基于PLC的图书馆节能控制系统毕业论文.doc

基于PLC的图书馆节能控制系统毕业论文目 录第一章 绪论11.1 概述11.2 当前图书馆存在的主要能耗问题11.3 CC-Link现场总线的研究现状11.4 研究的主要内容2第二章 控制系统总体设计42.1 系统设计总体框图42.2 系统的设计52.2.1 智能节能照明子系统52.2.2 智能温度湿度控制子系统52.2.3 配电监控子系统7第三章 系统硬件设计93.1 主要元件的选用93.1.1可编程控制器PLC93.1.2 CC-Link现场总线模块93.1.3 触摸屏113.1.4 变频器113.1.5 功能模块的选择123.1.6 红外线检测开关133.2 各模块原理设计133.2.1 检测模块原理设计133.2.2 信号转换原理设计143.2.3 信号处理模块原理设计153.2.4 负载模块原理设计163.2.5 监控模块原理设计17第四章 系统通信与连接184.1 PLC与PC机及触摸屏之间的通信系统及其触摸屏连接184.1.1 RS422184.1.2 PLC与PC及触摸屏连接184.2 PLC与变频器之间的连接184.2.1 PLC与D/A模块连接184.2.2 D/A模块与变频器连接194.3 PLC与各传感器之间的通信204.3.1 传感器与A/D模块连接204.3.2 A/D模块与PLC连接20第五章 系统软件部分设计215.1 系统编程软件的流程215.2 编辑软件设计介绍225.3 部分程序245.3.1检测模块设计245.3.2监控模块设计275.3.3负载模块设计285.3.4信号处理模块设计295.4 触摸屏界面图设计305.5 系统程序调试分析32结束语33致 谢34参考文献35附录A：总电路图36附录B：实物图片37附录C: 程序38 第一章 绪论1.1 概述随着快速发展所引起的环境与能源问题的加剧，以高效、洁净、低碳排放为标志的低碳经济已成为时代主流，节能减排也成为各国经济发展的重要战略目标。节能是指在必要的时间里或者在必要的场所，使用必要的量。可视化节能理念是从点到面的突破，改变以往仅优化单个用电设备的思维模式，实现整个用电系统的调控，以进行最优化的管理。可视化节能不仅可以对自动化控制的一些设施的执行过程实时监控、而且可以对设施的能耗问题进行分析计算，与系统的入力、出力产能相关数据、执行方法、环境影响、操作行为等系列参数进行综合比较，挖出节约能量空间，提出大概的一个解决方案。可视化节能作为一种新理念正在不断被认可和快速发展中。应用可视化节能技术，可以提高企业管理节能水平和管理者节约意识，建立完善设备运行管理机制，达到持续性最佳节能效果，有效提高资源利用价值。本项目通过构建一个模拟的校园图书馆可视化节能系统，实时监控图书馆内的用电情况，并对电能使用情况进行控制，以便合理调节用电，最终达到设备改善、运用改善和可视化管理的目的。1.2 当前图书馆存在的主要能耗问题 目前，大多数图书馆能耗偏高。主要能耗体现在以下方面：1. 由于管理不便，各区域照明系统从图书馆开门到闭馆大都持续供电；2. 白天室内光照强度达到适当值时，该区域的灯未能自动熄灭；3. 部分人在电子阅览室使用完计算机后未能及时关闭计算机；4. 多数图书馆的中央空调仍为全手动控制，存在开关不及时、调节不恰当的 问题； 5. 无法监测图书馆的实时能耗，并采集数据做能耗分析。1.3 CC-Link现场总线的研究现状CC-link (控制和通信链接系统)。 1996年11月，公司主要由三菱电机，介绍了它的快速增长在亚洲占了一个大的份额。在系统、控制和信息数据在同一时间可以传播在10Mbit /s高速到现场网络、卓越的性能、使用简单、应用广泛、成本节约等。它不仅解决了这个问题的现场中各个设备间复杂的接线问题，而且有非常好的防干噪声音和兼容性。CC-link是主要设备层网络，还涵盖了高水平的控制层和一个低水平的传感层。2005年7月CC-link委员会批准由中国国家标准为中国国家标准指导技术文件。生产现场总线控制也反映了企业集成信息集成需求。 