基于三菱PLC室内智能照明设计含5张CAD图
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基于三菱PLC室内智能照明设计含5张CAD图,基于,三菱,PLC,室内,智能,照明设计,CAD
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基于三菱PLC室内智能照明设计摘 要随着科技的快速发展，人们对能源的需求越来越大，有限的能源储存与不断增长的能源需求之间的矛盾越来越严重，因此，节能显得更加重要。三菱电机提出的可视化节能理念作为一个新理念正逐渐被推广。本文以图书馆为例，从图书馆存在的主要能耗问题，如照明、空调、计算机用电入手，系统性介绍了图书馆可视化节能系统。该系统在整体上分为数字采样层、数字传送层和实时监控层。数字采样层由远程输入输出模块、远程硬件设备站、能量检测模块、特别功能模块以及在各电源设备终端的测量模块等组成，负责收集系统所需的环境参考数据以及各个楼层间供电主回路的运行参考数据；数字传送层由采用CC-Link现场总线技术的网络通信模块和主站可编程逻辑控制器三菱PLC组成，进行主站控制命令的输出和运行，实现数据输入输出以及对底层设备的控制。关键词：远程I/O模块；PLC;CC-Link现场总线Interior Intelligent Lighting Design based on Mitsubishi PLCABSTRACTWith the development of modern technology, human demand for energy is more and more big, the contradiction between energy storage is limited and the growing energy demand is more and more serious, therefore, energy conservation is becoming increasingly important. As a visual idea of energy conservation putting forward by Mitsubishi motor is a new concept which has been spread.Taking the library as the example, the main energy consumption from the library existence, such as lighting, air conditioning, computer electric starting system, this article systematically introduces the library visualization energy-saving system. The system consists of data acquisition layer, data transmission layer and monitoring layer. Data acquisition layer is made up by the remote I/O module, remote device station, energy monitoring module,special function module and distribution in each terminal electrical equipment detection module,it is responsible for environmental parameter acquisition system required and operating parameter of floor power supply main loop; data transmission layer is made up by the network communication module and main station using CC-Link field bus technology programmable logic controller PLC, it implement the master to send control commands, data trans mission and control of the underlying equipment.Key words: Remote I/O module; PLC; CC-Link bus2目 录 摘 要1Abstract21. 