基于S7-200PLC教室照明智能控制系统设计

学号091401229《电气控制与可编程控制技术》课程设计（2009级本科）题目：教室智能照明系统系（部）院：物理与机电工程学院专业：电气工程及其自动化作者姓名：高伟杰指导教师：张静职称：副教授完成日期：2012年12月14日课程设计任务书2012年秋季学期学生姓名高伟杰学号091401229专业方向电气工程及其自动化班级09级（2）班题目名称教室照明智能控制系统一、技术要求：1．设计一个基于S7—200PLC教室智能照明控制系统；2．设计出硬件系统的接线图、梯形图等；3．系统有启动、停止功能，分时段控制；4．运用功能指令进行PLC控制程序设计；5．进行系统仿真调试，实现教室照明智能的控制要求。二、设计任务：学生根据控制要求，明确设计任务，拟定设计方案与进度计划，运用设计方案与进度计划，运用所学的理论知识，进行教室照明智能控制系统原理设计、硬件系统设计、软件系统设计、创新设计，提高理论知识工程应用能力、系统调试能力、分析问题与解决问题的能力。三、设计进度及安排：第一周：星期一、二讲解设计课题内容、布置任务及要求星期三、四PLC输入输出接线图，初步设计星期五梯形图，控制面板图初步设计第二周：星期一、二PLC输入输出接线图，梯形图，控制面板的修改星期三、四绘图，系统仿真调试，写说明书及操作使用说明星期五完善上述设计内容，装订设计说明书，答辩指导教师签字：目录一、目的................................................................1二、设计任务及要求......................................................11.设计任务.............................................................12.设计要求.............................................................1三、硬件设计............................................................21.选择PLC类型.........................................................22.PLC外部连线图.......................................................3四、软件设计............................................................51.程序流程图...........................................................52.输入输出编址.........................................................53.梯形图程序设计.......................................................64.程序清单.............................................................8五、程序调试与仿真.....................................................10六、设计总结...........................................................14参考文献...............................................................151一、目的通过对教室智能控制器系统的分析、系统设计、编程、及上机调试工作，了解电器控制系统的一般设计思路，熟悉和掌握外围电路系统和软件设计的方法，并掌握利用PC对PLC工作状况进行监控的方法。设计出了一种用PLC作为控制器的节能、智能控制系统。使整个系统处于自动的工作状态，实现对教室照明系统的智能控制。二、设计任务及要求1.设计任务根据大学教室中日光灯的利用情况，现在大多数教室的照明控制系统都采用的是传统的手动控制方式，浪费现象比较严重。教室中的开关虽然有分区域控制的功能，不过没有人关心哪排灯由哪个开关控制，因而也就出现了所谓的长明灯现象。针对这种现象，为了能既满足学生学习照明的主要功能，又要尽量节约能源，就需要用科学的管理和控制，使两者完美统一。因而提出以下智能控制系统。教室智能照明控制系统的作用是在保证教室正常照明的前提条件下，利用PLC自动控制的方法对日光灯的亮灭实行智能控制从而达到节能的效果，同时也有效地延长了灯具的使用寿命。2.设计要求在设计前，对教室的采光情况以及教室的使用情况进行了实地调查和分析，掌握的一手资料，仅以河西学院三号教学楼某一教室为例进行分析，如A302。由于该教室为单面采光，所以教室中会有不同区域光照程度差别很大的现象，而且由于教室学生的流动性大以及就坐位置的不确定性，故设想将教室分为不同的区域，利用红外探测器以及光照传感器对整个教室进行分区控制，以最大程度地达到节能目的。红外探测器安装在门口或能有效的覆盖该区域探测范围的地方，光照传感器安装在每个区域光照较暗的地方。对于有时候需要用多媒体教室播放教学影片的情况，可2以在讲台区域方便的地方安装1个控制按钮以手动的方式给PLC提供信号使开始放影时关闭教室灯光，放影完毕时打开教室灯光，以适应实际的要求。每个区域分别安装一个红外探测器和一个光照传感器且设置其动作。安装在每个区域的体存在传感器和光照传感器是独立工作的，它们之间互不影响，一个故障不影响其它的工作。同时还需要设置一些时间段去控制教室灯的开通与关闭，如早上7—18点需要照度计工作，18—23点不需要照度计工作。