在图1-1 CC-link现场总线为例实施“整合企业控制”网络现场总线的应用程序结构。图1-1 现场总线应用结构网CC-link与卓越的性能、简单应用广泛应用等突出优点节省成本。一般来说，我们的网络系统可以分为三到四个级别：管理、控制器层，组件层，组件层也指设备和传感器。由于CC-link数据容量大,通信速度多级可选，CC-link是一个复杂的、开放的、适应性强的网络系统，能够适应更高的管理网络降低传感器网络层不同的范围。CC-link是一种高可靠性、高性能网络。1.4 研究的主要内容本毕业设计研究和解决的问题主要包括以下几个方面:1）查阅资料，掌握本系统所用各器件的基本知识，简明介绍本过程控制系统的基本结构，掌握本系统的工作原理及应用。2）介绍本过程控制系统的硬件部分，其中包括元器件的介绍、电气原理图等问题。3）对图书馆节能控制的应用进行设计，分析本系统的软件设计部分，从编程软件的介绍到系统流程图和编程设计，使本设计最终调试成功。4）结合以上设计思想，提出基于CC-Link现场总线的图书馆节能系统设计的实现方案。本课题通过对图书馆内的温度、湿度、馆内的亮度进行监控，实现对图书馆内各个楼层里的空调、灯进行控制什么时候关，什么时候开，就能够达到图书馆的节约电量，同时，将各楼层的用电量传给PLC，然后进行控制。3 第二章 控制系统总体设计2.1 系统设计总体框图 系统框图 图2-1 系统框图原理分析：本系统主要由检测模块、信号转换模块、信号处理模块、负载模块、监控模块组成，其中检测模块为温度传感器、红外检测开关，用于检测室内温度和进室人员数。信号转换模块为一个A/D模数转换模块和一个D/A数模转换模块，用于将检测到的温度模拟信号转换成数字信号。信号处理模块为一个三菱FX2N-32MR系列的PLC，用于对信号进行处理，并输出控制负载驱动模块。负载模块为灯、风扇、电机，用于对系统控制对象的温度和光感调节。监控模块为一个三菱触摸屏，用于对系统的温度等状态显示，同时可设置部分控制按钮。整个系统要求能够使当图书馆里面的温度没达到学校要求的空调开启设置温度时，就控制空调不开；如果图书馆里面的亮度够亮的话，那么灯就不开了；检测室内人数，根据人数合理安排照明区域，强制集中座位；触摸屏上能够显示当前的实时温度和人数。2.2 系统的设计2.2.1 智能节能照明子系统本子系统的设计理念为：日照亮度满足需求时，及时熄灯；日照亮度不足时集中照明，提高利用率。学校图书馆一般可分为自习室、阅览室、电子阅览室。对于阅览室，应根据书籍摆放情况设定照明区域和照明亮度，并根据实时人数进行微调；对于自习室，应根据人数确定照明区域大小，强制集中照明；对于电子阅览室，应根据使用人数和计算机摆放情况确定照明区域。本子系统的实现方式如下：采用光控开关检测当前亮度是否适宜，作为开关量给PLC，采用人体红外传感器检测人数，由PLC计数。如果日照亮度不满足照明需求，则根据当前人数确定照明灯开启数量。如图2-2所示。图2-2 智能节能照明系统的系统框图2.2.2 智能温度湿度控制子系统本子系统有两个温度设定置a与b（ab），当当前环境温度达到a且不大于b时，系统将空调开关设置为不可开，并自动启动风扇；当阅览室的环境温度满足制冷或制热条件时，系统根据实时温度与规定温度的差值以及人体适宜温度确定空调设定的温度。另外，对人员集中的地方集中制冷或制热，对人员分散的地方分散制冷或制热。以此达到智能控制和节能的目的。储藏室是储藏学习资料，学生档案等场所，因此为了长久的保存学习资料供更多的学生学习就必须要控制储藏的空气湿度。智能湿控子系统通过湿度传感器来检测空气湿度，与设定值进行比较，当湿度高于设定值时，排风扇开始工作；当室内湿度达到要求时，排风扇停止工作。本子系统的实现方式如下：由变频器、PLC、A/D和D/A转换模块、温度传感器等构成温差闭环自动控制，PLC控制器通过温度传感器采集现场温度数据，将数据经A/D转换器转换后读入PLC控制器内存，PLC的处理器计算出温差值，然后根据温差值来控制变频器的频率，以控制变频电机的转速，调节出水流量，控制热交换速度。