绪论11.1 概述11.1.1 智能照明控制系统的优越性11.1.2 实现多种的照明效果21.1.3 提高管理水平21.1.4 较好的投资收益效果21.2 PLC的国内外状况21.3 PLC未来展望31.4 PLC的分类及特点41.4.1 PLC的分类41.4.2 PLC的特点51.5 PLC的应用领域61.5.1 开关量的逻辑控制61.5.2 模拟量控制61.5.3 运动控制71.5.4 过程控制71.5.5 数据处理71.5.6 通信及联网71.6 PLC的结构与工作原理81.6.1 PLC的结构81.6.2 PLC的工作原理91.7 PLC梯形图概述91.8 当前图书馆存在的主要能耗问题111.9 CC-Link现场总线的研究现状111.10 研究的主要内容122. 控制系统总体设计142.1 系统设计总体框图142.2 系统的设计152.2.1 智能节能照明子系统152.2.2 智能温度湿度控制子系统162.2.3 配电监控子系统173. 系统硬件设计193.1 主要元件的选用193.1.1可编程控制器PLC193.1.2 CC-Link现场总线模块203.1.3 触摸屏213.1.4 变频器213.1.5 功能模块的选择223.1.6 红外线检测开关233.2 各模块原理设计243.2.1 检测模块原理设计243.2.2 信号转换原理设计253.2.3 信号处理模块原理设计263.2.4 负载模块原理设计273.2.5 监控模块原理设计284. 系统通信与连接294.1 PLC与PC及触摸屏之间的通信系统及其触摸屏连接294.1.1 RS422294.1.2 PLC与PC及触摸屏连接294.2 PLC与变频器之间的连接304.2.1 PLC与D/A模块连接304.2.2 D/A模块与变频器连接304.3 PLC与各传感器之间的通信314.3.1 传感器与A/D模块连接314.3.2 A/D模块与PLC连接315. 系统软件部分设计325.1 系统编程软件的流程325.2 编辑软件设计介绍335.3.1检测模块设计345.3.3负载模块设计385.3.4信号处理模块设计395.4 触摸屏界面图设计415.5 系统程序调试分析43结束语44参考文献45附录A：总电路图47附录B:程序48致 谢58 1. 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。1.1.1 智能照明控制系统的优越性达到良好的节能效果，延长灯具寿命。节能是照明控制系统的最大优势。传统的楼字公共区域照明工作模式，只能是白天关灯，晚上开灯。而采用了智能照明控制系统后，我们可以根据不同场合、不同的人流量，进行时间段、工作模式的细分，把不必要的照明关掉在需要时自动开启。同时，系统还能充分利用自然光，自动调节室内照度。控制系统实现了不同工作场合的多种照明工作模式，在保证必要照明的同时。有效减少了灯具的工作时间，节省了不必要的能源开支，也延长了灯具的寿命。良好的工作环境是提高工作效率的个必要条件。合理地选用光源、灯具及性能优越的照明控制系统，都能提高照明质量。智能照明控制系统具有开关和调光两种控制方法，可以有效地控制各种照明场所的平均照度值，从而提高照度均匀性。同时，系统能根据不同的时间段和人们的不同需要，自动调节照度。1.1.2 实现多种的照明效果多种照明控制方式，可以使同一建筑物具备多种艺术效果，为建筑增色不少。现代建筑物中，照明不单纯地为满足人们视觉匕的明暗效果，更应具备多种的控制方案，使建筑物更加生动，艺术性更强，给人丰富的视觉效果和美感。建筑物中，室外景观照明、泛光照明可以预设为春夏秋冬四季变化，周末节假日场景，大型庆典场景；会客厅、会议室等可以预设会议、投影、会问休息等不同场景。在传统的人工控制方式下，难以实现如此多种多样的照明效果。1.1.3 提高管理水平智能照明控制系统是以自动控制为主、人工控制为辅的系统。在一般的情况下，不需要有人的参与，照明系统自动实现开关和调光功能。既大大减少了管理人员的数量，也排除了由予人为因素而出现的不定时开关，影响学校的正常教学、生活秩序的情况出现。1.1.4 较好的投资收益效果智能照明控制系统在节能和节省灯具使用的同时，有效节省了电费与管理费用的支出。根据一般的办公大楼运营的经验来看。