基于PLC和LabView的智能路灯设计说明

1、. . . . 基于PLC和LabView的智能路灯设计摘要Abstract第一章绪论1.1 国外情况综述1.2 关于PLC的简介1.3 关于LabViewd的简介第二章基于PLC和LabView照明控制系统设计框架和性能2.1 系统设计要点2.2 系统的结构2.3系统性能指标和要求第三章基于PLC和LabView的路灯控制系统的硬件设计 3.1 路灯开启和关闭控制系统的设计第四章基于PLC和labView的路灯控制系统的软件设计第五章主要芯片和原件简介第六章设计总结与心得体会摘要传统照明系统广泛采用电感镇流器，采用高压钠灯或金属卤化物灯，照明灯具采用统一开关控制案。随着数字技术和网络技术的发

2、展，公共照明数字化和网络化已经成为一种必然趋势。节约能源，保证灯具寿命，提高照明管理水平，美化城市夜亮和保证城市夜间出行安全等，已经成为对公共照明系统的一项基本要求。本文将介绍基于Plc和LabView的公共照明系统。本文将联系本地某路段加以具体描述，实际解决道路路灯节能问题。路灯管理是城市管理术含量高，难度大的一项工作，反映一个城市的经济实力，人文特色和现代文化水平。随着社会文明的不断发展，城市规模的急剧膨胀，城市照明已经不仅局限于街道的照明，社会对亮灯率，开关的准确率，故障检测的实时性和维修的与时性，路灯的节能要求也不断提高，这样集现代计算机技术，无线电通信，测控技术，路灯电力节能于一体的

3、城市照明节能，自动监控与管理系统也就应运而生了。多年以来，我国的路灯的管理和控制手段主要采用以下手段：开关灯采取时控方式；故障巡检依靠人工巡查的方式。随着城市的扩大，路灯数量的迅速增长，这种控制方式在故障实时监控处理，按需控制，节能等方面已经越来越不能适合城市的发展。因此对于路灯所采取的智能控制和节能措施已经非常有意义。路灯测控系统在中国城市建设中得到了广泛应用，在节省能源，美化城市，方便管理等方面有着重要意义。关键字：PLC LabView 节能路灯控制AbstractTraditional lighting system widely adopted inductive ballast,

4、using high pressure sodium lamp or metal halide lamp, lighting lamps and lanterns USES unified switch control case. With the development of digital technology and network technology, digital and networked public lighting has become an inevitable trend. Save energy and ensure the lamp life, improves

5、the management level of the lighting and beautify the city night light and ensure the safety of city night travel, has become a basic requirement of public lighting system. This article will introduce the public lighting system based on LabView and Plc. In this article, we will contact yancheng loca

6、l sections to description, the actual road lamp energy saving solution. Street lamp management is high technical content in the urban management, a job, it is difficult to reflect a city's economic strength, cultural characteristics and the modern culture level. With the continuous development o

7、f social civilization, the city scale has expanded, city lighting has not only confined to the street lighting, society for light rate, switch of accuracy, real-time fault detection and maintenance of the timeliness, street lamps energy-saving requirements are constantly improve, it integrates moder

8、n computer technology, radio communication, measurement and control technology, energy saving in the integration of urban street lamp power lighting energy saving, automatic monitoring and management system also arises at the historic moment. Over the years, our country's street lamps management

9、 and control means mainly adopts the following method: open to turn off the lights when control mode; Fault checking rely on manual inspections. With the expanding of city, the street lamp quantity rapid growth, the real-time monitoring control method in the fault processing, on-demand control, ener

10、gy saving etc. Already more and more not suitable for the development of the city. So for street lamp intelligent control and energy saving measures taken are very meaningful. Street light measurement and control system in China's urban construction has been widely applied, in saving energy, bea

11、utify the city, convenient management has important significance. Key words: Plc LabView energy-saving street light control 第一章 绪论1.1 国外情况综述现代化路灯控制系统由三个层次组成，分成总控站，主控站以与从控站。总控站由PC机组成，可与主控站通过光缆或无线连接，以实现对各个主控站的管理，并且设定开关灯时间与执行开灯比例指令，同时对主控站返回的信息进行汇总，对有故障的路灯通过图文显示出来，以便准确确定其所在的位置。图1.1 路灯控制系统图 主控站通过光缆或无线方式来