并且，我们通过CC-Link通讯的作用，将温度传感器采集到的现场温度数据在触摸屏上显示出来。当现场温度数据达到我们设定的数据a且不大于b时，我们设定的是风扇开始进行工作，而相当于空调的电机不能转动，但是当温度数据大于b时，我们就进行节能控制，将风扇关闭，开启空调，并根据温度的改变控制电机的转速。对于储藏室空气湿度的控制，本子系统采用湿度传感器来检测空气湿度，信号经A/D转换器转换后给PLC控制器内存进行读取，由PLC处理进行比较。当现场的空气湿度高于我们程序中的设定值时，排风扇开始工作，对储藏室里的空气湿度进行改善；当低于设定值时，排风扇延时停止工作。该子系统的框图如图2-3所示。图 2-3 智能温度湿度控制框图2.2.3 配电监控子系统在图书馆进行学习的时候，我们经常能够看到很多的负载设备资源在浪费，这时如果能通过一种画面显示看出哪些地方的资源在浪费，从而去减少能源浪费，必要时进行人工的强制停止。因此本子系统旨在对图书馆各个地方的用电情况进行实时监控，采集各时段各区域的用电情况，以便管理员进行系统分析和比较，并做出适当调整，以求最大限度的降低能耗，保证每个地方的资源都做到不浪费，从而实现真正的节能控制。本系统应用了电流互感器、单相交流电流变送器以及A/D转换器检测电流，对图书馆的配电系统进行实时监控，并通过触摸屏上显示出能耗数据。我们通过在总配电柜进线端装电流互感器以及在图书馆每一层的进线端装电流互感器来采集每一层的数据，并将所得数据送至PLC进行处理，若出现非正常能耗，则报警，必要时强制减少负载。 此系统框图如图2-4所示。图2-4 配电监控系统框图17 第三章 系统硬件设计3.1 主要元件的选用3.1.1可编程控制器PLC1） PLC的选型三菱FX系列PLC具有处理速度快及大量可扩展特殊功能模块可以满足单个需要，使用性和控制能力强，可拓展到256点。由于FX2N可用于最小的封装，提供多达32个I/O接口，并且能通过串行通信传输数据，因此它能用于紧凑性PLC不能应用的地方。FX2N系列PLC单元可以配备有7条特殊的定位指令，包括绝对位置读出、绝对或相对地址表达方式、零返回以及特殊脉冲输出控制。本系统采用的PLC型号为FX2N-32MR-001，因其具有超高速的运算（0.08as/step），FX2N系列的小型化，高速度，高性能和所有方便都是相当于FX系列中或高档次的超小型程序装置；可做8台主机连线。2） I/O输入/输出分配表表1 PLC输入/输出分配 3.1.2 CC-Link现场总线模块1)CC-Link的选型CCLink网络由1个主站和64个子站组成，通过屏蔽双绞线进行连接。在可视化节能系统中，CCLink总线可将控制信号和信息数据都以10Mbit/s的速度传送到现场网络，是一个以设备层为主的网络，可以覆盖较低层次的传感器和较高层次的控制层。CCLink是通过使用专用的电缆将远程I/O模块、变频器、人机界面、电流互感器等连接起来，并通过PLC的CPU来控制这些相应的设备。通过使用远程I/O模块，实现了简单的高速通讯。 图3-1 FANC-SB 0.5mm2*3电缆的横截面主从站的连接电路如图3-2所示：图3-2 主从站的连接电路本节能系统中CCLink主站模块FX2N-16CCL-M是特殊扩展模块，占8个输入/输出点，它将FX系列的PLC分配作为CCLink系统中的主站。远程的I/O站和设备站可以与主站连接。通过使用CCLink接口模块FX2N-32CCL，两个或两个以上的PLC可以与各设备进行连接，形成一个简单图书馆可视化的控制系统。3.1.3 触摸屏人机界面（Human Machine Interface HMI）产品，大家都将之称为“触摸屏”，触摸屏的应用实现了人机交流，使得管理者可以实时查看当前运行情况，并适当的做出调整。人性化的设计使得管理更加便捷合理。本系统采用三菱GOT1000。GOT1000采用的是64位处理器，分辨率为320*240像素，内置USB接口，耐压值为AC500V，寿命长且抗干扰能力强。电源电压为DC24V，因此只要接通电源，并且在软件中设置触摸屏对话框，就可以实现图书管理员对整个可视化节能系统的监控和调配。