基于PLC的教室照明自控系统设计

泰山学院本科毕业论文基于PLC的教室照明自控系统设计所在学院机械与工程学院专业名称机械设计制造及其自动化申请学士学位所属学科工学年级二〇一一级（3+2）学生姓名、学号丁晓忠2011170270指导教师姓名、职称陈宏圣副教授完成日期二〇一三年五月三十日摘要I摘要本文的教室照明自动控制系统是利用红外感应接收器来准确感知每位同学在教室的位置，将采集的信号通过传输电路传输给PLC控制系统。经过控制系统的分析处理以后，将控制信号输出给执行机构中的接触器。通过控制接触器的接通与断开来控制教室中的每一盏照明灯的接通与断开。从而使整个教室的照明实现智能控制。避免了因不能及时关闭开关导致电能的大量浪费，达到节能的目的。充分体现了当代的节能减排的创新理念。该系统具有控制方便，可靠性高，专用性强，安全，节能等优点，可以满足各类大、中专院校教室灯光控制的要求，很大程度的达到节能目的。关键词：红外感应，智能控制，PLC，节能AbstractIIABSTRACTThisclassroomlightingcontrolsystemistheuseofinfraredsensorstoaccuratelyperceivethereceivereachstudentintheclassroomlocation,thecollectedsignalstransmittedthroughthetransmissioncircuittothePLCcontrolsystem.Aftertheanalysisofthecontrolsystemaftertreatment,thecontrolsignalisoutputtotheactuatorofthecontactor.Bycontrollingthecontactorturnedonandofftocontroltheclassroomeachlamplightsturnedonandoff.Sothattheentireclassroomlightingintelligentcontrol.Avoidedbecausetheycannotturnoffswitchcauseswastingalotofenergytoachieveenergy-savingpurposes.Fullyembodiesthecontemporaryenergysavinginnovativeideas.Thesystemiseasytocontrol,highreliability,dedicatedandstrong,safety,energyconservation,etc.,tomeetthevariouslarge,collegesclassroomlightingcontrolrequirements,toalargeextenttosaveenergy.Keywords:infraredsensors,intelligentcontrol,PLC,energy-saving目录III目录1引言...............................................................11.1教室灯光控制器研究的现状及其存在的问题...........................11.2研究的内容及意义.................................................11.3本课题需要解决的问题.............................................22教室照明控制器简介.................................................32.1系统控制器简介...................................................32.2控制方案分析.....................................................33照明系统控制模块的硬件设计.........................................43.1控制按钮.........................................................43.2人体红外传感器...................................................43.2.1人体红外传感器简介.............................................43.2.2主动红外传感器工作原理.........................................53.2.3主动人体红外传感器功能特点：...................................53.2.4主动红外探测器的安装使用要点：.................................63.3光敏传感器.......................................................73.3.1光敏电阻工作原理...............................................83.3.2光敏电阻的主要功用.............................................83.4S7-200PLC概况....................................................93.4.1PLC的定义.....................................................93.4.2S7-200PLC的特点..............................................103.4.3PLC的基本组成及各部分作用....................................113.4.4S7-200PLC的工作原理..........................................134照明系统控制模块的程序设计........................................155照明系统调试运行及问题分析........................................22目录IV5.1PLC系统调试方法及步骤...........................................225.2出现的主要问题及分析解决........................................23总结...............................................................24参考文献...........................................................25致谢...............................................................26附录...............................................................27泰山学院本科毕业论文11引言1.1教室灯光控制器研究的现状及其存在的问题随着国民经济的快速发展和社会进步，高等教育在全社会愈加被关注和重视，高校作为受教育者主要场合，数量在不断地增加规模也在不断扩大。为了使师生有更加舒适的教学和学习环境，这就需要我们在力所能及的范围内对教室的面积、设施和照度等进行一系列的改进[1]。然而，由于现在大学开放式的管理风格，节能意识十分淡薄，在教室内无人或人数很少的情况下，开启了教室中绝大部分的照明灯。夜晚离开教室不关灯导致长明灯现象比比皆是。这种有形和无形的浪费，大大增加了电力支出的负担。以泰山学院为例，经初步统计我校教照明灯数量约6000余盏，以每天仅亮灯8小时来计算，一年中扣除假期后，教室灯的耗电量约为50万度，学校在教室用电的经费上就得支出约为30万元人民币。而以每天浪费2小时用电来计算，一年大约要浪费13万度的电量，占教室照明用电经费的四分之一。依此计算，放眼我省，乃至全国，随着高校不断扩招，教室不断扩大，如果有更多的电力设备，虽然提高了课堂管理设备，然而用电负荷可想而知，更多的能源浪费不可估量[2-4]。出于这些原因，提高教室电能利用率变得重要，学校节能措施也变得十分必要，因此PLC课堂教学为主的自动照明控制系统的设计无疑将成为研究的重要课题之一。1.2研究的内容及意义此系统的工作原理是将采集的信号通过传输电路传输给PLC控制系统。经过控制系统的分析处理以后，将控制信号输出给执行机构中的接触器。通过控制接触器的接通与断开来控制教室中的每一盏照明灯的接通与断开。该系统实现了对教室里每一盏照明灯的单一智能控制，从而实现了对教室里每一个地点的照明控制。这样能更加合理的利用电能。对教室照明系统实现智能控制后，当同学进入教室后照明灯会自动开启。同学不会再因为晚上看不见照明开关而烦恼，同时当同学离开教室的时候也不会因为忘记关灯而发生教室一整晚上都亮着灯的事件。从而方便了同学们进入教室，同时此设计增加了控制的安全泰山学院本科毕业论文2性，节约了电能。1.3本课题需要解决的问题本课题通过各种试验来研究教室灯光的各种控制，主要解决如下关键问题:1.环境光感采集问题2.红外传感器采集以及辐射区域的问题3.传感器与教室照明灯的合理安装问题4.控制系统总图以及程序的设定泰山学院本科毕业论文32教室照明控制器简介2.1系统控制器简介教室照明控制器可实现教室灯光智能控制。其输入参数主要是人体发出的红外信号和环境光信号等，当周围环境光的强度达到一定值时灯不亮，当环境光强度在指定值以下且有人存在时开灯，经试验证明用这种方式来对教室灯进行智能控制可以实现上述目标。教室照明控制器尽可能安装在教室内避开照明灯直射的位置，且红外传感器安置时应使人体活动方向与传感器中两个热释电元连线方向互相垂直，这样可以更好地采集信号，使控制变得更加灵敏、可靠，同时还要尽可能避免外界风直接吹向人体传感，达到预期的控制结果[5]。2.2控制方案分析控制器以自然光强度和人体存在作为主要的输入参数。来实现自动与手动控制相兼容。当自然光线较强时，无论人是否存在，都不开灯;当自然环境光较弱时，有人存在且停留时间超过一定值时，控制器自动打开照明灯，直到人离开后再延时一定时间后关灯，而针对需要开启照明灯的数目，本课题提出了一种结合了人体红外感应传感器探测器和人数探测模型的综合判断的方法。本文所研究的教室照明控制器主要由硬件和软件两大部分组成。硬件部分是前提，是整个控制系统执行的基础，它为软件程序运行提供了平台。而软件部分，是对硬件端口所体现的信号，加以采集、分析、处理，最终实现控制器所要实现的各项功能，达到控制教室照明的效果。泰山学院本科毕业论文43照明系统控制模块的硬件设计该控制系统是以PLC主控模块为核心的，由控制按钮、人体红外感应传感器、PLC控制器、光敏传感器、投影仪开启信号等组成。控制框图如下：图1系统控制图3.1控制按钮控制按钮是一种结构简单、应用广泛的主令电器。主要功用：白天当我们在教室需要使用投影仪时，我们拉上窗帘时，教室内的光线会立刻变暗，达到照明灯自动开启的亮度，该按钮主要用于控制此时此刻照明灯的开启与关闭。3.2人体红外传感器3.2.1人体红外传感器简介人体红外传感器又称红外传感器，它是一种利用探测生物体发射出来的红外线，而输出电信号的传感器。在上世纪四十年代，曾经有人提出利用热释电效应探测红外辐射，但没有引起各界的高度重视，直到上世纪六七十年代，随着激光，红外技术的迅速发展，它们也可以有效的促进热释电效应，热释电晶体的研发和应用。