哈尔滨西门子一级代理商DP电缆供应商

浔之漫智控技术(上海)有限公司

哈尔滨西门子一级代理商DP电缆供应商

0 引言

随着微电子和信息技术的快速发展，以单片机为代表的数字技术发展日新月异。单片机由于具有体积小、功耗低、控制功能强、扩展灵活、微型化和使用方便等优点，而广泛应用于各种仪表的控制，计算机的网络通讯与，工业自动化过程的实时控制和数据处理。事实上，通过采用单片机来进行控制，可以实现仪器仪表的数字化、智能化和微型化。本文通过对比选择采用了LPC2148芯片解决方案来实现音频分析仪的设计。

1 系统分析与选择

1．1 信号处理原理分析

在对音频信号进行分析的过程中，本文采用了快速傅立叶变换FFT算法，即对音频信号进行离散化处理，然后进行FFT运算，求出信号各个离散频率点的功率数值，并得到离散化的功率谱，后在频域计算被测音频信号的总功率。

1．2 系统的选择

在处理器的选择上，通常可以选择8位、16位或者是32位的MCU。但是，由于在处理信号的过程中，通常会用到快速傅立叶变换FFF算法，所以需要进行大量的浮点运算，而且一个浮点要占用四个字节，故在处理过程要占用大量的内存，同时浮点运算时间也很慢，所以采用普通的8位MCU和16位MCU一般难以在一定的时间内完成运算。综合考虑系统内存的大小以及运算速度，本系统选用Philips公司的32位单片机LPC2148。该芯片具有32 KB的RAM，而时钟频率高达60 MHz，所以，对于浮点运算，不论是在速度上，还是在内存上都能够很快的处理。在信号采样方式上，由于本系统所选用的32位MCU芯片LPC2148是60 MHz的单指令周期处理器，定时精度为16．7 ns，可以实现40．96 kHz的采样率，而且控制方便，成本，所以，本设计由MCU进行直接采样，而不采用DDS芯片配合FIFO对信号进行采集。

2 系统设计

2．1 总体设计

在系统总体设计中，音频信号的采样过程非常关键。当音频信号经过一个由运放和电阻组成的匹配网络进行采样时，要由量程控制模块对信号进行处理，如果信号电压在100 mV～5 V的范围内选择直通，也就是不对信号进行衰减或者放大控制，则可减少误差。但是，当信号强度太小时，12位的A／D转换器在2．5 V参考电压下的小分辨率为1 mV左右，这时如果选择直通，其离散化处理的误差将会非常大。因此，当采集到信号后，若发现其强度太小，如在20～250 mV之间，这时就应该将其认定为弱信号，故应对其经过增益放大器放大之后再进行A／D采样。

经过12位A／D转换器ADS7819转换后的数字信号可由32位LPC2148进行FFT变换和处理，以分析其频谱特性和各个频率点的功率值，然后将这些值送到Atmega16进行显示控制。信号由32位LPC2148分析后，可判断其周期性，可由Atme-gal6进行测量，然后在LCD显示屏上显示，

2．2 放大电路设计

当信号输入后，要根据信号强弱进行放大处理，放大电路通过R1和R2两个电阻和一个仪表运放AD620实现跟随功能，并在进行阻抗匹配后。通过继电器控制来决定是将信号直接送给AD转换还是放大后再进行AD转换。

由于需要对音频信号的频率及其功率进行检测，并且要测量正弦信号的失真度，因此要求在对小信号进行放大时，要尽可能少的引入信号的放大失真。正弦信号的理论计算失真度为0，对引入的信号失真非常灵敏，所以，本设计选择了低噪声、低失真的仪表放大器INA217，以将失真度控制在1 kHz频率之内。

2．3 AD转换电路设计

本系统采用12位AD转换器ADS7819来对信号进行转换，并将转换的数据送往32位控制器进行处理，

3 软件设计

由于系统主控芯片LPC2148的处理速度比较快，所以，软件设计采用C语言来进行编程比较简单快捷，

4 结果分析

笔者对本系统的音频信号进行了测量，并得到了如表1所列的数据。由于实验室能够模的音频信号只有正弦信号，所以，实验采用信号发生器来产生正弦信号，然后对其进行测量和误差分析，根据时域和频域的测量结果可以发现，其测量误差在5％的范围之内，且没有发现明显失真，基本可以满足实验的测量要求。