3.1.4 变频器1） 变频器的选型变频器是把工频电源(50Hz或60Hz)变换成各种频率的交流电源，以实现电机的变速运行的设备，其中整流电路将交流电变换成直流电，逆变电路将直流电再逆成交流电，控制电路完成对主电路的控制，直流中间电路对整流电路的输出进行平滑滤波。本系统变频器选用施耐德ATV31系列，ATV31 施耐德变频器用于功率范围为 0.18 至 15 kW的200600 V三相异步电机。ATV312 施耐德变频器具有功能强劲、结构紧凑和易于安装的特点。其集成的多种功能使其特别适合于简单工业机械应用。2） 变频器的设置按下变频器开关电源，变频器显示屏点亮，如下所示进行设置参数： （1）drc-菜单中PCS参数为“INI”复位变频器 （2）I-O-菜单中TCC参数为“2C”控制方式为两线 （3）I-O-菜单中RRS参数为“LI1”LI1为正向启动 （4）FUN菜单中PSS下PS2参数为LI3 （5）FUN菜单中PSS下PS4参数为LI4 （6）FUN菜单中PSS下PS8参数为LI5 （7）SET-菜单中SP1参数为“50”电机速度为50Hz （8）DRC菜单中UFT参数为“P”电压/频率额定值类型为可变转矩 （9）FLT菜单中OPL参数为“NO”不检测电机缺相 （10）SUP参数为“rFr”显示为电动机频率在这里我们变频器接的是220V电源，输出的是380V电压连接变频电机。通过控制量的变化，改变电机的转速。这里PLC控制器通过温度传感器采集现场温度数据，将数据经A/D转换器转换后读入PLC控制器内存，PLC的处理器计算出温差值，再将这个温差值经过D/A转换器转化为模拟量，将D/A转换器的I+接通变频器的AI1端，变频器的VI-接通同一排的COM端，表示相接连的意思。根据温差值来控制变频器的频率，根据以上的设置LI1为正向启动，所以我们要用PLC去控制电机，我们将PLC的输出端Y0接变频器L1端，PLC的COM端接+24V.通过变频器控制图书馆阅览室里的空调电机，实现变频调速，以节约用电降低能耗。3.1.5 功能模块的选择1）A/D或D/A模块选择A/D转换器是通过一定的电路将模拟量转变成数字量的元件。其模拟量可以是位移、声音、压力、湿度、温度等非电信号。D/A转换器则是通过一定的电路将数字量转变成模拟量的元件。其数字量可以是经过PLC内存处理过的温差值，也可以是A/D转换器转换过的数字量。这种功能模块有4个输入通，分别为通道1（CH1）、通道2（CH2）、通道3（CH3）、通道4（CH4）。但在 图3-7 功能模块 A/D转换前，输入到A/D转换器的输入信号必须是经过各种传感器把各种物理量转换成的电压或电流信号。因为在我们学校实验室现有的设备是FX2N-4A/D系列的，所以我们选择FX2N-4A/D型号的模块。2） A/D转换器的应用：FX2N-4A/D型号的模块最大的分辨率是12位。可选用的电压模拟值范围是-10V到10VDC（分辨率：5mV），或者是输入的电流模拟值4到20mA或20mA到+20mA，分辨率为20微安。在这里我们选择了通道1（CH1）、通道3（CH3）、通道4（CH4）来进行连线，通道1我们连接的是交流变送器，将交流变送器接收到的被测的交流电流转变成直流电流给A/D转换器。这里交流变送器连接通道1 的I+端口。而这里的通道3和通道4连接的是温度传感器和湿度传感器，在这里我们的传感器所得到的物理量都是电压信号，所以在这里我们的传感器的信号线接的是A/D转换器V+端口，转换成电压信号，因此我们应用了A/D转换器将对图书馆自习室里的温度的转换，从而实现了节能控制。本系统通过各类传感器采集系统所需信号，再通过A/D转换器转换为数字量给PLC处理，PLC处理分析所获得的信号，其中在智能温控子系统中，PLC处理后的数据通过D/A转换器给变频器，这里D/A转换器的作用是将PLC计算出来得温差值这个数字量转化成电流信号的模拟量，以便变频器能够识别并且拖动变频电机进行转动。因此就实现了图书馆一个数据采集、数据转换、数据处理的过程。