照明控制系統(tǒng)畢業(yè)設(shè)計

1、 .PAGE26 / NUMPAGES31 .畢 業(yè) 設(shè) 計 (論 文)課 題基于PLC的建筑設(shè)備自動控制系統(tǒng)設(shè)計 照明控制系統(tǒng)設(shè)計 摘 要大學的電能消耗中，照明用電占有絕大部分，其中教室的照明容量大、工作時間長，且常常采用手動的控制方法，造成了浪費。因此針對學生的生活學習規(guī)律對教室的照明進行了PLC智能控制。本論文闡述了某教室的照明控制系統(tǒng)的設(shè)計思路、系統(tǒng)方案的選定、設(shè)備的選型、控制程序的編制與調(diào)試等等。采用了PLC智能控制，系統(tǒng)穩(wěn)定可靠完全滿足教室的照明要求；根據(jù)PLC控制原理對其進行I/0分配和繪制照明系統(tǒng)流程圖與編寫教室照明智能控制系統(tǒng)梯形圖控制程序。最后經(jīng)過模擬仿真運行能夠?qū)崿F(xiàn)教室的

2、智能化照明。最終使燈具的使用壽命也有所提高,系統(tǒng)穩(wěn)定可靠，完全滿足了教室的照明要求，達到了預想的結(jié)果。關(guān)鍵詞：PLC，節(jié)能，西門子STEP7-300，智能控制Abstract At the university of power consumption, lighting electricity possession for the most part,The classroom lighting of large capacity, long working hours, and often use manual control method, caused the waste. The s

3、tudents for life of learning rule PLC intelligent control of the classroom lighting. This paper expounds some classroom lighting control system design, selection of system scheme, equipment type selection, control program compiling and debugging and so on. adopted PLC intelligent control system is s

4、table and reliable completely satisfy the requirement of the classroom lighting; According to the principle of PLC control on the I/0 distribution and mapping lighting system flow chart and ladder diagram writing classroom light intelligent control system control program. Finally through the simulat

5、ion operation can be achieved within the classroom intelligent lighting. Eventually make it also improved the service life of lamps and lanterns, the system is stable and reliable, completely satisfying the requirements of the classroom lighting, to achieve the desired results.Keywords: PLC, energy

6、saving, SiemensSTEP7-300, intelligent control目錄 TOC o 1-3 h z u HYPERLINK l _Toc358734960摘 要 PAGEREF _Toc358734960 h IHYPERLINK l _Toc358734961Abstract PAGEREF _Toc358734961 h IIHYPERLINK l _Toc3587349621緒論 PAGEREF _Toc358734962 h 1HYPERLINK l _Toc3587349632 PLC簡介 PAGEREF _Toc358734963 h 2HYPERLINK

7、l _Toc3587349642.1 PLC定義和分類 PAGEREF _Toc358734964 h 2HYPERLINK l _Toc3587349652.2 PLC的特點 PAGEREF _Toc358734965 h 3HYPERLINK l _Toc3587349662.3 PLC的結(jié)構(gòu) PAGEREF _Toc358734966 h 4HYPERLINK l _Toc3587349672.3.1主機 PAGEREF _Toc358734967 h 4HYPERLINK l _Toc3587349682.3.2輸入/輸出（I/O）接口 PAGEREF _Toc358734968 h

8、4HYPERLINK l _Toc3587349692.3.3電源 PAGEREF _Toc358734969 h 5HYPERLINK l _Toc3587349702.3.4編程器 PAGEREF _Toc358734970 h 5HYPERLINK l _Toc3587349712.3.5輸入/輸出擴展單元 PAGEREF _Toc358734971 h 5HYPERLINK l _Toc3587349722.3.6外部設(shè)備接口 PAGEREF _Toc358734972 h 5HYPERLINK l _Toc3587349732.4 可編程控制器的性能指標 PAGEREF _Toc35

9、8734973 h 5HYPERLINK l _Toc3587349743.設(shè)計的主要容和要求 PAGEREF _Toc358734974 h 6HYPERLINK l _Toc3587349753.1主要容 PAGEREF _Toc358734975 h 6HYPERLINK l _Toc3587349763.2技術(shù)要求 PAGEREF _Toc358734976 h 6HYPERLINK l _Toc3587349773.3 PLC工作原理 PAGEREF _Toc358734977 h 7HYPERLINK l _Toc3587349784 智能照明的總體方案設(shè)計 PAGEREF _To

10、c358734978 h 7HYPERLINK l _Toc3587349794.1照明系統(tǒng)的功能需求分析 PAGEREF _Toc358734979 h 8HYPERLINK l _Toc3587349805 硬件設(shè)計 PAGEREF _Toc358734980 h 9HYPERLINK l _Toc3587349815.1選擇PLC類型 PAGEREF _Toc358734981 h 9HYPERLINK l _Toc3587349825.2 PLC外部連線圖 PAGEREF _Toc358734982 h 10HYPERLINK l _Toc3587349835.3 光照傳感器 PAGE