5 结束语

经过实验检验，本系统架构设计合理，功能电路较好，系统性能优良、稳定，系统设计基本可以满足音频分析的基本要求，且误差较小。但是，由于音频信号有多个频点，没有一定的规律性，因而导致测量过程中音频信号波动较大，这一点在应用过程中，还要对系统进行进一步的改进和完善

可编程控制器（programmable logical controller，简称PLC）已经越来越多地应用于工业控制系统中，并且在自动控制系统中起着非常重要的作用。所以，对PLC的正确选择是非常重要的。

面对众多生产厂家的各种类型PLC，它们各有优缺点，能够满足用户的各种需求，但在形态、组成、功能、网络、编程等方面各不相容，没有一个统一的标准，无法进行横向比较。下面提出在自动控制系统设计中对PLC选型的一些看法，可以在挑选PLC时作为参考。

可以通过以下几方面的比较，挑选到适合的产品。

一、工作量

这一点尤为重要。在自动控制系统设计之初，就应该对控制点数（数字量及模拟量）有一个准确的统计，这往往是选择PLC的要条件，一般选择比控制点数多10%~30%的PLC。这有几方面的考虑：

1、可以设计过程中遗漏的点；

2、能够保证在运行过程中个别点有故障时，可以有替代点；

3、将来增加点数的需要。

二、工作环境

工作环境是PLC工作的硬性指标。自控系统将人们从繁忙的工作和恶劣的环境中解脱出来，就要求自控系统能够适应复杂的环境，诸如温度、湿度、噪音、信号屏蔽、工作电压等，各款PLC不尽相同。一定要选择适应实际工作环境的产品。

三、通信网络

现在PLC已不是简单的现场控制，PLC远端通信已成为控制系统解决的问题，但各厂家的通信协议千差万别，兼容性差。在这一点上主要考虑以下方面：

1、同一厂家产品间的通信。各厂家都有自己的通信协议，并且不止一种。这在大、中型机上表现明显，而在小、微型机上不尽相同，一些厂家出于容量、价格、功能等方面考虑，往往没有或者有与其它协议不同，而且比较简单的通信。所以，在这方面主要考虑的是同一厂家不同类型PLC之间的通信；

2、不同厂家产品间的通信。若所进行的自动控制系统设计属于对已有的自控系统进行部分改造，而所选择的是与原系统不同的PLC，或者设计中需要2个或2个以上的PLC，而选用了不同厂家的产品，这就需考虑不同厂家产品之间的通信问题；

3、是否有利于将来。由于各厂家的通信协议各不相同，上也无统一标准，所以在PLC选型上受到很大限制。就要考虑影响面大、有发展的、功能完备、接近通用的通信协议。

四、编程

程序是整个自动控制系统的“心脏”，程序编制的好坏直接影响到整个自动控制系统的运作。编程器及编程软件有些厂家要求额外购买，并且价格不菲，这一点也需考虑在内。

1、编程方法

一种是使用厂家提供的编程器。也分各种规格型号，大型编程器功能完备，适合各型号PLC，价格高；小型编程器结构小巧，便于携带，价格低，但功能简单，适用性差；另一种是使用依托个人电脑应用平台的编程软件，现已被大多数生产厂家采用。各生产厂家由于各自的产品不同，往往只研制出适合于自己产品的编程软件，而编程软件的风格、界面、应用平台、灵活性、适应性、易于编程等都只有在用户亲自操作之后才能给予*价。

