基于PLC的教室智能照明控制系統(tǒng)的設計

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1、 本科學生畢業(yè)論文（設計） 題目(中 文): 基于PLC的教室智能照明控制系統(tǒng)的設計 (英 文): The design of classroom lighting intelligent control system base on PLC 姓 名 學 號 2 院 （系） 電子工程系 專業(yè)、年級 電子信息工程 級 指導教師 II 湖南科技學院本科畢業(yè)論文（設計）誠信聲明 本人鄭重聲明：所呈交的本科畢業(yè)論文（設計），是本人在指導老師的指導下，獨立進

2、行研究工作所取得的成果，成果不存在知識產權爭議，除文中已經注明引用的內容外，本論文不含任何其他個人或集體已經發(fā)表或撰寫過的作品成果。對本文的研究做出重要貢獻的個人和集體均已在文中以明確方式標明。本人完全意識到本聲明的法律結果由本人承擔。 本科畢業(yè)論文（設計）作者簽名： 年 月 日 27 畢業(yè)論文（設計）任務書 課題名稱： 基于PLC的教

3、室智能照明控制系統(tǒng)的設計 學生姓名： 系 別： 電子工程系 專 業(yè)： 電子信息工程 指導教師： 湖南科技學院本科畢業(yè)論文（設計）任務書 1、主題詞、關鍵詞： 教室智能照明；PLC；梯形圖程序 2、畢業(yè)論文（設計）內容要求： 1． 設計一個基于S7—200PLC教室智能照明控制系統(tǒng)； 2． 設計出硬件系統(tǒng)的接線圖、梯形圖等； 3． 系統(tǒng)有啟動、停止功能，分時段控制； 4． 運用功能指令進行PLC控制程序設計； 5． 進行系統(tǒng)仿真調試，實現(xiàn)教室照明智能的控制要求； 6． 其具體技術要求包括： （1）當教

4、室無人時所有的燈都自動關閉； （2）當教室有人時且光照度達不到設定的要求時自動打開人所在區(qū)域的燈； （3）當教室有人時且光照度達到設定的要求時自動關閉人所在區(qū)域的燈； （4）對于使用投影儀的多媒體教室，可以實現(xiàn)在投影儀開啟后延遲一定的時間，自動關閉講臺區(qū)域的燈以達到較佳的視覺效果。 3、文獻查閱指引： [1]北京照明學會．照明設計手冊[M]．北京：中國電力出版社，2006：121-125． [2]周芳，劉美根．智能照明控制系統(tǒng)在照明節(jié)能設計中的應用[J]．低壓電器， 2007，28(16)：20-23． [3]馮平，周聰.智能照明系統(tǒng)的模糊控制探討[J]．廣西工

5、學院學報，2009，20(1). [4]Michel Gilles.Programmable Logic Controllers:Architecture and Application Wiley[M].1990. [5]王玉中. 電氣控制及PLC應用技術[M].河南：河南科學技術出版社,2006. [6]周芝峰，周理，王吉林. 基于PLC 的校園照明智能控制系統(tǒng)設計[J]．工程設計學報，2010 [7]Cheded.Al-Mulla. Control of a four-level elevator system using a programmable logic control

6、ler[J]. International Journal of Electrical Engineering Education,2003 [8]肖寶興.西門子S7-200PLC的使用經驗與技巧[M].北京：機械工業(yè)出版社，2008.59-98 [9]趙玉安.人體熱釋電紅外傳感器介紹[J].中國電子制作,2006,9(1):35-40 [10]俞海珍，李憲章，馮浩.熱釋電紅外傳感器及其應用[J].電子照明技術,2006. 7(1):25-28 [11]崔建編.西門子S7可編程序控制器[M]．STEP7編程指南，機械工業(yè)出版社， 2007：95-98.SIMATIC S7-200可編程

7、序控制器系統(tǒng)手冊[M]，西門子公司，2009.2-3. [12]姜建芳.西門子s7-200PLC工程應用技術教程[M].北京：機械工業(yè)出版社，2010.95-108 [13]G.L.Batten. Programmable Controllers:hardware.software and Application[M].New York:MC Graw-Hill.1994. 4、畢業(yè)論文（設計）進度安排： 1、2012年11月30日指導教師給學生下達任務書，2012年12月26日前完成開題。 開題時間：2012年12月22日-26日 2、第8期第7周（2013.4.7-4.1

8、3）中期檢查，指導教師填寫好中期檢查表。 3、第9周拿出初稿。 4、第11周，正式答辯前，學生根據(jù)自身完成的情況提出答辯申請，并填寫“學生答辯申請及資格審查表”。 5、第11周（2013年5月8日）學生畢業(yè)論文(設計)定稿，準備答辯； 6、答辯時間：2013年5月18日-19日。 教研室意見： 負責人簽名： 注：本任務書一式三份，由指導教師填寫，經教研室審批后一份下達給學生，一份交指導教師

9、，一份留系里存檔。 湖南科技學院本科畢業(yè)論文（設計）開題報告書 論文（設計）題目 基于PLC的教室智能照明控制系統(tǒng)的設計 作 者 姓 名 姜江 所屬系、專業(yè)、年級 電子工程系 電子信息工程專業(yè) 2009年級 指導教師姓名、職稱 游珍珍 講師 預計字數(shù) 10000 開題日期 2012.12.25 選題的根據(jù)：1）說明本選題的理論、實際意義 2）綜述國內外有關本選題的研究動態(tài)和自己的見解 1）根據(jù)大學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。教室中的開關雖然有分區(qū)域控制的功能，不過

