閃爍輸出。4.4.2 分顯示程序的設計 PLC控制器分顯示程序梯形圖如圖4.4所示。圖4.4 PLC控制器分顯示程序梯形圖PLC程序的分顯示程序原理如下：由輔助繼電器M1-M10分別接分個

32、位顯示程序。當M1閉合時，分個位顯示“0；當M2閉合時，分個位顯示“1；當M3閉合時，分個位顯示“2；當M4閉合時，分個位顯示“3依次類推。輔助繼電器M13-M18分別接通分十位顯示程序。當M13閉合時，分十位就顯示“0；當M14閉合時，分十位顯示“1；當M15閉合時，分十位顯示“2，當M16閉合時，分十位顯示“3，如此依次類推。需要對分進行時間調整改變時間時，只需要按下按鈕SB4，此時X3閉合，計數器C10計數。經過1次計數后，其常開觸點閉合，使得狀態(tài)繼電器S5得電，其一常開觸點閉合，產生一個分位脈沖，改變分的當前顯示，與此同時狀態(tài)繼電器S5的另一常開觸點閉合，使計數器C10復位，為下一次計

33、數作好準備。4.4.3 時顯示程序的設計時顯示程序由輔助繼電器M21-M35來完成，由輔助繼電器M33-M35接時十位顯示。當M33閉合時，時十位顯示“0；當M34閉合時，時十位顯示“1；當M35閉合時，時十位顯示“2。M21-M30接通時個位顯示。當M21閉合時，時個位顯示“0；當M22閉合時，時個未顯示“1；當M23閉合時，時個位顯示“2，如此依次類推。PLC的時顯示程序梯形圖如圖4.5所示。 圖4.5 PLC控制器時顯示程序梯形圖當需要對系統(tǒng)時狀態(tài)進行手動調整以改變系統(tǒng)時間時，只需按下按鈕SB5，此時X4閉合，計數器C11得電并開始計數。經過一次計數滿后，其常開觸點閉合，使得狀態(tài)繼電器S

34、6得電，其一常開觸點閉合，產生一個時個位移位脈沖，改變時的當前顯示。而狀態(tài)繼電器S6的另一常開觸點閉合，使計數器C11復位，為下一次計數作好準備。4.4.4 數字顯示原理當系統(tǒng)開機時，時間顯示為00時00分。數字顯示的原理如下列圖4.6所示。圖4.6 數字顯示原理PLC的輸出點Y0-Y6分別接通七段數碼管的a-g端口。要顯示數字只需要Y0-Y6有輸出信號。例如，顯示1只需Y1和Y2有信號輸出，它的十進制常數為K6=12+14,即K6轉換為二進制數正好滿足要求。再把常數值K6有MOV指令傳送到相應的數碼管中就可以顯示數字了。顯示數字0-9的常數值如下表4.1所示。 表4.1 顯示數字0-9的常數

35、值顯示數字輸出點狀態(tài)常數值Y6Y5Y4Y3Y2Y1Y000111111K6310000110K621011011K9131001111K7941100110K10251101101K10961111101K12570000111K781111111K12791101111K11各輔助繼電器與其對應的時間如表4.2所示。 各輔助繼電器所對應的時間0123456789分個位M1M2M3M4M5M6M7M8M9M10分十位M13M14M15M16M17M18時個位M21M22M23M24M25M26M27M28M29M30時十位M33M34M35初始狀態(tài)時，輔助繼電器M10閉合，特殊輔助繼電器M80