2、编程语言

编程语言为复杂，多种多样，看似相同，但不通用。常用的可以划分为以下5类编程语言：

（1）梯形图

这是PLC厂家采用多的编程语言，初是由继电器控制图演变过来的，比较简单，对离散控制和互锁逻辑为有用；

（2）顺序功能图

它提供了总的结构，并与状态定位处理或机器控制应用相互协调；

（3）功能块图

它提供了一个有效的开发环境，并且特别适用于过程控制应用；

（4）结构化文本

这是一种类似用于计算机的编程语言，它适用于对复杂算法及数据处理；

（5）指令表

它为优化编码性能提供了一个环境，与汇编语言非常相似。

厂家提供的编程软件中一般包括一种或几种编程语言，如TE公司的Xbbb编程软件可以使用梯形图（Ladder）、顺序功能图（Grafcet）、结构化文本（Literal）3 种编程语言；Siemens公司的Step7编程软件可以使用梯形图（Ladder）、指令表（STL）两种编程语言；Modicon公司的Modsoft编程软件只使用梯形图（984 梯形）一种编程语言，而另一个Concept编程软件可以使用5种编程语言，依次为梯形图（LD）、顺序功能图（SFC）、功能块图（FBD）、结构化文本（ST）、指令表（IL）。同一编程软件下的编程语言大多数可以互换，一般选择自己比较熟悉的编程语言。

3、存储器

PLC存储器是保存程序和数据的地方，分内制式和外插式两种，存储器容量在512~128M字节之间，一定要根据实际情况选取足够大的存储器，并且要求有一部分空余作为缓存。

4、易于改

PLC较继电器控制的另一个优势在于它可以根据实际需要任意改控制结构（或控制过程），这就要求改程序方便快捷。

5、是否有模块

部分生产厂家的PLC产品提供一些模块，如通信模块、PID控制模块、计数器模块、模拟输入/输出模块等。在软件上也提供了与此相对应的程序块，往往只是简单的输入一些参数就能实现，便于用户编程。

五、与监控系统的通信

1、人机对话操作台。这是监控系统的早期产品类型，是生产厂家专为自己的PLC产品设计的，适合于点对点控制。结构简单，功能少，面板控制，操作较易，现仍然广泛地应用于现场控制系统中。其优点是在远端控制失效的时候，仍能很好地控制现场。

2、随着计算机的不断发展，依靠PC（包括工控机）的监控系统越来越多地应用在自控系统中，这种监控系统一种是PLC开发商专为自己的（或特定的）产品量身定做的；另一种是软件开发公司开发的适合大多数PLC产品的监控系统。种与PLC产品的相容性强，能够根据PLC产品的特点相应的控制方案，应该说仍以PLC为；后一种则抛开了PLC产品，注重计算机在图像、动画、声音、网络、数据等方面的优势，给二次开发人员了较宽松的开发条件，往往可以制作出的监控系统，只要有相应的通信协议（目前已拥有了绝大多数生产厂家的通信协议），就可以与各种类型PLC相连，是当今自控系统。所以，在这方面应考虑所选的PLC与监控系统的通信方式是否可行。

六、可延性

这里包括三个方面含义：

1、产品寿命。大致可以保证所选择的PLC的使用年限，尽量购买生产日期较近的产品；

2、产品连续性。生产厂家对PLC产品的不断开发升级是否向下兼容，这决定是否有利于现系统对将来新增加功能的应用；

3、产品的新周期。当某一种型号PLC（或PLC模块）被淘汰后，生产厂家是否能够保证有足够的备品（或备件）。这时应考虑选择当时比较新型的PLC。

七、售后服务与技术支持

1、选择好的公司产品；

2、选择信誉好的代理商；

3、是否有较强的售后服务与技术支持。

八、性价比

相对于自控系统性能的好坏于价格的选择。只是在几项比较接近，又不易选择时，才考虑价格因数，选择性价比比较高的产品。

在实际选型过程中，往往受到多方面的制约，不一定要考虑以上全部方面，但其中有些项是考虑的，而存在的问题也通过其它替代方式加以解决。

一般来说通过前5项的比较，已可确定2~3种产品，再考虑到后几项，便可选中较满意的PLC。随着科学技术的不断发展，PLC产品也一定会有一个统一的标准。那时，挑选PLC将不再是困难的事情

