摘要：本文介紹了V80系列PLC在節(jié)能行業(yè)中的應(yīng)用情況，重點(diǎn)闡述了V80節(jié)能專用PLC如何與GPRS的整合，并針對整廠節(jié)能和燈光節(jié)能分別給出相對應(yīng)的方案。 
關(guān)鍵詞：PLC 功率因數(shù) 節(jié)能 GPRS DTU
1、引言
    隨著中國經(jīng)濟(jì)的蓬勃發(fā)展，我國單位ＧＤＰ能耗與歐美發(fā)達(dá)國家的差距越來越大，引起了政府及國民的極大關(guān)注，“十一五”規(guī)劃已將節(jié)約能源作為國家實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵措施，分別提出了“建立全社會的可持續(xù)發(fā)展能效目標(biāo)”和“向低能耗方向有效調(diào)整產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)”的戰(zhàn)略方針。
    德維森科技（深圳）有限公司開發(fā)生產(chǎn)的V80節(jié)能專用PLC——V80-M16MAD-LD采用調(diào)壓節(jié)能方式，可為整廠節(jié)能、路燈節(jié)能、樓宇節(jié)能提供整體的解決方案。
2、節(jié)能原理
2.1、燈光節(jié)能原理
    路燈的供電電壓隨用電的峰谷而波動(dòng)，在電壓低于電壓谷值UMIN和高于電壓峰值UMAX時(shí)，發(fā)光效率降低，線路損耗和燈具熱耗等無功功耗加大。路燈節(jié)能控制器檢測輸入電壓/電流信號，并對路燈的供給電源進(jìn)行優(yōu)化控制，從而達(dá)到最大程度節(jié)省電能的目的。
    同時(shí)，路燈節(jié)能控制器還具備智能控制功能。根據(jù)不同的策略進(jìn)行路燈的分組開關(guān)控制。因?yàn)楦鱾€(gè)地區(qū)的經(jīng)緯度不同，冬天和夏天的光照時(shí)間也不相同。因此要根據(jù)不同地區(qū)、不同時(shí)令進(jìn)行不同的開關(guān)燈策略設(shè)置。比方說黑龍江，在夏天在晚上7點(diǎn)左右開燈，而冬天在下午4點(diǎn)開燈，為了滿足不同地區(qū)不同時(shí)段的不同要求，需要將全年分成24個(gè)以上的段，不同的時(shí)間段使用不同的開關(guān)燈策略。
    為滿足客戶對現(xiàn)場數(shù)據(jù)進(jìn)行遠(yuǎn)程集中監(jiān)控和本地參數(shù)顯示調(diào)試的需求，目前，路燈節(jié)能控制器多數(shù)采用RTU或者GPRS DTU方式，其中后者相對而言在成本上更低，在可用性方面也更簡潔便利。
2.2、整廠節(jié)能原理
    整廠節(jié)能的實(shí)現(xiàn)方式與燈光節(jié)能類似，但增加了功率因數(shù)補(bǔ)償和監(jiān)控功能，同時(shí)，整廠節(jié)能需要對節(jié)能前與節(jié)能后的能耗進(jìn)行記錄和比較，例如，節(jié)能前全廠耗電為13萬度/月，節(jié)能后全廠耗電為10萬度/月，同時(shí)功率因數(shù)也較之前有所提高，這些都需要有相關(guān)的記錄和分析數(shù)據(jù)，并得到用戶的認(rèn)同。
2.3、變頻節(jié)能
    變頻節(jié)能原理是根據(jù)對電機(jī)轉(zhuǎn)速的調(diào)整來達(dá)到節(jié)能的效果，如注塑機(jī)節(jié)能、空壓機(jī)節(jié)能等。
3、系統(tǒng)設(shè)計(jì)
    針對燈光節(jié)能、整廠節(jié)能、變頻節(jié)能的需求，德維森科技（深圳）有限公司開發(fā)生產(chǎn)的V80-M16MAD-LD節(jié)能專用PLC集成了調(diào)壓調(diào)速節(jié)能所需功能，包括市電的電壓、電流采集、調(diào)壓節(jié)能器的控制、多種遠(yuǎn)程通訊方式（可選）、實(shí)時(shí)時(shí)鐘、本地七段數(shù)碼管顯示和LCD顯示（可選）、本地輕觸按鍵和PVC按鍵（可選）等。同時(shí)，M16MAD-LD還保留了PLC所有的固有特性，如高抗干擾能力、可編程性、各種標(biāo)準(zhǔn)的通信和IO接口、掉電保持等。

    如上圖所示，PLC根據(jù)采集到的市電電壓和不同的節(jié)能策略調(diào)節(jié)節(jié)能調(diào)壓器的輸出，同時(shí)可以通過GPRS的DTU，將現(xiàn)場的數(shù)據(jù)傳給遠(yuǎn)方監(jiān)控室內(nèi)的計(jì)算機(jī)，通過監(jiān)控主機(jī)可以對現(xiàn)場的數(shù)據(jù)進(jìn)行集中監(jiān)測，并對控制策略作出及時(shí)調(diào)整。
4、功能和性能分析
4.1市電采集