36、11每閉合一次，計數器C3就計數一次，其常開觸點得電閉合并接通輔助繼電器M110。然后，輔助繼電器M110的常開觸點又使計數器C3復位。輔助繼電器M110的另一常開觸點將產生一個移位脈沖，移位脈沖指令將輔助繼電器M100的當前狀態(tài)“1送到輔助繼電器M101中，使輔助繼電器M101的當前狀態(tài)變?yōu)椤?。當移到最高位時，輔助繼電器M105得電閉合，其常開觸點閉合，使輔助繼電器M101-M104復位，如此反復的遠行。PLC控制器數碼管動態(tài)掃描梯形圖如圖4.7所示。 圖4.7 PLC控制器數碼管動態(tài)掃描梯形圖 在路燈控制子程序設計中，當天黑后同時滿足時間大于19:00和光強低于1000lux時即視為黑夜

37、到來，此時所有路燈都開啟，至1:00點為第一工作狀態(tài)。當1；00點后進入第二工作狀態(tài)，此時路燈全部關閉，利用聲音和壓力傳感器來控制路燈的開光，當早晨光強大于5000lux時即視為白天到來時路燈就不再亮了。為了方便仿真本次設計只使用了8個高壓鈉燈作為演示。且將L1,L5作為一組并聯起來；將L2,L6作為一組并聯起來；將L3,L7作為一組并聯起來；將L4,L8作為一組并聯起來。當夜晚路燈開啟后L1-L8全部開啟，1:00后全部熄滅，并且每組路燈都有對應的一組壓力和聲音傳感器信號輸入端口當檢測到信號后來控制路燈的開關，并且開啟后將會延時2min后熄滅。當光強大于5000lux后路燈就全部熄滅，不再受

38、壓力和聲音信號的影響了。綜合以上，設計出的路燈控制子程序梯形圖如下列圖4.8所示。5易控上位演示界面設計在本次上位監(jiān)控設計中，校園節(jié)能路燈控制系統(tǒng)的功能演示設計軟件采用的是易控組態(tài)王軟件?，F對易控上位監(jiān)控軟件做簡要介紹。 易控簡單易學，是目前使用比擬廣泛的控制系統(tǒng)上位監(jiān)控和功能演示設計軟件。本次上位設計使用的是易控INSPEC)2021版。軟件基于分布式和開放式的架構設計，穩(wěn)定可靠，其無與倫比的圖形系統(tǒng)、多語言用戶程序等眾多功能給客戶帶來人機體驗的卓越提升。能使用戶很快的掌握使用該軟件進行上位監(jiān)控設計，易學易用。其有如下幾個優(yōu)點。1） 卓越的可視化 易控擁有非常豐富的動畫圖形，龐大的圖形庫和各

39、種精美的畫面，用戶還可以根據自己的需要插入外部的圖形。2） 超越組態(tài)應用 易控能使用C語言和VB等簡單語言進行程序編寫，還可以調用三方程序。還能自動的檢測和定位錯誤的程序，幫助用戶進行程序的編寫和修改，可以實現輕松的編程。3） 構建大系統(tǒng) 易控采用的是分布式的網絡架構，提供面向未來的可靈活配置的結構，并且網絡結構有很好的伸縮性，因而可以很方便的構建大系統(tǒng)。4） 高度集成創(chuàng)新 易控軟件高度集成，提供了多種手段和其他監(jiān)控層和管理層的軟件系統(tǒng)進行數據交互，可與用戶的各種方案連接。5） 易學易用 易控能實現工程的快速開發(fā)，一切以用戶為中心，采用大量的人性化的界面設計，全程操作提示、錯誤檢測和提示。因此

40、，易控簡單易學，使用易控開發(fā)上位工程設計能事半功倍。6基于易控可完成以下工作：建立一個新工程設計畫面流程定義數據變量進行動畫連接添加模擬設備，使整個畫面能模擬運行。設計  17。圖5.1 校園節(jié)能路燈控制系統(tǒng)的組態(tài)畫面設計點擊工程菜單欄，翻開變量組，右鍵新建變量，根據需要更改變量名稱和變量的類型，在此過程中也可以選擇批量建立同類型變量比擬多的變量，在進行變量設計時還要注意對初始狀態(tài)的設置以及變量的上下限的設置，這樣能防止系統(tǒng)的越限。此次易控設計新建變量如下列圖5.2所示。圖5.2 變量配置易控動畫連接的表格如下列圖5.3所示。 圖5.3 動畫連接表格翻開用戶程序菜單，點擊進

