基于PLC 的厂房灯光节能控制系统设计

1、 创新设计论文题目:基于PLC 的厂房灯光节能控制系统设计专业班级:学生姓名:学号:指导教师:基于PLC 的厂房灯光节能控制系统设计摘要: 现代化的厂房灯光系统在智能性、节约能源等方面的要求越来越高。本文介绍了一种基于PLC 的厂房灯光控制系统设计方案。系统选用西门子公司的S7300 系列可编程控制器并扩展I /O 模块,并配置照度模块和红外检测模块,设计了基于模糊专家规则照明节能控制算法。该系统采用模块化结构设计,控制系统结构简单,外部线路简化,便于改进和扩充,可以满足工业仓库智能照明控制的要求,以达到节能目的。关键词: PLC;厂房灯光控制系统;智能; 节能;节能随着工业社会的不断发展和科

2、技水平的日益提高,工业厂房对于照明的要求已经不再满足于简单的开关控制,现代化的照明系统在智能性、节约能源等方面的要求越来越高众多研究设计人员开展了工业厂房智能照明的应用研究本文针对某工厂仓库合理照明、节能的控制要求,设计了一种基于PLC 的工业仓库智能照明控制系统。I.系统总体设计本设计采用PLC 控制仓库的照明,从节约电能的角度出发,考虑到仓库面积大,且仓库设置有大面积窗户的特点,提出以下照明控制系统节能设计方案(如图1所示:控制系统采用PLC 作为控制器,完成调节光照强度功能。将仓库分为8个区域分别进行照度检测,照度计作为检测装置来检测仓库的光照强度,光照强度通过两个传感器的数据采数字量输

3、入通道传输并存储在数据块中。集转换成4 20 mA 电流信号,通过模拟量输入通道传输给PLC,通过数据转换指令将模拟量转换成浮点型并存储在数据块中;被动式红外探测器检测每个仓库区域的人员活动情况,红外探测信号通过。数字量输入通道传输并存储在数据模块中。 厂房灯光节能控制系统的工作原理是:系统设置手动、自动两种控制模式,在自动模式下,将照明按时间分为日间照明时段和夜间照明时段,仓库分每个区域分别定时进行照度检测。将每个区域的灯分为8 组,每组在照明区域内均匀分布,整个仓库8 个区共64 组。在日间照明时段当仓库某个区域因为多云阴天或雨雪天气等原因造成照度达不到设定的要求时按照基于模糊控制的智能照

4、明控制算法调节照明灯组数。当仓库无人时(如,用餐时间所有的灯都自动关闭;在手动模式下,所有区域的按照18个照明等级同时开关II.PLC机型的选择及I/O口分配系统采用西门子S7 - 300 系列PLC,根据工业库的照明控制要求,其CPU 选用313C - 2 DP7。为了满足系统I /O 点要求,需对其进行扩展,选用2块SM331 模拟量输入模块共16 路模拟量输入,接收每个区域配置2 个照度检测变送器的照度信号。选用5 块SM323,提供16 路开关量输入和64点开关量输出。 PLC 系统配置TP177B 触摸屏通过ProfiBus 总线与PLC 相连。III.外围功能电路的设计1.灯组控制

5、由于LED 节能灯节能效果明显,而且LED 灯比传统照明灯具碘钨灯寿命长,因此选用LED 灯作为照明灯具。照明强度调节是将每个区域的灯分为4 组实现,每组根据需要配置若干LED 灯,因此每个配置的PLC 的输出I /O 控制一个G3R/G3RD型固态继电器控制LED 灯组,如图2 所示: 2.照度计的选用本设计选用ALPD004101 光照度变送器,其测量范围: 0 20000 LX,可根据实际需要将每个区域的照度计有效值信号值设置为0 LX 1 000 LX;准确度: ± 1% ;输出形式选用4 20 mA 电流输出8。3.被动式红外探测器的选用本设计选用6180 系列被动红外探测

6、器检测仓库区域内是否有人员活动。其探测距离: 直径13。 7 m;输出形式为C 型继电器9。IV.照明模糊控制算法及控制程序设计1.照明模糊控制算法在日间照明时段当仓库某个区域因为多云阴天或雨雪天气等原因造成照度达不到设定的要求时,设定采样周期为5 min,定时采集各区域照度数据,按照基于模糊控制的智能照明控制算法调节照明灯组数。模糊控制器是选择模糊化后的本次照度偏差e 和上一次照度偏差e'作为输入变量,把照明灯组数变化量u 作为输出。其中e 和e' 的模糊化算法为(1其中e,e'a,b为照度偏差的取值范围,y - n,n,n = 8,其语言变量取值为 NL,NS,NM

7、,Z,PS,PM,PB ,其隶属度曲线如图3,制定模糊专家规则如表1 所示。智能调节算法原理是: 根据采集到的照度数据,从模糊控制规则表中映射出对应的输出,采用极大极小推理法得到控制量的输出模糊集,将推理规则得出的模糊规则取并运算,然后采用重心法解模糊,得到照明灯组数变化量u 的精确量,u 的取值范围- 8,8,若当前照明灯组数为则最终照明灯组数是u + u,其取值范围是0,8。创新课程设计 表：亮度调节模糊规则表 2.控制程序设计 系统程序设计包括 PLC 程序和触摸屏程序两部分， PLC 程序采用 STEP7 软件设计，主要完成每个区域照明控制，某一区域照明控制程 序流程图如图 3 所示。

8、 其中节能控制算法的实现是在考虑到照度检 测各种情况，预先根据模糊规则计算出控制量，并形成模糊控制查询 表，便于 PLC 程序实现。 创新课程设计 触摸屏程序采用 WinCC flexible 2005 设计10，触摸屏程序对 照明系统的工作状态进行监控，设定、修改照明系统的开启及关闭时 间( 如用餐时间 ，手动与自动状态切换以及采样周期的修改。触摸 屏与 PLC 之间通过 ProfiBus 通信电缆连接，可实现信息交换。 V.结论 实际的照明控制系统需要按照节能的原则， 在保证照度的情况下根据 天气变化及时调节照明，实现厂房灯光系统的节能控制。 由于本文 所设计的基于 PLC 的厂房灯光控制系统具有灵活的控制方式，适用 于现在很多