工学基于PLC的校园照明智能控制系统设计

***学院本科生毕业设计（论文）学院（系）：电子与电气工程学院专业：电气工程及其自动化学生：指导教师：完成日期2012年5月****学院本科生毕业设计（论文）基于PLC的校园照明智能控制系统设计IntelligentControlofCampusLightingBasedonProgrammableLogicalController总计：27页表格：2个插图：15幅*****学院本科毕业设计（论文）基于PLC的校园照明智能控制系统设计IntelligentControlofCampusLightingBasedonProgrammableLogicalController学院（系）：电子与电气工程学院专业：电气工程及其自动化学生姓名：学号：104091120032指导教师（职称）：评阅教师：完成日期：****学院NanyangInstituteofTechnology基于PLC的校园照明智能控制系统设计电气工程及其自动化***［摘要］目前，大多数校园照明系统仍然使用人工控制，其缺点是控制复杂、修理困难、容易发生误动作。针对这种情况，本设计使用西门子S7-200PLC代替传统的人工控制校园照明系统。采用了PLC智能控制，系统稳定可靠，完全满足学校的照明要求，校园照明系统主要有道路控制输出信号、景观灯输出信号、公共绿地输出信号，根据PLC控制原理对其进行I/0分配和绘制照明系统流程图及编写校园照明智能控制系统梯形图控制程序。最后经过模拟仿真运行，能够实现当设备发生故障或出现某些不正常运行情况时，由自动控制变换人工控制，在排除故障后再次实现自动控制满足照明智能控制系统的要求。［关键词］照明系统；西门子S7-200；输出信号；智能控制IntelligentControlofCampusLightingBasedonProgrammableLogicalControllerElectricalEngineeringAndAutomationSpecialty***Abstract:Atpresenttheilluminationsystemofthemajorityofourcampusisstillusingthetraditionalmanualcontrolsystem,whosedisadvantagesarecomplexcontrol,difficulttorepair,pronetomalfunction.Forthissituation,thispaperusestheSiemensS7-200anddesignsthesystemtocontrolthecampuslightingsysteminsteadoftraditionalartificialcontrol，ProgrammableLogicalControllerintelligentcontrolsystemwasadoptedonthenewcampus,thecontrolsystemisreliableenoughtomeettherequirementofcampuslighting,Thesystemmainlyincludesincidenttheoutputsignaloftheroad、thedecorativelightsandthegreenfields.WhichcomposestheI/0allocationtablesandflowingdiagramandtheladderdiagramcontrolprogramsoftheilluminationsystemofthecampus.Throughthesimulation,itisabletoturntomanualcontrolfromtheautomaticsystemwhenthefacilitiesgeneratethephenomenonofthemalfunctionandabnormal,theautomaticsystemturnonafterpeopletofindandorderlydealwiththemalfunction,andfulfillstherequirementsofthesystemoftheintelligentcontrol.Keywords:Theilluminationsystem;SiemensS7-200;theoutputsignal;intelligentcontrol目录1引言31.1选题背景和意义31.2PLC在国内外的发展状况21.3设计的主要内容及技术要求21.3.1主要内容21.3.2具体技术要求32智能照明控制系统总体方案设计32.1照明系统的功能需求分析32.2系统设计的基本步骤及功能组成42.2.1智能照明控制系统设计过程简述42.2.2智能照明控制系统设计基本步骤和方法42.2.3智能照明控制系统设计的功能组成53硬件设计63.1线路结构设计63.1.1控制线路设计63.1.2控制器件的选型63.2PLC的设计73.2.1PLC在控制系统中的要求73.2.2PLC选型83.2.3S7-200系列PLC93.2.4I/O地址分配94.软件设计104.1程序流程104.2STEP7-Micro/WINV4.0编程软件114.2.1STEP7-Micro/WINV4.0编程软件主界面及基本组成124.2.2梯形图的编写124.2.3时钟设置及读写134.3系统的控制程序154.3.1分时控制方案154.3.2分时智能控制程序编制154.3.3三时段控制程序154.3.4季节自动选择程序165控制程序的调试与仿真165.1程序调试165.2系统仿真17结束语21参考文献21附录22致谢261引言1.1选题背景和意义随着工业化高速发展，能源问题成为人们关注的焦点，因为能源的消耗除了其直接的经济损失外，还会带来碳排放量的增加，恶化环境，所以节约能源一直是生活、生产中的一个主题。