41、行用戶程序的編寫，用戶程序的編寫包括變量改變程序編寫、工程程序編寫、畫面程序編寫以及條件程序編寫，用戶可以使用C語言或者VB語言進行程序編寫，如下列圖5.4所示。 圖5.4 用戶程序編寫對于通道的連接，首先右鍵I/O通信，新建，選擇串口1。新建通道如下列圖5.5所示。 圖5.5 新建通道本設計中采用的是三菱FX2N-48 系列可編程控制器，當其與上位機相連時，其設置的參數如下表5.1所示。表5.1 設備的通信參數設置項缺省值推薦值波特率96009600數據位長度78停止位長度11奇偶校驗位偶校驗奇校驗其通道配置圖如下列圖5.6所示。圖5.6 配置通道然后選擇工程瀏覽器左側“設備 CO

42、M1，在工程瀏覽器右側用鼠標左鍵雙擊“新建圖標，運行“設備配置向導，選擇三菱FX2N系列PLC產品中的“編程口，檢查各項設置是否正確，確認無誤后，單擊“完成。串口設置圖如下列圖5.7所示。圖5.7串口設置對話框 1MX Component 設置5.11所示進行設置。 圖5.8 MX Component設置步驟1圖 5.9 MX Component設置步驟2圖 5.10 MX Component設置步驟3圖 5.11 MX Component設置完成狀態(tài)2運行 GX Simulator啟動梯形圖邏輯測試功能，將編寫的梯形圖程序寫入GX Simulator中，出現圖5.12所示窗口，那么GX Si

43、mulator成功運行。3 運行易控的上位界面F5翻開 PLC 控制變頻器調速工程，編譯，假設編譯為0錯誤、0警告，再運行F5 ，出現圖 5.13所示，選擇忽略，那么 PLC 控制變頻器調速工程順利運行，出現上位界面。圖 5.13 易控運行提示本次校園節(jié)能路燈控制系統(tǒng)的上位設計運行后的易控界面如下列圖5.14所示。圖5.14 系統(tǒng)上位運行圖6系統(tǒng)調試 PLC梯形圖的仿真調試本次的PLC控制系統(tǒng)的軟件控制程序的調試工作是在GX7編程軟件上完成的，首先將本次設計的梯形圖代碼輸入軟件，形成了系統(tǒng)完整的梯形圖代碼，通過軟件的編譯和檢測代碼正誤功能，發(fā)現了一些代碼的不當之處，經檢測發(fā)現錯誤代碼的位置為灰

44、色時，通過仔細的檢測和修正，直到代碼完全正確后運行程序進行虛擬仿真測試。運行成功后工作界面如下列圖6.1所示。圖6.1 PLC仿真運行工作界面此時虛擬仿真PLC處于運行RNU狀態(tài)，然后點擊菜單啟動選項，再選擇繼電器內存狀態(tài)監(jiān)視選項對X,Y,M繼電器以及其他輸出原件進行監(jiān)視，通過虛擬按鈕的操作就可以得知系統(tǒng)的運行狀態(tài)，并在此根底上進行反復調試，最終實現了本次設計所要到達的目標。其軟元件監(jiān)視界面如下列圖6.2所示。圖6.2 軟元件監(jiān)視與工作界面易控組態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)獨立調試本次上位監(jiān)控界面的設計和調試是在易控組態(tài)軟件上完成的，對于易控監(jiān)控系統(tǒng)的獨立調試首先需要完成上位監(jiān)控界面的設計以及元器件的關聯并建立