11、REF _Toc358734983 h 11HYPERLINK l _Toc3587349845.4紅外探測器 PAGEREF _Toc358734984 h 11HYPERLINK l _Toc3587349856 PLC軟件設(shè)計 PAGEREF _Toc358734985 h 12HYPERLINK l _Toc3587349866.1 PLC的編程原件 PAGEREF _Toc358734986 h 12HYPERLINK l _Toc3587349876.2 PLC的編程語言 PAGEREF _Toc358734987 h 13HYPERLINK l _Toc3587349886.3

12、程序流程圖 PAGEREF _Toc358734988 h 14HYPERLINK l _Toc3587349896.4 STEP7 300簡介 PAGEREF _Toc358734989 h 14HYPERLINK l _Toc3587349906.5 輸入輸出編址 PAGEREF _Toc358734990 h 15HYPERLINK l _Toc3587349916.6梯形圖程序設(shè)計 PAGEREF _Toc358734991 h 16HYPERLINK l _Toc3587349927. 程序調(diào)試與仿真 PAGEREF _Toc358734992 h 17HYPERLINK l _To

13、c358734993結(jié)束語 PAGEREF _Toc358734993 h 21HYPERLINK l _Toc358734994致 PAGEREF _Toc358734994 h 22HYPERLINK l _Toc358734995參考文獻 PAGEREF _Toc358734995 h 23基于PLC的建筑設(shè)備自動控制系統(tǒng)設(shè)計某教室的PLC照明控制設(shè)計1緒論1.1課題的背景與意義 新校園的建設(shè)要適應網(wǎng)絡(luò)時代的發(fā)展，應引入智能化的概念在傳統(tǒng)的樓宇自控中，一般只包括了綜合布線，計算機網(wǎng)絡(luò)、安防、消防、閉路監(jiān)控等子系統(tǒng)。但是幾年來，隨著科技的進步，人們對照明燈具節(jié)能和科學化管理提出了更高的要求

14、，使得照明控制在智能化領(lǐng)域的地位越來越重要。而在新校區(qū)的建設(shè)熱潮中，各大高校和他們的建設(shè)者也應意識到智能照明的重要性。相對商業(yè)樓而言，校園里的大功率動力和制冷設(shè)備比重較少，照明燈具則相對比重較多。使用照明控制系統(tǒng)，更能體現(xiàn)其在節(jié)能與管理方面的優(yōu)勢，提高學校的科學管理水平。 我國智能化照明技術(shù)的應用還不廣泛,大多數(shù)校園仍然使用傳統(tǒng)的照明控制方式。因此完善校園路燈智能化監(jiān)控建設(shè)，進一步擴大監(jiān)控系統(tǒng)點位，自動實時監(jiān)控和遠程控制校園照明設(shè)施的開關(guān)燈，合理控制道路照明和景觀燈的運行和停止具有重要的現(xiàn)實意義。但是我國智能化照明技術(shù)的應用還不廣泛,大多數(shù)校園仍然使用傳統(tǒng)的照明控制方式。 本次設(shè)計課題結(jié)構(gòu)特點

15、明確，涵概面廣。在整個設(shè)計過程中，我得到了畢業(yè)設(shè)計指導老師孜孜不倦的指導，也深切體會到科學嚴謹?shù)脑O(shè)計思想。由于本人設(shè)計經(jīng)驗有限，不妥和錯誤之處，懇請各位老師指正。1.2 PLC在國外的研究情況可編程控制器是六十年代發(fā)展起來的一種自動控制裝置是一種嵌入式的工控機，它以順序控制為主回路調(diào)節(jié)為輔能完成邏輯判斷、定時、計數(shù)、記憶和算術(shù)運算功能既能進行開關(guān)量控制又能進行模擬量控制還具有通信功能。針對節(jié)約電能、保護全球環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展的要求，美國環(huán)保署于1991年1月提出“綠色照明”概念，引起了其他國家的重視。我國也于1993年11月啟動“中國綠色照明工程”，并于1996年正式列入國家計劃。但是我國智能化

16、照明技術(shù)的應用還不廣泛,大多數(shù)校園仍然使用傳統(tǒng)的照明控制方式。因此完善智能化監(jiān)控建設(shè)，進一步擴大監(jiān)控系統(tǒng)點位，自動實時監(jiān)控和遠程控制照明設(shè)施的開關(guān)燈，合理控制道路照明和景觀燈的運行和停止具有重要的現(xiàn)實意義?？梢灶A期到，PLC將來在我國會有更廣闊的發(fā)展空間。2 PLC簡介2.1 PLC定義和分類可編程控制器簡稱PLC（Programmable Logic Controller）是一種專門為在工業(yè)環(huán)境下應用而設(shè)計的數(shù)字運算操作的電子裝置。它采用可以編制程序的存儲器，用來在其部存儲執(zhí)行邏輯運算、順序運算、計時、計數(shù)和算術(shù)運算等操作的指令，并能通過數(shù)字式或模擬式的輸入和輸出，控制各種類型的機械或生產(chǎn)過