提到节能人们往往忽视了照明用电，因为它单体容量较小，安装比较分散，所以，看起来无关紧要，其实照明用具数量最多，分布最广，随着城市的扩张和道路的延伸，无论是单体容量还是总容量都在大幅增加，美化环境的长明灯更是越来越耀眼。现在很多大学都坐落在郊区，建筑容积率较低，因此，诸如道路、广场、景观等公共照明占的比重相当高，且路灯和景观灯的单体容量大，工作时间长，绝对是学校能源消耗的主体。要说学校节能，只要把这些公共照明控制得当即可。校园的建设要适应网络时代的发展，应引入智能化的概念。在传统的楼字自控系统中，一般只包括了综合布线、计算机网络、安防、消防、闭路监控等子系统。但近年来，随着科技的进步，人们对照明灯具节能和科学化管理提出了更高的要求，使得照明控制在智能化领域的地位越来越重要[1]。在新校区的建设热潮中，各大高校和他们的建设者也应意识到智能照明的重要性。相对商业楼字而言，校园里的大功率动力和制冷设备比重较少，照明灯具则相对比重更多。使用照明控制系统，更能体现其在节能与管理方面的优势，提高学校的科学管理水平。而可编程控制器（ProgrammableLogicalController，简称PLC）作为自动控制的重要组成部分，已成为大多数自动化系统的设备基础。可编程控制器是一种以微处理器为核心，综合了计算机技术、自动控制技术、通信技术和继电器控制技术而发展起来的新型工业控制装置，具有编程容易、体积小、使用灵活方便、抗干扰能力强、可靠性高等一系列优点，其功能越来越强大，应用范围越来越广阔，如冶金、机械、电力、石油、煤炭、化工、轻纺、交通、食品、环保、轻工、建材等工业部门都有广泛应用。它不但可以很容易地完成顺序逻辑、运动控制、定时控制、计数控制、数字运算、数据处理等功能，而且可以通过输入/输出接口建立与各类生产机械数字量和模拟量的联系，从而实现对系统过程的自动控制。而校园具有现代化气息，道路宽且长，绿地和景观用地也有相当的比例。在进行道路和景观绿地照明设计时，在节能和延长光源寿命方面取得了明显的效果。本设计研究项目属于采用西门子S7-200PLC代替传统的人工控制照明系统，在校园智能照明系统中装置PLC，可以达到线路简单、易于安装、便于维护、编程简单、工作可靠、抗干扰能力强，实现对照明系统的综合自动化控制[2]。1.2PLC在国内外的发展状况可编程控制器是六十年代发展起来的一种自动控制装置，是一种嵌入式的工控机，它以顺序控制为主，回路调节为辅，能完成逻辑判断、定时、计数、记忆和算术运算功能，既能进行开关量控制，又能进行模拟量控制，还具有通信功能。而新校园的建设要适应网络时代的发展，应引入智能化的概念。在传统的楼字自控系统中，一般只包括了综合布线、计算机网络、安防、消防、闭路监控等子系统。但近年来，随着科技的进步，人们对照明灯具节能和科学化管理提出了更高的要求，使得照明控制在智能化领域的地位越来越重要。而在新校区的建设热潮中，各大高校和他们的建设者也应意识到智能照明的重要性。相对商业楼字而言，校园里的大功率动力和制冷设备比重较少，照明灯具则相对比重更多[3]。使用照明控制系统，更能体现其在节能与管理方面的优势，提高学校的科学管理水平。针对节约电能、保护全球环境的可持续发展的要求，美国环保署于1991年1月提出“绿色照明”概念，引起了其他国家的重视。我国也于1993年11月启动“中国绿色照明工程”，并于1996年正式列入国家计划[4]。但是我国智能化照明技术的应用还不广泛,大多数校园仍然使用传统的照明控制方式。因此完善校园路灯智能化监控建设，进一步扩大监控系统点位，自动实时监控和远程控制校园照明设施的开关灯，合理控制道路照明和景观灯的运行和停止具有重要的现实意义。可以预期，随着我国现代化进程的深入，PLC在我国将有更广阔的应用天地。1.3设计的主要内容及技术要求1.3.1主要内容本设计采用S7-200控制器控制照明系统，根据校园照明系统的工作特点,采用PLC实现对照明系统的控制，总体设计主要包括硬件线路的设计和软件的设计。硬件线路设计主要包括线路图设计和排线布线设计。软件设计根据控制的要求，对事道路、宿舍、公共绿地、景观灯等进行I/0分配，同时编制了系统梯形图控制程序，最后进行仿真与调试，达到校园照明系统的要求。1.3.2具体技术要求（1）学生是一个特殊群体，活动的时间性、规律性非常突出，因此对道路和其他公共照明实行智能分时控制。（2）寒暑假期间景观灯手动控制，根据需要临时或少量开启；而路灯每天只开启1/4，满足最低照明要求。（3）景观和公共绿地照明采用第1、第2时段全开,第3时段全熄的控制方式。（4）为了保证PLC事故情况下的道路照明，在设计时考虑手动和自动两种工作制，手动时可以人为开启或关闭任何一路照明。（5）在设计时考虑夏、秋时制和冬、春时制的识别。2智能照明控制系统总体方案设计智能照明控制系统由可编程控制器、中间继电器、各种照明灯和刀开关组成。通过软件编程软件编写分时段程序控制校园道路、公共绿地和景观灯等照明设备，使各照明设备在规定的时间工作。道路照明的主要作用是保证行人安全和方便，绿地和景观照明主要是给人们营造温馨、和谐、美丽的环境。既要满足照明的主要功能，又要尽量节约能源，只能是采用科学的管理和控制，使两者完美统一。2.1照明系统的功能需求分析（1）节能据专业资料统计，智能建筑的照明用电占整个校园用电的85%左右。其实在大多数情况下很多区域并不需要把灯全部打开或者开到最亮，过度的照明不仅形成光污染还会造成能源浪费。在当今能源紧张、国家大力倡导节能的形势下，使用智能照明管理系统最大程度地节能具有非常实际的意义。校园照明回路数量较多，容量较大，如何在保证所需照度的前提下，综合运用多种控制手段，减少不必要的电能浪费，是个极其重要的问题。（2）高效管理如何提高运行的稳定性和可靠性，使控制和操作更加简单、方便、灵活，使管理更加自动化、高效化，减少大量简单重复的劳动，是我们在设计时考虑的重点。我们根据不同区域的特点进行设计，确保使用方便灵活，管