45、組態(tài)王數據庫，以及完成控制腳本程序的設計。在完成上述工作后就可以進行上位組態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)的獨立調試，通過調試發(fā)現了一些校園節(jié)能路燈上位監(jiān)控演示界面工作時的問題，比方在操作人機界面時，易控的工作與實際不一致以及開始時間不能控制等問題。經過仔細的檢測以及通過老師同學的幫助，最終完成了上位監(jiān)控界面的設計以及調試工作，到達了預期的目標。本次校園路燈節(jié)能控制系統(tǒng)設計的系統(tǒng)聯調由于實際的條件限制無法做出實際的校園節(jié)能路燈控制系統(tǒng)的模型，因此系統(tǒng)聯調主要是用上位機與PLC虛擬軟件控制系統(tǒng)的通信連機調試。在調試過程中首先要運行三菱GX7軟件，并翻開軟元件監(jiān)視界面，與此同時也要運行上位監(jiān)控易控組態(tài)軟件。然后要進行通

46、信協(xié)議以及其他相關設置。設置完成后就可以在上位監(jiān)控的人機界面進行操作，當發(fā)現操作上位人機界面的時候，能夠在三菱GX7 PLC編程軟件的繼電器內存狀態(tài)監(jiān)控界面發(fā)現相關的數據變化正確，說明上位機和PLC虛擬軟件控制系統(tǒng)的連機調試成功了，這就說明系統(tǒng)的設計和運行是正確和可靠的。7結論通過上面的PLC虛擬編程軟件調試，上位機調試，以及系統(tǒng)的聯調我們可以得出本次對于基于三菱PLC的校園路燈的節(jié)能控制系統(tǒng)設計是成功的，初步估計其可比時間控制路燈開關節(jié)能三分之一以上，其在實際校園的運用也是可行的。設計綜合了計算機和PLC 的長處，計算機作為上位機提供良好的人機界面，可以進行全系統(tǒng)的監(jiān)控和管理及時發(fā)現路燈的問

47、題，PLC 作為下位機執(zhí)行可靠有效的分散控制。監(jiān)控系統(tǒng)不僅可以接受多種由PLC 發(fā)出的控制信號，亦可向PLC 發(fā)出各種命令信號，還可以與PLC 之間進行各種狀態(tài)數據的傳輸?；谌釬X2N-48PLC的校園路燈節(jié)能控制系統(tǒng)的設計正確，實現了校園路燈節(jié)能的目的，加強了遠程監(jiān)控的能力，提高了控制系統(tǒng)的準確性和穩(wěn)定性。本次設計驗證了基于三菱FX2N-48MR PLC的校園路燈節(jié)能的設計，到達了預期的目地與設計要求，實現了題目的設計和功能需求。本設計的實現本錢也比擬低，相信經過進一步的改良后，該設計一定能在實際的校園路燈中得到更好的應用和開展。本課題的設計，根據節(jié)能路燈對控制系統(tǒng)的要求，論證了總體方案

48、，選擇了我認為是最正確方案的PLC控制系統(tǒng)。通過對PLC的輸入、輸出信號的分析計算、論證，合理的對PLC進行了選型。繪制出了控制邏輯動作程序圖及程序梯形圖，據此編制出了PLC控制程序，并且進行了中間繼電器、氣動電磁閥和各開關的外部電路設計。從而，初步掌握了三菱PLC系統(tǒng)產品的設計過程、方法和要求。當然本設計還有很多的缺乏，還有待進一步的提高和優(yōu)化。8總結與體會一開始拿到這個題目的時候，不知道從哪里開始下手，不知道校園路燈PLC控制系統(tǒng)要怎樣進行具體設計，遇到了很多難題。后來在王萌老師的指導下，才知道要怎么開始做并確立了設計的方案。于是我就開始找資料，了解PLC的有關知識，學習電路、控制電路的設

