西门子6ES7321-1BH02-0AA0包邮

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PLC(PowerLineCommunication)即电力线通信是指利用电力线传输数据和话音信号的一种通信方式。
PLC技术及工作原理
PLC(PowerLineCommunication)即电力线通信是指利用电力线传输数据和话音信号的一种通信方式。迄今，PLC技术已经有几十年的发展历史，在技术发展的各个阶段，电力系统已经得到了不同的应用。在高压输电网（35kV以上）、中压输电网（10kV-35kV）以及低压(10kV以下)的各个领域，的通讯数率不断提高。现阶段，在低压配电网上传输数率已由1Mbps发展到2Mbps、14Mbps、24Mbps、45Mbps甚至达到100Mbps和200Mbps的高速率，传输距离可达300米。在中压配电网传输技术方面，10Mbps数据信号的设想和方案也日益引起人们的重视并开发成功。
PLC的工作原理：电力线是一个其不稳定的高躁声、强衰减的传输通道，要实现的电力线高速数据通信，解决低压配电网上各种因素如：噪声、阻抗波动、配电网结构、电磁兼容性以及线路阻抗和容性负载引起的信号衰减等主要因素对的影响。
为了解决以上低压配电网中各因素对的影响，在范围内，低压配电网的高速数据通信普遍选择了正交频分复用技术OFDM（OrthogonalFrequencyDivisionMultiplexing）作为调制技术。OFDM技术采用多路窄带正交子载波，同时传输多路数据，每路信号的码元时间较长，可以避免码元间干扰。通过动态选择可用的子载波，该技术可以减少窄带干扰和频率的谷点的影响。OFDM技术起源于二十世纪六十年代，主要用于通信系统。70年代，随着离散傅立叶变换来实现多载波调制技术的提出，以及近年来数字信号处理(DSP)技术的飞速发展，OFDM作为一种可以有效对抗信号波形间干扰的高速传输技术被广泛应用于民用通信系统中。目前在无线局域网已经采用了该技术，四代移动通信（4G）中将采用OFDM技术。
PLC的几种接入方案
在低压配电网系统一般情况下，由头端（HE）和用户端（CE）组成。头端一般安装在配电变压器低压出线端，它主要实现PLC高频信号和传统的宽带通信信号的互相转换。PLC头端的一侧通过电容或电感耦合器连接电力电缆，注入和提取高频PLC信号；另一侧通过传统电信接入方式，如xDLS、光纤或以太网等连接至Internet。用户侧称为“电力猫”的设备，主要由接口、调制解调和耦合等三部分组成。用户的计算机通过以太网接口或USB接口、普通话机通过RJ-11接口与“电力猫”相连。实现高速上网、IP电话以及IP视频等多媒体接入服务。球磨机是火力发电厂、水泥工业、化学工业、煤粉制备系统的主体设备，而稀油站是与其相配套的循环润滑系统。本人采用OMRON C60P型可编程序控制器（PC）改造了稀油站的继电器控制系统，并通过合理编程，了各种误操作的影响。在制系统中，可能产生的误操作包括人为的和系统本身所产生的。
1.人为误操作
原因在于操作人员在按下按钮时，手指的颤动或误操作，会使PC接受不止一个相同的输入信号或接受一个错误信号，从而造成PC失控。
（1）手指颤动造成失误：这是不可避免的，解决的方法是使用微分指令DIFU（13）来检索按钮送入电信号的上升沿，在一个执行周期里PC只执行一次，从而避免此类误操作的发生。见图1，0005为高压泵停止按钮，HR005为低压泵起动标志位。当按下低压泵起动按钮0003时，信号转化为微分指令HR005，HR005在一个程序扫描周期里，只接收一个上升沿脉冲，从而过滤掉由于手指颤动产生多余的脉冲，保证定时器TIM00正常延时10min，确保高压泵（0506）按时起动。
（2）无意误操作：这是经常会发生的，解决的方法有两种。
一是通过程序来优化显示功能，减少人为失误，在设计中使用一个指示灯来显示各种不同的工作状态：平光--显示系统处于运行状态；高频闪光--显示系统处于试验状态，每1s闪1次；低频闪光--显示系统处于步进状态，每3s闪1次。这样不仅节省费用，而且使控制指示集中，易于操作人员的观察，减少事故。
二是通过输入信号之间的联锁，这种方法工作量大，考虑要，否则也会出现输入信号相互干扰，起反作用。所以当设计完成后，一定要进行模拟试验，杜绝误操作的出现。图2是一个简化的梯形图，图中：0003为1号低压泵起动按钮；HR400为1号主机停止24h后标志；HR401为2号主机停止24h后标志；0005为2号低压泵起动按钮。实际上的相互制约的关系很复杂，此图只是说明一下如何避免误操作。图2的工作原理为1号或2号低压泵任意一台工作，并互为备用，保证有一台在工作。1号或2号低压泵停止按钮的常闭接点（0004，0006）互为连锁，当操作人员误按停机按钮0004 (0006) 时，程序会自动起动另一台低压泵（1号或2号低压泵），从而避免低压泵停机严重事故的发生。HR100为低压泵起动标志，常开（闭）接点广泛串联到各个相关回路中，尤其是串联到高压泵控制回路中，保证在低压泵未起动的前提下，起动高压泵无效，从而避免对高压泵的误操作。
1号或2号低压泵起动后，HR100得电，技术要求只有三种情况低压泵起动标志位(HR100) 失电：1号、2号主机 (0000、0001) 同时停运, 且按下系统总停按钮(0002)；PC上电复位信号（1815）；1号、2号主机同时停运24h后（HR400，HR401）。除了上述三种情况外，HR100总保持上电状态，保证整个控制系统的稳定，误按下系统总停按钮也不要紧。
2.系统本身产生的失误
是由于稀油站采用PC作集中联锁控制时，输入信号来源复杂，且PC的动作响应时间远远短于继电接触控制系统的响应时间，因而在继电接触控制系统中不太引人注意的触点瞬间跳动问题（如，干簧继电器触头的弹跳抖动、触头接触不良或触头弹簧压力过低出现“打火”、继电器线圈电压波动、周围电磁场干扰、环境中机械振动的影响等）将会在PC集中控制系统中产生误操作，加之PC供电电源采用隔离变压器隔离，I, O（输入、输出）连线采用屏蔽方式和走线分开等措施只能限制强电对PC的I, O信号的干扰，为此我在程序中加入干扰滤除子程序，见图3。图中TIM00用于0104接点断开时，因机械振动影响出现的瞬间闭合；TIM01用于0104接点闭合时，因跳动与受干扰的影响出现的瞬间断开；CNT20用于保持输入的信号；HR410、HR411为相关的运行设备。当继电器触电断开（闭合）时，由于外界环境恶劣或机械振动或其它原因，造成触点瞬间闭合（断开），接通（断开）电路，由此会造成机器误动作。针对这种情况，我设计了图3所示的梯形图中加入干扰滤除子程序，在接点与设备之间加上缓冲程序，避免了误动作的发生。当0104油位下限开关（干簧继电器的一个触点）断开后，由于以上原因造成0104瞬间闭合，起动定时器（TIM00），如果在设定时间内，0104断开，则系统判定此次闭合为误动作，不执行以下程序；若0104在设定时间内仍为闭合，则系统判定此次闭合为正常的命令，通过计数器（CNT20）保持输入的信号，起动相关的运行设备；当0104闭合后，由于以上原因造成0104瞬间断开，方法同上。TIM00、TIM01的时间设定为0003 (0.3s)、0002 (0.2s)，它不会对控制系统有什么影响，一般来讲TIM00、TIM01时间的设定值是按输入继电器吸合后立即断开，这一过程的时间考虑的，约0.2s ~ 0.5s，在此范围内都可以达到触点跳动干扰的目的。应该注意的是，如果时间设定值过大，将使系统动作延迟；太小，则收不到滤除干扰的效果。

