教室日光燈控制系統(tǒng)設(shè)計(jì).doc

教室日光燈控制系統(tǒng) 傳感器應(yīng)用課題 題 目 教室日光燈控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 專(zhuān) 業(yè) 電氣控制與自動(dòng)化 班 級(jí) 電氣工程與自動(dòng)化2010級(jí)2班 姓名/學(xué)號(hào) 2012年 11月 24日9教室日光燈控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)摘 要：常言道“眼睛是心靈的窗戶(hù)”,而燈則是指引心靈的方向標(biāo)。在生活中，我們無(wú)時(shí)無(wú)刻不在地使用著燈,當(dāng)我們?cè)谛@的時(shí)候我們需要來(lái)到教室里學(xué)習(xí),然而當(dāng)大家離開(kāi)教室時(shí)有許多教室的燈依然亮著,這樣就會(huì)造成大量資源浪費(fèi),因此我們?cè)O(shè)計(jì)一種既不浪費(fèi)國(guó)家電力又很方便實(shí)用的照明燈系統(tǒng)是很有實(shí)用價(jià)值意義的一件事。關(guān)鍵詞：傳感器；PLC; 延時(shí)電路1課題研究的目（1）鍛煉學(xué)生自學(xué)能力和靈活運(yùn)用所學(xué)知識(shí)的能力,寫(xiě)作能力和口頭表達(dá)能力（2）鍛煉學(xué)生團(tuán)隊(duì)協(xié)作精神2課題設(shè)計(jì)的原理當(dāng)教室里有人時(shí)，日光燈就亮，當(dāng)無(wú)人的時(shí)候，經(jīng)過(guò)幾分鐘，燈熄滅。在白天光線(xiàn)很亮的情況下，即使教室中有人，日光燈也不亮。3設(shè)計(jì)思路(1).該設(shè)計(jì)需要兩種傳感器，熱感應(yīng)傳感器與光線(xiàn)傳感器。 (2).“當(dāng)無(wú)人的時(shí)候，經(jīng)過(guò)幾分鐘，燈熄滅?！庇纱丝芍陔娐分袩岣袘?yīng)傳感器應(yīng)該串聯(lián)一個(gè)時(shí)間繼電器。(3).“在白天光線(xiàn)很亮的情況下，即使教室中有人，日光燈也不亮?！庇纱丝芍饩€(xiàn)傳感器應(yīng)該實(shí)現(xiàn)電路的關(guān)斷功能。(4).要使該電路正常工作，那么光線(xiàn)傳感器不應(yīng)放置在教室內(nèi)部，因?yàn)樵撾娐房刂频娜展鉄舯旧肀銜?huì)影響光感應(yīng)傳感器，使電路失效。(5).電路有多種控制方法，我們選擇PLC作為電路的控制部分，因?yàn)镻LC .編程簡(jiǎn)單而且可以用PLC內(nèi)部的定時(shí)器來(lái)代替時(shí)間繼電器，節(jié)省成本、簡(jiǎn)化電路。4資料查找 （1）熱釋電傳感器 熱釋電傳感器又稱(chēng)人體紅外傳感器， 被廣泛應(yīng)用于防盜報(bào)警、 來(lái)客告知及非接觸開(kāi)關(guān)等紅外領(lǐng)域。 壓電陶瓷類(lèi)電介質(zhì)在電極化后能保持極化狀態(tài)， 稱(chēng)為自發(fā)極化。自發(fā)極化隨溫度升高而減小， 在居里點(diǎn)溫度降為零。因此，當(dāng)這種材料受到紅外輻射而溫度升高時(shí)， 表面電荷將減少，相當(dāng)于釋放了一部分電荷，故稱(chēng)為熱釋電。將釋放的電荷經(jīng)放大器可轉(zhuǎn)換為電壓輸出。這就是熱釋電傳感器的工作原理。 當(dāng)輻射繼續(xù)作用于熱釋電元件， 使其表面電荷達(dá)到平衡時(shí)， 便不再釋放電荷。 因此， 熱釋電傳感器不能探測(cè)恒定的紅外輻射。（2）光線(xiàn)傳感器2002年的 諾基亞7650(7650還帶有揚(yáng)聲器感應(yīng))開(kāi)始，便有了光線(xiàn)傳感器，它的好處就是可以根據(jù)手機(jī)所處環(huán)境的光線(xiàn)來(lái)調(diào)節(jié)手機(jī)屏幕的亮度和鍵盤(pán)燈。