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摘要：350m2室内展厅九区域LED灯光，在有人参观前，LED灯的亮度在20%左右，当人站在某一区时，LED灯由暗亮逐渐升至全亮，此设计的目的为控制LED灯暗亮和节约电能。
关键词：室内展厅；LED；节约电能
中图分类号：TM923.34文献标识码：A文章编号：1007-9599 (2013) 06-0000-02
系统的优点是启动平稳，启动电流可限制在额定电流以内；只要有人在一个区域内参观时，LED灯光由昏暗状态慢慢亮起直至长亮，配合LED亮条灯，让参观的人体验一种神秘又画龙点睛的效果。本人自己设计了从该方案、电路图纸、制作、调试全过程。本设计详细介绍了系统的控制原理及硬件电路。
1九区域LED灯光控制系统的理论分析
1.1LED调光原理
要改变LED的亮度，是很容易实现的。首先想到的是改变它的驱动电流，因为LED的亮度是几乎和它的驱动电流直接成正比关系。
1.2九区域LED灯控制原理
如上所述，只要调节LED灯的正向电流，就能改变LED的发光强度，2.1.1节内是针对一对一的LED调光原理来阐述。而现实问题是展厅内，有9个回路的LED灯，每个回路的LED灯都是并联在一起，每个回路功率大约为1200W左右，当然第九区回路只有几百W而已。当时因为工程紧急，朋友来找我时，一时找不到大功率调节LED的设备，我就想还是用工业可控硅方法来控制比较好，虽然贵些。
而我是用淘宝买的全隔离单相调压器对每一路LED进行调压。虽然不能做到精确调压，但是灯光的暗亮还是能够调节的。
交流调压电路可以带电阻性负载，也可以带电感性负载，如感应电动机或其它电阻电感混合负载等。由于感性负载本身滞后于电压一定角度，再加上相位控制产生的滞后，使得交流调压电路在感性负载下大的工作情况更为复杂，其输出电压、电流波形与控制角、负载阻抗角都有关系。其中负载阻抗角，相当于在电阻电感负载上加上纯正弦交流电压时，其电流滞后于电压的角度为。为了更好的分析单相交流调压电路在感性负载下的工作情况，此处分三种工况分别进行讨论。
（1）控制角触发
在控制角触发导通时的输出波形图，同电阻负载一样，在的正半周角时，触发导通，输出电压等于电源电压，电流波形从0开始上升。由于是感性负载，电流滞后于电压，当电压达到过零点时电流不为0，之后继续下降，输出电压出现负值，直到电流下降到0时，自然关断，输出电压等于0，正半周结束，期间电流从0开始上升到再次下降到0这段区间称为导通角。由后面的分析可知，在工况下，因此在脉冲到来之前已关断，正负电流不连续。在电源的负半周导通，工作原理与正半周相同，在断续期间，晶闸管两端电压波形。
（2）工况
在工况下，阻抗角相对较大，相当于负载的电感作用较强，使得负载电流严重滞后于电压，晶闸管的导通时间较长，此时式仍然适用，由于，公式右端小于0，只有当时左端才能小于0，因此，如图所示，如果用窄脉冲触发晶闸管，在时刻被触发导通，由于其导通角大于180，在负半周时刻为发出出发脉冲时，还未关断，因受反压不能导通，继续导通直到在时刻因电流过零关断时，的窄脉冲已撤除，仍然不能导通，直到下一周期再次被触发导通。这样就形成只有一个晶闸管反复通断的不正常情况，始终为单一方向，在电路中产生较大的直流分量；因此为了避免这种情况发生，应采用宽脉冲或脉冲列触发方式。
综上所述，当单相交流调压电路带感性负载时，为了可靠、有效的工作，并实现调压的目的，应使控制角的移相范围保持在之间，同时为了避免出现直流分量，晶闸管的控制脉冲应采用宽脉冲或脉冲列触发。
2九区域LED灯控制方案的确定
2.1控制方案的比较和确定
九区域LED灯控制系统主要由PLC、模拟量输出单元、单相调压模块、红外线人体探测器及低压电器组成。系统主要任务是利用PLC控制单元使每一路单相调压模块控制相对应的每一路LED灯，实现红外线人体感应器感应到有人后LED灯的慢慢发光直至长亮。根据系统的设计任务要求，有以下几种方案可供选择：
（1）有供水基板的调光器+LED灯+红外人体传感器
这种控制系统结构简单，它将PID调节器和PLC可编程控制器等硬件集成在调光基板上，通过设置指令代码实现PLC和PID等电控系统的功能。而且暂时还找不到大功率的调光器。
（2）单相调压器+单片机（包括调光控制）+红外人体传感器
这种方式控制精度高、控制算法灵活、参数调整方便，具有较高的性价比，但开发周期长，程序一旦固化，修改较为麻烦，因此现场调试的灵活性差。