随着现代控制技术的不断发展，照明控制的智能化要求也越来越高。采用智能照明控制系统不仅能为照明提供多种艺术效果，能带来节约能源和降低运行费用的好处。

在图书馆、大型商场、室内运动场、长廊等大型照明场合，很多时候其区域可划分为有人区域和无人区域，如果所有区域的照明亮度都相同，则在无人区域的照明根本没有作用，为无效照明。如果智能照明控制系统能对人员位置进行，动态地确定出有人区域和无人区域，则可以对有人区域实行正常的较高亮度照明，而对无人区域则降低照度或者关闭灯具。随着人体的移动，系统动态地调整有效照明区域，以达到减少无效照明，在保证良好照明效果的同时节约能源的目的。

人体位置的正确判断是实现智能照明的要前提，目前有人提出了利用红外与激光探测、射频卡结合身份识别、地板压力传感器等技术手段来确定人体位置的方法。但是这些方法在照明区域较大的场合应用时，存在无合适的传感器安 装位置、布线复杂等问题，因此实施起来有一定困难，性也难以进一步提高。实际上目前上述大型照明场合中安装视频探头非常普及，如果能充分利用这些 视频图像，结合数字图像技术，从视频图像中提取人体图像，判断人体位置，则可以实现真正的智能化照明。本文采用数字视频图像目标与跟踪技术和PLC-Bus 技术构建智能照明控制系统，直接从视频图像中确定人体位置，而且灯具开闭控制信号直接通过电力线传输，不需要另外布线。因此能有效地克服传感器安装及布线方面的诸多困难问题，达到照度的自动调节、灯具的自动开关以及局部区域照明的良好控制效果，并且其性也很高。