3.1.6 红外线检测开关Arduino红外开关是一种集成发射和接收为一体的反射式光电传感器，该传感器具有探测距离远，可调节测量范围、不用外加调制信号、受可见光干扰小、价格便宜易于装配、使用方便等特点，广泛用于机器人避障、工艺流水线等场合。它的测量范围在3-80CM，这个红外检测开关总共有三条线，分别为三个颜色。红色线为 电源线接通4.5-5V的电源高电平。绿色线或者是黑色线是地线，接电源低电平。黄色线为信号线，检测开关检测到信号给PLC进行处理，接着驱动负载模块动作。本节能系统是利用红外线检测开关检测图书馆阅览室进入的人数，进而把这个数据给PLC进行处理，从而来决定需要照明的区域。3.2 各模块原理设计3.2.1 检测模块原理设计 图3-3 检测模块 检测模块由此可以想到我们是要用一种检测元件进行检测的，在本次的设计中我们用到了很多的检测元件。我们经常可以看到图书馆有很多地方没有人可是灯泡还是开着，因此我们想要实现图书馆内的各种环境参数如温度、光照、人数等进行检测，实现对不同区域的空调、照明灯具等用电设备进行分时、分区的自动控制，以达到节能最大化。我们选择了温度传感器对图书馆阅览室里的温度进行检测，超过我们程序中设定的值，我们就会采取节能控制。并且在图书馆自习室中我们应用了红外检测开关检测人数的进入和退出，从而进行区域式灯泡控制。并且我们还采取了光控检测开关，如果能够检测到图书馆室内的光感强度，则自习室内的灯泡是绝对的不允许工作的。直到光控检测开关无法检测到光感强度，证明现在的时间已经需要灯光的照明，则允许灯泡工作。这是我们实现节能控制的现象。在图书馆储藏室是储藏学习资料，学生档案等场所，因此为了长久的保存学习资料供更多的学生学习就必须要控制储藏的空气湿度。我们应用了温度传感器检测空气湿度。为了能够更好的实现图书馆的节能控制，我们在这里应用了电流互感器和单相交流变送器进行检测。我们设计的理念是整个图书馆耗能非常严重的话，线路上电流的通过量将是非常大，我们这里运用了电流互感器变换的作用，如变比为400/5的电流互感器，可以把实际为400A的电流转变为5A的电流。将图书馆整体的电流量经过电流互感器进行变换，将变换的值给交流变送器，实现整个图书馆节能控制，如果超过了非正常的耗能，则就报警。这里我们也运用了CC-Link主从站传输的作用，将与主站相连的PLC接收到的数据传输到与从站相接的控制器PLC里，从而进行了对负载的控制。这是两个控制器PLC之间的通讯采用的方式。3.2.2 信号转换原理设计图3-4 信号转换模块 信号转换模块的应用是由于我们采取的检测模块检测到的信号类型无法给我们的处理模块进行信号处理和比较，从而我们要进行信号的转换。我们选择了A/D转换器和D/A转换器。A/D转换器和D/A转换器都能转换电压或者电流。输入到A/D转换器的输入信号必须是经过各种传感器把各种物理量转换成的电压或电流信号，检测模块温度传感器和湿度传感器检测到都是电压信号，所以我们连接的都是电压端口。交流变送器送入A/D转换器的是电流信号，所以我们连接电流端口。采取D/A转换器是我们选取的变频器处理的信号是模拟量，所以这里我们用D/A转换器装换我们需要的信号，从而进行数据的比较，并作出合理的处理。这是实现我们图书馆节能控制的主要部分。3.2.3 信号处理模块原理设计图3-5 信号处理模块信号处理模块这里我们选取的是三菱FX2N-32MR系列的PLC，三菱PLC采用了典型的计算机结构，主要由微处理器，存储器、输入/输出模块、外设I/O接口、通信接口及电源等组成。它就相当于是一个小型的计算机。温度传感器检测到图书馆阅览室里的温度数据，通过A/D转换器的转换送入到PLC中进行处理。我们通过程序的设定PLC将对这个温度数据进行比较，PLC的处理器计算出温差值，然后根据温差值来控制变频器的频率，以控制变频电机的转速，调节出水流量，控制热交换速度。3.2.4 负载模块原理设计图3-6 负载模块 我们对电路中的负载模块采用的是灯泡、风扇、排风扇、蜂鸣器、电机等，检测模块将检测到的数据经过信号转换模块进行转换，通过转换模块和处理模块的连接，讲处理过后的数据给PLC控制器进行比较和计算，通过得到的数据差，从而对负载模块进行控制，通过负载的现象体现出节能的真实结果，实现了对系统控制对象的温度和光感调节。