讲台区域区域1（前排左）区域2(前排右)区域3（后排左）区域4（后排右）图1传感器在教室中的分区控制图三、硬件设计1.选择PLC类型系统的设计要从保证系统的可靠性、实用性和可扩展性等方面入手。本控制系统采用可靠性和可扩展性很好的西门子S7-200PLC系列的PLC作为控制器，对于每个教室输入点主要来自以下四个方面：启动开关、停止开关、体存在传感器和光照传感器；输出点主要输来自每个教室五个区域的灯。根据输入输出点数选择CPU224模块，此模块有14个输入，10个输出。用红外探测器和光照传感器作为检测装置来检测教室中是否有人和教室的光照强度。运用扩展模块EM235将信号输入到PLC中，控制系统的框图如图2所示。3图2控制系统框图2.PLC外部连线图PLC外部接线图的输入输出设备、负载电源的类型等的设计就结合系统的控制要求来设定。教室照明智能控制外部接线图如图3所示。PLC控制器及I/O扩展模块红外探测器控制按钮多路开关光照度探测器投影仪开关日光灯N.．.．.．日光灯2日光灯14220VL1L2L3L4I0.0I0.2I0.3ACQ0.1Q0.2Q0.0Q0.3Q0.4CPU224启动开关停止开关投影开关讲台开关I0.1光照度传感器红外线探测器MLEM235RAA+RBA-B+B-RCC+RDD+D-C-RAA+A-RBB+B-RCC+C-RDD+D-MLI0.4I0.5I0.6I0.7I1.0I1.2I1.1I1.3MLEM235图3PLC外部接线图5四、软件设计1.程序流程图由于上述具体控制要求，可作出教室智能照明控制系统在运行时的程序框图，如图所示。将各模块进行连接，最后经过调试、完善、实现控制要求。如图4所示：图4程序流图2.输入输出编址系统输入点及地址：启动I0.0停止I0.1、红外探测器I1.0～I1.3、光照传感器I0.4～I0.7。T37为定时器。为了减少输出点数，一个区域作为一个输出点，其地址Q0.0～Q0.3。EM235为模拟量模块，有4路输入，一路输出。开始Y关闭多媒体和所有照明07：00—18：0018：00—23：00多媒体和讲台灯通电N开灯不开灯NY不开灯是否是23：00—07：00光照是否充足是否有人是否有人不开灯开灯NYYN6表1I/O地址分配表输入点输出点元件名称地址编码元件名称地址编码启动开关I0.0区域1灯Q0.0停止开关I0.1区域2灯Q0.1光照探测器I0.4～I0.7区域3灯Q0.2红外探测器I1.0～I1.3区域4灯Q0.33.梯形图程序设计用SETP7软件语句表编写的控制程序如下：7此程序通过软件模拟仿真可以达到期望的控制要求。84.程序清单LDI0.0OM0.0ANI0.1=M0.0LDNT37AM0.0TONT37,3000LDT37LDC1CTUC1,288LDWC1,0AWC1,132=M0.1LDW=C1,132AW=C1,192=M0.2LDW=C1,192AW=C1,288=M0.3LDNM0.3AM0.0LPS9LDI0.4AM0.1OM0.2ALDAI1.0=Q0.2LRDLDI0.5AM0.1OM0.2ALDAI1.1=Q0.3LRDLDI0.6AM0.1OM0.2ALDAI1.2=Q0.4LPPLDI0.7AM0.1OM0.2ALDAI1.3=Q0.510五、程序调试与仿真选择CPU226模块对梯形图程序进行仿真，其结果按要求分为以下几种情况：（1）07：00—18：00，教室无人11（2）07：00—18：00，教室光照不足，有人（3）07：00—18：00，教室光照充足，有人12（4）18：0--23：00，教室有人（5）18：0--23：00，教室无人13（6）23：00--07：00，教室无人14六、设计总结通过本次PLC课程设计，使我明白了自己在学习这门课时在方法上存在的不足，让我对PLC梯形图，指令表，外部接线图有了更好的了解，也让我了解了关于PLC的设计原理，有很多设计理念来源于实际，从中找到正确的设计方法。本次课程设计是要求小组完成，所以遇到问题要求和同学互相交流互相讨论。我们在做课程设计的过程中要不断的讨论问题，这样，我们可以尽可能的统一思想，这样就不会使自己在做的过程中没有方向，并且这样也是为了方便之后设计能更加完善，讨论不仅仅是一些思想的问题，还可以深入讨论一些技术的问题，这样可以使自己处理问题要快一些，少走弯路，多改变自己的设计方法，在设计过程中最好要不停的改善自己解决问题的方法，这样可以方便自己解决问题。总之，这次设计对我真的很有好处，给我弥补了很多我欠缺的知识，像梯形图电路的自锁，以及PLC电路的硬件连接以及相关软件的使用，在今后的学习过程中，要更加努力的学习自己的专业知识，多多和同学和老师交流，相信不久的将来可以有点成绩。在这次设计实践之后，我学会了PLC的基本编程方法，对PLC的工作原理和使用方法也有了更深刻的理解。在读理论的运用中，提高了我们的工程素质，在没有做实践设计以前，我们对知道的掌握都是思想上的，对一些细节不加重视。在课程设计过程中我了解到，PLC并不是一门单一的编程技术，它是一门系统专业课程。PLC可以广义的认为是一台背嵌入操作系统的高可靠性PC机。首先需要精深PLC本身的编程语言梯形图、语句表语言。然后根据程序在实验室进行调试，使其达到预期的程度。最后，依照调试结果写论文。不断地锻炼自己的动手和思维能力。最后也要感谢张静老师的悉心指导，才能使我们的设计得以顺利完成。15参考文献[1]廖常初.PLC编程及应用.北京:机械工业出版社.2005[2]高钦和.可编程控制器应用技术及其设计实例.北京:高等教育出版社.2004[3]李缓.PLC原理与应用.北京：北京邮电大学出版社.2005[4]林明星.电气控制及可编程序控制器[M].北京：机械工业出版社.2004[5]周淑珍,高鸿斌.PLC分析与设计应用.北京：电子工业出版社.2004[6]王玉中.电气控制及PLC应用技术.河南：河南科学技术出版社.2006[7]张新军.电气控制与PLC技术及应用.济