10、沒有人關心哪排燈由哪個開關控制，因而也就出現(xiàn)了所謂的長明燈現(xiàn)象。針對這種現(xiàn)象，為了能既滿足學生學習照明的主要功能，又要盡量節(jié)約能源，就需要用科學的管理和控制，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，同時也有效地延長了燈具的使用壽命。 2）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，使得照明控制在智能化領域的地位越來越重要。而在新校區(qū)的建設熱潮中，各大高校和他們的建設者也應意識到智能照明的重要性。針對節(jié)約電能、保護全球環(huán)境可持續(xù)發(fā)展的要

11、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。但是我國智能化照明技術的應用還不廣泛,大數(shù)校園仍然使用傳統(tǒng)的教室照明控制方式。 因此完善教室智能化監(jiān)控建設，進一步擴大監(jiān)控系統(tǒng)點位，自動實時監(jiān)控和智能控制教室照明設施的開關燈運行和停止具有重要的現(xiàn)實意義。 主要內容： 本設計采用S7-200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，總體設計主要包括硬件線路的設計和軟件的設計。硬件線路設計主要包括線路圖設計和排線布線設計。軟件設計根據(jù)控制的

12、要求，對教室劃分區(qū)域和人體存在傳感器、光電傳感器等進行I/0分配，同時編制了系統(tǒng)梯形圖控制程序，最后進行仿真與調試，達到教室智能照明系統(tǒng)的要求。論文內容總體可分為四章，之前是緒論，只要寫選題的背景及目的；國內外研究狀況和相關領域中已有的成果；尚待進一步研究和解決的問題；第一章主要寫系統(tǒng)設計原理；第二章為硬件設計部分；第三章主要設計梯形圖程序；第四章為仿真，并對仿真結果分析和驗證。 研究方法： （1）理論準備階段，查閱資料； （2）確定系統(tǒng)各個部分，并進行系統(tǒng)設計； （3）對整個系統(tǒng)進行梯形圖編程和仿真，模擬測試其正確性。 完成期限和采取的主要措施： 完成期限：20

13、12年11月到2013年5月 主要措施：嚴格遵照《湖南科技學院畢業(yè)論文（設計）工作管理辦法》的指示精神，結合個人的實際情況，完成這項設計所采用的主要措施有兩條：一是密切聯(lián)系。聯(lián)系本組設計成員及畢業(yè)設計指導導師，尋求有關畢業(yè)設計信息，確定設計課題方向與設計內容；二是虛心學習。利用課余時間到圖書館和網(wǎng)絡上查閱資料，并虛心向老師請教和同學進行學習交流，保障畢業(yè)設計的順利完成。 主要參考資料： [1]北京照明學會．照明設計手冊[M]．北京：中國電力出版社，2006：121-125． [2]周芳，劉美根．智能照明控制系統(tǒng)在照明節(jié)能設計中的應用[J]．低壓電器， 2007，28(16)：20-23

14、． [3]馮平，周聰.智能照明系統(tǒng)的模糊控制探討[J]．廣西工學院學報，2009，20(1). [4]Michel Gilles.Programmable Logic Controllers:Architecture and Application Wiley[M].1990. [5]王玉中. 電氣控制及PLC應用技術[M].河南：河南科學技術出版社,2006. [6]周芝峰，周理，王吉林. 基于PLC 的校園照明智能控制系統(tǒng)設計[J]．工程設計學報，2010 [7]Cheded.Al-Mulla. Control of a four-level elevator system u

15、sing a programmable logic controller[J]. International Journal of Electrical Engineering Education,2003 [8]肖寶興.西門子S7-200PLC的使用經驗與技巧[M].北京：機械工業(yè)出版社，2008.59-98 [9]趙玉安.人體熱釋電紅外傳感器介紹[J].中國電子制作,2006,9(1):35-40 [10]俞海珍，李憲章，馮浩.熱釋電紅外傳感器及其應用[J].電子照明技術,2006. 7(1):25-28 [11]崔建編.西門子S7可編程序控制器[M]．STEP7編程指南，機械工業(yè)

16、出版社， 2007：95-98.SIMATIC S7-200可編程序控制器系統(tǒng)手冊[M]，西門子公司，2009.2-3. [12]姜建芳.西門子s7-200PLC工程應用技術教程[M].北京：機械工業(yè)出版社，2010.95-108 [13]G.L.Batten. Programmable Controllers:hardware.software and Application[M].New York:MC Graw-Hill.1994. 指導教師意見： 指導教師簽名： 教研室意見： 簽 名

17、： 年 月 日 開 題 報 告 會 紀 要 時間 2012年12月25日 地點 三教517 與 會 人 員 姓 名 職務（職稱） 姓 名 職務（職稱） 姓 名 職務（職稱） 宮彥軍 教授 包本剛 副教授 賈竹君 副教授 陳愛武 講師 何紅松 講師 游珍珍 講師 會議記錄摘要： 1、你打算采用什么型號的PLC來實現(xiàn)？ 答：采用的是西門子S7—200系列的PLC作為核心控制部件來實現(xiàn)的。 1、設計內容