通过光控检测开关和红外检测开关检测到的数据，去控制灯泡的开启数量，根据人数合理安排照明区域，强制集中座位，实现节能的特殊意义。通过触摸屏的控制实现窗帘的开启和关闭。温度传感器检测到的数据经转换后送给PLC控制器进行处理，根据程序的设定当现实图书馆阅览室的温度处于我们设定的值之间时，我们风扇开始运作，而空调电机是不允许运作的。当我们加强温度传感器接收到的温度数据，并且超过我们设定的值时，比如在很热的大夏天，则风扇停止运作，空调电机进行工作。这时就是实现了图书馆节能的最佳体现。蜂鸣器在这里起到的作用是进行报警。我们采取了电流互感器、单相交流电流变送器以及A/D转换器检测电流，对图书馆的配电系统进行实时监控，通过在总配电柜进线端装电流互感器以及在图书馆每一层的进线端装电流互感器来采集每一层的数据，并将所得数据送至PLC进行处理，若是超过程序中设定的基础值，就代表出现了非正常能耗，则我们采取蜂鸣器报警，必要是我们要手动的去关闭一些不需要的耗能器件。3.2.5 监控模块原理设计图3-7 监控模块 在本次设计中也要体现图书馆可视化，我们选取了触摸屏来进行图书馆能耗的监控，对图书馆各个地方的用电情况进行实时监控，采集各时段各区域的用电情况，以便管理员进行系统分析和比较，并做出适当调整，以求最大限度的降低能耗，保证每个地方的资源都做到不浪费，从而实现真正的节能控制。我们通过触摸屏与控制器PLC的连接，在触摸屏的屏幕上显示出进出图书馆阅览室的人数，和自习室当前的温度，实现可监测。我么也可以在触摸屏上设置一些控制按钮，当图书馆的能耗达到最大时且能耗报警器进行了报警，这是我们就可以手动去关闭负载元件。 第四章 系统通信与连接4.1 PLC与PC及触摸屏之间的通信系统及其触摸屏连接4.1.1 RS422 如图4-1所示是9针的RS-4222串口排序图： 图4-1 RS-422串口排序图4.1.2 PLC与PC及触摸屏连接对于PC与PLC之间的连接，只需将RS-422串口电缆接口与触摸屏相连，另一端接到PLC上，再通过GX-developer编程软件将所编写好的程序下载到PLC中，即完成了PC与PLC的连接与通信。而对于PC与触摸屏的之间的连接，只需将触摸屏自带的传输线连接PC即可，再通过GT-designer软件将所画出的运行选择画面与动态显示画面下载到触摸屏中即可。PLC与PC及触摸屏的实际接线，如图4-2所示。图4-2 PLC与PC及触摸屏的连接4.2 PLC与变频器之间的连接4.2.1 PLC与D/A模块连接首先通过PLC的输出24V电源给D/A模块供电（即将D/A模块上的“+24V”电源端与PLC输出+24V相连，然后将D/A模块上的“-24V”端与PLC上的“COM”端相连，就可以完成PLC与D/A模块的接线。扩展单元中附带55mm的扩展电缆，连接扩展电缆时，将电缆向里折，然后插入对方一侧接口的盖板内。PLC与D/A模块的实际接线，如图4-3所示。图4-3 PLC与D/A模块的连接4.2.2 D/A模块与变频器连接只要将D/A模块的“VI-”端与变频器的模拟电压输入端（“2”端）相连，D/A的“V+”端与变频器的 “5”端相连。由此，变频器模拟输入端即可接收到经D/A转换后的模拟量。“2”端接口：D/A模块输出的模拟电压信号要输入到电压端，当输入10V时成最大输出频率，输出频率与输入成正比。“5”端接口：设定公共信号的公共端子。D/A模块与变频器的实际接线，如图4-4所示。图4-4 D/A模块与变频器的连接4.3 PLC与各传感器之间的通信4.3.1 传感器与A/D模块连接传感器与A/D模块的接线，首先将四组输入通道（CH1、CH2、CH3、CH4）中的“I+”端分别连接各个传感器的一端，并将每个通道中的“I+”端与“V+”端相连，而传感器的另一端则连接A/D模块的“24+”端，最后将每个通道的“VI-”端与“24+”端相连。