2 智能照明控制系统组成

从功能上来划分，由三部分构成： 图像采集模块、图像处理模块和照明控制模块。

2.1 图像采集模块

图像采集模块主要由和光学玻璃镜头组成。其中，摄像头采用韩国现代HV7131R， 它是目前主品中效果较好的一种。HV7131R 采用0.3？？m的CMOS 工艺，有效像素为30 万，功耗90mW， 具有控制、增益控制和白平衡处理等功能，大帧率30fps@VGA.通过标准的I2C 接口设置HV7131R的内部寄存器，可以调节图像的时间、分辨率、帧率、RGB 增益、镜像等，输出10 位的RGB 原始数据。

光学玻璃镜头采用远摄镜头，视角为20°，焦距可达几米至几十米。摄像头的架设应该尽量保证能够观测到整个监视区域，因此，在摄像头的安装位置和角度调 节过程中，一般使监视区域设置在从图像底端开始。并且为了避免在提取人体图像时发生严重的粘连现象，摄像头要有尽量大的俯视角度。

2.2 图像处理模块

该模块由DSP 和数据缓存器组成。DSP 主要采用TI 公司的TMS320LF2407.DSP 主要完成的功能有： 加电自主、完成初始化，通过I2C 接口设置摄像头的寄存器，对由图像采集模块获得的照明区监控图像进行预处理、完成对图像中的人体边缘提取、人体位置判断计算以及作出照明控制决策等功能。

2.3 照明控制模块与PLC Bus 技术

照明控制模块采用分布式控制方式，实现整个监视区域照明灯具的分散控制和集中管理。上位DSP根据图像分析作出照明设备控制决策，下位照明控制器接受上位机的通讯指令，控制相应灯具的开关，并具备调光功能。上位DSP 发出的控制指令通过PLC Bus 传给下位照明控制器执行。

PLC Bus 技术是近年来由荷兰ATS 电力线通信有限公司（ ATS.， CO） 研发出来的一种新的电力载波通讯技术。采用该技术的大优点是控制信号通过电力线传送，因此不需要额外布置控制线，节省大量线材消耗，控制系统安装方便，易于维护。

PLC Bus 系统主要由三部分组成，即、和系统配套设备。的主要作用是通过电力线发射PLC Bus 控制信号给，通过对的控制，从而达到间接控制灯及电器设备的目的。的主要作用是接收来自电力线的PLC Bus 控制信号，并执行相关控制命令，从而达到灯及电器控制的目的。系统配套设备包括信号转换器、三相耦合器、吸波器等，主要是为了配合及设备辅助 实现控制目的。

PLC Bus 采用Pulse Posit ion Modulation（ PPM） 脉冲相位调制法，利用电力线的正弦波作为同步信号，通过在四个固定的时序中发送瞬间电脉冲来传递信号。

在50Hz 的电力线上，1 秒钟可以传输200 比特的数据，这样的通讯速率是不能够传输类似计算机的宽带数据，但对传送动作或者指令性的通讯已经足够了。

由于PLC Bus 的PPM 通讯方式的特殊性，可以很轻松简单地还原出PLC Bus 的编码。在PLC Bus里，接收数据用的地址码有NID（ Network ID） 和DID（ Destinat ion ID） 两种，NID 和DID 分别有8 比特，两者合起来多可以组成216个不同的地址，控制216个不同的设备。

PLC Bus 的主要特点：

（1） 布线，即插即用。

PLC Bus 技术主要通过电力线来传输控制信号，所以要重新布线，适用于所有已建成或正在安装的照明场所的智能控制工程。

（2） 级速度，即控即现。

PLC Bus 的信号传输速度是每秒钟可完成10 个完整指令，平均每条指令从发射到执行在0？？1 秒钟之内完成，几乎是即控即现。

（3） 双向通信，状态反馈。

在PLC Bus 产品的硬件、软件和协议中，允许双向通信，能让被控制灯具真实地反馈开关状态信号，以便确定控制命令是否真正被正确执行。而成本只比X-10 单一的接收组件或发射组件高出40% 左右，。

（4） 兼容性好，应用广。

PLC Bus 技术设备可以与X-10、CE Bus 和LonWorks 设备兼容，不会产生任何信号冲突。

对灯具的控制可分调光与不调光两种，调光可通过采用OSRAM 的可调光电子镇流器对荧光灯进行调光，控制器输出0~ 10V 直流信号作为电子镇流器的控制信号，来实现荧光灯1% ~ ** 的光通量调节范围。对白炽灯的调光可采用移相触发器和随机型固态继电器来实现。在随机型固态继电器控制端施加一个控制信号，交流负载便能立即导通。当这个控制信号为与交流电网同步的可移相的脉冲信号时，负载端可实现180°范围内的电压平稳调节。移相触发器根据控制电压的大小，输出端产生与电网电压同步的双倍电网频率的180°范围内移相的宽脉冲，用以驱动随机型固态继电器，达到移相调压的目的。因此，随机型固态继电器单使用，可接通或开断灯光回路； 与移相触发器配合使用，可实现白炽灯的调光。

