PLC智能室內(nèi)節(jié)能燈控制系統(tǒng)設計探析

1、PLC智能室內(nèi)節(jié)能燈控制系統(tǒng)設計探析 摘要:針對當前室內(nèi)直流LED燈控制系統(tǒng)存在無法調(diào)節(jié)亮度，且室內(nèi)無人時燈仍以高亮狀態(tài)浪費電能的缺點，基于觸摸屏和三菱PLC設計了一種智能室內(nèi)節(jié)能燈控制系統(tǒng)。首先介紹了系統(tǒng)總體控制的原理、控制系統(tǒng)的硬件設計;然后介紹了PLC程序和觸摸屏程序的設計;最后搭建了控制系統(tǒng)的實驗平臺，分別進展了外界光照強度強時實驗，外界光照強度弱、室內(nèi)有人時實驗和外界光照強度弱、室內(nèi)無人時實驗。實驗結(jié)果說明:新型室內(nèi)智能節(jié)能燈控制系統(tǒng)，不僅能提供不同的亮度氣氛;而且當室內(nèi)無人時，LED燈可以以較低的亮度點亮，節(jié)約了電能。關(guān)鍵詞:節(jié)能;光敏電阻;三菱PLC;PWM調(diào)壓;觸摸屏0引言當前

2、，室內(nèi)直流LED燈已得到廣泛應用，它不僅美觀、可靠，而且較傳統(tǒng)交流燈能顯著的降低功耗。但是，當前的直流LED燈，也存在明顯的缺點1。(1)當夜晚房間有人點亮時，燈亮度不可調(diào)節(jié)，無法提供不同的亮度氣氛。(2)當夜晚房間長時間無人時，燈仍以很高的亮度點亮，浪費電能。針對室內(nèi)直流LED燈以上兩點的缺乏，基于三菱PLC，設計了一種智能節(jié)能燈控制系統(tǒng)。系統(tǒng)可以設置光照強度、有人時燈光亮度和無人時燈光亮度，既能實現(xiàn)室內(nèi)有人時的燈光亮度調(diào)節(jié)控制，以滿足不同的亮度氣氛需求，又能實現(xiàn)室內(nèi)無人時的燈光亮度調(diào)節(jié)控制，以降低燈光亮度，到達節(jié)能的效果。1控制原理控制系統(tǒng)構(gòu)造框圖如圖1所示，它由觸摸屏、光敏電阻采樣電路、

3、三菱PLC、5VLED燈和光電開關(guān)組成。光敏電阻采樣電路的采樣電壓送到PLC的A/D采樣口;觸摸屏與PLC進展雙向的數(shù)據(jù)通信，同時進展顯示和控制;光電開關(guān)用于檢測室內(nèi)是否有人，接PLC的X輸入口;5VLED燈用于模擬室內(nèi)直流LED燈，受PLC的PWM輸出口控制。PLC的PWM輸出口可輸出幅值為5V、占空比為0%100%的矩形波，根據(jù)Buck電路斬波原理2，可得，該端口可以輸出05V的電壓信號，相當于1路D/A通道輸出端口。只要控制矩形波的占空比，就可控制輸出電壓，從而讓5VLED燈呈現(xiàn)不同的亮度。2硬件設計控制系統(tǒng)硬件電路如圖2所示。由于光敏電阻輸出的是電阻信號，因此需要對其進展信號轉(zhuǎn)換，從而

4、轉(zhuǎn)換為電壓信號。而當光照增強時，光敏電阻的阻值變小;當光照減弱時，光敏電阻的阻值變大，因此，應當采樣電阻R0兩端電壓。這樣當光照增強時，采樣電壓變大;當光照減弱時，采樣電壓變小，兩者滿足線性的正比例關(guān)系，方便系統(tǒng)處理，同時符合實際情況3。如圖2，光敏電阻和電阻R0串聯(lián)在5V電壓源上，電阻R0兩端的電壓作為采樣的電壓信號送到PLC的AD0、GND口;觸摸屏與PLC采用RS232總線通信;PLC的PWM、GND口控制5伏LED燈的亮度;光電開關(guān)的黑線為信號線、藍線和棕線為電源線(24V供電)，信號線接到PLC的X0口，用于檢測室內(nèi)是否有人;24V開關(guān)電源電路用于提供24V直流電壓，給觸摸屏和三菱P