外部输入是电流输入量，则需把V+和I+相连接，由于传感器为两线制电流输出接法，传感器的电流信号端接A/D模块的信号端。4.3.2 A/D模块与PLC连接A/D模块与PLC的连线，首先通过PLC的输出+24电源给A/D模块供电，即将A/D模块上的“+24V”电源端与PLC输出+24V相连，然后将A/D模块上的“-24V”端与PLC上的“COM”端相连，就可以完成PLC与A/D模块的接线。扩展单元中附带55mm的扩展电缆，连接扩展电缆时，将电缆向里折，然后插入对方一侧接口的盖板内。A/D模块与PLC的实际接线，如图4-5所示。图4-5 A/D模块与PLC的接接20 第五章 系统软件部分设计5.1 系统编程软件的流程图5-1 软件流程图5.2 编辑软件设计介绍该软件的部分功能及使用方法：1）双击打开软件进入GX Develop主界面上，运行菜单栏上的工程创建新的工程，或者是单击工具栏上的图形。会出现新建工程的提示画面，本系统采用了了FX系列，故选择FX2N类型。图5-2 新建工程界面2）该系统通信时，设置计算机与编程软件的端口相同，运行在线传输设置，设置端口。编程软件端口设置如下图所示。图5-3 传输设置界面双击端口设置，可得出如下图所示：图5-4 端口传输设置界面3）完成上述步骤后，点击图标“”将梯形图换一下，然后运行在线PLC输入，将PLC输入，如图5所示。 图5-5 PLC写入4）完成后会自动出现对话框，在其内选取所需写入的程序和参考数据，运行完成后，就可以将程序下载到PLC中。并且在文件选择的同一排后面点击程序键，输入PLC步范围，输入你写入的程序减少一步数字。接着鼠标点击执行键。5）在程序下载到了PLC设备中之后我们就可以对所有我们自己编写的程序进行监控，来查看计数器的计数，定时器定时能否正确。按下shift+f3，在出现的对话框中将第二个勾子去掉。这样就可监控到设备的运行情况了，包括所有元器件的状态或数值。5.3 部分程序5.3.1检测模块设计检该程序主要是利用不同的传感器采集信息模拟量，可以是温度、光、湿度、声音等非电信号。交由信号转换模块进行转换，实现图书馆节能功能。图5-6 人数检测如图5-6所示，这里是利用红外线检测开关检测进入图书馆阅览室的人数来控制照明灯照明的范围，这里起到了图书馆节能的作用。程序中设定的是在允许开启灯泡的情况下，进入阅览室的人数越多，照明灯开启的数量也就更多，比如进去一个就开启一盏灯，进入到第11个人时就开启第二盏灯，到进入的人数达到20个以上时我们呢就开启第三盏灯。这里我们设置了三个数据，连着接控制三盏灯。并且当阅览室的人数减少时，照明灯开启的数量也会随之减少。图5-7温度检测 如图5-7所示，此程序为温度检测控制，在程序中我们用D0来定义图书馆阅览室当前的温度，在程序中我们设定了温度的数值，通过控制器PLC来进行比较，当我们的当前温度在500-600之间时，我们采取的措施是风扇开始转动，并且在温度上升达到600度以上时我们的风扇延时停止，空调电机开始运作。在此我们还运用了CC-Link通讯模块的通讯模块，方便主站连接的控制器PLC读取从站连接的控制器PLC中的数据。从而进行数据之间的比较，方便的控制负载模块的动作。并且为了能够更好的实现图书馆节能控制，我们还在触摸屏上设置了强行停止按钮，以便手动停止器件工作，减低能耗。 图5-8 湿度检测 如5-8所示，这里是利用了湿度传感器对空气湿度进行测试并且通过负载模块进行改善。在程序中我们设定的是湿度传感器检测到的图书馆储藏室的湿度达到了450-470之间，代表湿度已经达到了标准，设置中排风扇开始工作。直到储藏室的湿度低于我们所设定的值时，排风扇就停止工作。5.3.2监控模块设计图5-9监控模块如图5-9所示，这是我们监控模块的程序，我们通过触摸屏编辑软件，设置与在程序中想符合的显示名称。在触摸屏中显示出进出图书馆阅览室的人数，当前自习室中的温度情况和储藏室里的湿度情况，并且看到整个图书馆当前的能耗使用额度。这样图书馆就实现了可视化的节能，并且避免了资源的浪费。5.3.3负载模块设计图5-10 负载模块 如图5-10所示，这是程序中的负载模块。