节能效果能达到以上，一般的商场、酒店、地铁站等节能效果也能达到一；学校在这方面还没有具体的统计数据，但根据分析，效果还是令人满意的1.2 PLC的国内外状况世界上公认的第一台PLC是1969年美国数字设备公司（DEC）研制的。限于当时的元器件条件及计算机发展水平，早期的PLC主要由分立元件和中小规模集成电路组成，可以完成简单的逻辑控制及定时、计数功能。20世纪70年代初出现了微处理器。人们很快将其引入可编程控制器，使PLC增加了运算、数据传送及处理等功能，完成了真正具有计算机特征的工业控制装置。为了方便熟悉继电器、接触器系统的工程技术人员使用，可编程控制器采用和继电器电路图类似的梯形图作为主要编程语言，并将参加运算及处理的计算机存储元件都以继电器命名。此时的PLC为微机技术和继电器常规控制概念相结合的产物。20世纪70年代中末期，可编程控制器进入实用化发展阶段，计算机技术已全面引入可编程控制器中，使其功能发生了飞跃。更高的运算速度、超小型体积、更可靠的工业抗干扰设计、模拟量运算、PID功能及极高的性价比奠定了它在现代工业中的地位。20世纪80年代初，可编程控制器在先进工业国家中已获得广泛应用。这个时期可编程控制器发展的特点是大规模、高速度、高性能、产品系列化。这个阶段的另一个特点是世界上生产可编程控制器的国家日益增多，产量日益上升。这标志着可编程控制器已步入成熟阶段。20世纪末期，可编程控制器的发展特点是更加适应于现代工业的需要。从控制规模上来说，这个时期发展了大型机和超小型机；从控制能力上来说，诞生了各种各样的特殊功能单元，用于压力、温度、转速、位移等各式各样的控制场合；从产品的配套能力来说，生产了各种人机界面单元、通信单元，使应用可编程控制器的工业控制设备的配套更加容易。目前，可编程控制器在机械制造、石油化工、冶金钢铁、汽车、轻工业等领域的应用都得到了长足的发展。我国可编程控制器的引进、应用、研制、生产是伴随着改革开放开始的。最初是在引进设备中大量使用了可编程控制器。接下来在各种企业的生产设备及产品中不断扩大了PLC的应用。目前，我国自己已可以生产中小型可编程控制器。上海东屋电气有限公司生产的CF系列、杭州机床电器厂生产的DKK及D系列、大连组合机床研究所生产的S系列、苏州电子计算机厂生产的YZ系列等多种产品已具备了一定的规模并在工业产品中获得了应用。此外，无锡华光公司、上海乡岛公司等中外合资企业也是我国比较著名的PLC生产厂家。可以预期，随着我国现代化进程的深入，PLC在我国将有更广阔的应用天地。1.3 PLC未来展望21世纪，PLC会有更大的发展。从技术上看，计算机技术的新成果会更多地应用于可编程控制器的设计和制造上，会有运算速度更快、存储容量更大、智能更强的品种出现；从产品规模上看，会进一步向超小型及超大型方向发展；从产品的配套性上看，产品的品种会更丰富、规格更齐全，完美的人机界面、完备的通信设备会更好地适应各种工业控制场合的需求；从市场上看，各国各自生产多品种产品的情况会随着国际竞争的加剧而打破，会出现少数几个品牌垄断国际市场的局面，会出现国际通用的编程语言；从网络的发展情况来看，可编程控制器和其它工业控制计算机组网构成大型的控制系统是可编程控制器技术的发展方向。目前的计算机集散控制系统DCS（Distributed Control System）中已有大量的可编程控制器应用。伴随着计算机网络的发展，可编程控制器作为自动化控制网络和国际通用网络的重要组成部分，将在工业及工业以外的众多领域发挥越来越大的作用。1.4 PLC的分类及特点可编程控制器简称PLC（Programmable Logic Controller），在1987年国际电工委员会（International Electrical Committee）颁布的PLC标准草案中对PLC做了如下定义：PLC是一种专门为在工业环境下应用而设计的数字运算操作的电子装置。它采用可以编制程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序运算、计时、计数和算术运算等操作的指令，并能通过数字式或模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。PLC及其有关的外围设备都应该按易于与工业控制系统形成一个整体，易于扩展其功能的原则而设计。1.4.1 PLC的分类按产地分，可分为日系、欧美、韩台、大陆等。其中日系具有代表性的为三菱、欧姆龙、松下、光洋等；欧美系列具有代表性的为西门子、A-B、通用电气、德州仪表等；韩台系列具有代表性的为LG、台达等；大陆系列具有代表性的为合利时、浙江中控等；按点数分，可分为大型机、中型机及小型机等。