5、LC供電。AD0通道采樣的電壓信號，經(jīng)12位A/D轉(zhuǎn)換后，變?yōu)閿?shù)字量存儲在PLC數(shù)據(jù)存放器D8030中。采樣的電壓信號范圍為010V，經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換后對應的數(shù)字量范圍為04095，PLC讀取D8030值就可以對采樣電壓數(shù)據(jù)進展處理。PLC的PWM端口可輸出幅值為5V、頻率為1kHz、占空比可調(diào)的矩形波信號，占空比設置存儲在數(shù)據(jù)存放器D8033中，設定值范圍為010004。例如，設為100時，表示設置的占空比為10%，那么輸出電壓將為05V，同理，設為900時，表示設置的占空比為90%，那么輸出電壓將為45V。3PLC程序和觸摸屏程序設計根據(jù)系統(tǒng)的控制原理，并在硬件電路的根底上，進展了系統(tǒng)軟件設計

6、，包括PLC程序設計和觸摸屏程序設計。31PLC程序設計。所設計的PLC流程圖如圖3所示。如圖3，當外界光照強度大于等于PLC觸摸屏設置的光照強度時，PLC復位M10和D8033，5VLED燈熄滅;當外界光照強度小于PLC觸摸屏設置的光照強度時，PLC置位M10，此時假設室內(nèi)有人，PLC將有人時的燈光亮度值D4送到D8033中，假設此時室內(nèi)無人，PLC將無人時的燈光亮度值D12送到D8033中;D4值和D12值均可改變，從而可以靈敏控制5VLED燈的燈光亮度5。32觸摸屏程序設計。觸摸屏程序畫面設計如圖4所示。由圖4可看出:觸摸屏可以對室內(nèi)節(jié)能燈控制系統(tǒng)的光照強度閾值進展設置，并存儲在數(shù)據(jù)存放

7、器D0中，大于閾值時，LED燈熄滅，小于閾值時，LED燈點亮;也可以對有人時的燈光亮度進展設置，并存儲在數(shù)據(jù)存放器D2中;還可以對無人時的燈光亮度進展設置，并存儲在數(shù)據(jù)存放器D8中6。4實驗在軟硬件設計的根底上，搭建了室內(nèi)節(jié)能燈控制系統(tǒng)的實驗平臺，并分別進展了外界光照強度強時實驗、外界光照強度弱、室內(nèi)有人時實驗和外界光照強度弱、室內(nèi)無人時實驗。41系統(tǒng)實驗總圖系統(tǒng)實驗總圖。如圖5所示。系統(tǒng)包括:光電開關(guān)、PLC工控板板、24V開關(guān)電源、觸摸屏、光敏電阻采樣電路、5VLED燈、5V電源、編程計算機。42外界光照強度強時實驗圖6為外界光照強度強時的實驗結(jié)果，由結(jié)果可看出:當外界光照強度大于PLC觸

8、摸屏設置的光照強度閾值時，5VLED燈不點亮，處于熄滅狀態(tài)。43外界光照強度弱、室內(nèi)有人時實驗。圖7為外界光照強度弱、室內(nèi)有人、燈光亮度設置為90%時的實驗結(jié)果，由結(jié)果可看出:此時，5VLED燈以很亮的亮度點亮。圖8為外界光照強度弱、室內(nèi)有人、燈光亮度設置為20%時的實驗結(jié)果，由結(jié)果可看出:此時，5VLED燈以較暗的亮度點亮。由圖7、圖8的實驗結(jié)果可以看出:當外界光照強度弱、室內(nèi)有人時，使用者可以對5VLED燈的點亮亮度進展靈敏控制，從而提供不同的亮度氣氛。44外界光照強度弱、室內(nèi)無人時實驗。圖9為外界光照強度弱、室內(nèi)無人、燈光亮度設置為80%時的實驗結(jié)果，由結(jié)果可看出:此時，5VLED燈以較亮的亮度點亮。圖10為外界光照強度弱、室內(nèi)無人、燈光亮度設置為10%時的實驗結(jié)果，由結(jié)果可看出:此時，5VLED燈以很暗的亮度點亮。由圖9、圖10的實驗結(jié)果可以看出:當外界光照強度弱、室內(nèi)無人時，使用者同樣可以對5VLED燈的點亮亮度進展靈敏控制。當設置的燈光亮度值較低時，