18、由幾部分組成？ 答：設計由設計原理介紹、硬件線路設計、軟件程序設計及仿真設計，其中最為重要的是軟件程序和仿真部分。 2、 該系統(tǒng)有什么優(yōu)點？ 答：本系統(tǒng)具有經濟性好、可靠性高、實用性強等優(yōu)點，可以滿足各院校教室燈光照明控制的要求，很大程度的達到節(jié)能目的。 會議主持人： 記 錄 人： 　年　 月 日 指導小組意見 負責人簽名： 年 月 日 系部 意 見 負責人簽名： 年 月 日 注：此表由學生本人填寫，一式三份，一份留系里存檔，指導老師和本人各保存一份 湖南科技學院畢業(yè)論文（設計

19、）中期檢查表 畢業(yè)論文（設計）題 目 基于PLC的教室智能照明控制系統(tǒng)的設計 學生姓名 姜江 學 號 200906002206 系 別 電子工程 專 業(yè) 電子信息工程 指導教師 游珍珍 檢查日期 2013年4月10日 指導教師檢查情況記載及修改意見： 1、已查閱相關資料，對關聯(lián)知識有一定的了解； 2、論文內容引用繁多、抽象； 3、論文排版跟格式不規(guī)范； 4、中文摘要內容不具體； 5、英文摘要寫得不好。 修改意見： 1、內容繁瑣，需要刪減或添加新的內容； 2、注意論文格式，應參照湖南科技學院畢業(yè)論文設計模版； 3

20、、盡量說明你自己所做的工作，突出自己的獨特之處； 4、摘要內容應包括研究的目的、方法、結果和結論。 簽名： 注：此表用于指導教師在學生畢業(yè)論文（設計）初稿完成后對學生執(zhí)行任務書情況進行中期檢查時用，由指導教師填寫。 湖南科技學院畢業(yè)設計（論文）指導過程記錄表 畢業(yè)論文(設計)題目 基于PLC的教室智能照明控制系統(tǒng)的設計 學生姓名 姜江 學號 200906002206 專業(yè)班級 電信0902 指導教師 游珍珍 職稱 講師 系（教研室） 電子工程系（電子科學與技術）

21、指導過程記錄 指導內容 記錄(一) 了解教室智能照明控制系統(tǒng)的基本原理和組成部分以及PLC的基本原理。 學 生 簽 名： 年 月 日 指導教師簽名： 年 月 日 指導內容 記錄(二) 1.到圖書館查找和借閱與教室智能照明控制系統(tǒng)以及PLC有關的文獻和資料； 2.從互聯(lián)網(wǎng)上檢索和下載與教室智能照明控制系統(tǒng)以及PLC有關的文獻和資料。 學 生 簽 名： 年 月 日 指導教師簽名：

22、 年 月 日 指導內容 記錄（三) 1.標題應該簡短、明了、有概括性； 2.關鍵詞應采用能覆蓋論文主要內容的通用詞條； 3.正文一般應包括緒論、論文主體及結論等部分。 學 生 簽 名： 年 月 日 指導教師簽名： 年 月 日 指導內容 記錄(四) 1.弄清楚教室智能照明控制系統(tǒng)中要求的分時分區(qū)控制燈光的程序設計； 2.如何采用PLC梯形圖實現(xiàn)控制要求。 學 生 簽 名：

23、 年 月 日 指導教師簽名： 年 月 日 指導過程記錄 指導內容 記錄(五) 1.將有些地方的字體，行距按照論文模板去改正； 2.中英翻譯錯誤的地方查字典進行修改。 學 生 簽 名： 年 月 日 指導教師簽名： 年 月 日 指導內容 記錄(六) 1.梯形圖設計要解釋清楚。 2.仿真部分要突出為什么仿真結果可以驗證你的設計的正確性，能夠準確的控制教室燈光的開與關。

24、 學 生 簽 名： 年 月 日 指導教師簽名： 年 月 日 指導內容 記錄(七) 1.按照畢業(yè)論文撰寫規(guī)范排版； 2.參考文獻按照學校的畢業(yè)論文撰寫規(guī)范寫，同時在正文中出現(xiàn)的位置以上標的形式標出。 學 生 簽 名： 年 月 日 指導教師簽名： 年 月 日 指導內容 記錄(八) 1.熟悉論文內容； 2.制作《基于PLC的教室智能照明控制系統(tǒng)的設計》的答辯PPT

25、，陳述時間控制在5分鐘以內，重點突出自己所做工作。 學 生 簽 名： 年 月 日 指導教師簽名： 年 月 日 答辯小組組長意見 (對情況是否屬實做出意見) 組長(簽名)： 年 月 日 注：本表與畢業(yè)論文一起裝訂存檔。 湖南科技學院本科畢業(yè)論文（設計）評審表 論文題目 基于PLC的教室智能照明控制系統(tǒng)的設計 作者姓名 姜江 所屬系、專業(yè)、年級 電子工程 系 電子信息工程 專業(yè) 2009年級 指導教師