  随着PLC的推广普及，PLC产品的种类和数量越来越多，而且功能也日趋完善。近年来，从美国、日本、德国等国引进的PLC产品及国内厂家组装或自行开发的产品已有几十个系列、上百种型号。PLC的品种繁多，其结构型式、性能、容量、指令系统、编程方法、价格等各不相同，适用场合也各有侧重。因此，合理选择PLC，对于提高PLC在控制系统中的应用起着重要作用。
    1 机型的选择
    PLC机型选择的基本原则是，在功能满足要求的前提下，选择、维护使用方便以及性能价格比的优化机型。
    在工艺过程比较固定、环境条件较好（维修量较小）的场合，建议选用整体式结构的PLC；其它情况则选用模块式结构的PLC。
    对于开关量控制以及以开关量控制为主、带少量模拟量控制的工程项目中，一般其控制速度无须考虑，因此，选用带A/D转换、D/A转换、加减运算、数据传送功能的低档机就能满足要求。
    而在控制比较复杂，控制功能要求比较高的工程项目中（如要实现ＰＩＤ运算、闭环控制、通信联网等），可视控制规模及复杂程度来选用中档或机。其中机主要用于大规模过程控制、全PLC的分布式控制系统以及整个工厂的自动化等。根据不同的应用对象，表１列出了PLC的几种功能选择。

    对于一个大型企业系统，应尽量做到机型统一。这样，同一机型的PLC模块可互为备用，便于备品备件的采购和管理；同时，其统一的功能及编程方法也有利于技术力量的培训、技术水平的提高和功能的开发；此外，由于其外部设备通用，资源可以共享，因此，配以上位计算机后即可把控制各立系统的多台PLC联成一个多级分布式控制系统，这样便于相互通信，集中管理。
    2 输入/输出的选择
    PLC是一种工业控制系统，它的控制对象是工业生产设备或工业生产过程，工作环境是工业生产现场。它与工业生产过程的联系是通过I/O接口模块来实现的。
    通过I/O接口模块可以检测被控生产过程的各种参数，并以这些现场数据作为控制信息对被控对象进行控制。同时通过I/O接口模块将控制器的处理结果送给被控设备或工业生产过程，从而驱动各种执行机构来实现控制。PLC从现场收集的信息及输出给外部设备的控制信号都需经过一定距离，为了确保这些信息的正确无误，PLC的I/O接口模块都具有较好的抗干扰能力。根据实际需要，一般情况下，PLC都有许多I/O接口模块，包括开关量输入模块、开关量输出模块、模拟量输入模块、模拟量输出模块以及其它一些特殊模块，使用时应根据它们的特点进行选择。
    2.1 确定I/O点数
    根据控制系统的要求确定所需要的I/O点数时，应再增加10%～20%的备用量，以便随时增加控制功能。对于一个控制对象，由于采用的控制方法不同或编程水平不同，I/O点数也应有所不同。

    2.2 开关量输入／输出
    通过标准的输入／输出接口可从传感器和开关（如按钮、限位开关等）及控制（开／关）设备（如指示灯、报警器、电动机起动器等）接收信号。典型的交流输入／输出信号为24～240V，直流输入／输出信号为5～240V。
    尽管输入电路因制造厂家不同而不同，但有些特性是相同的。如用于错误信号的抖动电路；免于较大瞬态过电压的浪涌保护电路等。此外，大多数输入电路在高压电源输入和接口电路的控制逻辑部分之间都设有可选的隔离电路。
    在评估离散输出时，应考虑熔丝、瞬时浪涌保护和电源与逻辑电路间的隔离电路。熔丝电路也许在开始时花费较多，但可能比在外部安装熔丝耗资要少。
    2.3 模拟量输入／输出
    模拟量输入／输出接口一般用来感知传感器产生的信号。这些接口可用于测量流量、温度和压力，并可用于控制电压或电流输出设备。这些接口的典型量程为－10～＋10V、0～＋10V、4～20mA或10～50mA。
    一些制造厂家在PLC上设计有特殊模拟接口，因而可接收低电平信号，如RTD、热电偶等。一般来说，这类接口模块可用于接收同一模块上不同类型的热电偶或RTD混号。
2.4 特殊功能输人／输出
    在选择一台PLC时，用户可能会面临一些特殊类型且不能用标准I/O实现的I/O限定如定位、快速输入、频率等　。此时用户应当考虑供销厂商是否提供有特殊的有助于大限度减小控制作用的模块。有些特殊接口模块自身能处理一部分现场数据，从而使CPU从耗时的任务处理中解脱出来。
    2.5 智能式输入／输出
    当前，PLC的生产厂家相继推出了一些智能式的输入／输出模块。一般智能式输入／输出模块本身带有处理器，可对输入或输出信号作预先规定的处理，并将处理结果送入CPU或直接输出，这样可提高PLC的处理速度并节省存储器的容量。
    智能式输入／输出模块有高速计数器（可作加法计数或减法计数）、凸轮模拟器（用作编码输人）、带速度补偿的凸轮模拟器、单回路或多回路的PID调节器、ASCII／BASIC处理器、RS—232C／422接口模块等。表3归纳了选择I/O模块的一般规则。
表3 选择 PLC 的 I/O 接口模块的一般规则

