浅谈PLC控制的照明智能控制系统设计

输入回路的设计： ４ 电源回路ＰＬＣ供电电源一般为ＡＣ８５－ ２４０Ｖ（也 有ＤＣ２４Ｖ）， 适 应 电 源范围较宽， 但为 了抗干扰， 应加装电源净化元 件（如电 源 滤 波 器 、１： １ 隔 离 变 压 器 等）。 ５ ＰＬＣ上ＤＣ２４Ｖ电源的使用， 各公司ＰＬＣ产品上 一般都有ＤＣ２４Ｖ电 源， 但该电源 容量小， 为几十毫安至几百毫安， 用其带负载时要注意容量， 同时 作 好 防 短 路 措 施（因 为 该 电 源 的 过 载 或 短 路 都 将 影 响ＰＬＣ的 运 行）。 １４ 外 部ＤＣ２４Ｖ电 源 ， 若 输 入 回 路 有ＤＣ２４Ｖ供 电 的 接 近 开 关 、光 电 开 关 等 ， 而ＰＬＣ上ＤＣ２４Ｖ电 源 容 量 不 够 时 ， 要 从 外 部 提 供ＤＣ２４Ｖ电 源 ； 但该电源的＂－ ＂端不 要与 ＰＬＣ的 ＤＣ２４Ｖ的＂－ ＂端以 及＂ＣＯＭ＂端 相 连 ， 否 则 会 影 响ＰＬＣ的 运 行 。 １５ 输入的灵敏度各厂家对ＰＬＣ的输 人端电压和电流都有规定 ， 如 日 本 三 菱 公 司 Ｆ７ｎ 系 列 ＰＬＣ的 输 入 值 为 ： ＤＣ２４Ｖ、７ｍＡ， 启 动 电 流 为 ４．５ｍＡ， 关 断 电 流 小 于１．５ｍＡ， 因 此 ， 当 输 入 回 路 串 有 二 极 管 或 电 阻（不 能 完 全 启 动）， 或 者 有 并 联 电 阻 或 有 漏 电 流 时（不 能 完 全 切 断）， 就 会 有 误动作， 灵敏度下降， 对此应采取措施方面， 当输入器件的输入电流大 于ＰＬＣ的 最 大 输 入 电 流 时 ， 也 会 引 起 误 动 作 ， 应 采 用 弱 电 流 的 输 入 器 件， 并且选用输入为共漏型输入的ＰＬＣ。 １６ 输 入 信 号 的 漏 电 流：当 一 个 两 线 式 传 感 器 ， 例 如 ， 光 电 开 关 ， 接 近 开 关 ， 限 位 开 关 等 作 为 输 入 信 号 装 置 被 接 到ＰＬＣ时 ， 漏 电 流 可 能 会 导致输入信号ＯＮ。为了 防止这种情况发生， 请按下 图２－ ２接一个并联 电阻。
浅谈ＰＬＣ控制的照明智能控制 系统设计
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刘灿高
广州市机电高级技校
［摘 要］ 本设计的目的是采用ＰＬＣ可编程序控制器和应用光电传感器相结合， 通过热释电红 外传感器
及菲涅尔光学系统， 接收人体散发的微弱的红外幅射， 使控制电路的电压产生变化， 再配合光控电路的信 号经ＰＬＣ 对学校的照明系统 进行实时监控，智能自 动 控 制 照 明 灯 具 ， 通 过 严 密 的 软 件 控 制 ， 真 正 做 到 人 来 灯亮、人 去灯灭， 使学校的用电量迅速 降低，学校照明灯具、开关的 维修量大为减少， 以达 到 节 能 增 效 的 目 的， 提高了学校的科学管理水平。
［关键词］ ＰＬＣ可编程序控制器 热释电红外传感器 菲涅尔光学系统 光控电路
一 、概 述 在我国， 照明的耗电占了年发 电 总 量 的１０％（超 过１００亿ｋｗ·ｈ）， 而 对照明 时间长， 照明场所多的学校， 照 明超过本单位所有耗电的４０％。 目前， 大多数学校教学楼照明用电的管理基本是处于一种粗放式的管 理状态其管理一般为下列三种模式： 一是无专人管理， 由学生自行控 制开启， 再由值日学生在中午、下午和晚自习后关闭灯具 ； 二是利用定 时开关， 根据作息时间开启和关闭整个教学楼的照明电源； 三是由专 人负责， 即管理人员根据作息时间和天气情况分楼或分层送电。对教 学楼照明管理的要求是在充分保证教室的照度的前提下， 尽可能地节 约电能。上述的三种管理模式都不同程度地存在着缺陷， 而造成电能 的 浪 费 。第 一 种 模 式 的 特 点 是 可 以 灵 活 地 满 足 不 同 季 节 、天 气 、楼 层 和 朝向的照度要求， 布线和控制简单， 是常用的一种方式， 但也是最为浪 费电能的一种方式， 因为在强光下人眼对弱光不敏感， 在自然光照大 于灯具光照的情况下， 难以觉察到灯光的存在， 这是造成白天长明灯 的主要原因。