基于S7-200PLC教室智能照明系統(tǒng)控制設(shè)計

1、0X X 大大 學(xué)學(xué)電氣控制與電氣控制與 PLC 技術(shù)技術(shù)課課 程程 設(shè)設(shè) 計計（ 級本科）級本科） 題題 目：目： 基于基于 S7-200S7-200PLC 教室智能照明系統(tǒng)控制設(shè)計教室智能照明系統(tǒng)控制設(shè)計 院院 系：系： 專專 業(yè)：業(yè)： 作者姓名作者姓名 ： 指導(dǎo)教師指導(dǎo)教師 ： 職稱：職稱： 完成日期完成日期 ： 年年 月月 日日 電氣控制與 PLC 技術(shù)課程設(shè)計任務(wù)書論文題目基于 S7-200PLC 教室智能照明系統(tǒng)的控制作 者 姓 名專業(yè)、年級指導(dǎo)教師任務(wù)下達日期一.設(shè)計的主要內(nèi)容 根據(jù)實際要求，以S7-200型PLC為核心，設(shè)計出教室智能照明系統(tǒng)。設(shè)計系統(tǒng)控制硬件電路，編寫軟件控制

2、系統(tǒng)程序，實現(xiàn)對燈的亮滅的控制。二.設(shè)計報告要求（1）、當教室無人時所有的燈都自動關(guān)閉。（2）、當教室有人且照度達不到要求時，自動打開人所在區(qū)域的燈。（3）、當教室有人且照度達到要求時，自動關(guān)閉人所在區(qū)域的燈。（4）、對于使用投影儀的多媒體教室，可以實現(xiàn)在投影儀開啟后延時一定的時間，自動關(guān)閉講臺對應(yīng)的燈以達到較佳的視覺效果。三. 課程(設(shè)計)進度安排周次日期時間內(nèi)容備注 說明：課程設(shè)計說明書不超過 5000 字。 指導(dǎo)老師簽字：基于基于 S7-200 PLC 教室智能照明系統(tǒng)教室智能照明系統(tǒng)摘要摘要從節(jié)約電能的角度出發(fā)，針對傳統(tǒng)教室照明控制系統(tǒng)的不足以及 PLC 在控制領(lǐng)域中的廣泛應(yīng)用，提出了

3、一種基于 S7-200 的教室照明智能控制系統(tǒng)的設(shè)計方法并對系統(tǒng)的軟件、硬件和程序作了重點介紹。該系統(tǒng)以 PLC 為核心，由紅外探測器和光照傳感器組成控制系統(tǒng)，能達到節(jié)能、智能的目的。 關(guān)鍵字關(guān)鍵字：S7-200 教室照明教室照明 智能控制智能控制 0目錄目錄第第 1 章、章、PLC 概述概述-1第第 2 章、設(shè)計任務(wù)及要求章、設(shè)計任務(wù)及要求 -12.1.設(shè)計任務(wù)-12.2.設(shè)計要求-1第第 3 章、硬件設(shè)計章、硬件設(shè)計-23.1.選 PLC 類型-23.2.輸入輸出編址 -33.3.PLC 外部連線圖-4第第 4 章、軟件設(shè)計章、軟件設(shè)計-44.1、程序流程圖-44.2.梯形圖程序設(shè)計-54

4、.3.程序分析-7第第 5 章、程序調(diào)試章、程序調(diào)試-85.1、 7:00-19:00 光線不足，教室有人-95.2、 7:00-19:00 光線充足，教室有人 -95.3、 19:00-23:00 光線不足，教室有人 -105.4、 19:00-23:00 光線不足，教室無人 -115.5、 23:00-7:00 光線不足，教室無人-11第第 6 章、設(shè)計總結(jié)章、設(shè)計總結(jié) -12參考文獻參考文獻 -121第第 1 章、章、PLC 概述概述PLC 具有控制能力強、可靠性高、使用靈活方便和易于編程、擴張、通信等一系列優(yōu)點，是當今及今后工業(yè)控制的主要手段和控制核心，因此 PLC 技術(shù)、數(shù)控計數(shù)、計