    3 PLC存储器类型及容量选择
    PLC系统所用的存储器基本上由PROM、E-PROM及PAM三种类型组成，存储容量则随机器的大小变化，一般小型机的大存储能力6kB，中型机的大存储能力可达64kB，大型机的大存储能力可上兆字节。使用时可以根据程序及数据的存储需要来选用合适的机型，必要时也可专门进行存储器的扩充设计。
    PLC的存储器容量选择和计算的种方法是：根据编程使用的节点数计算存储器的实际使用容量。二种为估算法，用户可根据控制规模和应用目的，按照表4的公式来估算。为了使用方便，一般应留有25%～30%的裕量，存储容量的方法是生成程序，即用了多少字。知道每条指令所用的字数，用户便可确定准确的存储容量。表４同时给出了存储器容量的估算方法。
表4 控制目的估算存储器容量的方法

    4 软件选择
    在系统的实现过程中，PLC的编程问题是非常重要的。用户应当对所选择PLC产品的软件功能有所了解。通常情况下，一个系统的软件总是用于处理控制器具备的控制硬件的。但是，有些应用系统也需要控制硬件部件以外的软件功能。例如，一个应用系统可能包括需要复杂数学计算和数据处理操作的特殊控制或数据采集功能。指令集的选择将决定实现软件的难易程度。可用的指令集将直接影响实现控制程序所需的时间和程序执行的时间。
    5 支撑技术条件的考虑
    选用PLC时，有无支撑技术条件同样是重要的选择依据。支撑技术条件包括下列内容：
    (1) 编程手段
便携式简易编程器主要用于小型PLC，其控制规模小，程序简单，可用简易编程器；
CRT编程器适用于大中型PLC，除可用于编制和输入程序外，还可编辑和打印程序文本；
由于IBM-PC已得到普及推广，IBM-PC及其兼容机编程软件包是PLC很好的编程工具。目前，PLC厂商都在致力于开发适用自己机型的IBM-PC及其兼容机编程软件包，并获得了成功。
    (2) 进行程序文本处理
简单程序文本处理以及图、参量状态和位置的处理，包括打印梯形逻辑；
程序标注，包括触点和线圈的赋值名、网络注释等，这对用户或软件工程师阅读和调试程序非常有用；
    (3) 程序储存方式
    对于技术资料和备用资料来说，程序的储存方法有磁带、软磁盘或EEPROM存储程序盒等方式，具体选用哪种储存方式，取决于所选机型的技术条件。
    (4) 通信软件包
    对于网络控制结构或需用上位计算机管理的控制系统，有无通信软件包是选用PLC的主要依据。通信软件包往往和通信硬件一起使用，如调制解调器等。
    6 PLC的环境适应性
    由于PLC通常直接用于工业控制，生产厂都把它设计成能在恶劣的环境条件下地工作。尽管如此，每种PLC都有自己的环境技术条件，用户在选用时，特别是在设计控制系统时，对环境条件要给予充分的考虑。
    一般PLC及其外部电路（包括I/O模块、辅助电源等）都能在表５所列的环境条件下工作。