12、接收总控机的指令，并通过电力线载波的串行通信方式来对从控站进行监控。一个通信数据包由8字节数据组成，第一，二字节是主控标识，第三字节是命令，第四，五字节是从站地址，第六至第八字节为数据。从理论上讲，一个主控站最多可控制6万个从站。主控站采用广播方式发送命令数据，从机站收到通信包后进行数据分析，分析容：一是识别主机是否是自己的上级主控站，二是识别从机地址是否是自己的地址，只有在全部确认无误后，主控站才执行命令和相应的操作。 每个从控站可控制三组路灯，它通过电力载波接收电路来接收主控站的指令，并执行相应的操作，完成对工作电流的采样与处理，判断路灯是否工作正常，以便采取合理的保护措施；同时，它可以对

13、现场工作温度，电流进行采样处理，以便在温度，电流值超出正常工作围时采取保护措施，同时将相关信息返送回主控站中。1.2 关于PLC的简介PLC是一种专门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与其有关的外围设备都应按照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、PLC的基本概念早期的可编程控制器称作可编程逻辑控制器，它主要用来代替继电器实现逻辑控制。随着技术的发展，这种采用微型计算机技术的工业控制装

14、置的功能已经大大超过了逻辑控制的围，因此，今天这种装置称作可编程控制器，简称PC。但是为了避免与个人计算机（Personal Computer）的简称混淆，所以将可编程序控制器简称PLC。PLC自1969年美国数据设备公司研制出现，现行美国、日本、德国的可编程序控制器质量优良，功能强大。2、PLC的基本结构PLC实质是一种专用于工业控制的计算机，其硬件结构基本上与微型计算机一样，基本构成为：a、电源PLC的电源在整个系统中起着十分重要的作用。如果没有一个良好的、可靠的电源系统是无常工作的，因此PLC的制造商对电源的设计和制造也十分重视。一般交流电压波动在+10%(+15%）围，可以不采取其它措

15、施而将PLC直接连接到交流电网上去b、中央处理单元（CPU)中央处理单元（CPU）是PLC的控制中枢。它按照PLC系统程序赋予的功能接收并存储从编程器键入的用户程序和数据；检查电源、存储器、I/O以与警戒定时器的状态，并能诊断用户程序中的语法错误。当PLC投入运行时，首先它以扫描的方式接收现场各输入装置的状态和数据，并分别存入I/O映象区，然后从用户程序存储器中逐条读取用户程序，经过命令解释后按指令的规定执行逻辑或算数运算的结果送入I/O映象区或数据寄存器。等所有的用户程序执行完毕之后，最后将I/O映象区的各输出状态或输出寄存器的数据传送到相应的输出装置，如此循环运行，直到停止运行。为了进一步

16、提高PLC的可靠性，对大型PLC还采用双CPU构成冗余系统，或采用三CPU的表决式系统。这样，即使某个CPU出现故障，整个系统仍能正常运行。c、存储器存放系统软件的存储器称为系统程序存储器。存放应用软件的存储器称为用户程序存储器。d、输入输出接口电路1现场输入接口电路由光耦合电路和微机的输入接口电路，作用是PLC与现场控制的接口界面的输入通道。2现场输出接口电路由输出数据寄存器、选通电路和中断请求电路集成，作用PLC通过现场输出接口电路向现场的执行部件输出相应的控制信号。e、功能模块如计数、定位等功能模块。f、通信模块如以太网、RS485、Profibus-DP通讯模块等。3、PLC的工作原理

17、一. 扫描技术当PLC投入运行后，其工作过程一般分为三个阶段，即输入采样、用户程序执行和输出刷新三个阶段。完成上述三个阶段称作一个扫描周期。在整个运行期间，PLC的CPU以一定的扫描速度重复执行上述三个阶段。（一） 输入采样阶段 在输入采样阶段，PLC以扫描方式依次地读入所有输入状态和数据，并将它们存入I/O映象区中的相应的单元。输入采样结束后，转入用户程序执行和输出刷新阶段。在这两个阶段中，即使输入状态和数据发生变化，I/O映象区中的相应单元的状态和数据也不会改变。因此，如果输入是脉冲信号，则该脉冲信号的宽度必须大于一个扫描周期，才能保证在任何情况下，该输入均能被读入。(二） 用户程序执行阶

18、段在用户程序执行阶段，PLC总是按由上而下的顺序依次地扫描用户程序（梯形图)。在扫描每一条梯形图时，又总是先扫描梯形图左边的由各触点构成的控制线路，并按先左后右、先上后下的顺序对由触点构成的控制线路进行逻辑运算，然后根据逻辑运算的结果，刷新该逻辑线圈在系统RAM存储区中对应位的状态；或者刷新该输出线圈在I/O映象区中对应位的状态；或者确定是否要执行该梯形图所规定的特殊功能指令。即，在用户程序执行过程中，只有输入点在I/O映象区的状态和数据不会发生变化，而其他输出点和软设备在I/O映象区或系统RAM存储区的状态和数据都有可能发生变化，而且排在上面的梯形图，其程序执行结果会对排在下面的凡是用到这些