（3）单相调压器+PLC（包括调压控制）+红外人体传感器
由于PLC产品的系列化和模块化，用户可灵活组成各种规模和要求不同控制系统。通过对以上这几种方案的比较和分析，可以看出第三种控制方案更适合于本系统。
2.2九区LED灯调光系统控制流程
九区LED灯调光系统控制流程如下：
（l）系统通电，按照接收到有效的自控系统启动信号后，PLC输出继电器吸合命令，单相调压模块随即工作，拖动每一回路LED灯组20%的亮度工作即PLC的模拟量输出为0.98V左右（单相调压器的触发端输入给定电压选用0~5V）；
（2）当红外线人体感应器测得的用户在该区域活动时的信号，传输到PLC内，PLC根据程序利用浮点加法运算，以1毫秒为一个周期，每个周期+0.5个浮点实数，运算的公式如下：
3200+0.5*一定时间的扫描周期=16000
时间的运算方法可以理解成：（16000-3200）÷0.5=25600ms=25.6s即25.6秒。PLC浮点运算出来的实数去转换为整数，再将整数转换为模拟量映像输出。
大约在25.6秒内模拟量输出为由0.98V逐渐升至4.98V，此时LED灯组由20%的亮度逐渐升至100%的亮度。当人走到第二个区域时，同样二区的LED灯由20%逐渐升至100%，后面3至9区域的LED灯组工作原理同一区。
（3）当九个区域都参观好后，控制人员只要按一下系统停止按钮，PLC模拟量输出端电压由4.98V慢慢降至0.98V，整个展厅的灯也由100%的亮度降至20%的亮度。当无人参观时，手动关闭系统及电源。
2.3PLC程序及工作原理
（因程序页数比较多，本人只讲解第一区部分）：
网络1：
系统通电接触器吸合
PLC开机，第一个扫描周期内9回路映像输出吸合、中间继电器吸合、接触器也吸合、单相调压模块处于通电工作状态。
网络2：
20%节能给定
20%的给定，我选用单相调压模块输入端给定0~5vdc的输入。故MOV_W指令内给双字节存储器VW100一个+3200的值（该值对应输出约为+0.98V）。
通过这次设计结合我以前做过的这个小工程，我发现学以致用相结合是非常重要的。将九区域LED灯光的要求，进行单相调压模块的使用对于我来说是一个很大的挑战。虽然国内的舞台灯光调光技术已经非常成熟，但对于LED调光这块领域几乎是一个空白。
[作者简介]王俊峰（1971.8.5-），男，汉族，黑龙江绥化人，上海蓝星聚甲醛设备部经理，研究生，研究方向：自动控制。
关键词：室内展厅；LED；节约电能
中图分类号：TM923.34文献标识码：A文章编号：1007-9599 (2013) 06-0000-02
系统的优点是启动平稳，启动电流可限制在额定电流以内；只要有人在一个区域内参观时，LED灯光由昏暗状态慢慢亮起直至长亮，配合LED亮条灯，让参观的人体验一种神秘又画龙点睛的效果。本人自己设计了从该方案、电路图纸、制作、调试全过程。本设计详细介绍了系统的控制原理及硬件电路。
1九区域LED灯光控制系统的理论分析
1.1LED调光原理
要改变LED的亮度，是很容易实现的。首先想到的是改变它的驱动电流，因为LED的亮度是几乎和它的驱动电流直接成正比关系。
1.2九区域LED灯控制原理
如上所述，只要调节LED灯的正向电流，就能改变LED的发光强度，2.1.1节内是针对一对一的LED调光原理来阐述。而现实问题是展厅内，有9个回路的LED灯，每个回路的LED灯都是并联在一起，每个回路功率大约为1200W左右，当然第九区回路只有几百W而已。当时因为工程紧急，朋友来找我时，一时找不到大功率调节LED的设备，我就想还是用工业可控硅方法来控制比较好，虽然贵些。
而我是用淘宝买的全隔离单相调压器对每一路LED进行调压。虽然不能做到精确调压，但是灯光的暗亮还是能够调节的。
交流调压电路可以带电阻性负载，也可以带电感性负载，如感应电动机或其它电阻电感混合负载等。由于感性负载本身滞后于电压一定角度，再加上相位控制产生的滞后，使得交流调压电路在感性负载下大的工作情况更为复杂，其输出电压、电流波形与控制角、负载阻抗角都有关系。其中负载阻抗角，相当于在电阻电感负载上加上纯正弦交流电压时，其电流滞后于电压的角度为。为了更好的分析单相交流调压电路在感性负载下的工作情况，此处分三种工况分别进行讨论。
（1）控制角触发