26、 姓名、職稱 游珍珍 講師 字 數(shù) 10000 定稿日期 2013.5.8 中 文 摘 要 本文闡述了教室智能照明的控制方法以及PLC在教室智能照明控制系統(tǒng)中的應用，并對西門子S7-200系列PLC進行了詳細的介紹。然后在此基礎上，提出了以S7-200系列PLC為主要器件設計教室智能照明控制系統(tǒng)的方法，其基本原理是采用西門子公司的S7-200系列的PLC作為核心控制部件，采用熱釋紅外人體傳感器檢測人體的存在，采用光敏三極管構成的電路檢測環(huán)境光的強度;根據(jù)教室合理開燈的條件，系統(tǒng)通過對人體的存在信號和環(huán)境光信號的識別和智能判

27、斷，完成對教室照明回路的智能控制，避免了教室用電的大量浪費。最后，提出了系統(tǒng)的梯形圖程序設計，并進行了仿真。 本設計具有經濟性好、可靠性高、實用性強等優(yōu)點，可以滿足各院校教室燈光照明控制的要求，很大程度的達到節(jié)能目的。 關鍵詞 （3-5個） 教室智能照明；PLC；梯形圖程序 英 文 摘 要 This paper describes the classroom intelligent lighting control method and PLC applications in the classroom in

28、telligent lighting control system, a detailed introduction of Siemens S7-200 series PLC. Then, on this basis, S7-200 series PLC as the main device design classroom intelligent lighting control system, the basic principle is the use of Siemens S7-200 series PLC as the core control unit, the use of in

29、frared human body the sensor detects the presence of a human body, using the phototransistor circuit constituted detected ambient light intensity; under classroom reasonably lights conditions, through the identification and smart Analyzing human presence signal and ambient light signal, the complet

30、ion of the classroom lighting circuit smart control, to avoid wasting a lot of electricity classroom. Finally, it proposed the design of ladder program, and simulation is carried out. This design has a good economy, high reliability, and practical advantages to meet the requirements of the institu

31、tions classroom lighting control, to a large extent, to save energy. 關鍵詞 (3-5個) Classroom intelligent lighting; PLC；Ladder program 指導教師評定成績 評審基元 評審要素 評審內涵 滿分 指導教師 實評分 選題質量25% 目的明確 符合要求 選題符合專業(yè)培養(yǎng)目標，體現(xiàn)學科、專業(yè)特點和教學計劃的基本要求，達到畢業(yè)論文（設計）綜合訓練的目的。 10 理論意義或 實際價值 符合本學科的理論發(fā)展，有一定的學術意義；對經濟建設和社會發(fā)展的

32、應用性研究中的某個理論或方法問題進行研究，具有一定的實際價值。 10 選題恰當 題目規(guī)模適當，難易度適中；有一定的科學性。 5 能力水平40% 查閱文獻 資料能力 能獨立查閱相關文獻資料，歸納總結本論文所涉及的有關研究狀況及成果。 10 綜合運用 知識能力 能運用所學專業(yè)知識闡述問題；能對查閱的資料進行整理和運用；能對其科學論點進行論證。 10 研究方案的 設計能力 整體思路清晰；研究方案合理可行。 5 研究方法和手段的運用能力 能運用本學科常規(guī)研究方法及相關研究手段（如計算機、實驗儀器設備等）進行實驗、實踐并加工處理、總結信息。 1

33、0 外文應用 能力 能閱讀、翻譯一定量的本專業(yè)外文資料、外文摘要和外文參考書目（特殊專業(yè)除外）體現(xiàn)一定的外語水平。 5 論文質量35% 文題相符 較好地完成論文選題的目的要求。 5 寫作水平 論點鮮明；論據(jù)充分；條理清晰；語言流暢。 15 寫作規(guī)范 符合學術論文的基本要求。用語、格式、圖表、數(shù)據(jù)、量和單位、各種資料引用規(guī)范化、符合標準。 10 論文篇幅 10000字左右。 5 實評總分 成績等級 指導教師評

34、審意見： 指導教師簽名： 說明：評定成績分為優(yōu)秀、良好、中等、及格、不及格五個等級，實評總分90—100分記為優(yōu)秀，80—89分記為良好，70—79分記為中等，60—69分記為及格，60分以下記為不及格。 評閱教師評定成績 評審基元 評審要素 評審內涵 滿分 評閱教師 實評分 選題質量25% 目的明確 符合要求 選題符合專業(yè)培養(yǎng)目標，體現(xiàn)學科、專業(yè)特點和教學計劃的基

35、本要求，達到畢業(yè)論文（設計）綜合訓練的目的。 10 理論意義或 實際價值 符合本學科的理論發(fā)展，有一定的學術意義；對經濟建設和社會發(fā)展的應用性研究中的某個理論或方法問題進行研究，具有一定的實際價值。 10 選題恰當 題目規(guī)模適當，難易度適中；有一定的科學性。 5 能力水平40% 查閱文獻 資料能力 能獨立查閱相關文獻資料，歸納總結本論文所涉及的有關研究狀況及成果。 10 綜合運用 知識能力 能運用所學專業(yè)知識闡述問題；能對查閱的資料進行整理和運用；能對其科學論點進行論證。 10 研究方案的 設計能力 整體思路清晰；研究方案合理可行。