大型机一般I/O点数2048点；具有多CPU，16位/32位处理器，用户存储器容量816K，具有代表性的为西门子S7400系列、通用公司的GE系列等；中型机一般I/O点数为2562048点；单/双CPU，用户存储器容量28K，具有代表性的为西门子S7300系列、三菱Q系列等；小型机一般I/O点数256点，单CPU，8位或16位处理器，用户存储器容量4K字以下，具有代表性的为西门子S7-200系列、三菱FX系列等；按结构分，可分为整体式和模块式。整体式PLC是将电源、CPU、I/O接口等部件都集中装在一个机箱内，具有结构紧凑、体积小、价格低的特点；小型PLC一般采用这种整体式结构。模块式PLC由不同I/O点数的基本单元（又称主机）和扩展单元组成。基本单元内有CPU、I/O接口、与I/O扩展单元相连的扩展口，以及与编程器或EPROM写入器相连的接口等；扩展单元内只有I/O和电源等，没有CPU；基本单元和扩展单元之间一般用扁平电缆连接；整体式PLC一般还可配备特殊功能单元，如模拟量单元、位置控制单元等，使其功能得以扩展。这种模块式PLC的特点是配置灵活，可根据需要选配不同规模的系统，而且装配方便，便于扩展和维修。大、中型PLC一般采用模块式结构。还有一些PLC将整体式和模块式的特点结合起来，构成所谓叠装式PLC。按功能分，可分为低档、中档、高档三类。低档PLC 具有逻辑运算、定时、计数、移位以及自诊断、监控等基本功能；还可有少量模拟量输入/输出、算术运算、数据传送和比较、通信等功能；主要用于逻辑控制、顺序控制或少量模拟量控制的单机控制系统。中档PLC除具有低档PLC的功能外，还具有较强的模拟量输入/输出、算术运算、数据传送和比较、数制转换、远程I/O、子程序、通信联网等功能；有些还可增设中断控制、PID控制等功能，适用于复杂控制系统。高档PLC除具有中档机的功能外，还增加了带符号算术运算、矩阵运算、位逻辑运算、平方根运算及其它特殊功能函数的运算、制表及表格传送功能等；高档PLC机具有更强的通信联网功能，可用于大规模过程控制或构成分布式网络控制系统，实现工厂自动化。 1.4.2 PLC的特点可靠性高，抗干扰能力强高可靠性是电气控制设备的关键性能。PLC由于采用现代大规模集成电路技术，采用严格的生产工艺制造，内部电路采取了先进的抗干扰技术，具有很高的可靠性。一些使用冗余CPU的PLC的平均无故障工作时间则更长。从PLC的机外电路来说，使用PLC构成控制系统，和同等规模的继电接触器系统相比，电气接线及开关接点已减少到数百甚至数千分之一，故障也就大大降低。此外，PLC带有硬件故障自我检测功能，出现故障时可及时发出警报信息。在应用软件中，应用者还可以编入外围器件的故障自诊断程序，使系统中除PLC以外的电路及设备也获得故障自诊断保护。这样，整个系统具有极高的可靠性也就不奇怪了。配套齐全，功能完善，适用性强PLC发展到今天，已经形成了大、中、小各种规模的系列化产品。可以用于各种规模的工业控制场合。除了逻辑处理功能以外，现代PLC大多具有完善的数据运算能力，可用于各种数字控制领域。近年来PLC的功能单元大量涌现，使PLC渗透到了位置控制、温度控制、CNC等各种工业控制中。加上PLC通信能力的增强及人机界面技术的发展，使用PLC组成各种控制系统变得非常容易。易学易用，深受工程技术人员欢迎PLC作为通用工业控制计算机，是面向工矿企业的工控设备。它接口容易，编程语言易于为工程技术人员接受。梯形图语言的图形符号与表达方式和继电器电路图相当接近，只用PLC的少量开关量逻辑控制指令就可以方便地实现继电器电路的功能。为不熟悉电子电路、不懂计算机原理和汇编语言的人使用计算机从事工业控制打开了方便之门。系统的设计、建造工作量小，维护方便，容易改造PLC用存储逻辑代替接线逻辑，大大减少了控制设备外部的接线，使控制系统设计及建造的周期大为缩短，同时维护也变得容易起来。更重要的是使同一设备经过改变程序改变生产过程成为可能。这很适合多品种、小批量的生产场合。体积小，重量轻，能耗低以超小型PLC为例，新近出产的品种底部尺寸小于100mm，重量小于150g，功耗仅数瓦。由于体积小很容易装入机械内部，是实现机电一体化的理想控制设备。1.5 PLC的应用领域目前，PLC在国内外已广泛应用于钢铁、石油、化工、电力、建材、机械制造、汽车、轻纺、交通运输、环保及文化娱乐等各个行业，使用情况大致可归纳为如下几类。1.5.1 开关量的逻辑控制这是PLC最基本、最广泛的应用领域，它取代传统的继电器电路，实现逻辑控制、顺序控制，既可用于单台设备的控制，也可用于多机群控及自动化流水线。