在控制角触发导通时的输出波形图，同电阻负载一样，在的正半周角时，触发导通，输出电压等于电源电压，电流波形从0开始上升。由于是感性负载，电流滞后于电压，当电压达到过零点时电流不为0，之后继续下降，输出电压出现负值，直到电流下降到0时，自然关断，输出电压等于0，正半周结束，期间电流从0开始上升到再次下降到0这段区间称为导通角。由后面的分析可知，在工况下，因此在脉冲到来之前已关断，正负电流不连续。在电源的负半周导通，工作原理与正半周相同，在断续期间，晶闸管两端电压波形。
（2）工况
在工况下，阻抗角相对较大，相当于负载的电感作用较强，使得负载电流严重滞后于电压，晶闸管的导通时间较长，此时式仍然适用，由于，公式右端小于0，只有当时左端才能小于0，因此，如图所示，如果用窄脉冲触发晶闸管，在时刻被触发导通，由于其导通角大于180，在负半周时刻为发出出发脉冲时，还未关断，因受反压不能导通，继续导通直到在时刻因电流过零关断时，的窄脉冲已撤除，仍然不能导通，直到下一周期再次被触发导通。这样就形成只有一个晶闸管反复通断的不正常情况，始终为单一方向，在电路中产生较大的直流分量；因此为了避免这种情况发生，应采用宽脉冲或脉冲列触发方式。
综上所述，当单相交流调压电路带感性负载时，为了可靠、有效的工作，并实现调压的目的，应使控制角的移相范围保持在之间，同时为了避免出现直流分量，晶闸管的控制脉冲应采用宽脉冲或脉冲列触发。
2九区域LED灯控制方案的确定
2.1控制方案的比较和确定
九区域LED灯控制系统主要由PLC、模拟量输出单元、单相调压模块、红外线人体探测器及低压电器组成。系统主要任务是利用PLC控制单元使每一路单相调压模块控制相对应的每一路LED灯，实现红外线人体感应器感应到有人后LED灯的慢慢发光直至长亮。根据系统的设计任务要求，有以下几种方案可供选择：
（1）有供水基板的调光器+LED灯+红外人体传感器
这种控制系统结构简单，它将PID调节器和PLC可编程控制器等硬件集成在调光基板上，通过设置指令代码实现PLC和PID等电控系统的功能。而且暂时还找不到大功率的调光器。
（2）单相调压器+单片机（包括调光控制）+红外人体传感器
这种方式控制精度高、控制算法灵活、参数调整方便，具有较高的性价比，但开发周期长，程序一旦固化，修改较为麻烦，因此现场调试的灵活性差。
（3）单相调压器+PLC（包括调压控制）+红外人体传感器
由于PLC产品的系列化和模块化，用户可灵活组成各种规模和要求不同控制系统。通过对以上这几种方案的比较和分析，可以看出第三种控制方案更适合于本系统。
2.2九区LED灯调光系统控制流程
九区LED灯调光系统控制流程如下：
（l）系统通电，按照接收到有效的自控系统启动信号后，PLC输出继电器吸合命令，单相调压模块随即工作，拖动每一回路LED灯组20%的亮度工作即PLC的模拟量输出为0.98V左右（单相调压器的触发端输入给定电压选用0~5V）；
（2）当红外线人体感应器测得的用户在该区域活动时的信号，传输到PLC内，PLC根据程序利用浮点加法运算，以1毫秒为一个周期，每个周期+0.5个浮点实数，运算的公式如下：
3200+0.5*一定时间的扫描周期=16000
时间的运算方法可以理解成：（16000-3200）÷0.5=25600ms=25.6s即25.6秒。PLC浮点运算出来的实数去转换为整数，再将整数转换为模拟量映像输出。
大约在25.6秒内模拟量输出为由0.98V逐渐升至4.98V，此时LED灯组由20%的亮度逐渐升至100%的亮度。当人走到第二个区域时，同样二区的LED灯由20%逐渐升至100%，后面3至9区域的LED灯组工作原理同一区。
（3）当九个区域都参观好后，控制人员只要按一下系统停止按钮，PLC模拟量输出端电压由4.98V慢慢降至0.98V，整个展厅的灯也由100%的亮度降至20%的亮度。当无人参观时，手动关闭系统及电源。
2.3PLC程序及工作原理
（因程序页数比较多，本人只讲解第一区部分）：
网络1：
系统通电接触器吸合
PLC开机，第一个扫描周期内9回路映像输出吸合、中间继电器吸合、接触器也吸合、单相调压模块处于通电工作状态。
网络2：
20%节能给定
20%的给定，我选用单相调压模块输入端给定0~5vdc的输入。故MOV_W指令内给双字节存储器VW100一个+3200的值（该值对应输出约为+0.98V）。
通过这次设计结合我以前做过的这个小工程，我发现学以致用相结合是非常重要的。将九区域LED灯光的要求，进行单相调压模块的使用对于我来说是一个很大的挑战。虽然国内的舞台灯光调光技术已经非常成熟，但对于LED调光这块领域几乎是一个空白。
[作者简介]王俊峰（1971.8.5-），男，汉族，黑龙江绥化人，上海蓝星聚甲醛设备部经理，研究生，研究方向：自动控制。