5、算機輔助設(shè)計、計算機輔助生產(chǎn)以及機器人技術(shù)、已并列為現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)自動化的四大支柱。西門子是中國多個業(yè)務(wù)領(lǐng)域的領(lǐng)先工業(yè)解決方案供應(yīng)商，在制造業(yè)自動化、流程工業(yè)自動化、運動控制、驅(qū)動、低壓控制以及電氣安裝技術(shù)方面提供了各類創(chuàng)新、可靠、高效和優(yōu)質(zhì)的產(chǎn)品。并全面提供系統(tǒng)的解決方案和服務(wù)，產(chǎn)品涵蓋范圍廣，在信息、通信、自動化與控制、電力、交通醫(yī)療、照明等各個行業(yè)領(lǐng)域處于優(yōu)勢。本設(shè)計以德國西門子公司的 S7200 系列為主，主要介紹了 PLC 的產(chǎn)生定義及分類，具體介紹了 S7200 系列的組成、性能特點及基本功能，主要性能指標和輸入輸出系統(tǒng)，通過 S7200 CPU224 型 PLC 介紹了本設(shè)計的全過

6、程，從而實現(xiàn)了教室照明的控。第第 2 章、設(shè)計任務(wù)及要求章、設(shè)計任務(wù)及要求 2.1.設(shè)計任務(wù)設(shè)計任務(wù)根據(jù)大學(xué)教室中日光燈的利用情況，現(xiàn)在大多數(shù)教室的照明控制系統(tǒng)都采用的是傳統(tǒng)的手動控制方式，浪費現(xiàn)象比較嚴重。教室中的開關(guān)雖然有分區(qū)域控制的功能，不過沒有人關(guān)心哪排燈由哪個開關(guān)控制，因而也就出現(xiàn)了所謂的長明燈現(xiàn)象。針對這種現(xiàn)象，為了能既滿足學(xué)生學(xué)習(xí)照明的主要功能，又要盡量節(jié)約能源，就需要用科學(xué)的管理和控制，使兩者完美統(tǒng)一。因而提出以下智能控制系統(tǒng)。 教室智能照明控制系統(tǒng)的作用是在保證教室正常照明的前提條件下，利用 PLC 自動控制的方法對日光燈的亮滅實行智能控制從而達到節(jié)能的效果，同時也有效地延長

7、了燈具的使用壽命。2.2.設(shè)計要求設(shè)計要求 在設(shè)計前，對教室的采光情況以及教室的使用情況進行了實地調(diào)查和分析，掌握的一手資料，僅以河西學(xué)院三號教學(xué)樓某一教室為例進行分析，如 A302。由于該教室為單面采光，所以教室中會有不同區(qū)域光照程度差別很大的現(xiàn)象，而且由于教室學(xué)生的流動性大以及就坐位置的不確定性，故設(shè)想將教室分為不同的區(qū)域，利用紅外探測器以及光照傳感器對整個教室進行分區(qū)控制，以最大程度地達到節(jié)能目的。紅外探測器安裝在門口或能有效的覆蓋該區(qū)域探測范圍的地方，光照傳感器安裝在每個區(qū)域光照較暗的地方。對于有時候需要用多媒體教室播放教學(xué)影片的情況，可以在講臺區(qū)域方便的地方安裝1個控制按鈕以手動的方

