31基于PLC控制的教學樓照明電路設計蔡晨力

1、基于PLC限制的教學樓照明電路設計紅河學院2021級電氣工程及其自動化 蔡晨力指導教師：徐紹坤文檔來源為:從網(wǎng)絡收集整理.word版本可編輯.歡送下載支持.3第一章引言1.1問題的闡述1.2本課題的意義1.3設計方式第二章PLC總體介紹2.1 PLC的根本概述2.2 PLC的根本特點：2.3 PLC的開展趨勢：2021年5月錯誤!未定義書簽.錯誤!未定義書簽, 錯誤!未定義書簽 錯誤!未定義書簽 錯誤!未定義書簽錯誤!未定義書簽, 錯誤!未定義書簽 錯誤!未定義書簽 錯誤!未定義書簽文檔來源為:從網(wǎng)絡收集整理.word版本可編輯.歡送下載支持.第三章 照明系統(tǒng)PLC軟件設計方案錯誤!未定義書簽

2、.3.1教學樓燈光PLC限制方案錯誤!未定義書簽.3. 2系統(tǒng)流程圖錯誤!未定義書簽.3.3系統(tǒng)原理圖錯誤!未定義書簽.3. 4教室內部電路示意圖錯誤!未定義書簽.3.5 I/O分配表錯誤!未定義書簽.3.6 PIC梯形圖及程序說明錯誤!未定義書簽.第四章 系統(tǒng)器件選擇錯誤!未定義書簽.4.1原始資料錯誤!未定義書簽.4.2電力負荷計算錯誤!未定義書簽.4.3導線的選擇錯誤!未定義書簽.4.4 PLC的選擇錯誤!未定義書簽.4.5傳感器的選擇錯誤!未定義書簽.第一章引言1.1問題的闡述高等院校在教學過程中要消耗相當多的電能,例如；教室照明、實驗、實 習、科研等均需電能的支持.據(jù)某學院統(tǒng)計,僅教

3、學中所耗電能約占到該校電 量的50% ,年付電費達100多萬元.然而調查發(fā)現(xiàn),在教學過程中電能浪費 的現(xiàn)象卻比擬嚴重.教室長明燈、教室內燈多人少、白天光線強也不關燈等現(xiàn) 象隨處可現(xiàn).這無疑浪費了電能,增大了教學本錢,增加了學院的支去.例如 一幢5層樓的教學樓共有教室40間,每間教室裝有12盞或者16盞40W的日 光燈用于教室照明.由于存在上述現(xiàn)象,一幢教學樓每年將多支出4萬多元電 費.針對教室用電浪費嚴重的現(xiàn)象,提出對教學樓照明系統(tǒng)進行技術改造,將 教室的照明用電實行智能化治理,使教室的照明用電合理有效使用.本文就照 明智能限制裝置中PLC限制技術的應用予以介紹.1.2本課題的意義1、節(jié)能：為

4、了消除學生出教室時忘記關燈而引起的電能浪費現(xiàn)象和消除天 黑、下雨時和教室亮度不夠時卻無法開燈的現(xiàn)象.2、自動限制：并在不影響老師教學和同學學習的情況下做到最大程度的自動 化1.3設計方式通過對PLC編程和傳感器的結合實現(xiàn)時間,光線,人三者同時限制照明系 統(tǒng)來實現(xiàn)照明系統(tǒng)的智能化使照明系統(tǒng)更節(jié)能.將出現(xiàn)在規(guī)定時間內當教室光 線不充足且教室內有人時照明系統(tǒng)才會自行啟動.第二章PLC總體介紹2. 1 PLC的根本概述PLC乂名可可編程邏輯限制器,它是一個以微處理器為核心,綜合了計算 機技術、自動限制技術和通信技術,用面向限制過程和用戶的“自然語言編 程的新一代通用工業(yè)自動化限制裝置,專為在工業(yè)現(xiàn)場應