17、程。PLC按產(chǎn)地分，可分為日系、歐美、臺、大陸等。其中日系具有代表性的為三菱、歐姆龍、松下、光洋等；歐美系列具有代表性的為西門子、A-B、通用電氣、儀表等；臺系列具有代表性的為LG、臺達等；大陸系列具有代表性的為合利時、中控等； 按點數(shù)分，可分為大型機、中型機與小型機等。大型機一般I/O點數(shù)2048點；具有多CPU，16位/32位處理器，用戶存儲器容量816K，具有代表性的為西門子S7400系列、通用公司的GE系列等；中型機一般I/O點數(shù)為2562048點；單/雙CPU，用戶存儲器容量28K，具有代表性的為西門子S7300系列、三菱Q系列等；小型機一般I/O點數(shù)256點，單CPU，8位或16位

18、處理器，用戶存儲器容量4K字以下，具有代表性的為西門子S7-200系列、三菱FX系列等； 按結(jié)構(gòu)分，可分為整體式和模塊式。整體式PLC是將電源、CPU、I/O接口等部件都集中裝在一個機箱，具有結(jié)構(gòu)緊湊、體積小、價格低的特點；小型PLC一般采用這種整體式結(jié)構(gòu)。 模塊式PLC由不同I/O點數(shù)的基本單元（又稱主機）和擴展單元組成?；締卧蠧PU、I/O接口、與I/O擴展單元相連的擴展口，以與與編程器或EPROM寫入器相連的接口等；擴展單元只有I/O和電源等，沒有CPU；基本單元和擴展單元之間一般用扁平電纜連接；整體式PLC一般還可配備特殊功能單元，如模擬量單元、位置控制單元等，使其功能得以擴展。這

19、種模塊式PLC的特點是配置靈活，可根據(jù)需要選配不同規(guī)模的系統(tǒng)，而且裝配方便，便于擴展和維修。大、中型PLC一般采用模塊式結(jié)構(gòu)。還有一些PLC將整體式和模塊式的特點結(jié)合起來，構(gòu)成所謂疊裝式PLC。按功能分，可分為低檔、中檔、高檔三類。低檔PLC 具有邏輯運算、定時、計數(shù)、移位以與自診斷、監(jiān)控等基本功能；還可有少量模擬量輸入/輸出、算術(shù)運算、數(shù)據(jù)傳送和比較、通信等功能；主要用于邏輯控制、順序控制或少量模擬量控制的單機控制系統(tǒng)。中檔PLC除具有低檔PLC的功能外，還具有較強的模擬量輸入/輸出、算術(shù)運算、數(shù)據(jù)傳送和比較、數(shù)制轉(zhuǎn)換、遠程I/O、子程序、通信聯(lián)網(wǎng)等功能；有些還可增設(shè)中斷控制、PID控制等功

20、能，適用于復雜控制系統(tǒng)。高檔PLC除具有中檔機的功能外，還增加了帶符號算術(shù)運算、矩陣運算、位邏輯運算、平方根運算與其它特殊功能函數(shù)的運算、制表與表格傳送功能等；高檔PLC機具有更強的通信聯(lián)網(wǎng)功能，可用于大規(guī)模過程控制或構(gòu)成分布式網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)，實現(xiàn)工廠自動化。2.2 PLC的特點（1）可靠性高，抗干擾能力強高可靠性是電氣控制設(shè)備的關(guān)鍵性能。PLC由于采用現(xiàn)代大規(guī)模集成電路技術(shù)，采用嚴格的生產(chǎn)工藝制造，部電路采取了先進的抗干擾技術(shù)，具有很高的可靠性。一些使用冗余CPU的PLC的平均無故障工作時間則更長。從PLC的機外電路來說，使用PLC構(gòu)成控制系統(tǒng)，和同等規(guī)模的繼電接觸器系統(tǒng)相比，電氣接線與開關(guān)接

21、點已減少到數(shù)百甚至數(shù)千分之一，故障也就大大降低。此外，PLC帶有硬件故障自我檢測功能，出現(xiàn)故障時可與時發(fā)出警報信息。在應用軟件中，應用者還可以編入外圍器件的故障自診斷程序，使系統(tǒng)中除PLC以外的電路與設(shè)備也獲得故障自診斷保護。這樣，整個系統(tǒng)具有極高的可靠性也就不奇怪了。（2）配套齊全，功能完善，適用性強PLC發(fā)展到今天，已經(jīng)形成了大、中、小各種規(guī)模的系列化產(chǎn)品?？梢杂糜诟鞣N規(guī)模的工業(yè)控制場合。除了邏輯處理功能以外，現(xiàn)代PLC大多具有完善的數(shù)據(jù)運算能力，可用于各種數(shù)字控制領(lǐng)域。近年來PLC的功能單元大量涌現(xiàn)，使PLC滲透到了位置控制、溫度控制、CNC等各種工業(yè)控制中。加上PLC通信能力的增強與人