比如在光線(xiàn)充足的地方，屏幕很亮，鍵盤(pán)燈就會(huì)關(guān)閉；相反，在暗處，鍵盤(pán)燈就會(huì)亮，屏幕較暗(與屏幕亮度的設(shè)置也有關(guān)系)，這樣既保護(hù)了眼睛又節(jié)省了能量，一舉兩得。而且光線(xiàn)傳感器在進(jìn)入睡眠模式的時(shí)候，會(huì)發(fā)出藍(lán)色周期性閃動(dòng)的光，甚是好看。 光線(xiàn)傳感器位于前攝像頭旁邊的一個(gè)小點(diǎn)， 如果在光線(xiàn)充足的情況下（室外或者是燈光充足的室內(nèi)），大概在2-3秒之后， 鍵盤(pán)燈會(huì)自動(dòng)熄滅， 即使你再操作機(jī)子， 鍵盤(pán)燈也不會(huì)亮, 除非到了光線(xiàn)比較暗的地方，又一個(gè)鍵盤(pán)燈才會(huì)自動(dòng)的亮起來(lái)； 如果在光線(xiàn)充足的情況下， 你試著用手將光線(xiàn)感應(yīng)器遮上， 2-3秒之后， 鍵盤(pán)燈會(huì)自動(dòng)亮起來(lái)， 這個(gè)就是光線(xiàn)感應(yīng)器的作用， 是起到一個(gè)節(jié)電的功能， 畢竟這個(gè)機(jī)子很費(fèi)電。 怎樣檢測(cè)光線(xiàn)感應(yīng)器是否有問(wèn)題, 下面來(lái)看看你的光線(xiàn)傳感器是不是正常工作的： 在待機(jī)狀態(tài)下，將手機(jī)的副攝像頭左邊的光線(xiàn)傳感器置于臺(tái)燈或強(qiáng)光下，按“掛斷”鍵，手機(jī)鍵盤(pán)燈應(yīng)熄滅，LCD背景燈應(yīng)常亮。 在待機(jī)狀態(tài)下，將手機(jī)的副攝像頭左邊的光線(xiàn)傳感器用手指遮住，按“掛斷”鍵，手機(jī)鍵盤(pán)燈應(yīng)開(kāi)啟，LCD背景燈應(yīng)稍暗。 如果你的鍵盤(pán)燈不能像上述一樣變化，而是在任何情況下都是常亮的話(huà)，那你的機(jī)器就是有問(wèn)題的了。（3）時(shí)間繼電器原理在交流電路中常采用空氣阻尼型時(shí)間繼電器,它是利用空氣通過(guò)小孔節(jié)流的原理來(lái)獲得延時(shí)動(dòng)作的。它由電磁系統(tǒng)、延時(shí)機(jī)構(gòu)和觸點(diǎn)三部分組成。 時(shí)間繼電器可分為通電延時(shí)型和斷電延時(shí)型兩種類(lèi)型。 空氣阻尼型時(shí)間繼電器的延時(shí)范圍大(有0.460s和0.4180s兩種) ，它結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,但準(zhǔn)確度較低。 當(dāng)線(xiàn)圈通電（電壓規(guī)格有ac380v、ac220v或dc220v、dc24v等）時(shí)，銜鐵及托板被鐵心吸引而瞬時(shí)下移，使瞬時(shí)動(dòng)作觸點(diǎn)接通或斷開(kāi)。但是活塞桿和杠桿不能同時(shí)跟著銜鐵一起下落，因?yàn)榛钊麠U的上端連著氣室中的橡皮膜，當(dāng)活塞桿在釋放彈簧的作用下開(kāi)始向下運(yùn)動(dòng)時(shí)，橡皮膜隨之向下凹, 上面空氣室的空氣變得稀薄而使活塞桿受到阻尼作用而緩慢下降。經(jīng)過(guò)一定時(shí)間，活塞桿下降到一定位置，便通過(guò)杠桿推動(dòng)延時(shí)觸點(diǎn)動(dòng)作，使動(dòng)斷觸點(diǎn)斷開(kāi)，動(dòng)合觸點(diǎn)閉合。從線(xiàn)圈通電到延時(shí)觸點(diǎn)完成動(dòng)作，這段時(shí)間就是繼電器的延時(shí)時(shí)間。延時(shí)時(shí)間的長(zhǎng)短可以用螺釘調(diào)節(jié)空氣室進(jìn)氣孔的大小來(lái)改變。吸引線(xiàn)圈斷電后，繼電器依靠恢復(fù)彈簧的作用而復(fù)原?？諝饨?jīng)出氣孔被迅速排出。2（4）接觸器接觸器（Contactor）狹義上是指能頻繁關(guān)合、承載和開(kāi)斷正常電流及規(guī)定的過(guò)載電流的開(kāi)斷和關(guān)合裝置。它應(yīng)用于電力、配電與用電。