    多數(shù)通用PLC的CPU模塊本身不具備或具備少量的模擬量接口，而整廠節(jié)能和大型的路燈節(jié)能控制器則需要數(shù)量較大的模擬量接口。M16MAD-LD最多可以采集7路模擬量信號，7路模擬量輸入信號的類型包括：±10V、±20mA、熱電阻等，可以滿足大多數(shù)用戶的需要，例如，在整廠節(jié)能和大型的路燈節(jié)能器能夠滿足3路電壓和1路或者4路電流信號采集的需求。
4.2功率因數(shù)計(jì)算
    對于整廠節(jié)能，功率因數(shù)測量是必不可少的，據(jù)了解，目前尚沒有一種PLC支持功率因數(shù)的換算，而如果用單片機(jī)開發(fā)則會面臨周期太長和精度太低的問題。
    M16MAD-LD的模擬量輸入支持交流信號輸入，AD轉(zhuǎn)換速率高達(dá)300K，可以滿足工頻為50Hz的市電功率因數(shù)計(jì)算，同時(shí)，可計(jì)算三相市電的功率因數(shù)，并將數(shù)據(jù)上傳供用戶進(jìn)行節(jié)能分析。
4.3實(shí)時(shí)時(shí)鐘
    節(jié)能廠商如果采用獨(dú)立的實(shí)時(shí)時(shí)鐘控制器，必將引發(fā)成本上升和可靠性下降等不良后果。而M16MAD-LD內(nèi)帶實(shí)時(shí)時(shí)鐘，包括年、月、日、時(shí)、分、秒、周，用戶可以方便用戶利用實(shí)時(shí)時(shí)鐘進(jìn)行不同控制策略的調(diào)整。
4.4通訊功能
    目前，節(jié)能控制對于通信和監(jiān)控的要求越來越高，大多數(shù)的路燈節(jié)能用戶要求在遠(yuǎn)方可以完成控制參數(shù)的調(diào)整，同時(shí)，還需要能在現(xiàn)場接屏進(jìn)行監(jiān)控，因?yàn)楦骷襌TU與屏的通信協(xié)議不同，造成節(jié)能廠商的開發(fā)難度大大增加。
    M16MAD-LD帶有RS232和RS485兩個(gè)通信口，都支持MODBUS從協(xié)議，RS485支持MODBUS主協(xié)議和FREE協(xié)議，用戶可利用這兩個(gè)通信口與各種不同通信裝置進(jìn)行通訊，如GSM、GPRS DTU、MODEM等，另外還可與各種顯示屏、監(jiān)控軟件、組態(tài)軟件進(jìn)行通信。通過通信接口還能對各種第三方的表計(jì)或者變頻器進(jìn)行監(jiān)控，從而達(dá)到整合的目的。
4.5多機(jī)聯(lián)網(wǎng)
    路燈節(jié)能控制器因?yàn)閱慰刂破鞯目刂屏坑邢蓿枰嗯_控制器聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行監(jiān)控。多臺M16MAD-LD可通過RS485聯(lián)網(wǎng)，交換數(shù)據(jù)，并可共用同一臺GPRS與遠(yuǎn)端服務(wù)器通訊。
4.6人機(jī)接口
    M16MAD-LD帶7段數(shù)碼管顯示或LCD液晶屏顯示，用戶可以在PLC內(nèi)編程設(shè)置顯示內(nèi)容。鍵盤接口最多支持4＊4的鍵盤矩陣，可以選用PVC薄膜按鍵或都輕觸按鍵等進(jìn)行用戶自定義功能設(shè)置。
4.7兼容功能
    大多數(shù)普通節(jié)能控制器都不支持可編程，造成無法做到升級和現(xiàn)場維護(hù)。M16MAD-LD兼容標(biāo)準(zhǔn)V80 系列PLC的編程軟件和所有功能，如，支持梯形圖編程，支持掉電保持功能，支持在線編程功能，支持遠(yuǎn)程監(jiān)控功能等。
4.8可靠性和電磁兼容能力強(qiáng)
    節(jié)能控制器控制的是強(qiáng)干擾的大感性負(fù)載，如何提升系統(tǒng)的抗干擾能力成為了系統(tǒng)設(shè)計(jì)者最為傷腦筋的問題。而PLC與其它用單片機(jī)開發(fā)的控制板間的區(qū)別就在于PLC是一個(gè)通用的工控平臺，不僅具有標(biāo)準(zhǔn)的軟件、通信、接口，而且其電磁兼容、環(huán)境測試也都是符合國家標(biāo)準(zhǔn)的，V80系列PLC產(chǎn)品已通過CE認(rèn)證，能夠在各個(gè)方面滿足客戶的需要。
4.9寬溫工作范圍
    針對北方用戶室外環(huán)境的需要，M16MAD-LD可以在-40～85℃的寬溫范圍內(nèi)進(jìn)行工作，并保證性能與可靠性。
5、結(jié)論
    根據(jù)市場需求，德維森科技（深圳）有限公司開發(fā)生產(chǎn)的V80節(jié)能專用PLC——V80-M16MAD-LD采用調(diào)壓節(jié)能方式，可以滿足整廠節(jié)能、路燈節(jié)能、樓宇節(jié)能等不同客戶的實(shí)際需求。
    目前，V80-M16MAD-LD已應(yīng)用在華南多家大型的節(jié)能設(shè)備廠商的設(shè)備中，并在可靠性、專用性和靈活性等方面都得到了用戶的認(rèn)可和好評。