5、用而設計.2.2 PLC的根本特點：1. 可靠性高,抗干擾水平強2. 功能強,性能價格比高3. 硬件配套齊全,適用性強4. 編程方法簡單易學,用戶使用方便5. 維修量工作量小,維修方便2.3 PLC的開展趨勢：1. 從技術上看：PLC會向運算速度更快,存儲容量更大,功能更廣,性能 更穩(wěn)定,性價比更高的方向開展.2. 從規(guī)模上看：PLC會進一步向超小型和超大型兩個方向開展.3. 從配套性上看：PLC產(chǎn)品會向品種更豐富,規(guī)格更齊備的方向開展.4. 從網(wǎng)絡通信的角度看：PLC將向網(wǎng)絡化和通信的簡便化的方向開展.總之對于小型PLC會向著體積更小、速度更高、功能增強、價格低廉的方 向開展,使之更利于取代

6、繼電器限制.而對于大中型PLC,那么會向著更大容量、 更高速度、更多的功能、更高的可靠性、易于連絡通信的方向開展.使之更利 于對大規(guī)模、復雜系統(tǒng)的限制.第三章 照明系統(tǒng)PLC軟件設計方案3.1教學樓燈光PLC限制方案1、系統(tǒng)要手動啟動2、系統(tǒng)可人為停止；3、早上六點總電源送電；4、學生進入教室后自動開燈；5、學生在教室時當高于一定亮度時自動關燈或學生進入時不再開燈；6、學生在教室時當?shù)陀谝欢炼葧r自動開燈或學生進入時開燈；7、走廊燈要在11點時才會自動翻開.其余時間關閉8、晚上22:00后除一樓外其余樓層的教室自動關燈.9、晚上23： 00后全樓教室自動關燈；10、當教室關燈時走廊燈開啟,15

7、分鐘后自動關閉11、當學生全部出教室后自動關燈；12、晚上23:20所以計數(shù)器回零；13、時間限制器繼續(xù)工作；14、停電時應急燈開啟；15、樓梯燈為聲、光限制.方案說明：1、此設計方案可實現(xiàn)教學樓照明系統(tǒng)的自動化.2、此設計方案可讓：時間,亮度和教室內是否有人來進行是否給照明系統(tǒng)送電 可以更好的節(jié)約電能.3. 2系統(tǒng)流程圖7文檔來源為:從網(wǎng)絡收集整理.word版本可編輯.歡送下載支持.根據(jù)本系統(tǒng)的結構原理,可以繪制出程序流程圖,如下面圖3.2.1流程圖說明：1. 總系統(tǒng)為手動啟動；2. 啟動后計時系統(tǒng)啟動；3. 每天早上6點照明系統(tǒng)開機4. 教室內照明系統(tǒng)同時測量是否有人和亮度夠不夠.如其中一

8、個條件不滿足 就不能開燈5. 在每天十一點時教室內關燈走廊燈開啟6. 十一點十五走廊燈關閉7. 十一點半照明系統(tǒng)關閉153. 3系統(tǒng)原理圖11 KA1 1n ni| III嚴、nn|I11_J1J SQ2|SQ1SQiqJ SQL511 1 !111i iv_111!111如111111La?J_! 1Lv_LvJJ|第一間教室I |第八間教室I1I圖 3.3.1說明：1、本套系統(tǒng)為三相五線制進線.x0ylxlx2y2m3 PLCKA2心*EHKA3心dxlO,4pD-xllKA4x!2x】3rx!4洛QS 76KABx!7x20x21x23)y?x24s疝yl0x26K7SB】 *_SB?A

9、2、虛線為教室的墻壁,系統(tǒng)送電開關KA和被限制的電燈都安裝在教室的內部.3、SQ內與SQ外的距離為0. 7米.4 SQ為人體接近傳感器D203So3. 4教室內部電路示意圖說明：1、SB為電燈的手動開關.2、SQ17為光電傳感器.可以一層樓在一個光線較暗的教室安裝一個光 電傳感器也可以每個教室安裝一個光電傳感器3.5 I/O分配表輸入接口說明輸出接口說明X0SB1系統(tǒng)連通開關Y0KA1走廊通電繼電器XISB2系統(tǒng)斷開開關Y1KA21號教室通電繼電器X2SB3時間調節(jié)器Y2KA32號教室通電繼電器X3SB4時間調節(jié)器Y3KA4三號教室通電開關X4SQ17FISOICY4KA5四號教室通電開關X5