19、线圈或数据的梯形图起作用；相反，排在下面的梯形图，其被刷新的逻辑线圈的状态或数据只能到下一个扫描周期才能对排在其上面的程序起作用。在程序执行的过程中如果使用立即I/O指令则可以直接存取I/O点。即使用I/O指令的话，输入过程影像寄存器的值不会被更新，程序直接从I/O模块取值，输出过程影像寄存器会被立即更新，这跟立即输入有些区别。（三） 输出刷新阶段当扫描用户程序结束后，PLC就进入输出刷新阶段。在此期间，CPU按照I/O映象区对应的状态和数据刷新所有的输出锁存电路，再经输出电路驱动相应的外设。这时，才是PLC的真正输出。4、PLC部运作方式虽然PLC所使用之阶梯图程式中往往使用到许多继电器、计

20、时器与计数器等名称，但PLC部并非实体上具有这些硬件，而是以存与程式编程方式做逻辑控制编辑，并借由输出元件连接外部机械装置做实体控制。因此能大大减少控制器所需之硬件空间。实际上PLC执行阶梯图程式的运作方式是逐行的先将阶梯图程式码以扫描方式读入CPU 中并最后执行控制运作。在整个的扫描过程包括三大步骤，“输入状态检查”、“程式执行”、“输出状态更新。5、PLC程序设计方法1、分析控制系统的控制要求熟悉被控对象的工艺要求，确定必须完成的动作与动作完成的顺序，归纳出顺序功能图。2、选择适当类型的PLC根据生产工艺要求，确定I/O点数和I/O点的类型（数字量、模拟量等），并列出I/O点清单。进行存容

21、量的估计，适当留有余量。根据经验，对于一般开关量控制系统，用户程序所需存储器的容量等于I/O总数乘以8；对于只有模拟量输入的控制系统，每路模拟量需要100个存储器字；对于既有模拟量输入又有模拟量输出的控制系统，每路模拟量需要200个存储器字。确定机型时，还要结合市场情况，考察PLC生产厂家的产品与其售后服务、技术支持、网络通信等综合情况，选定性能价格比好一些的PLC机型。3、硬件设计根据所选用的PLC产品，了解其使用的性能。按随机提供的资料结合实际需求，同时考虑软件编程的情况进行外电路的设计，绘制电气控制系统原理接线图。4、软件设计（1）软件设计的主要任务是根据控制系统要求将顺序功能图转换为梯

22、形图，在程序设计的时候最好将使用的软元件（如部继电器、定时器、计数器等）列表，标明用途，以便于程序设计、调试和系统运行维护、检修时查阅。（2）模拟调试。将设计好的程序下载到PLC主单元中。由外接信号源加入测试信号，可用按钮或小开关模拟输入信号，用指示灯模拟负载，通过各种指示灯的亮暗情况了解程序运行的情况，观察输入/输出之间的变化关系与逻辑状态是否符合设计要求，并与时修改和调整程序，直到满足设计要求为止。5、现场调试在模拟调试合格的前提下，将PLC与现场设备连接。现场调试前要全面检查整个PLC控制系统，包括电源、接地线、设备连接线、I/O连线等。在保证整个硬件连接正确无误的情况下才可送电。将PL

23、C的工作方式置为“RUN”。反复调试，消除可能出现的问题。当试运一定时间且系统运行正常后，可将程序固化在具有长久记忆功能的存储器中，做好备份。1.3 关于LabView的简介LabView是一种程序开发环境，由美国国家仪器（NI）公司研制开发的，类似于C和BASIC开发环境，但是LabView与其他计算机语言的显著区别是：其他计算机语言都是采用基于文本的语言产生代码，而Lab View使用的是图形化编辑语言G编写程序，产生的程序是框图的形式。简介与 C 和BASIC 一样，LabView用的编程系统，有一个完成任何编程任务的庞大函数库。LabView库包括数据采集、GPIB、串口控制、数据分析

24、、数据显示与数据存储，等等。LabView统的程序调试工具，如设置断点、以动画方式显示数据与其子程序（子VI）的结果、单步执行等等，便于程序的调试。LabViewboratory Virtual Instrument Engineering Workbench）是一种用图标代替文本行创建应用程序的图形化编程语言。传统文本编程语言根据语句和指令的先后顺序决定程序执行顺序，而 LabView用数据流编程方式，程序框图中节点之间的数据流向决定了VI与函数的执行顺序。VI指虚拟仪器，是 LabView序模块。LabView很多外观与传统仪器（如示波器、万用表）类似的控件，可用来方便地创建用户界面。用户