22、機界面技術(shù)的發(fā)展，使用PLC組成各種控制系統(tǒng)變得非常容易。易學易用，深受工程技術(shù)人員歡迎PLC作為通用工業(yè)控制計算機，是面向工礦企業(yè)的工控設(shè)備。它接口容易，編程語言易于為工程技術(shù)人員接受。梯形圖語言的圖形符號與表達方式和繼電器電路圖相當接近，只用PLC的少量開關(guān)量邏輯控制指令就可以方便地實現(xiàn)繼電器電路的功能。為不熟悉電子電路、不懂計算機原理和匯編語言的人使用計算機從事工業(yè)控制打開了方便之門。（3）系統(tǒng)的設(shè)計、建造工作量小，維護方便，容易改造PLC用存儲邏輯代替接線邏輯，大大減少了控制設(shè)備外部的接線，使控制系統(tǒng)設(shè)計與建造的周期大為縮短，同時維護也變得容易起來。更重要的是使同一設(shè)備經(jīng)過改變程序改變

23、生產(chǎn)過程成為可能。這很適合多品種、小批量的生產(chǎn)場合。（4）體積小，重量輕，能耗低以超小型PLC為例，新近出產(chǎn)的品種底部尺寸小于100mm，重量小于150g，功耗僅數(shù)瓦。由于體積小很容易裝入機械部，是實現(xiàn)機電一體化的理想控制設(shè)備。2.3 PLC的結(jié)構(gòu)PLC的類型繁多，功能和指令系統(tǒng)也不盡一樣，但結(jié)構(gòu)與工作原理則小異，通常由主機、輸入/輸出接口、電源、編程器擴展器接口和外部設(shè)備接口等幾個主要部分組成。2.3.1主機主機部分包括中央處理器（CPU）、系統(tǒng)程序存儲器和用戶程序與數(shù)據(jù)存儲器。CPU是PLC的核心，它用以運行用戶程序、監(jiān)控輸入/輸出接口狀態(tài)、作出邏輯判斷和進行數(shù)據(jù)處理，即讀取輸入變量、完成

24、用戶指令規(guī)定的各種操作，將結(jié)果送到輸出端，并響應外部設(shè)備（如編程器、電腦、打印機等）的請求以與進行各種部判斷等。PLC的部存儲器有兩類，一類是系統(tǒng)程序存儲器，主要存放系統(tǒng)管理和監(jiān)控程序與對用戶程序作編譯處理的程序，系統(tǒng)程序已由廠家固定，用戶不能更改；另一類是用戶程序與數(shù)據(jù)存儲器，主要存放用戶編制的應用程序與各種暫存數(shù)據(jù)和中間結(jié)果。2.3.2輸入/輸出（I/O）接口 I/O接口是PLC與輸入/輸出設(shè)備連接的部件。輸入接口接受輸入設(shè)備（如按鈕、傳感器、觸點、行程開關(guān)等）的控制信號。輸出接口是將主機經(jīng)處理后的結(jié)果通過功放電路去驅(qū)動輸出設(shè)備（如接觸器、電磁閥、指示燈等）。I/O接口一般采用光電耦合電路

25、，以減少電磁干擾，從而提高了可靠性。I/O點數(shù)即輸入/輸出端子數(shù)是PLC的一項主要技術(shù)指標，通常小型機有幾十個點，中型機有幾百個點，大型機將超過千點。2.3.3電源圖中電源是指為CPU、存儲器、I/O接口等部電子電路工作所配置的直流開關(guān)穩(wěn)壓電源，通常也為輸入設(shè)備提供直流電源。2.3.4編程器編程器是PLC的一種主要的外部設(shè)備，用于手持編程，用戶可用以輸入、檢查、修改、調(diào)試程序或監(jiān)示PLC的工作情況。除手持編程器外，還可通過適配器和專用電纜線將PLC與電腦聯(lián)接，并利用專用的工具軟件進行電腦編程和監(jiān)控。2.3.5輸入/輸出擴展單元I/O擴展接口用于連接擴充外部輸入/輸出端子數(shù)的擴展單元與基本單元（

26、即主機）。2.3.6外部設(shè)備接口此接口可將編程器、打印機、條碼掃描儀等外部設(shè)備與主機相聯(lián)，以完成相應的操作。2.4 可編程控制器的性能指標 （1）I/O點數(shù)I/O點數(shù)是評價一個系列的PLC可用于何等規(guī)模的系統(tǒng)的重要參數(shù)，通常廠家的技術(shù)手冊都會給出相應的PLC的最大數(shù)字I/O點數(shù)，以反映該類型PLC的最大輸入、輸出規(guī)模。 （2）存儲器的容量廠家提供的存儲容量指標一般均指用戶程序存儲器容量，體現(xiàn)了用戶程序可以達到的規(guī)模。一般以KB（千字節(jié)）、MB（百萬字節(jié)）表示，有些PLC的用戶程序存儲器需要另外外插的存儲器卡，或者可以存儲卡擴充。 （3）掃描速度 掃描速度指標體現(xiàn)了PLC指令執(zhí)行速度的快慢，是對