    7 结束语
    随着科技的不断进步，PLC的种类日益繁多，功能也逐渐增强。文章中尽管归纳了一些选用PLC的方法，但在实际工作中还一定要依据实际情况做出适当的调整，以便设计出满足期望的控制系统

从结构，PLC分为固定式和组合式（模块式）两种。固定式PLC包括CPU板、I/O板、显示面板、内存块、电源等，这些元素组合成一个不可拆卸的整体。模块式PLC包括CPU模块、I/O模块、内存、电源模块、底板或机架，这些模块可以按照一定规则组合配置。
CPU的构成
CPU是PLC的，起神经的作用，每套PLC至少有一个CPU，它按PLC的系统程序赋予的功能接收并存贮用户程序和数据，用扫描的方式采集由现场输入装置送来的状态或数据，并存入规定的寄存器中，同时，诊断电源和PLC内部电路的工作状态和编程过程中的语法错误等。进入运行后，从用户程序存贮器中逐条读取指令，经分析后再按指令规定的任务产生相应的控制信号，去指挥有关的控制电路。
CPU主要由运算器、控制器、寄存器及实现它们之间联系的数据、控制及状态总线构成，CPU单元还包括外围芯片、总线接口及有关电路。内存主要用于存储程序及数据，是PLC不可缺少的组成单元。
在使用者看来，不必要详细分析CPU的内部电路，但对各部分的工作机制还是应有足够的理解。CPU的控制器控制CPU工作，由它读取指令、解释指令及执行指令。但工作节奏由震荡信号控制。运算器用于进行数字或逻辑运算，在控制器指挥下工作。寄存器参与运算，并存储运算的中间结果，它也是在控制器指挥下工作。
CPU速度和内存容量是PLC的重要参数，它们决定着PLC的工作速度，IO数量及软件容量等，因此限制着控制规模。
I/O模块
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。
常用的I/O分类如下：
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：按信号类型分，有电流型（4-20mA,0-20mA）、电压型（0-10V,0-5V,-10-10V）等，按精度分，有12bit,14bit,16bit等。
除了上述通用IO外，还有特殊IO模块，如热电阻、热电偶、脉冲等模块。
按I/O点数确定模块规格及数量，I/O模块可多可少，但其大数受CPU所能管理的基本配置的能力，即受大的底板或机架槽数限制。
电源模块
PLC电源用于为PLC各模块的集成电路提供工作电源。同时，有的还为输入电路提供24V的工作电源。电源输入类型有：交流电源（220VAC或110VAC），直流电源（常用的为24VDC）。
底板或机架
大多数模块式PLC使用底板或机架，其作用是：电气上，实现各模块间的联系，使CPU能访问底板上的所有模块，机械上，实现各模块间的连接，使各模块构成一个整体。

性高，抗干扰能力强
 
高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，内部电路采取了的抗干扰技术，具有很高的性。例如三菱公司生产的F系列PLC平均无故障时间高达30万小时。一些使用冗余CPU的PLC的平均无故障工作时间则长。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，整个系统具有高的性也就不奇怪了。
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。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。

基于PLC 控制的学校路灯控制系统在灯具节能上把握了节能的新方向，采用分时分段控制，克服了隔灯点亮的光照不均匀、灯具寿命缩短、不能点亮灯和电能的浪费等问题。该系统采用三菱FX2N-32MRPLC 可编程控制器作为主控单元，三菱F940GOT 触摸屏作为控制系统操作和显示终端的作用进行结合应用。具有运行、可操作性强、可连续扩展、节能效果明显、成本和维护等优点，可通过PLC 编程来改变控制方案，适用于有不同时差的地区，是路灯节能的发展趋势。

1 引言

目前，能源节约和环保问题倍受人们关注。飞速发展的经济对能源的要求相当迫切，中国面临能源问题也为，我们学校也随之重视起来。随着我们新校区的落成，规模不断壮大，要科学合理的路灯控制方案，显得越来越重要。