如注塑机、印刷机、订书机械、组合机床、磨床、包装生产线、电镀流水线等。1.5.2 模拟量控制在工业生产过程当中，有许多连续变化的量，如温度、压力、流量、液位和速度等都是模拟量。为了使可编程控制器处理模拟量，必须实现模拟量（Analog）和数字量（Digital）之间的A/D转换及D/A转换。PLC厂家都生产配套的A/D和D/A转换模块，使可编程控制器用于模拟量控制。1.5.3 运动控制PLC可以用于圆周运动或直线运动的控制。从控制机构配置来说，早期直接用于开关量I/O模块连接位置传感器和执行机构，现在一般使用专用的运动控制模块。如可驱动步进电机或伺服电机的单轴或多轴位置控制模块。世界上各主要PLC厂家的产品几乎都有运动控制功能，广泛用于各种机械、机床、机器人、电梯等场合。1.5.4 过程控制过程控制是指对温度、压力、流量等模拟量的闭环控制。作为工业控制计算机，PLC能编制各种各样的控制算法程序，完成闭环控制。PID调节是一般闭环控制系统中用得较多的调节方法。大中型PLC都有PID模块，目前许多小型PLC也具有此功能模块。PID处理一般是运行专用的PID子程序。过程控制在冶金、化工、热处理、锅炉控制等场合有非常广泛的应用。1.5.5 数据处理现代PLC具有数学运算（含矩阵运算、函数运算、逻辑运算）、数据传送、数据转换、排序、查表、位操作等功能，可以完成数据的采集、分析及处理。这些数据可以与存储在存储器中的参考值比较，完成一定的控制操作，也可以利用通信功能传送到别的智能装置，或将它们打印制表。数据处理一般用于大型控制系统，如无人控制的柔性制造系统；也可用于过程控制系统，如造纸、冶金、食品工业中的一些大型控制系统。1.5.6 通信及联网PLC通信含PLC间的通信及PLC与其它智能设备间的通信。随着计算机控制的发展，工厂自动化网络发展得很快，各PLC厂商都十分重视PLC的通信功能，纷纷推出各自的网络系统。新近生产的PLC都具有通信接口，通信非常方便。1.6 PLC的结构与工作原理1.6.1 PLC的结构PLC的类型繁多，功能和指令系统也不尽相同，但结构与工作原理则大同小异，通常由主机、输入/输出接口、电源、编程器扩展器接口和外部设备接口等几个主要部分组成。主机主机部分包括中央处理器（CPU）、系统程序存储器和用户程序及数据存储器。CPU是PLC的核心，它用以运行用户程序、监控输入/输出接口状态、作出逻辑判断和进行数据处理，即读取输入变量、完成用户指令规定的各种操作，将结果送到输出端，并响应外部设备（如编程器、电脑、打印机等）的请求以及进行各种内部判断等。PLC的内部存储器有两类，一类是系统程序存储器，主要存放系统管理和监控程序及对用户程序作编译处理的程序，系统程序已由厂家固定，用户不能更改；另一类是用户程序及数据存储器，主要存放用户编制的应用程序及各种暂存数据和中间结果。输入/输出（I/O）接口I/O接口是PLC与输入/输出设备连接的部件。输入接口接受输入设备（如按钮、传感器、触点、行程开关等）的控制信号。输出接口是将主机经处理后的结果通过功放电路去驱动输出设备（如接触器、电磁阀、指示灯等）。I/O接口一般采用光电耦合电路，以减少电磁干扰，从而提高了可靠性。I/O点数即输入/输出端子数是PLC的一项主要技术指标，通常小型机有几十个点，中型机有几百个点，大型机将超过千点。电源图中电源是指为CPU、存储器、I/O接口等内部电子电路工作所配置的直流开关稳压电源，通常也为输入设备提供直流电源。编程器编程器是PLC的一种主要的外部设备，用于手持编程，用户可用以输入、检查、修改、调试程序或监示PLC的工作情况。除手持编程器外，还可通过适配器和专用电缆线将PLC与电脑联接，并利用专用的工具软件进行电脑编程和监控。输入/输出扩展单元I/O扩展接口用于连接扩充外部输入/输出端子数的扩展单元与基本单元（即主机）。外部设备接口此接口可将编程器、打印机、条码扫描仪等外部设备与主机相联，以完成相应的操作。1.6.2 PLC的工作原理PLC是采用“顺序扫描，不断循环”的方式进行工作的。即在PLC运行时，CPU根据用户按控制要求编制好并存于用户存储器中的程序，按指令步序号（或地址号）作周期性循环扫描，如无跳转指令，则从第一条指令开始逐条顺序执行用户程序，直至程序结束。然后重新返回第一条指令，开始下一轮新的扫描。在每次扫描过程中，还要完成对输入信号的采样和对输出状态的刷新等工作。PLC的扫描一个周期必经输入采样、程序执行和输出刷新三个阶段。PLC在输入采样阶段：首先以扫描方式按顺序将所有暂存在输入锁存器中的输入端子的通断状态或输入数据读入，并将其写入各对应的输入状态寄存器中，即刷新输入。