27、控制系統(tǒng)實時性能的評價指標。一般用ms/k單位來表示，即執(zhí)行1K步所需時間。 （4）部寄存器 部寄存器用于存放中間結(jié)果、中間變量、定時計數(shù)等數(shù)據(jù)，其數(shù)量的多少與容量的大小直接關(guān)系到編程的方便、靈活與否。 （5）指令系統(tǒng) 指令種類的多少是衡量PLC軟件系統(tǒng)功能強弱的重要指標，指令越豐富，用戶編程越方便，越容易實現(xiàn)負載功能，說明PLC的軟件系統(tǒng)功能越強。 （6）特殊功能與模塊 除基本功能外，評價PLC技術(shù)水平的指標還可看一些特殊功能，如自診斷功能、通信聯(lián)網(wǎng)功能、遠程I/O能力等，以與PLC所能提供的特殊功能模塊。例如，高速計算模塊、位置控制模塊、閉環(huán)控制模塊等。 （7）工作環(huán)境PLC對工作環(huán)境有一

28、定的要求，應盡量避免安裝在有大量粉塵和金屬屑的場所，避免直射，避免有腐蝕性氣體和易燃氣體的場所，盡量避免連續(xù)的震動和沖擊，PLC適宜的溫度圍通常為055，對適度的要小于85（無結(jié)露）。3.設(shè)計的主要容和要求3.1主要容 本設(shè)計采用S7-300控制器控制照明系統(tǒng)根據(jù)教室照明系統(tǒng)的工作特點,采用PLC實現(xiàn)對照明系統(tǒng)的控制總體設(shè)計主要包括硬件的設(shè)計和軟件的設(shè)計。硬件設(shè)計主要包括PLC的選型和PLC外部連線。軟件設(shè)計根據(jù)控制的要求對教室的不同區(qū)域、照度的不同等進行I/0分配同時編制了系統(tǒng)梯形圖控制程序最后進行仿真與調(diào)試達到教室照明系統(tǒng)的要求。3.2技術(shù)要求（1）當教室無人時所有的燈都自動關(guān)閉； （2）

29、當教室有人且照度達不到設(shè)定的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設(shè)定的要求時自動關(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時間，自動關(guān)閉講臺區(qū)域?qū)臒粢赃_到較佳的視覺效果。3.3 PLC工作原理 PLC是采用“順序掃描，不斷循環(huán)”的方式進行工作的。即在PLC運行時，CPU根據(jù)用戶按控制要求編制好并存于用戶存儲器中的程序，按指令步序號（或地址號）作周期性循環(huán)掃描，如無跳轉(zhuǎn)指令，則從第一條指令開始逐條順序執(zhí)行用戶程序，直至程序結(jié)束。然后重新返回第一條指令，開始下一輪新的掃描。在每次掃描過程中，還要完成對輸入信號的采樣和對輸出狀態(tài)的

30、刷新等工作。PLC的掃描一個周期必經(jīng)輸入采樣、程序執(zhí)行和輸出刷新三個階段。 PLC在輸入采樣階段：首先以掃描方式按順序?qū)⑺袝捍嬖谳斎腈i存器中的輸入端子的通斷狀態(tài)或輸入數(shù)據(jù)讀入，并將其寫入各對應的輸入狀態(tài)寄存器中，即刷新輸入。隨即關(guān)閉輸入端口，進入程序執(zhí)行階段。 PLC在程序執(zhí)行階段：按用戶程序指令存放的先后順序掃描執(zhí)行每條指令，執(zhí)行的結(jié)果再寫入輸出狀態(tài)寄存器中，輸出狀態(tài)寄存器中所有的容隨著程序的執(zhí)行而改變。輸出刷新階段：當所有指令執(zhí)行完畢，輸出狀態(tài)寄存器的通斷狀態(tài)在輸出刷新階段送至輸出鎖存器中，并通過一定的方式（繼電器、晶體管或晶閘管）輸出，驅(qū)動相應輸出設(shè)備工作。4 智能照明的總體方案設(shè)計在

31、設(shè)計前，對教室的采光情況以與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，僅以教學樓某一教室為例進行分析，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，而且由于教室學生的流動性大以與就坐位置的不確定性，故設(shè)想將教室分為不同的區(qū)域，利用紅外探測器以與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式給PLC提供信號使開始放影時關(guān)閉教室燈光，放影完畢時打開教室燈光，以適應

32、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)域的體存在傳感器和光照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718點需要照度計工作，1823點不需要照度計工作。講臺區(qū)域（5）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4.1照明系統(tǒng)的功能需求分析 1、節(jié)能 據(jù)專業(yè)資料統(tǒng)計智能建筑的照明用電占整個校園用電的85%左右。其實在大多數(shù)情況下很多區(qū)域并不需要把燈全部打開或者開到最亮過度的照明不僅形成光污染還會造成能源浪費。在當今能源緊、