36、 5 研究方法和手段的運用能力 能運用本學科常規(guī)研究方法及相關研究手段（如計算機、實驗儀器設備等）進行實驗、實踐并加工處理、總結信息。 10 外文應用 能力 能閱讀、翻譯一定量的本專業(yè)外文資料、外文摘要和外文參考書目（特殊專業(yè)除外）體現(xiàn)一定的外語水平。 5 論文質量35% 文題相符 較好地完成論文選題的目的要求。 5 寫作水平 論點鮮明；論據(jù)充分；條理清晰；語言流暢。 15 寫作規(guī)范 符合學術論文的基本要求。用語、格式、圖表、數(shù)據(jù)、量和單位、各種資料引用規(guī)范化、符合標準。 10 論文篇幅 10000字左右。 5 實評總分

37、 成績等級 評閱教師評審意見： 評閱教師簽名： 說明：評定成績分為優(yōu)秀、良好、中等、及格、不及格五個等級，實評總分90—100分記為優(yōu)秀，80—89分記為良好，70—79分記為中等，60—69分記為及格，60分以下記為不及格。 湖南科

38、技學院本科畢業(yè)論文（設計）答辯記錄表 論文題目 基于PLC的教室智能照明控制系統(tǒng)的設計 作者姓名 姜江 所屬系、專業(yè)、年級 電子工程系 電子信息工程專業(yè) 2009年級 指導教師 姓名、職稱 游珍珍、講師 答 辯 會 紀 要 時間 2013年5月18日 地點 三教517 答 辯 小 組 成 員 姓 名 職務（職稱） 姓 名 職務（職稱） 姓 名 職務（職稱） 宮彥軍 教授 包本剛 副教授 賈竹君 副教授 陳愛武 講師 何紅松 講師 游珍珍 講師 答辯中提出的

39、主要問題及回答的簡要情況記錄： 會議主持人： 記 錄 人： 年 月 日 答 辯 小 組 意 見 評語： 評定等級： 負責人（簽名）： 年 月 日 系 學 位 委 員 會 意 見 評語： 論文（設計）最終評定等級： 負責人（簽名）： 系部（公章

40、） 年 月 日 校 學 位 委 員 會 意 見 評語： 評定等級： 負責人（簽名）： 年 月 日 目 錄 緒論 1 1 系統(tǒng)控制方案的設計 3 1.1 系統(tǒng)設計的可行性分析 3 1.1.1 設計方案的可行性 3 1.1.2 知識能力的可行性 3 1.1.3 實驗條件的可行性 3 1.2 系統(tǒng)控制方案的分析 3 1.3 分區(qū)和分時控制方案的構想 4 1.4 系統(tǒng)的功能組成 4 2 硬件系統(tǒng)

41、設計 6 2.1 選擇PLC類型 6 2.2 數(shù)據(jù)采集電路 7 2.3 環(huán)境光采集電路 8 2.4 人體存在傳感器的工作原理 8 2.5 PLC外圍連線圖 9 3 軟件設計 11 3.1 程序流程圖 11 3.2 STEP7-Micro/WIN V4.0編程軟件 12 3.2.1 STEP7-Micro/WIN V4.0編程軟件主界面及基本組成 12 3.2.2 梯形圖的編寫 13 3.3 輸入輸出地址 13 3.4 梯形圖程序設計 14 4 系統(tǒng)仿真 17 4.1 S7-200 V4.0的仿真軟件 17 4.2 仿真測試 18 結論 23 參考文獻 24

42、附錄A: 25 致 謝 27 插圖索引 圖1 傳感器在教室的分區(qū)控制圖 4 圖2 控制系統(tǒng)框圖 7 圖3 環(huán)境光采集電路原理圖 8 圖4 信號采集敏感區(qū)示意圖 9 圖5 PLC外圍連線圖 10 圖6 程序流程圖 11 圖7 STEP7-Micro/WIN V4.0編程軟件主界面窗口 12 圖8 梯形圖網(wǎng)絡..........................................................................................................15 圖9 S7-200仿真軟件主界面 17 圖10

43、6點至18點仿真結果圖（1） 18 圖11 6點至18點仿真結果圖（2） 19 圖12 6點至18點仿真結果圖（3） 20 圖13 6點至18點仿真結果圖（4） 20 圖14 18點至23點仿真結果圖（1） 21 圖15 18點至23點仿真結果圖（2） 21 圖16 23點至6點仿真結果圖（1） 22 附表索引 表1 I/O地址分配表 14 基于PLC的教室智能照明控制系統(tǒng)的設計 摘 要 本文闡述了教室智能照明的控制方法以及PLC在教室智能照明控制系

44、統(tǒng)中的應用，并對西門子S7-200系列PLC進行了詳細的介紹。然后在此基礎上，提出了以S7-200系列PLC為主要器件設計教室智能照明控制系統(tǒng)的方法，其基本原理是采用西門子公司的S7-200系列的PLC作為核心控制部件，采用熱釋紅外人體傳感器檢測人體的存在，采用光敏三極管構成的電路檢測環(huán)境光的強度;根據(jù)教室合理開燈的條件，系統(tǒng)通過對人體的存在信號和環(huán)境光信號的識別和智能判斷，完成對教室照明回路的智能控制，避免了教室用電的大量浪費。最后，提出了系統(tǒng)的梯形圖程序設計，并進行了仿真。 本設計具有經濟性好、可靠性高、實用性強等優(yōu)點，可以滿足各院校教室燈光照明控制的要求，很大程度的達到節(jié)能目的。 【