研究校园路灯控制技术的目的： 路灯照明时刻要合理和，使其自动化，智能化，地保证路灯在合理的时刻亮灯。亮灯的时刻不仅要根据光线的亮度、实际车流量和人流量设计具体路段的路灯控制方案，还要根据具体流量统计，及时进行方案的调整及优化。

本课题《校园路灯的PLC 控制系统设计》由三菱FX2N-32MRPLC可编程控制器作为主控单元和三菱F940GOT 触摸屏作为控制系统操作进行相结合构成。采用光电传感器对照度进行检测。当照度一定值时，控制路灯开启；当照度一定值时，控制路灯关闭。控制时间段的合理化，行人的性和人车流量，路灯的寿命等等进行设计。

2 学校路灯的主要问题

2.1 校园路灯现在采用控制方法以分散时控方式为主，即在路灯配电箱中安装定时器，按预定的时间自行开/关灯；而有些路段灯开关通常是人工手动控制方法。现行的方法既不能及时调整开/关灯的时间，无法及时反映照明设施的运行情况，并且故障率高、维修困难。

2.2 开关灯的地区不合理，有些地方到了晚上根本就不需要照明了，路灯还依然亮着，有些地方需要照明的，偏偏就不亮。

2.3 开关时间控制随意，过早就浪费电能，过迟就影响行车行人。

2.4 路灯的基本上是同一时间打开，影响电网的稳定。

2.5 控制方式简单，浪费资源，系统对电能的消耗过大：灯具烧坏频繁，维护不方便。

3 路灯的控制设计

3.1 光电传感器检验电路

为了让路灯能在白天自动关闭和晚上自动开启，需有一个亮度检测装置。为路灯的亮度检测电路。亮度检测电路是由四个电阻构成一个电桥，Re 光敏电阻，KM 为继电器，电源电压为12V.检验灵敏度由R2/R3 决定，R2=R3 时灵敏度，即为电桥的灵敏度。

当有光照在光敏电阻Re 上时，Re 的电阻值为100KΩ，R1=50mΩ，R2=R3=1.2 mΩ。当光线较强时，Uab≈5V,继电器KM 动作，路灯断电停止工作。当光线较暗时，a、b 之间的电压为0V,继电器KM 不会动作，路灯开始工作，点亮。

3.2 控制要求

根据我校具体的情况，可以将学校路灯分为16 段：A1、A2、A3、A4、B1、B2、B3、B4、C1、C2、D1、D2、E1、E2、F、Z 段。主路段大道分为四段：A1、A2、A3、A4;生步行上下课路段：B1、B2、B3、B4;宿舍区路段：C1、C2 ;山区路段：D1、D2;文化长廊路段：E1、E2;学校广场：F;其他：G;路灯的控制路段根据各区域不同和季节的变化进行改

3.3 控制电路设计

控制方式分为手动（机械）和自、手动（PLC）三种方式，可以随意切换，操作灵活方便。

3.5 触摸屏软件

在控制系统中，触摸屏采用通过计算机的GX-Developer 画面制作软件为平台，开发控制系统的程序。该控制系统软件采用三菱F940GOT 触摸屏，将用于现场控制的三菱PLC 控制系统和监控系统连接起来。其次，从变量定义和I/O 设备的管理入手，利用F940GOT 多样化的绘图工具、强大的脚本语言处理能力和丰富的命令语言函数开发主监控界面，子监控界面处分利用GX-Developer软件提供的内部软件，让操作人员选择自动或者手动运行。对于手动状态也减少了PLC 的输入点，从而降，又增加了可操作性。

4 结束语

本课题路灯控制系统设计原理新颖，硬件简单，有很好的节电效果。实验证明，该系统不仅有很好的节能效率，而且具有延长灯泡寿命的功能。由于该系统采用了三菱FX2NPLC 控制，具有性高、抗干扰能力强；编程简单、使用方便；功能完善、通用性强；设计安装简单、维护方便；体积小、质量轻、能耗低等优点。并具有高的性价比，通过编程改变控制方案，可适用于不同时差的地区。还可以根据实际情况变和扩展，提高其灵活性和适应性，有利于应用和推广，这也是路灯节能控制的发展趋势。