10、SQ1室外D203SY5KA6五號教室通電開關X6SQ2室內D203SY6KA7六號教室通電開關X7SQ3室外D203SY7KA8七號教室通電開關X10SQ4室內D203SY10KA9八號教室通電開關XIISQ5室外D203SX12SQ6室內D203SX13SQ7室外D203SX14SQ8室內D203SX15SQ9室外D203SX16SQ1O室內D203SX17SQ11室外D203SX20SQ12室內D203SX21SQ13室外D203SX22SQ14室內D203SX23SQ15室外D203SX24SQ16室內D203S3.6 PIC梯形圖及程序說明M20M80139T II-K003MSO1

11、1IIIkK002M80131711IH仆CNO M?0C0K900CI K96C) 23nC12$II-N8D0B29II-2CPK24KS2C1MlC*C1H94M4滸C1K93M8RSTCORSTCl圖 3. 6. 1限制說明：如圖1. 按下X0時系統(tǒng)啟動,同時接通M20使時間限制程序開始運行,時間限制 用15分鐘為一個計數(shù)單位,把24小時分為96份,這樣便于調節(jié)和計數(shù).2. 按下XI時系統(tǒng)停止.3. 當時間計數(shù)器CO和C1計數(shù)滿時計數(shù)器歸零.4. 當時間在六點到一點時M2啟動,時間在一點十五時M5啟動,時間在 十一點半時M9啟動.這樣便可以用時間限制照明系統(tǒng).5. 由X0與XI連接系統(tǒng)

12、的啟動和關閉按鈕使系統(tǒng)要手動后才可以運行也可手 動使系統(tǒng)停止.6. 隨后6至28條指令為模擬24小時.7. X2與X3為手動調節(jié)時間按鈕可以對時間進行校正.8. 29條至52條指令為時間限制系統(tǒng).當時間到達時才給光電傳感器、人體 傳感器和教室內的電路送電圖 3.6.2限制說明：如圖1. 當時間在六點到一點時M2閉合且時間未到一點十五時M5閉合時M50 通電.2. M50閉合時X4也閉合M100通電3. 時間在六點到十一點且時間未到十一點十五時開始給教室內的電路送 電.4. 光電傳感器連接在PLC的X4接口上當教室內光線低于380勒克斯時便接通M100后給教室內部電路送電X005-II-10 T

13、AX006Tl-X006-II-72 TAX00512TIIhSOOOTMil MIO HIOOT I-H9T 5968?3928?359911T0K10T1KI? 3TO Tl-13KIOOOO :Klfl T3C3K10000 ；CNP C2 C3Mil 圖 3. 6.3限制說明：第一間教室的限制程序如圖1. X5為教室外的人體傳感器X6為教室內的人體傳感器2. 只要有人進入時就接通X5,進門后就接通X6.3. 當有人要進入教室時室外人體傳感器感應到人后X5閉合T0和T1時間繼 電器通電,T0時間繼電器計時1秒后T0觸點閉合,人走進教室,室內人體傳感 器感應到人后X6閉合計數(shù)器C2計數(shù).0

14、. 2秒后T1常閉觸點斷開,T0和T1時間 繼電器馬上斷電,T1常閉觸點閉合,T0觸點斷開.準備進行下一次計數(shù).3.當 有人要離開教室時室內人體傳感器感應到人后X6閉合T2和T3時間繼電器通電, T2時間繼電器計時1秒后T2觸電閉合,人離開教室,室外人體傳感器感應到人 后X5閉合計數(shù)器C3計數(shù).0. 2秒后T3常閉觸點斷開,T2和T3時間繼電器馬上斷電,T3常閉觸點閉合,T2觸點斷開.準備進行下一次計數(shù).4. 最后比擬計數(shù)器C2和計數(shù)器C3的數(shù)值,當計數(shù)器C2的數(shù)值大于計數(shù)器 C3的數(shù)值時Mil閉合Y0輸出型號接通KA2,給教室內電燈送電.5. 當十一點至十一點十五時M9閉合Y1輸出型號接通K