45、關鍵詞】：教室智能照明 PLC 梯形圖程序 The design of classroom lighting intelligent control system based on PLC Abstract This paper describes the classroom intelligent lighting control method and PLC applications in the classroom intelligent lighting control system, a detailed i

46、ntroduction of Siemens S7-200 series PLC. Then, on this basis, S7-200 series PLC as the main device design classroom intelligent lighting control system, the basic principle is the use of Siemens S7-200 series PLC as the core control unit, the use of infrared human body the sensor detects the presen

47、ce of a human body, using the phototransistor circuit constituted detected ambient light intensity; under classroom reasonably lights conditions, through the identification and smart Analyzing human presence signal and ambient light signal, the completion of the classroom lighting circuit smart co

48、ntrol, to avoid wasting a lot of electricity classroom. Finally, it proposed the design of ladder program, and simulation is carried out. This design has a good economy, high reliability, and practical advantages to meet the requirements of the institutions classroom lighting control, to a large ex

49、tent, to save energy. 【Key words】 Classroom intelligent lighting PLC Ladder program 緒論 隨著社會經濟和科學技術的發(fā)展，人們的生活水平也不斷提高，導致用電負荷的加劇，又由于世界性的能源危機，能源缺乏已成為世界所面臨的嚴峻問題。而此問題對我國來說尤為嚴重。隨著各類大、中專院校的擴招，教室的擴建，教室照明的需求也越來越多，而教室照明的管理不到位，往往造成電能的巨大浪費，這樣，提高教室用電效率就成為首要考慮的問題。 目前對燈光的智能控制，國內外己經開始采用，但對教室燈光的控制，尤其是我國教室燈光的

50、智能控制尤為缺乏和不完善，依然是傳統(tǒng)式的人工管理。各類大、中專院校不斷擴招，教室不斷擴建，教室的用電負荷不斷加大，教室用電管理不善，造成學校電能浪費，經濟損失，這種的浪費與當今的節(jié)約能源理念相違背。再者，現(xiàn)代自動化程度不斷提高，計算機技術的普及，燈光的管理也在朝著自動化、智能化方向發(fā)展[1] 。例如樓道燈光的自動控制等等。所有這些使得教室燈光控制也應該朝著智能的方向發(fā)展。于是，開發(fā)簡便、實用的教室燈光自動控制系統(tǒng)便具有重要的現(xiàn)實意義。 新社會的建設要適應網(wǎng)絡時代的發(fā)展，應引入智能化的概念。在傳統(tǒng)的樓宇自控系統(tǒng)中，一般只包括了綜合布線、計算機網(wǎng)絡、安防、消防、閉路監(jiān)控等子系統(tǒng)。但近年來，隨著科

51、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，使得照明控制在智能化領域的地位越來越重要。而在新社會的建設熱潮中，各大高校和他們的建設者也應意識到智能照明的重要性。相對商業(yè)樓字而言，校園里的大功率動力和制冷設備比重較少，照明燈則相對比重更多。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[2] 。 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[3] 。但是我國智能化照明技術的應用還不廣泛,大多數(shù)校園教室仍然

52、使用傳統(tǒng)的照明控制方式。 因此完善智能化監(jiān)控建設，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施的開關燈，具有重要的現(xiàn)實意義。而可編程控制器（Programmable Logical Controller，簡稱PLC）作為自動控制的重要組成部分，已成為大多數(shù)自動化系統(tǒng)的設備基礎。可編程控制器是一種以微處理器為核心，綜合了計算機技術、自動控制技術、通信技術和繼電器控制技術而發(fā)展起來的新型工業(yè)控制裝置，具有編程容易、體積小、使用靈活方便、抗干擾能力強、可靠性高等一系列優(yōu)點，其功能越來越強大，應用范圍越來越廣闊，如冶金、機械、電力、石油、煤炭、化工、輕紡、交通、食品、環(huán)保、輕工、建材等工業(yè)部

53、門都有廣泛應用。它不但可以很容易地完成順序邏輯、運動控制、定時控制、計數(shù)控制、數(shù)字運算、數(shù)據(jù)處理等功能，而且可以通過輸入/輸出接口建立與各類生產機械數(shù)字量和模擬量的聯(lián)系，從而實現(xiàn)對系統(tǒng)過程的自動控制[4] ?？删幊炭刂破魇橇甏l(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，回路調節(jié)為輔，能完成邏輯判斷、定時、計數(shù)、記憶和算術運算功能，既能進行開關量控制，又能進行模擬量控制，還具有通信功能。而新校園的建設要適應網(wǎng)絡時代的發(fā)展，應引入智能化的概念。在傳統(tǒng)的樓字自控系統(tǒng)中，一般只包括了綜合布線、計算機網(wǎng)絡、安防、消防、閉路監(jiān)控等子系統(tǒng)。但近年來，隨著科技的進步，人們對照明燈具