如果值日人员责任心不强， 还会造成休息时间和夜晚的 长明灯。第二种模式比上一种模式在节能方面有很大的提高， 但其致 命缺点是无法及时地保证各个教室的照度， 因为自然光照不仅受时 间、季节等已知因素的影响， 而且还要受 天气、楼层和朝向等具体因 素 的影响。这种模式难以满足管理要求， 要么是以牺牲学生视力为代价， 要么是节能效果不明显。第三种模式在照度和节能两方面都大为提 高， 但占用的人员数量较多， 而且控制的准确程度受人员的习惯所影 响， 难以作到科学和准确， 同时容易受人员责任心的影响， 甚至会出现 整个教学楼的长明 灯而造成更大的浪费。根据 我们不完全统 计 ： ８０％ 的教学楼存在着在白天光照良好的情况下， 教室灯具开启和在午休时 间长明灯的现象。一个教室的长明灯， 看起来耗能不大， 但从整个学校 来看的话， 却是一个不小的数字。以某学校为例： 整个教学楼照明灯具 负荷 共 计 约 为４８０ＫＷ（ 不 计 线 路 损 耗） ， 每 天 如 果 按 长 明 灯２小 时 计 算 （ 这是保守的估计） ， １天就浪费电能９６０千瓦时， 以电费０．６１元／千瓦 时 计算， 折合电费５８５．６元。再以学生一年在校９个月计算， 一年将浪费电 能２５．９２万 度，折 合 电 费１５８，１１２．００元 。如 果 加 上 线 路 损 耗 和 灯 具 长 时 间 使用造成的损坏， 费用还要高许多。这种粗放管理带来的电能浪费和 学校后勤管理费用的增加就显而易见了。我国是能源短缺大国， 电力 缺口也很大。虽然各地学校被拉闸限电的现象发生较少， 但随着燃煤 和石油价格的年年攀升， 势必会带来发电成本的增加， 因此节约电能 不仅有利于社会， 也有利于学校本身。我国各级政府也在积极倡导市 民＂空调温度调高一度＂的行动， 采取城市＂关闭景观灯＂、＂路灯交叉开 闭＂等多项措施。北京师范大学就向全校发出： ＂白天要不开或少开灯， 开灯场所要做到人走灯灭， 杜绝长明灯……＂的号召。造成电能浪费的 现象除了节能意识薄弱以外， 另一个更为重要的原因就是节电的硬件 设备跟不上。着眼于整个学校的大局和全社会能源短缺的大环境， 高 校教学楼照明灯的智能化管理改革势在必行。另外， 由于各种照明灯 具都具有一定的使用寿命。为解决上述问题， 实现学校照明灯具的自 动控制， 我们设计出一种新型的节能控制系统。 二、控制系统的核心Ｐ ＬＣ的优点和Ｐ ＬＣ设计的基本原则 及 注 意 问 题 （一）与继电器控制相比之下， 用ＰＬＣ控制存 在 很 多 优 点 ： １） 控 制 逻 辑。继电器控制逻辑采用硬接线逻辑， 利用继电器机械触点的串联或 并联， 及延时继电器的滞后动作等组合成控制逻辑， 其接线多而复杂、 体积 大、功耗 大 、故 障 率 高 ， 一 旦 系 统 构 成 后 ， 想 再 改 变 或 增 加 功 能 都 很困难。另外， 继电器触点数目有限， 每个只有４～８对触点。因此灵活 性和扩展性很差。而ＰＬＣ采用存储 器逻辑， 其 控 制 逻 辑 以 程 序 方 式 存 储在内存中， 要改变控制逻辑， 只需改变程序即可， 故称＂软接线＂。因
图２－ ２
如果电流小于１．３ｍＡ， ＰＬＣ不会出现问题。如果电流大于１．３ｍＡ， 并
联电阻值可按下式计算：
Ｉ＝漏电流ｍＡ， Ｒ＝７．２／２．４×Ｉ－ ３（ ＫΩ） 以下。
输出回路的设计：
２３ 各 种 输 出 方 式 之 间 的 比 较．（１）继 电 器 输 出 ： 优 点 是 不 同 公 共 点
之间可带不同的交、直流负载， 且电压也可不同， 带负载电流可达２Ａ／
（二）ＰＬＣ控制系统的设计， 需要考虑 许多因素 ， 不 管 所 设 计 的 控 制 系统的大小， 一般都按照图２－ １所示的步骤进行。