25、界面在 LabView为前面板。使用图标和连线，可以通过编程对前面板上的对象进行控制。这就是图形化源代码，又称G代码。LabView形化源代码在某种程度上类似于流程图，因此又被称作程序框图代码。编辑本段特点尽可能采用了通用的硬件，各种仪器的差异主要是软件。 可充分发挥计算机的能力，有强大的数据处理功能，可以创造出功能更强的仪器。 用户可以根据自己的需要定义和制造各种仪器。未来虚拟仪器研究的另一个问题是各种标准仪器的互连与与计算机的连接。目前使用较多的是IEEE488 或 GPIB协议。未来的仪器也应当是网络化的。LabView是一种图形化的编程语言的开发环境，它广泛地被工业界、学术界和研究实验

26、室所接受，视为一个标准的数据采集和仪器控制软件。LabView了与满足 GPIB、VXI、RS-232和 RS-485 协议的硬件与数据采集卡通讯的全部功能。它还置了便于应用TCP/IP、ActiveX等软件标准的库函数。这是一个功能强大且灵活的软件。利用它可以方便地建立自己的虚拟仪器，其图形化的界面使得编程与使用过程都生动有趣。图形化的程序语言，又称为 “G” 语言。使用这种语言编程时，基本上不写程序代码，取而代之的是流程图或框图。它尽可能利用了技术人员、科学家、工程师所熟悉的术语、图标和概念，因此，LabView面向最终用户的工具。它可以增强你构建自己的科学和工程系统的能力，提供了实现仪器

27、编程和数据采集系统的便捷途径。使用它进行原理研究、设计、测试并实现仪器系统时，可以大大提高工作效率。利用 LabView生独立运行的可执行文件，它是一个真正的32位/64位编译器。像许多重要的软件一样，LabViewWindows、UNIX、Linux、Macintosh的多种版本。 它主要的方便就是，一个硬件的情况下，可以通过改变软件，就可以实现不同的仪器仪表的功能，非常方便，是相当于软件即硬件！现在的图形化主要是上层的系统，国现在已经开发出图形化的单片机编程系统（支持32位的嵌入式系统，并且可以扩展的），不断完善中(大家可以搜索 CPUVIEW 会有更详细信息；）编辑本段虚拟仪器虚拟仪器（

28、virtual instrument）是基于计算机的仪器。计算机和仪器的密切结合是目前仪器发展的一个重要方向。粗略地说这种结合有两种方式，一种是将计算机装入仪器，其典型的例子就是所谓智能化的仪器。随着计算机功能的日益强大以与其体积的日趋缩小，这类仪器功能也越来越强大，目前已经出现含嵌入式系统的仪器。另一种方式是将仪器装入计算机。以通用的计算机硬件与操作系统为依托，实现各种仪器功能。虚拟仪器主要是指这种方式。虚拟仪器实际上是一个按照仪器需求组织的数据采集系统。虚拟仪器的研究中涉与的基础理论主要有计算机数据采集和数字信号处理。目前在这一领域，使用较为广泛的计算机语言是美国NI 公司的 LabVie

29、w虚拟仪器的起源可以追溯到20世纪70年代，那时计算机测控系统在国防、航天等领域已经有了相当的发展。PC机出现以后，仪器级的计算机化成为可能，甚至在 Microsof t公司的 Windows 诞生之前，NI公司已经在Macintosh计算机上推出了LabView 以前的版本。对虚拟仪器和 Labiew、系统、有效的研究开发使得该公司成为业界公认的权威。目前LabView新版本为 LabView1，LabView09 为多线程功能添加了更多特性，这种特性在 1998 年的版本 5 中被初次引入。使用 LabView，用户可以借助于它提供的软件环境，该环境由于其数据流编程特性、LabViewal

30、-Time 工具对嵌入式平台开发的多核支持，以与自上而下的为多核而设计的软件层次，是进行并行编程的首选。普通的 PC 有一些不可避免的弱点。用它构建的虚拟仪器或计算机测试系统性能不可能太高。目前作为计算机化仪器的一个重要发展方向是制定了VXI 标准，这是一种插卡式的仪器。每一种仪器是一个插卡，为了保证仪器的性能，又采用了较多的硬件，但这些卡式仪器本身都没有面板，其面板仍然用虚拟的方式在计算机屏幕上出现。这些卡插入标准的 VXI 机箱，再与计算机相连，就组成了一个测试系统。VXI 仪器价格昂贵，目前又推出了一种较为便宜的 PXI 标准仪器。编辑本段应用领域Labew优点，尤其是在某些特殊领域其特点尤其突出。测试测量：LabView测试测量而设计的，因而测试测量也就是现在LabView的应用领域。经过多年的发