54、節(jié)能和科學化管理提出了更高的要求，使得照明控制在智能化領域的地位越來越重要。而在新校區(qū)的建設熱潮中，各大高校和他們的建設者也應意識到智能照明的重要性。相對商業(yè)樓字而言，校園里的大功率動力和制冷設備比重較少，照明燈具則相對比重更多。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。 本設計采用S7-200系列的PLC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，總體設計主要包括硬件線路的設計和軟件的設計。硬件線路設計主要包括線路圖設計和排線布線設計。軟件設計根據(jù)控制的要求，對教室劃分區(qū)域和人體存在傳感器、光電傳感器等進行I/0分配，同

55、時編制了系統(tǒng)梯形圖控制程序，最后進行仿真與調試，達到教室智能照明系統(tǒng)的要求。 1 系統(tǒng)控制方案的設計 本章主要講述了系統(tǒng)控制方案的設計，其中主要內容包括對課題可行性的分析、系統(tǒng)控制方案的分析以及對分區(qū)分時控制方案的構想。 1.1系統(tǒng)設計的可行性分析 PLC在教室照明自動控制中的應用及其實現(xiàn)，對提高校園管理的自動化控制水平有著重大的意義。在大力提倡節(jié)約能源的今天，研究這種高性能、經濟節(jié)約型的分時控制系統(tǒng)，對于降低能耗、加快建設節(jié)約型社會，促進我國經濟社會全面協(xié)調可持續(xù)發(fā)展具有重要的現(xiàn)實意義。 1.1.1 設計方案的可行性 研究將硬件線路設計、PLC控制應用于教

56、室照明智能控制系統(tǒng)，從而提高多段分時系統(tǒng)的穩(wěn)定性、可靠性、精確性。設計自動和手動兩種調節(jié)系統(tǒng)的啟停，以便在系統(tǒng)出現(xiàn)故障時可以人工控制照明系統(tǒng)。 1.1.2 知識能力的可行性 通過平時所掌握硬件設計能力和實際的專業(yè)，近幾年的大學學習使得我掌握PLC自動控制知識，培養(yǎng)扎實了軟硬件設計能力，運用所學專業(yè)知識并查閱相關資料解決實際設計、控制問題。 1.1.3 實驗條件的可行性 學院具備該方面的實驗室與試驗測試設備，畢業(yè)設計試驗器件，并且在老師的精心指導下，按照研究課題設計要求經過設計、調試與測試分析，一定能夠按計劃完成研究任務的系統(tǒng)方案設計指標的要求，理論與實際相結合起來。 1.2

57、 系統(tǒng)控制方案的分析 所研制的智能控制器以自然光強度和人體存在作為控制器的主要輸入?yún)?shù)。可以實現(xiàn)自動與手動控制相兼容。自然環(huán)境光較強光線足夠時，無論人是否存在，都不開燈;在自然環(huán)境光較弱時，有人存在且超過一定時間，控制器自動打開電燈，直到人離開后再延時一定時間后關燈。同時，還要按作息時間來控制，夜晚超過11點，若還有人存在，則關閉自動控制器的運行，改用機械開關來手動控制，以解決因特殊情況下，自動控制器的不人性化運行。 本文所研究的教室燈光控制器主要是由硬件和軟件兩大部分組成。硬件部分是前提，是整個系統(tǒng)執(zhí)行的基礎，它主要為軟件提供程序運行的平臺。而軟件部分，是對硬件端口所體現(xiàn)的信號

58、，加以采集、分析、處理，最終實現(xiàn)控制器所要實現(xiàn)的各項功能，達到控制器自動與手動相結合的教室照明智能控制。 1.3 分區(qū)和分時控制方案的構想 在設計前，對教室的采光情況以及教室的使用情況進行了實地調查和分析，掌握的一手資料，僅以湖南科技學院三號教學樓某多媒體教室為例進行分析，如317。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及就坐位置的不確定性，故設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。下圖1為對教室分區(qū)域控制方案的模型圖。 講臺區(qū)域 區(qū)域1（前排左） 區(qū)域2(

59、前排右) 區(qū)域3（后排左） 區(qū)域4（后排右） 圖1 傳感器在教室的分區(qū)控制圖 紅外探測器安裝在五個區(qū)域的上方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閉教室燈光，放影完畢時打開教室燈光，以適應實際的要求。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。同時還需要設置一些時間段去控制教室燈的開通與關閉，如早上6—

60、18點需要智能控制器工作，18—23點不需要智能控制器工作。所以另外提出了分時控制的構想，在編制三時段梯形圖程序時，會具體說明。 1.4 系統(tǒng)的功能組成 一般智能照明控制系統(tǒng)都為數(shù)字式照明管理系統(tǒng)，它由系統(tǒng)單元，輸入單元和輸出單元三部分組成。除電源設備外，每一單元設置唯一的單元地址，并用軟件設定其功能。 通過輸出單元來控制各負載回路，各種形式的單元簡述如下： （1）系統(tǒng)單元：主系統(tǒng)對各區(qū)域實施相同的控制和信號采樣的網(wǎng)絡，子系統(tǒng)則對各分區(qū)實施不同具體控制的網(wǎng)絡。主系統(tǒng)和子系統(tǒng)之間通過信息等元件連接，實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸。 （2）輸入單元：用于將外部控制信號變換成控制系統(tǒng)上傳輸?shù)男盘枺?/p>