8、式給 PLC 提供信號使開始放影時關(guān)閉教室講臺燈光，放影完畢時打開教室講臺燈光，以適應(yīng)實際的要求。每個區(qū)域分別安裝一個紅外探測器和一個光照傳感器且設(shè)置其動作。安裝在每個區(qū)域的紅外探測器和光傳感器是獨立工作的，它們之間互不影響，一個故障不影響其它的工作。同時還需要設(shè)置一些時間段去控制教室燈的開通與關(guān)閉，如早上719點需要照度計工作，1923點不需要照度計工作。2講臺區(qū)域區(qū)域 1（前排左）區(qū)域 2(前排右)區(qū)域 3（后排左）區(qū)域 4（后排右）圖 1 傳感器在教室中的分區(qū)控制圖第第 3 章、硬件設(shè)計章、硬件設(shè)計 表 1 使用器件表序號名稱型號規(guī)格數(shù)量備注1紅外探測器4無2光照傳感器4無3.1.選選

9、PLC 類型類型 系統(tǒng)的設(shè)計要從保證系統(tǒng)的可靠性、實用性和可擴展性等方面入手。本控制系統(tǒng)采用可靠性和可擴展性很好的西門子 S7-200PLC 系列的 PLC 作為控制器，對于每個教室輸入點主要來自以下四個方面：啟動開關(guān)、停止開關(guān)、紅外探測器和光照傳感器；輸出點主要輸來自每個教室五個區(qū)域的燈。根據(jù)輸入輸出點數(shù)選擇 CPU224 模塊，此模塊有 14 個輸入，10 個輸出。用紅外探測器和光照傳感器作為檢測裝置來檢測教室中是否有人和教室的光照強度。運用擴展模塊 EM235將信號輸入到 PLC 中，控制系統(tǒng)的框圖如圖 2 所示。3PLC 控制器及 I/O 擴展模塊紅外探測器控制按鈕多路開關(guān)光照度探測器

10、投影儀開關(guān)日光燈 N日光燈 2日光燈 1 圖 2 控制系統(tǒng)3.2.輸入輸出編址輸入輸出編址系統(tǒng)輸入點及地址：啟動 I0.0 停止 I0.1、紅外探測器 I1.0I1.3、光照傳感器I0.4I0.7。T37 為定時器。為了減少輸出點數(shù)，一個區(qū)域作為一個輸出點，其地址Q0.0Q0.3。EM235 為模擬量模塊，有 4 路輸入，一路輸出。表 2 I/O 地址分配表輸入點輸出點元件名稱地址編碼元件名稱地址編碼啟動開關(guān)I0.0 紅外探測器（區(qū)域 1）I1.0停止開關(guān)I0.1 紅外探測器（區(qū)域 2）I1.1投影開關(guān)I0.2 紅外探測器（區(qū)域 3）I1.2講臺開關(guān)I0.3 紅外探測器（區(qū)域 4）I1.3光照

11、探測器 （區(qū)域 1）I0.4區(qū)域 1 燈Q0.1 光照探測器（區(qū)域 2）I0.5區(qū)域 2 燈Q0.2 光照探測器（區(qū)域 3）I0.6區(qū)域 3 燈Q0.3 光照探測器（區(qū)域 4）I0.7區(qū)域 4 燈Q0.443.3.PLC 外部連線圖外部連線圖PLC 外部接線圖的輸入輸出設(shè)備、負載電源的類型等的設(shè)計就結(jié)合系統(tǒng)的控制要求來設(shè)定。照明智能控制外部接線圖如圖 3 所示。220VL1L2L3L4I0.0I0.2I0.3ACQ0.1Q0.2Q0.0Q0.3Q0.4CPU224啟動開關(guān)停止開關(guān)投影開關(guān)講臺開關(guān)I0.1光照度傳感器紅外線探測器MLEM235RA A+RBA-B+ B- RC C+RD D+ D

12、-C-RAA+ A- RBB+B- RCC+C-RDD+D-MLI0.4I0.5I0.6I0.7I1.0I1.2I1.1I1.3MLEM235 圖 3 PLC 外部接線圖第第 4 章、軟件設(shè)計章、軟件設(shè)計4.1、程序流程圖、程序流程圖由于上述具體控制要求，可作出教室智能照明控制系統(tǒng)在運行時的程序框圖，如圖所示。將各模塊進行連接，最后經(jīng)過調(diào)試、完善、實現(xiàn)控制要求。如圖 4 所示：5開始Y關(guān)閉多媒體和所有照明07：0019：0019：0023：00多媒體和講臺燈通電N開燈不開燈NY不開燈是否是23：0007：00光照是否充足是否有人是否有人不開燈開燈NYYN 圖 4 程序流圖4.2.梯形圖程序設(shè)計