3 智能照明控制中的人体目标动态定位技术

视频图像是三维照明区域场景的二维投影图 像，虽然不能反应真实的三维场景，但两者之间有一定的投影关系，三维场景发生变化时视频图像也会发生相应的变化。此外，连续视频流的场景具有连续性， 若照明区域中没有人体运动，则连续帧图像之间变化很小。反之，人体运动会引起帧差，在照明区域中静止背景下的人体目标动态检测，可以采用帧间变化检测 （ Change Detection） 出动态的人体目标。

基于静止背景的人体动态目标检测主要分三个部分： 图像预处理、人体动态目标提取、人体位置判定。

3.1 图像的预处理

由摄像头摄取的照明区域数字图像中包含许多噪声，进行噪声滤除。噪声的滤除方法很多，中值滤波是一种常用的非线性信 号处理技术，它用一个滑动模板在图像上逐点滑动，把模板内各点灰度值大小排序，居中的灰度值作为模板点的像素灰度值。该方法对图像中随机噪声有良好的 抑制作用，又可以对图像的轮廓和边沿有较好的保护。另外，中值滤波具有对阶跃信号不产生影响，滤波后保持频谱不变以及对图像上的椒盐噪声具有很强的去除作 用等特性。

照明区域的数字图像大小为M× N 像素，灰度值为f （ x ， y ） ， 采用四邻域中值滤波即可满足良好的效果，

3.2 目标变化检测

当人体目标在监控视场出现或移动时，会使连续帧之间的像素灰度值发生变化，即产生帧差，目标对应区域的帧差比背景区域的帧差大。因此，通过计算帧差大小来判断有无变化产生是目标变化检测常用的一种方法，简单的算法是采用帧差法。

这里，D 是设定阈值。该方法算法简单，判定条件中考虑了光照条件变化带来的影响，因而对光照变化有一定的适应性，同时还在一定程度上克服了由较小运动目标的干扰而导致的误判，提高了检测的准确性。

3.3 图像边缘的提取

图像基本的特征是边缘，而边缘是指图像周围像素灰度变化比较大的那些像素的集合，是进行人体目标检测和分割所依赖的重要依据。图像边缘检测一直是图像 处理中的热点和难点，这主要因为边缘和噪声都是高频信号，很难从中取舍。在目前的边缘检测算法中，Sobel 图像边缘检测算法作为经典算法的代表，由于其计算量小，速度快，在很多领域得到了广泛的应用。

由于图像在边缘附近会出现灰度上的突变，所以，Sobel 边缘检测方法就是以原始图像灰度为基础，通过考察图像每个像素在某个领域内灰度的变化，利用边缘邻近的一阶导数大值来检测边缘。

3.4 图像分割和人体位置的判断

采用智能控制的大型照明场合由于存在照明区和非照明区，因此其监控图像往往是具有不均匀背景的图像，对人体目标的特征进行分析时可以发现，整个视场的背 景灰度值差距可能很大，因此不能使用单一的阈值进行分割。如果使用单一阈值，由于照明控制区域中背景不均匀，有背景像素的灰度值被分割出来。但事实上人眼 之所以能看清目标，是由于在局部范围内目标与背景有一定的灰度差。因此，基于这个原理我们把整个照明监控图像视场分成均等的足够小的部分，则每个部分的灰 度变化会较小。把整个视场分割成许多相等的小块，对每个小块单求平均值、大值、小值，并计算相应的阈值和阈值差，用各自的阈值对小块进行分割， 如果有目标，记下该块中目标的位置、阈值差，当整个视场处理完后，找到各个小块中阈值差大的目标，作为候选目标点，在该点处进行窗口跟踪，由于窗口已经 较小，背景不均匀的影响不大。

把被监控的照明投影区域划分成二维数组形式，人体形心位置计算出来后，即可判断出人体图像形心位于二维数组的具体位置，则可以做出相应的照明控制决策，控制与人体位置对应的灯具的开闭和亮度。

4 结论

由于智能照明控制系统的输入信号是从照明区域视频图像中利用数字图像处理技术得到的，输出控制信号则由电力线载波通信PLC Bus 传送，因此，基于目标定位和PLC Bus 技术的智能照明控制系统具有布线简单、系统性高、易于维护的明显特点。

而且控制决策可以设计得非常人性化，对照明器具可实现照度的自动调节、灯的自动开关以及局部有人区域进行照明的控制行为。该系统能提供一个舒适、科学、节约型的照明环境，是照明控制的一个重要发展方向。