图２－ １ ＰＬＣ控制系统设计步骤 （三）ＰＬＣ控 制 系 统 设 计 时 应 该 注 意 的 问 题 。 根据系统规模首先应确定系 统用ＰＬＣ单机控制， 还是用ＰＬＣ形成 网 络 ， 由 此 计 算ＰＬＣ输 入 、输 出 点 数 ， 并 且 在 选 购ＰＬＣ时 要 在 实 际 需 要 点 数 的 基 础 上 留 有 一 定 余 量（１０％）。 确 定 负 载 类 型 ， 根 据ＰＬＣ输 出 端 所 带 的 负 载 是 直 流 型 还 是 交 流
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型， 是大电流还是小电流， 以及ＰＬＣ输出点动作 的 频 率 等 ， 从 而 确 定 输 出端采用继电器输出， 还是晶体管输出， 或晶闸管输出。不同的负载选 用不同的输出方式， 对系统的稳定运行是很重要的。
编程器的选购： 一是用一般的手持编程器编程， 它只能用商家规 定语句表中的语句编程。这种方式效率低， 但对于系统容量小， 用量小 的产品比较适宜， 并且体积小， 易于现场调试， 造价也较低。二是用图 形编程器编程， 该编程器采用梯形图编程， 方便直观， 一般的电气人员 短期内 就可应用自如， 但该编程器 价格较高 。 三 是 用ＩＢＭ个 人 计 算 机 加ＰＬＣ软 件 包 编 程 ， 这 种 方 式 是 效 率 最 高 的 一 种 方 式 ， 但 大 部 分 公 司 的ＰＬＣ开发软件包价格昂贵， 并且该方式不易于现场调试。
点； 但继电器输出方式不适用于高频动作的负载， 这是由继电器的寿
命决定的。其寿命随带负载电流的增加而减少， 一般在几十万次至ｌ百
万次之间， 有的公司产品可达１０００万次以上， 响应时间为１０ｍｓ．（２）晶闸
管输出： 带负载能力为０． ２Ａ／ 点， 只能带交流负载， 可适应高频动作，
响 应 时 间 为１ｍｓ．（３）晶 体 管 输 出 ： 最 大 优 点 是 适 应 于 高 频 动 作 ， 响 应 时
此灵活性和扩展性都很好。２） 工作方式。电源接通时， 继电器控制线路 中各继电器同时都处在于受控状态， 即该吸合的都应吸合， 不该吸合 的都因受某种条 件限制不能吸合， 它属于 并 行 工 作 方 式 。 而ＰＬＣ的 控 制逻辑中， 各内部器件都处于周期性循环扫描过程中， 属于串行工作 方式。３） 可靠性和可维护性。继电器控制逻辑使用了大量的机械触点， 连线较多。触点开闭时会受到电弧的损坏， 并有机械磨损， 寿命短， 因 此可靠性和维护性 差。而ＰＬＣ采用微电子技 术 ， 大 量 的 开 关 动 作 由 无 触点的半导 体电路来完成， 体积小、寿命 长、可 靠 性 高 。ＰＬＣ还 配 有 自 检和监督功能， 能检查出自身的故障， 并随时显示给操作人员， 还能动 态地监视控制程序的执行情况， 为现场调试和维 护提供了方便。４） 控 制速度。继电器控制逻辑依靠触点的机械动作实现控制， 工作频率低， 触点的开闭动作一般在几十ｍｓ数量级。另外， 机械触点还会 出现抖动 问题。而ＰＬＣ是由程序指 令控制半导体电路 来 实 现 控 制 ， 属 于 无 触 点 控 制 ， 速 度 极 快 ， 一 般 一 条 用 户 指 令 的 执 行 时 间 在μｓ数 量 级 ， 且 不 会 出现抖动。５） 定时控制。继电器控制逻辑利用时间继电器进行时间控 制。一般来说， 时间继电器存在定时精度不高， 定时范围窄， 且易受环 境湿度和温度变化 的影响， 调整时间困难 等 问 题 。ＰＬＣ使 用 半 导 体 集 成电路做定时器， 时基脉冲由晶体振荡器产生， 精度相当高， 且定时时 间不受环境的影响， 定时范围一般从０．００１ｓ到若干天或更长。用户可根 据需要在程序中设置定时器， 然后由软件来控制定时时 间。６） 设计和 施工。使用继电器控制逻辑完成一项控制工程 ， 其设计、施工、调试必 须依次进行， 周期长， 而且修改困难。工程越大， 这一点越突出。而用 ＰＬＣ完 成 一 项 控 制 工 程 ， 在 系 统 设 计 完 成 以 后 ， 现 场 施 工 和 控 制 逻 辑 的设计（ 包 括 梯 图 设 计） 可 以 同 时 进 行 ， 周 期 短 ， 且 调 试 和 修 改 都 很 方 便。但在很小的系统中使用， ＰＬＣ的价格要高于继电器系统。