负载模块就是灯、风扇、排风扇、电机等，经过控制器PLC对输入信号进行处理，从而对负载模块进行控制，通过负载的现象体现出节能的真实结果，实现了对图书馆的灯、风扇、空调的节能。5.3.4信号处理模块设计图5-11 信号处理模块如图5-11所示，这是我们程序中很重要的一部分信号的处理模块。在我们的实物接线中，我们采用了两个控制器PLC进行信号的处理，为了这两个PLC之间能够进行通讯，我们采用了CC-Link的主从站与控制器PLC相连，从而开始了两个PLC之间的通讯，在程序中我们运用了CC-Link的通讯连接。在程序中我们主站的PLC接收到温度传感器检测到的数据，并且这个数据经过A/D转换器转换过后送到PLC进行处理，这时PLC处理出来的温差值与程序中设定的进行比较，当温度在我们设定的范围内，而我们要驱动的负载模块是由从站连接的PLC实现控制的，我们通过CC-Link的通讯，将两个PLC进行通讯，这是我们的主站PLC将数据传输到从站的PLC中，并且根据现在的实际情况来控制风扇的转动，而这时我们设置的空调电机是不能够开启的。但是当温度大于我们设定的值时，这时风扇延时停止，我们主站的PLC控制空调电机的开启，通过变频器实现空调电机的转动。5.4 触摸屏界面图设计系统采用GT Designer2作为组态软件，该软件具有储藏室控制、阅览室控制等许多功效。该系统在其基本上进行了许多的画面上的编写。考虑到系统的要求，共组态了2组画面，主要包括储藏室控制、阅览室控制等。触摸屏界面图如下所示： 首页与控制界面如图下图所示：图5-12 首页图图5-13 控制界面图5-14 控制界面5.5 系统程序调试分析 结果表明：在智能节能照明子系统中，PLC能准确的根据照度传感器和红外传感器传送的信号，有效的控制了照明灯开启的数量。即当光照能够满足人学习时，则设置灯具不可开启；当光照不能满足需求时，再根据红外传感器检测的人数数量来决定开启灯具的数量，以强制学生集中学习，从而在照明方面达到节能效果。在智能温度湿度控制子系统中，利用温度传感器检测到的信号来控制空调的工作状态，即环境温度低于设定值时，则空调不能开启；当环境温度高于设定值时，空调能自动开启进行工作。本子系统以同样的原理，对储藏室中的排风扇进行了控制，以便节能。在电子阅览室管理子系统中，根据红外传感器检测的人数数量，决定工作区域。根据实验表明，当人数低于10人时，则区域1工作；当人数大于10小于20人时，则区域2工作；当大于20人时，区域3工作，以便学生学习。在配电监控子系统中，利用在总配电柜进线端装电流互感器以及在图书馆每一层的进线端装电流互感器来采集每一层的数据，并将所得数据送至PLC进行处理，实现了对各区域用电情况的监控与分析，并能做出适当的调整。本图书管可视化节能系统成功实现了电能的实时监控，并实现了智能节能照明、智能温控湿控等。模拟系统尚有许多不足之处有待改进。46 结束语通过几个月的图书馆、上网等认真查阅、分析资料，认真设计、调试与总结，完成了本论文的设计任务与研究工作。通过本次毕业论文设计，使我的专业知识得到了总结与提高，同时使我对编程、自动化控制、CCLINK通讯及绘图等的应用有了更深的理解与体会，获益匪浅。通过此次对图书馆可视化节能控制系统的研究，我们对可视化节能有了更为全面的认识。可视化节能将设施完善和运用完善非常好的结合在一起，根据可视管理更好的把握能量消耗的去向，做到了最完善化。在其管理上，能够很好的找出之前被遗忘掉的能源丢失，与节能分析系统找出的许多设备上的能耗问题更好的结合在一起，对症下药，实现运用完善和设施完善的可持久行。最近各地方机关对可视化节约能量大大的重视，一直在从各个方面不断加大宣传实施力度，使得可视化节能技术在各省市纷纷得到推广，同时也取得了一定的成就。在图书管可视化节能系统中通过运用可视化节能技术，实施图书馆用电的实时检测与智能控制，实现在必要的场所，在必要的时间使用必要的电量，使能耗的监控与自动化控制的数据通过校园网，在多个校区之间共享。由此可见，可视化节能技术在高校以及工厂具有很大的发展前景。致 谢我是一名应届毕业生，在毕业