61、如可編程的多功能(開/關、調光、定時、軟啟動/軟關斷等)輸入開關、紅外線接收開關及紅外線遙控器(實現(xiàn)燈光調光或開/關功能)。各種型式及多功能的控制板，可進行多點控制、時序控制等，調整照明，以達到使周圍環(huán)境保持適宜的照度，節(jié)約電能。 （3）輸出單元：智能控制系統(tǒng)的輸出單元是用于接受來自控制器的定時信號，控制相應回路的輸出以實現(xiàn)實時控制。輸出單元有各種型式的繼電器。系統(tǒng)一般采用集中控制和管理、分散執(zhí)行的方式，亦即配置智能控制照明柜，智能控制柜內裝有可編程控制器的有關自動及手動控制開關，空中燈具開/關狀態(tài)，手動控制開關可在異常情況下采取處理措施[5] 。 采用智能照明控制系統(tǒng)的優(yōu)越性：

62、 （1）良好的節(jié)能效果 采用智能照明控制系統(tǒng)的主要目的是節(jié)約能源，智能照明控制系統(tǒng)借助各種不同的預設置控制方式和控制元件，對不同時間不同環(huán)境的光照度進行精確設置和合理管理，實現(xiàn)節(jié)能。利用最少的能源保證所要求的照度水平，節(jié)電效果十分明顯，一般可達30%以上。 （2）延長光源的壽命 延長光源壽命不僅可以節(jié)省大量資金，而且大大減少更換燈管的工作量，降低了照明系統(tǒng)的運行費用，管理維護也變得簡單了。 （3）改善工作環(huán)境，提高工作效率 良好的工作環(huán)境是提高工作效率的一個必要條件。良好的設計，合理地選用光源、燈具及優(yōu)良的照明控制系統(tǒng)，都能提高照明質量[6] 。 2 硬件系統(tǒng)設計 本章主

63、要講述了PLC類型的選擇和其CPU的選型以及人體存在傳感器、光照傳感器等硬件的工作原理，最后設計出了PLC的外圍連線圖。 2.1 選擇PLC類型 系統(tǒng)的設計要從保證系統(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、停止開關、投影開關、人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。 S7-200系列PLC是德國西門子公司生產的一種小型PLC。其許多功能能夠達到大、中型PLC的水平，而價格卻和小型PLC的一樣，因此，它一經推出，即

64、受到了廣泛關注[7] 。它可以單機運行，也可以進行輸入/輸出和功能模塊的擴展。其價格低廉、結構小巧、可靠性高、運行速度快，繼承和發(fā)展了它在大、中型PLC領域的技術優(yōu)勢，有極豐富的指令集，具有強大的多種集成功能和實時特性，其性價比非常高，所以它在各行各業(yè)中的應用得到迅速推廣，在規(guī)模不太大的控制領域是較為理想的控制設備。 S7-200有五種CPU，其性能差異很大。這些性能直接影響到PLC的控制規(guī)模和PLC系統(tǒng)的配置。目前S7-200系列PLC主要有CPU221，CPU222，CPU224，CPU224XP和CPU226五種CPU。本課題設計使用CPU224，本機集成14輸入，輸出共24個

65、數(shù)字量I/O點?？蛇B接7個擴展模塊，最大擴展至248路數(shù)字量I/O點或35路模擬量I/O點。13K字節(jié)程序和數(shù)據(jù)存儲空間。6個獨立的30kHz高速計數(shù)器，2路獨立的20kHz高速脈沖輸出，具有PID控制器。2個RS485通訊編程口，具有PPI通訊協(xié)議、MPI通訊協(xié)議和自由方式通訊能力。I/O端子排可容易地整體拆卸[8] 。用于較高要求的控制系統(tǒng)，具有更多的輸入/輸出點，更強的模塊擴展能力，更快的運行速度和功能更強的內部集成特殊功能?？赏耆m應于一些復雜的中小型控制系統(tǒng)。 根據(jù)第1章的圖1傳感器在教室的分區(qū)控制圖可知，本系統(tǒng)的輸入點包括1個啟動開關、1個停止開關、1個投影開關、5個人體

66、存在傳感器、5個光照傳感器共13個，輸出點為5個區(qū)域的燈，由于CPU224模塊，此模塊有14個輸入，10個輸出正好滿足要求。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?？刂葡到y(tǒng)的框圖如圖2所示。 PLC控制器及I/O擴展模塊 紅外探測器 1—5 控制按鈕 多 路 開 關 光照度探測器1—5 投影儀開關 日光燈N 日光燈2 日光燈1 圖2 控制系統(tǒng)框圖 2.2 數(shù)據(jù)采集電路 教室中的環(huán)境光和人體存在與否是系統(tǒng)的主要輸入?yún)?shù)，因此教室中的環(huán)境光和人體存在成為系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集的主要對象。常見的環(huán)境光采集器件光電傳感器有光敏二極管和光敏三極管，光敏三極管可以認為是光敏二極管與三極管的一體化結構，其特性是光敏二極管的輸出特性再加上三極管的特性。根據(jù)需求，選用靈敏度較高的光敏三極管。此外，人體傳感器要求靈敏度高，可靠性強，本系統(tǒng)采用了低電平輸出的HP-208型號的人體存在傳感器。HP-208-N-L人體感應模塊(低電平輸出)基于紅外線技術的自動控產品, 靈敏度高，可靠性強，廣泛應用于各類自動