33、國家大力倡導節(jié)能的形勢下使用智能照明管理系統(tǒng)最大程度地節(jié)能具有非常實際的意義。校園照明回路數(shù)量較多容量較大如何在保證所需照度的前提下綜合運用多種控制手段減少不必要的電能浪費是個極其重要的問題。 2、高效管理 如何提高運行的穩(wěn)定性和可靠性使控制和操作更加簡單、方便、靈活使管理更加自動化、高效化減少大量簡單重復的勞動是我們在設(shè)計時考慮的重點。我們根據(jù)不同區(qū)域的特點進行設(shè)計確保使用方便靈活管理高效。智能照明控制系統(tǒng)將普通照明人為的開與關(guān)轉(zhuǎn)換成了智能化管理不僅使管理者能將其高素質(zhì)的管理意識運用于照明控制系統(tǒng)中去而且將大大減少照明系統(tǒng)的運行維護費用并帶來較大的投資回報。 5 硬件設(shè)計5.1選擇PLC類型

34、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S7-300PLC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)、體存在傳感器和光照傳感器；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CPU314模塊。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。PLC控制器與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)框圖5.2 PLC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

35、來設(shè)定。教室照明智能控制外部接線圖如圖3所示。圖3 教室照明智能控制外部接線圖5.3 光照傳感器 光照強度一個被光線照射的表面上的照度定義為照射在單位面積上的光通量。設(shè)面元dS 上的光通量為d，則此面元上的照度E為：E=d/dS 。照度的單位為lx（勒克斯）,也有用lux的，1lx=1lm/。照度表示物體表面積被照明HYPERLINK :/baike.baidu /view/644590.htm程度的量。光照傳感器是采用先進光電轉(zhuǎn)換模塊，將光照強度值轉(zhuǎn)化為電壓值，再經(jīng)調(diào)理電路將此電壓值轉(zhuǎn)換為02V或420mA。本次的設(shè)計通過光照傳感器采集到的光的強度在通過PLC的編程，來判定教室的光是否能夠滿

36、足學生的正常學習和生活。5.4紅外探測器紅外探測器是將入射的紅外輻射信號轉(zhuǎn)變成電信號輸出的器件。紅外輻射是波長介于可見光與微波之間的電磁波，人眼察覺不到。要察覺這種輻射的存在并測量其強弱，必須把它轉(zhuǎn)變成可以察覺和測量的其他物理量。一般說來，紅外輻射照射物體所引起的任何效應，只要效果可以測量而且足夠靈敏，均可用來度量紅外輻射的強弱。現(xiàn)代紅外探測器所利用的主要是紅外熱效應和光電效應。本次設(shè)計主要是針對紅外熱效應；當有人坐在教室的某個區(qū)域紅外探測器就能通過紅外探測器探測到從而輸出給PLC。這些效應的輸出大都是電量，或者可用適當?shù)姆椒ㄞD(zhuǎn)變成電量。探測器是一種當入侵者接近它時能觸發(fā)報警的探測裝置。在接近

37、探測器中，通常有一個高頻率的LC震蕩電路，震蕩電路的HYPERLINK :/baike.baidu /view/1038598.htmLC回路通過導線連通到外部的金屬部件上。當人體靠近時，通過空間的HYPERLINK :/baike.baidu /view/1437546.htm電磁偶合，會改變LC回路的HYPERLINK :/baike.baidu /view/1008085.htm諧振頻率，引起震蕩頻率改變，探測器的檢測電路能夠識別這種頻率的改變而發(fā)出警示信號。接近探測器比較適用于室，如對寫字臺、文件柜、保險柜等一些特殊物件提供保護，也可以用于對門窗的保護。通常被保護的物件是金屬的，實際上

38、可以構(gòu)成保護電路的一部分，因而只要有人試圖破壞HYPERLINK :/baike.baidu /view/25302.htm系統(tǒng)時，就會立即觸發(fā)報警。接近探測系統(tǒng)的主要優(yōu)點是多用性和通用性，它幾乎可用來HYPERLINK :/baike.baidu /view/369391.htm保護任何物體，而且不會被幾米以外的HYPERLINK :/baike.baidu /view/225734.htm干擾所激發(fā)。一旦有人靠近或接觸到珠寶箱、文件柜、門窗準備行竊時，便會觸發(fā)報警，但在附近的正常業(yè)務工作可以照常進行。6 PLC軟件設(shè)計6.1 PLC的編程原件PLC是一種通用的、商業(yè)化的工業(yè)控制計算機，與個

39、人計算機相仿，用戶程序必須在系統(tǒng)程序的管理下才能運行。PLC的運行狀況如下： = 1 * GB3 * MERGEFORMAT 初始化程序其作用是清零各個標志寄存器，清零輸入/輸出映像寄存器，清零各計數(shù)器、復位定時器等，為PLC開始正常工作“清理現(xiàn)場”。 = 2 * GB3 * MERGEFORMAT CPU自診斷自診斷主要包括檢查電源電壓是否正常、I/O單元的連接是否正常、用戶程序是否存在語法錯誤、對監(jiān)控定時器定期復位等。 = 3 * GB3 * MERGEFORMAT 通信信息處理這個階段PLC要完成與網(wǎng)絡(luò)與總線上其他設(shè)備的通信任務，包括與PLC、計算機、智能I/O模塊、數(shù)字處理器（DPU）

