基于PLC的阳光搬运装置的设计与研发

潘颂哲 季侠毅 高 峰 黄子轩 陈信奉

(温州职业技术学院瑞安学院，浙江 温州 325035)

0 引言

阳光是人类最重要的能源，同时也是人们生长发育的必要条件，更是保持身心健康的关键因素[1]。当前大多数老房子较为陈旧，且采光效果差，致使屋内环境过于潮湿、发霉，不利于居住者的身心健康成长[2-3]。

针对上述问题，设计和研发了一种基于PLC的阳光搬运装置，能实现阳光的自动追踪，并通过光纤搬运至室内指定位置，在不对原居住房屋较大改造的基础上，有效改善室内采光效果，为旧房光线改造提供低成本高效率的解决方案。

1 整体设计方案

基于PLC的阳光搬运装置设计与研发的整体设计方案如下图1所示，包括2个部分：一是阳光光线的自动追踪与采集，二是光源的传递。通过采集4个光敏传感器的光线强度数据，并采用双轴跟踪技术[4]，从而实时调整对光位置。光线的传递由光纤传递至室内的指定位置，光纤传递路线可以沿墙布置，仅需钻若干孔即可完成光线传递[5]。

图1 整体设计方案

2 工作原理分析

2.1 阳光光线强度信号采集

在光线接收板上布置4个对称分布且与接收板呈一定角度的光敏传感器A、B、C、D。传感器A和C对称分布，B和D对称分布。当太阳斜射时，传感器A和C或传感器B和D因受到光照强度不同，采集得到模拟数据值存在较大的差异，当偏差值超过一定数值后，控制相应的步进电机旋转，直到数值相差不大为止。当入射光线与光线接收板垂直时，因入射光线可以被认为近似平行，此时4个传感器接收到的光照强度基本一致。因此，通过对比分析4个传感器采集到的模拟数据值，以此判断太阳的入射角度。

2.2 光线的自动追踪

本装置采用双轴跟踪技术，即采用2个步进电机作为装置动力输出，通过控制脉冲输出数量来控制角位移量，从而达到准确定位的目的；同时通过控制脉冲频率来控制步进电机的转动速度，从而达到调速的目的。

2.3 光线强度灵敏度调整

实际使用中，如果遇到阴雨等光线不佳天气时，为避免搬运装置因光敏传感器无法采集足够强度的光线信号而罢工的情况，因而在系统软件中设置光线强度的灵敏度调整参数，即灵敏度越高，搬运装置反应越灵敏，反之则反应迟钝。

3 电控方案设计

阳光搬运装置的电路控制系统主要包括PLC、模拟量输入模块、人机交互、步进电机及驱动器等，如图2所示。

图2 阳光搬运装置的电控系统

(1)可编程控制器PLC是搬运装置的核心，其主要功能包括光源强度模拟量信号输入控制、数据处理、步进电机转速与转角控制、逻辑控制等。

(2)人机交互作用主要用于搬运装置控制系统参数的调整，并实时监控系统的工作状态，参数调整包括装置灵敏度设置、步进电机转速和加减速设置、自动调试和手动调试切换等调整功能。

(3)模拟量输入模块用于四路光敏传感器的采集，其采集信号为0～10V的电压信号。

(4)步进电机及驱动器用于阳光光源的自动追踪，包括进退和旋转2个电机。其旋转速度和角度由PLC的脉冲信号控制。

4 软件设计

阳光搬运装置的软件流程如下图3所示。

图3 控制流程图

当装置启动之后，四路光敏传感器实时采集光照信号，并作对比，传感器A和C控制进退步进电机的旋转方向，传感器B和D控制旋转步进电机的转动方向。如果传感器之间的电压偏差超过0.15V(灵敏度可由触摸屏设置)，则实现相应的正转或反转。

5 结语

通过试验得出，基于PLC的阳光搬运装置结构可靠，操作方便，控制效果良好。在室外向阳处安装本装置，并沿墙布置光纤，就能够实现阳光的“搬运”功能，具有较强的市场推广潜力。