13、梯形圖程序設(shè)計 用 SETP7 軟件語句表編寫的控制程序如下：67此程序通過軟件模擬仿真可以達到期望的控制要求。4.3.程序分析程序分析按下 I0.0 按鈕，線圈 M0.0 通電并自鎖，同時定時器 T37 開始定時，每定時 300s 計數(shù)器 C1 計數(shù)一次，共計 288 次。在計數(shù)工程中，當前計數(shù)值在 0-144 范圍內(nèi)時，即在 7:00-19:00 內(nèi)，內(nèi)部標志位存儲器 M0.1 接通，此時分為兩種情況，一是若教室光線不足，則對應(yīng)光照傳感器的按鈕I0.4，I0.5，I0.6，I0.7 接通，同時默認此時間段教室一直有人，故線圈 Q0.1 ,Q0.2 ,Q 0.3 , Q0.4 接通，燈亮；二

14、是教室光線充足，則對應(yīng)光照傳感器的按鈕 I0.4，I0.5，I0.6，I0.7 斷開，同時默認此時間段教室一直有人，故線圈 Q0.1 ,Q0.2 , Q0.3 , Q0.4 斷電，燈滅。當前計數(shù)值在 144-192范圍內(nèi)時，即在 19:00-23:00 內(nèi)，內(nèi)部標志位存儲器 M0.2 接通，此時分為兩種情況，一是若教室有人呢，則對應(yīng)紅外探測傳感器的按鈕 I1.0，I1.1，I1.2，I1.3 接通，同時默認此時間段教室光線不充足，故線圈 Q0.1 ,Q0.2 , Q 0.3 , Q0.4 接通，燈亮。二是教室無人，則對應(yīng)光照傳感器的按鈕I1.0，I1.1，I1.2，I1.3 斷開，同時默認此時

15、間段教室光線不足，故線圈 Q0.1 ,Q0.2 , Q 0.3 , Q0.4 斷電，燈滅。當前計數(shù)值在 192-288 范圍內(nèi)時，即在 23:00-7:00 內(nèi)，內(nèi)部標志位存儲器 M0.3 接通，教室無人，光線不足，燈滅。8第第 5 章、程序調(diào)試章、程序調(diào)試現(xiàn)場程序調(diào)試接線圖95.1、 7:00-19:00 光線不足，教室有人光線不足，教室有人 7:00-19:00 光線不足，教室有人。此時光照探測器所對應(yīng)的觸點閉合（即 I0.4 ,I0.5，I0.6，I0.7閉合）且紅外探測器所對應(yīng)的觸點也閉合（即 I1.0 ,I1.1 ,I1.2 ,I1.3 閉合） ，線圈通電（Q0.1 ,Q0.2 ,Q

16、0.3 ,Q0.4） ，燈亮。5.2、 7:00-19:00 光線充足，教室有人光線充足，教室有人107:00-19:00 光線充足，教室有人。此時光照探測器所對應(yīng)的觸點閉合（即 I0.4 ,I0.5，I0.6，I0.7斷開）且紅外探測器所對應(yīng)的觸點閉合（即 I1.0 ,I1.1 ,I1.2 ,I1.3 閉合） ，線圈不通電（Q0.1 ,Q0.2 ,Q0.3 ,Q0.4） ，燈不亮。5.3、 19:00-23:00 光線不足，教室有人光線不足，教室有人19:00-23:00 光線不足，教室有人。此時光照探測器所對應(yīng)的觸點閉合（即 I0.4 ,I0.5，I0.6，I0.7 閉合）且紅外探測器所對