40、等設(shè)備之間的信息交換。 = 4 * GB3 * MERGEFORMAT 外部設(shè)備服務PLC在這個階段與外部設(shè)備交換信息，包括編程器、圖形監(jiān)視器（監(jiān)控設(shè)備） 、打印機等。PLC允許在線編程，能夠與人機界面實時交換信息，所以要在每個循環(huán)周期執(zhí)行此項操作。 PLC的編程元件也稱為邏輯部件，是PLC指令系統(tǒng)的基本要素，PLC指令系統(tǒng)通常提供以下邏輯部件。 （1）繼電器 輸入/輸出映像寄存器里的每一位在指令系統(tǒng)中都對應一個固定的編號，在圖形編程語言（如梯形圖語言）中形象地用繼電器線圈來表示，因此也常稱為輸入繼電器、輸出繼電器。同時也為了滿足對復雜邏輯關(guān)系的編程要求，還提供大量的中間輔助繼電器，它們也對應

41、存儲器中的某一固定區(qū)域。這些繼電器都是所謂的“軟元件”，他們的狀態(tài)也用一個二進制位就可以表示，1對應的ON狀態(tài)，0對應的OFF的狀態(tài)，在用戶程序中可以無限次使用他們常開、常閉觸電。 （2）定時器 類似于繼電-接觸器邏輯電路中的時間繼電器，有延時接通、延時斷開、脈沖定時等多種方式，可以組成復雜的時間邏輯順序邏輯。定時器指令一般由線圈、定時時間設(shè)定值和當前計時值組成，PLC專門在存儲器中開辟一個區(qū)域，用以保存各個定時器線圈當前的狀態(tài)（ON或OFF）與時間的設(shè)定值和當前值。定時器的常開、常閉觸點可以在用戶程序中無限次的使用。 （3）計數(shù)器 用軟件視線的計數(shù)器指令，用于實現(xiàn)脈沖計數(shù)功能，有遞減計數(shù)、遞

42、增計數(shù)等形勢，不同的PLC在計數(shù)器數(shù)量、計數(shù)長度等方面都有所區(qū)別。計數(shù)器指令一般包含計數(shù)器線圈，計數(shù)值設(shè)定、計數(shù)器復位、計數(shù)信號輸入、當前計數(shù)值等組成。計數(shù)器的常開、常閉觸點可以在用戶程序無限次使用 （4）觸發(fā)器 該指令用與對狀態(tài)位的置1和清零，狀態(tài)為即為觸發(fā)器線圈，它的ON狀態(tài)一旦觸發(fā)可以保持，直至復位條件滿足才變成OFF狀態(tài)。觸發(fā)器常開、常閉觸點可以在用戶程序中無限次的使用。 （5）其他元件與指令 除上訴4種邏輯原件之外，PLC指令系統(tǒng)一般還提供移位寄存器、數(shù)據(jù)寄存器、邊沿檢測、比較、運算、ASCII碼處理與數(shù)制轉(zhuǎn)換等多種指令。6.2 PLC的編程語言 本次設(shè)計主要用到的是PLC的編程語言

43、，這是一種使用廣泛的語言，與繼電-接觸器電路圖非常相似，具有直觀易懂的優(yōu)點，很容易被熟悉電氣控制的工程技術(shù)人員掌握。 梯形圖的邏輯關(guān)系是自上而下、自左而右展開的，左、右兩條豎線也稱為母線。在左母線開始，按照控制要求一次連接各個觸點，最后以輸出線圈結(jié)束，稱為一個邏輯行，或一個“梯級”，完整的用戶程序就是由若干邏輯行構(gòu)成的。 在閱讀梯形圖程序時，可按照繼電-接觸器電路圖紙的閱讀習慣，對每一邏輯行來說，假設(shè)能量的流動由左母線向右流動，如果各觸點的邏輯狀態(tài)使得“能流”可以達到最右邊的線圈，則該線圈的輸出狀態(tài)為ON，否則為OFF。 在編寫梯形圖程序時，有一些普遍遵守的原則，它們是都是出自于繼電-接觸器電

44、路的設(shè)計原則。例如，在一個邏輯行中不應該串聯(lián)兩個線圈，同一個線圈不應該出現(xiàn)在不同邏輯行中等。6.3 程序流程圖開始Y關(guān)閉多媒體和所有照明07：0018：0018：0023：00多媒體和講臺燈通電N 開燈 不開燈NY 不開燈是否是2：00-7：00光照是否充足是否有人是否有人 不開燈 開燈NYYN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：圖4 程序流程圖6.4 STEP7 300簡介STEP7 300的所有模塊均在機架上，模塊之間信息的傳遞需要總線（BUS）來完成。STEP7 300的背板總線集成