15、A1,走廊燈開啟00714110 IIII-X01017115 IIC4-CT4K10-T5K12YC4KIOOBO-T6K10-CT?K12-CC6KIOOBOC5H14C傾2圖 3. 6.4163湘1-II-Tlfl4卜168moo1011-C7(CHP C2 C3i-MIO MIOO1 I-E10:H12；E10000 :mo m2 rKWOOO JH17 V003 ；圖 3. 6.5X0I3 113180I I釬T12IIX014 189 I k即14194|kT14Ik：13T14203 | |1 卜浦順208 | |T12713CC3：T1a：T15CCSCKP C8 C92侶一H

16、10 MIBOII-K10I： 12I： WOOD )K10)KW000 J20 J：020T卜T20T卜274X020HF233288296圖 3. 6.7T22T卜XC17T 一T22T卜M3000TFCKPC12-CI2CIKIU-T21K12-C12KIOCOO-T22K10-023KI?-C3KIOOOOC13心 ?D06M2C-I卜Ml 00-II-圖 3. 6.8圖 3. 6.9文檔來源為:從網(wǎng)絡收集整理.word版本可編輯.歡送下載支持.23限制說明：以上圖1.為第二間教室至第八間教室的PLC程序.2.這些總體思想和第一間教室的程序相近.只有輸入、輸出、時間繼電器和計算器的差異

17、.限制說明：圖1.當時間到達十一點半后觸點M5閉合.2.M5閉合后系統(tǒng)中所有的計算器全部歸零且系統(tǒng)停止運行.-FBTC2-R3TC8-RSTC4-R3TC5-R3TC6-R3TC7-R3TCS-RSTC9RsrCIO-RSTC11-RSTCI2-RSTC13-RSTC14-R3TC15-R3TCIG-(RSTC1711J1J第四章系統(tǒng)器件選擇4.1原始資料教學樓有5層一共有45間教室,每間教室16盞燈每盞燈40w, 8個開關即每個開關 限制2盞燈,每層樓由一個PLC限制.4. 2電力負荷計算根據(jù)公式：p技Kx*pS盤Pj Cos.計算出教學樓的有功和無功功率及視在功率的計算值.照明系統(tǒng)的需要系

18、數(shù)為0.8.功率因素1.0總容量 p 二0. 8*45*16*40二23040 W1 JS無功功率 Q /20480*0二0 W有功功率二20480*1 二23040 W4. 3導線的選擇1. 由于本教學樓采用三相五線制進線.每條線分配15間教室可以平均分配電能.2, 導線截面積的選擇1).按經(jīng)濟電流密度選擇導線截面枳線路在工作時的最大工作電流：Ig=(S .s,U )/3 二(23040/220) /3=35A經(jīng)查表1.5平方亳米18A備注2.5平方亳米26A工作溫度30C,長期連續(xù) 90%負載下的載流量4平方亳米26A6平方亳米47A10平方毫米66A16平方毫米92A25平方毫米120A

19、35平方毫米150A所以導線的經(jīng)濟截面面枳為：6 mm2考慮到線路投入使用的長期開展遠景,選用截面積為6 1的導線即可,所以用LGJ-6的 導線.4.4 PLC的選擇教學樓照明智能限制過程比擬復雜,其特點是PLC的輸入信號遠遠少于輸 出信號,為了減少系統(tǒng)的誤動每層樓由一個PLC限制.從I/O分配表可以看出輸 入端一共用了 31個端口而輸出端只用了 9個端口.所以從經(jīng)濟的角度和系統(tǒng)穩(wěn) 定性兩方面考慮,選取FX2N-48MR型PLC比擬適合該系統(tǒng)4. 5傳感器的選擇紅外線傳感器利用紅外線的物理性質來進行測量的傳感器.紅外線乂稱 紅外光,它具有反射、折射、散射、干預、吸收等性質.任何物質,只要它 本身具有一定的溫度高于絕對零度,都能輻射紅外線.紅外線傳感器測 量時不與被測物體直接接觸,因而不存在摩擦,并且有靈敏度高,反響快等 優(yōu)點.選用紅外線傳感器就可以感應到學生或老師是否進入教室或走出教室,隨后 利用PLC進行計數(shù)后就可以通過在教室內的人數(shù)進行是否開燈的限制.考慮到教 室內溫差不大選用D203S熱釋電紅外線傳感器光電式傳感器是以光電器件作為轉換元件的傳感器.它可用于檢測 直接引起光量變化的非電量,如光強、光照度、輻射測溫、氣體成分分析等;