17、應(yīng)的觸點閉合（即 I1.0 ,I1.1 ,I1.2 ,I1.3 閉合） ，線圈通電（Q0.1 ,Q0.2,Q0.3,Q0.4） ，燈亮。115.4、 19:00-23:00 光線不足，教室無人光線不足，教室無人 19:00-23:00 光線不足，教室無人。此時光照探測器所對應(yīng)的觸點閉合（即 I0.4 ,I0.5，I0.6，I0.7 閉合）且紅外探測器所對應(yīng)的觸點閉合（即 I1.0 ,I1.1 ,I1.2 ,I1.3 斷開） ，線圈不通電（Q0.1 ,Q0.2 ,Q0.3 ,Q0.4） ，燈不亮。5.5、 23:00-7:00 光線不足，教室無人光線不足，教室無人1223:00-7:00 光線不

18、足，教室無人。此時光照探測器所對應(yīng)的觸點閉合（即 I0.4 ,I0.5，I0.6，I0.7閉合）且紅外探測器所對應(yīng)的觸點閉合（即 I1.0 ,I1.1 ,I1.2 ,I1.3 斷開） ，與此同時 M0.3 線圈通電，使得它的常閉觸點斷開，本網(wǎng)絡(luò)運行不下去，故線圈不通電（Q0.1 ,Q0.2 ,Q0.3 ,Q0.4） ，燈不亮。第第 6 章、設(shè)計總結(jié)章、設(shè)計總結(jié)通過本次 PLC 課程設(shè)計，使我明白了自己在學(xué)習(xí)這門課時在方法上存在的不足，讓我對 PLC 梯形圖，指令表，外部接線圖有了更好的了解，也讓我了解了關(guān)于 PLC 的設(shè)計原理，有很多設(shè)計理念來源于實際，從中找到正確的設(shè)計方法。本次課程設(shè)計是要

19、求小組完成，所以遇到問題要求和同學(xué)互相交流互相討論。我們在做課程設(shè)計的過程中要不斷的討論問題，這樣，我們可以盡可能的統(tǒng)一思想，這樣就不會使自己在做的過程中沒有方向，并且這樣也是為了方便之后設(shè)計能更加完善，討論不僅僅是一些思想的問題，還可以深入討論一些技術(shù)的問題，這樣可以使自己處理問題要快一些，少走彎路，多改變自己的設(shè)計方法，在設(shè)計過程中最好要不停的改善自己解決問題的方法，這樣可以方便自己解決問題?？傊?，這次設(shè)計對我真的很有好處，給我彌補了很多我欠缺的知識，像梯形圖電路的自鎖，以及 PLC 電路的硬件連接以及相關(guān)軟件的使用，在今后的學(xué)習(xí)過程中，要更加努力的學(xué)習(xí)自己的專業(yè)知識，多多和同學(xué)和老師交流

20、，相信不久的將來可以有點成績。在這次設(shè)計實踐之后，我學(xué)會了 PLC 的基本編程方法，對 PLC 的工作原理和使用方法也有了更深刻的理解。在讀理論的運用中，提高了我們的工程素質(zhì)，在沒有做實踐設(shè)計以前，我們對知道的掌握都是思想上的，對一些細節(jié)不加重視。在課程設(shè)計過程中我了解到，PLC 并不是一門單一的編程技術(shù)，它是一門系統(tǒng)專業(yè)課程。PLC 可以廣義的認為是一臺背嵌入操作系統(tǒng)的高可靠性 PC 機。首先需要精深 PLC 本身的編程語言梯形圖、語句表語言。然后根據(jù)程序在實驗室進行調(diào)試，使其達到預(yù)期的程度。最后，依照調(diào)試結(jié)果寫論文。不斷地鍛煉自己的動手和思維能力。最后也要感謝張曉峰老師的悉心指導(dǎo)，才能使我們的設(shè)計得以順利完成。參考文獻參考文獻1 廖常初.PLC 編程及應(yīng)用.北京