接觸器廣義上是指工業(yè)電中利用線(xiàn)圈流過(guò)電流產(chǎn)生磁場(chǎng)，使觸頭閉合，以達(dá)到控制負(fù)載的電器。接觸器由電磁系統(tǒng)（鐵心，靜鐵心，電磁線(xiàn)圈）觸頭系統(tǒng)（常開(kāi)觸頭和常閉觸頭）和滅弧裝置組成。（5）PLC可編程邏輯控制器（Programmable Logic Controller，），它采用一類(lèi)可編程的存儲(chǔ)器，用于其內(nèi)部存儲(chǔ)程序，執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序控制、定時(shí)、計(jì)數(shù)與算術(shù)操作等面向用戶(hù)的指令，并通過(guò)數(shù)字或模擬式輸入/輸出控制各種類(lèi)型的機(jī)械或生產(chǎn)過(guò)程。 PLC的優(yōu)點(diǎn) 1.使用方便，編程簡(jiǎn)單 采用簡(jiǎn)明的梯形圖、邏輯圖或語(yǔ)句表等編程語(yǔ)言，而無(wú)需計(jì)算機(jī)知識(shí)，因此系統(tǒng)開(kāi)發(fā)周期短，現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試容易。另外，可在線(xiàn)修改程序，改變控制方案而不拆動(dòng)硬件。 2.功能強(qiáng)，性能價(jià)格比高 一臺(tái)小型PLC內(nèi)有成百上千個(gè)可供用戶(hù)使用的編程元件，有很強(qiáng)的功能，可以實(shí)現(xiàn)非常復(fù)雜的控制功能。它與相同功能的繼電器系統(tǒng)相比，具有很高的性能價(jià)格比。PLC可以通過(guò)通信聯(lián)網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)分散控制，集中管理。 3.硬件配套齊全，用戶(hù)使用方便，適應(yīng)性強(qiáng) PLC產(chǎn)品已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化、系列化、模塊化，配備有品種齊全的各種硬件裝置供用戶(hù)選用，用戶(hù)能靈活方便地進(jìn)行系統(tǒng)配置，組成不同功能、不同規(guī)模的系統(tǒng)。PLC的安裝接線(xiàn)也很方便，一般用接線(xiàn)端子連接外部接線(xiàn)。PLC有較強(qiáng)的帶負(fù)載能力，可以直接驅(qū)動(dòng)一般的電磁閥和小型交流接觸器。 硬件配置確定后，可以通過(guò)修改用戶(hù)程序，方便快速地適應(yīng)工藝條件的變化。 4.可靠性高，抗干擾能力強(qiáng) 傳統(tǒng)的繼電器控制系統(tǒng)使用了大量的中間繼電器、時(shí)間繼電器，由于觸點(diǎn)接觸不良，容易出現(xiàn)故障。PLC用軟件代替大量的中間繼電器和時(shí)間繼電器，僅剩下與輸入和輸出有關(guān)的少量硬件元件，接線(xiàn)可減少到繼電器控制系統(tǒng)的1/10-1/100，因觸點(diǎn)接觸不良造成的故障大為減少。 PLC采取了一系列硬件和軟件抗干擾措施，具有很強(qiáng)的抗干擾能力，平均無(wú)故障時(shí)間達(dá)到數(shù)萬(wàn)小時(shí)以上，可以直接用于有強(qiáng)烈干擾的工業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)，PLC已被廣大用戶(hù)公認(rèn)為最可靠的工業(yè)控制設(shè)備之一。 5.系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、安裝、調(diào)試工作量少 PLC用軟件功能取代了繼電器控制系統(tǒng)中大量的中間繼電器、時(shí)間繼電器、計(jì)數(shù)器等器件，使控制柜的設(shè)計(jì)、安裝、接線(xiàn)工作量大大減少。 PLC的梯形圖程序一般采用順序控制設(shè)計(jì)法來(lái)設(shè)計(jì)。這種編程方法很有規(guī)律，很容易掌握。對(duì)于復(fù)雜的控制系統(tǒng)，設(shè)計(jì)梯形圖的時(shí)間比設(shè)計(jì)相同功能的繼電器系統(tǒng)電路圖的時(shí)間要少得多。 