49、計原理，看不懂的時候就去問老師、同學。在這些都搞得比擬明白后就開始進行流程圖設計和系統(tǒng)硬件電路圖設計，最后用了很長時間設計出了系統(tǒng)的PLC程序和上位監(jiān)控畫面，在老師和同學的幫助下，改正了多處有問題的地方。通過本次畢業(yè)設計，我在指導老師王萌老師的精心指導和嚴格要求下，獲得了豐富的理論知識，極大地提高了實踐能力，對當前工業(yè)控制產品領域的研究狀況和開展方向有了一定的了解，對PLC領域的學習對我今后進一步學習工業(yè)控制方面的知識有極大的幫助。在此，感謝在此次設計中給我們幫助的老師和同學。沒有你們的幫助與支持，我不可能完成此次畢業(yè)設計。本課題的設計，根據校園路燈節(jié)能系統(tǒng)對控制系統(tǒng)的要求，論證了總體方案，選

50、擇了我們認為是最正確方案的PLC控制系統(tǒng)并輔以時間、聲音、光照、聲音等多因素作為控制路燈的開啟和關閉條件。通過對PLC的輸入、輸出端口的分析、論證，合理的對PLC進行了選型。繪制出了控制系統(tǒng)邏輯動作程序圖及程序梯形圖，據此編制出了PLC控制程序，并且進行了中間繼電器、氣動電磁閥和各限位開關的外部電路設計。并進行了上位監(jiān)控的設計。由于時間緊迫，能力有限，我在很多方面還沒有完全弄懂。有些設計工作還有待完善，本次基于三菱PLC的校園節(jié)能路燈運用與實際還有待完善。為了平安的考慮，在某些校園的極其重要的路口的路燈可以不接入本控制系統(tǒng)，采用時間控制或人工控制在夜晚時常開或者應急條件下及時的開啟和關閉。此次

51、的畢業(yè)設計讓我收獲頗多，在以后的學習和工作中我會繼續(xù)努力,提高自己的技術水平，以適應未來的劇烈競爭形勢。9致謝對于此次畢業(yè)設計有很多要感謝的人，在一開始拿到這個題目的時候，真的很茫然，不知道從哪開始下手，不知道校園路燈PLC控制系統(tǒng)要怎樣進行具體設計。后來在王萌老師的指導下，才知道我要怎么著手開始做。于是我就開始找資料，了解PLC的有關知識，學習電路、控制電路的設計原理，看不懂的時候就去問老師、同學。在這些都搞得比擬明白后就開始畫設計流程圖和電路圖，最后用了很長時間才設計出自己的PLC程序和上位監(jiān)控，在老師和同學的幫助下，改正了多處有問題的地方。并且王萌老師對此次畢業(yè)設計的方案選擇和系統(tǒng)的設計

52、以及對于書寫的報告做了全方面的指導。通過本次畢業(yè)設計，豐富了我的實際設計經驗，相信這對我以后的工作一定會有很大的幫助。最后，衷心的感謝在此次畢業(yè)設計的過程中給我?guī)椭睦蠋熀屯瑢W。感謝你們的幫助與支持，沒有你們的幫助與支持，我不可能如此順利的完成此次畢業(yè)設計。10參考文獻1 鄭萍.現代電氣控制技術M2 黃冬來，馮海清.城市路燈照明節(jié)能措施的研究與探討J.中國西部科技，20213 張兵，白雪.城市路燈節(jié)能系統(tǒng)的研究與設計J.中山大學研究生學刊，20214 王 剛.路燈遠程監(jiān)控系統(tǒng)結構及關鍵技術研究J.南京理工大學，20045 廖常初. PLC根底及應用M.2版.北京：機械工業(yè)出版社，20076 吳中俊，黃永紅. 可編程控制器原理及應用M.北京：機械工業(yè)出版社，20217 廖長初. 可編程序控制器的編程方法與工程應用M.重慶：重慶大學出版社，20218 盧巧，歐姆龍. PLC編程指令與梯形圖快速入門M.北京：電子工業(yè)出版社，20219 羅杰，謝自美. 電子線路設