45、在每一個模塊中。S7-300 PLC具有以下的特點： = 1 * GB3 * MERGEFORMAT 循環(huán)周期短，處理速度高。指令的執(zhí)行時間，最快的CPU模塊可以達到0.10.6us。在中等控制性能要求的領(lǐng)域中，高速的用戶程序執(zhí)行速度，對PLC的使用和推廣開辟了更為廣闊的空間。 = 2 * GB3 * MERGEFORMAT 指令集功能強大，可用于復雜功能。起浮點數(shù)操作指令可有效實現(xiàn)比較復雜的算數(shù)運算，簡化了用戶程序，使PLC更加適合于具有大量數(shù)據(jù)處理的過程控制中。 = 3 * GB3 * MERGEFORMAT 人機界面被集成在S7-300操作系統(tǒng)，因此，人機對話的編程要求大大的減少。SIM

46、ATIC人機界面從S7-300中取得數(shù)據(jù)，S7-300按照用戶指定的刷新速度傳遞這些數(shù)據(jù)，S7-300操作系統(tǒng)自動處理數(shù)據(jù)的傳送。 = 4 * GB3 * MERGEFORMAT CPU的智能化診斷系統(tǒng)連續(xù)不斷的監(jiān)控系統(tǒng)的運行，對不正常狀態(tài)、錯誤和特殊系統(tǒng)事件（例如超時、模塊更換等）進行記錄或者報警。 FM:- 計數(shù) CP:- 點-到-點 PS(可選)CPU IM(可選)SM: DISM: DOSM: AISM: AO = 5 * GB3 * MERGEFORMAT 系統(tǒng)允許設(shè)置多種級別的保護口令，可有效防止用戶程序在未經(jīng)過允許的情況下被復制或修改。同時，在CPU模塊面板上的工作模式選擇開關(guān)是

47、鑰匙型的，鑰匙取出后，就不能改變操作方式，也有利于防止非法刪除或改寫用戶程序。圖5 S7-300圖 （1）電源（PS）電源模塊提供了機架和CPU部的供電電源，置于1號機架的位置。 （2）中央處理器（CPU）CPU存儲并處理用戶程序，為模塊分配參數(shù)，通過嵌入的MPI總線處理編程設(shè)備和PC、模塊、其它站點之間的通訊，并可以為進行DP主站或從站操作裝配一個集成的DP接口。置于2號機架。（3）接口模塊（IM） 接口模塊將各個機架連接在一起。不同型號的接口模塊可支持機架擴展或PROFIBUS-DP連接。置于3號機架，沒有接口模塊時，機架位置為空。（4）信號模塊（SM）通常稱為I/O（輸入/輸出）模塊。測

48、量輸入信號并控制輸出設(shè)備。信號模塊可用于數(shù)字信號和模擬信號，還可用于進行連接，如傳感器和啟動器的連接。（5）功能模塊（FM）用于進行復雜的、重要的但獨立于CPU的過程，如：計算、位置控制和閉環(huán)控制。（6）通訊處理器（CP）模塊化的通訊處理器通過連接各個SIMATIC站點，如：工業(yè)以太網(wǎng)，PROFIBUS或串行的點對點連接等。 STEP7軟件簡介： 首先，安裝STEP7 V5.5軟件過程中要注意，該軟件只能安裝在在WINDOS 7（旗艦版）或WINDOS XP系統(tǒng)中。還有安裝過程中需要把電腦的防火墻等等都關(guān)掉，以防止軟件安裝不成功。 還需要安裝一個仿真的軟件，是和STEP V5.5的一起需要安裝

49、的軟件安裝過后會出現(xiàn)界面如下圖所示：首先在進行設(shè)計之前要遵循一下幾個步驟： = 1 * GB3 * MERGEFORMAT 創(chuàng)建一個項目 = 2 * GB3 * MERGEFORMAT 選擇所需要的硬件例如：電源、CPU等 = 3 * GB3 * MERGEFORMAT 最后創(chuàng)建一個塊這個塊是屬于S7程序的然后打開塊就可以進行梯形圖的繪制了如下圖所示：其中下圖是用來選擇所需要的模塊和仿真程序：6.5 輸入輸出編址系統(tǒng)輸入點與地址：教室啟動I0.0、教室停止I0.1、講臺啟動為I0.2、講臺停止為I0.3，紅外探測器I1.0I1.3、光照傳感器I1.4I1.7。T37為定時器。M0.1為區(qū)域5燈

50、，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。表1 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教室啟動開關(guān)I0.0區(qū)域1燈Q0.0教室停止開關(guān)I0.1區(qū)域2燈Q0.1光照探測器I1.4I1.7區(qū)域3燈Q0.2紅外探測器I1.0I1.3區(qū)域4燈Q0.3投影儀開關(guān)I0.4區(qū)域5燈M0.1講臺啟動開關(guān)I0.2區(qū)域5燈M0.1講臺停止開關(guān)I0.3區(qū)域5燈M0.16.6梯形圖程序設(shè)計用SETP7軟件語句表編寫的部分控制程序如下：此程序可通過仿真達到預期的要求。7. 程序調(diào)試與仿真選擇CPU314模塊對梯形圖程序進行仿真，其結(jié)果按要求分為以下幾種情況：（1）7：00-18：00點教室無人