PLC的用戶(hù)程序可以在實(shí)驗(yàn)室模擬調(diào)試，輸入信號(hào)用小開(kāi)關(guān)來(lái)模擬，通過(guò)PLC上的發(fā)光二極管可觀(guān)察輸出信號(hào)的狀態(tài)。完成了系統(tǒng)的安裝和接線(xiàn)后，在現(xiàn)場(chǎng)的統(tǒng)調(diào)過(guò)程中發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題一般通過(guò)修改程序就可以解決，系統(tǒng)的調(diào)試時(shí)間比繼電器系統(tǒng)少得多。 6.維修工作量小，維修方便 PLC的故障率很低，且有完善的自診斷和顯示功能。PLC或外部的輸入裝置和執(zhí)行機(jī)構(gòu)發(fā)生故障時(shí)，可以根據(jù)PLC上的發(fā)光二極管或編程器提供的信息迅速地查明故障的原因，用更換模塊的方法可以迅速地排除故5所需元件熱釋電傳感器(SEBBA SB0072 )光線(xiàn)傳感器(SENBA D57系列) 時(shí)間繼電器（SXJ48-V）接觸器(ZAJ9) PLC(西門(mén)子S7-200 CPU224)6項(xiàng)目電路設(shè)計(jì) 整個(gè)電路分兩部分：控制電路與工作電路（1）控制電路：以PLC為控制中心，熱釋電傳感器、光線(xiàn)傳感器作為PLC的兩個(gè)輸入端，PLC的輸出端接控制日光燈開(kāi)關(guān)的線(xiàn)圈。（2）工作電路：包括接觸器與日光燈（3）系統(tǒng)原理框圖（4）PLC程序設(shè)計(jì)PLC梯形圖如下：如圖所示，熱釋電傳感器與光線(xiàn)傳感器分別接PLC的X0、X1兩輸入端，線(xiàn)圈Y0接接觸器。 當(dāng)光線(xiàn)傳感器得到感應(yīng)時(shí)，即白天光線(xiàn)充足時(shí)，X1的常閉觸點(diǎn)斷開(kāi)，線(xiàn)圈不得電，電路無(wú)法工作。當(dāng)光線(xiàn)傳感器X1無(wú)信號(hào)或弱信號(hào)輸出時(shí)，即夜晚光線(xiàn)不足時(shí)，電路才能正常工作。 當(dāng)有人進(jìn)入教室，熱釋電傳感器得到感應(yīng)，此時(shí)X0的常開(kāi)觸點(diǎn)閉合、常閉觸點(diǎn)斷開(kāi)，線(xiàn)圈Y0得電并自鎖，此時(shí)日光燈亮。當(dāng)所有人離開(kāi)教室，熱釋電傳感器停止感應(yīng)，電路啟動(dòng)斷電延時(shí)程序，經(jīng)180秒（3分鐘）后，線(xiàn)圈斷電，日光燈滅。 傳感器位置圖示光線(xiàn)傳感器位置a：此位置位于上方墻角，受到日光燈光照的干擾較小，適用于抗干擾力強(qiáng)，精度高，價(jià)格較昂貴的光線(xiàn)傳感器。光線(xiàn)傳感器位置b：此位置位于窗臺(tái)，基本上完全不受室內(nèi)日光燈光線(xiàn)的干擾，但是傳感器本身卻易受到雨水等因素的影響，適用于抗干擾能力弱，精度較低，價(jià)格便宜的光線(xiàn)傳感器。7總結(jié)本次課程設(shè)計(jì)選題是由我們小組3人討論決定的，完成設(shè)計(jì)我們小組用時(shí)2個(gè)星期。在課題可行性的方面上我們覺(jué)得這個(gè)課題很適合我們現(xiàn)階段的能力，在我們確定課題后，隨即我們就分工任務(wù)。各自負(fù)責(zé)自己的部分，然后在一起討論確定最佳的設(shè)計(jì)。在編寫(xiě)課題設(shè)計(jì)時(shí)，我們一致認(rèn)為最先確定設(shè)計(jì)的主要模塊。開(kāi)始認(rèn)為在這個(gè)主要模塊設(shè)計(jì)時(shí)不會(huì)花費(fèi)很多的時(shí)間，之后才知道原來(lái)簡(jiǎn)單的事情自己動(dòng)手也是這么的復(fù)雜。在很多細(xì)節(jié)的地方我們沒(méi)有注意到。隨后我們參考了很多的文獻(xiàn)，也在網(wǎng)上收集了資料。不斷修改，不斷完善了我的課程設(shè)計(jì)。在元器件的選擇上，雖