随即关闭输入端口，进入程序执行阶段。PLC在程序执行阶段：按用户程序指令存放的先后顺序扫描执行每条指令，执行的结果再写入输出状态寄存器中，输出状态寄存器中所有的内容随着程序的执行而改变。输出刷新阶段：当所有指令执行完毕，输出状态寄存器的通断状态在输出刷新阶段送至输出锁存器中，并通过一定的方式（继电器、晶体管或晶闸管）输出，驱动相应输出设备工作。1.7 PLC梯形图概述梯形图是使用得最多的图形编程语言，被称为PLC的第一编程语言。梯形图与电器控制系统的电路图很相似，具有直观易懂的优点，很容易被工厂电气人员掌握，特别适用于开关量逻辑控制。梯形图常被称为电路或程序，梯形图的设计称为编程。PLC梯形图中的某些编程元件沿用了继电器这一名称，如输入继电器、输出继电器、内部辅助继电器等，但是它们不是真实的物理继电器，而是一些存储单元（软继电器），每一软继电器与PLC存储器中映像寄存器的一个存储单元相对应。该存储单元如果为“1”状态，则表示梯形图中对应软继电器的线圈“通电”，其常开触点接通，常闭触点断开，称这种状态是该软继电器的“1”或“ON”状态。如果该存储单元为“0”状态，对应软继电器的线圈和触点的状态与上述的相反，称该软继电器为“0”或“OFF”状态。使用中也常将这些“软继电器”称为编程元件。开关量：按电压水平分，有220VAC、110VAC、24VDC，按隔离方式分，有继电器隔离和晶体管隔离。模拟量：按其精度可分为12bit、14bit、16bit等；按信号类型可分为电流型(4-20mA,0-20mA)、电压型(0-10V,0-5V,-10-10V)等。除了上述通用I/O外，还有特殊I/O模块，如热电阻、热电偶、脉冲等模块。梯形图两侧的垂直公共线称为母线(Bus bar)，。在分析梯形图的逻辑关系时，为了借用继电器电路图的分析方法，可以想象左右两侧母线（左母线和右母线）之间有一个左正右负的直流电源电压，母线之间有“能流”从左向右流动。右母线可以不画出。根据梯形图中各触点的状态和逻辑关系，求出与图中各线圈对应的编程元件的状态，称为梯形图的逻辑解算。梯形图中逻辑解算是按从左至右、从上到下的顺序进行的。解算的结果，马上可以被后面的逻辑解算所利用。逻辑解算是根据输入映像寄存器中的值，而不是根据解算瞬时外部输入触点的状态来进行的。PLC与电气回路的接口，是通过输入输出部分（I/O）完成的。I/O模块集成了PLC的I/O电路，其输入暂存器反映输入信号状态，输出点反映输出锁存器状态。输入模块将电信号变换成数字信号进入PLC系统，输出模块相反。I/O分为开关量输入（DI），开关量输出（DO），模拟量输入（AI），模拟量输出（AO）等模块。开关量：按电压水平分，有220VAC、110VAC、24VDC，按隔离方式分，有继电器隔离和晶体管隔离。模拟量：按其精度可分为12bit、14bit、16bit等；按信号类型可分为电流型(4-20mA,0-20mA)、电压型(0-10V,0-5V,-10-10V)等。除了上述通用I/O外，还有特殊I/O模块，如热电阻、热电偶、脉冲等模块。1.8 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。1.9 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。1.10 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。13 2. 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28 3. 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。 4. 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32 5. 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。5.3.1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。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。59 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
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