設計說明書題目：基于PLC的照明節能裝置設計與開發全套圖紙加V信153893706或扣3346389411專業： 班級： 姓名： 學號：

電子與信息工程學院目錄第1章緒論 第1章緒論1.1課題背景 隨著時代的發展，人類社會發生了翻天覆地的變化。但是伴隨著變化越來越多的問題接踵而來，而能源問題和環境問題是其中的兩個比較重大問題，特別是在如今，解決能源問題和環境問題是國家長期發展的重中之重。而在眾多的能源問題之中，電能的短缺是束縛經濟的發展和人民生活的重要問題之一。現今在許多公共場合，如學校、圖書館等場所，絕大數依賴人工管理，由于數量多，常常會出現只有少數在室內或光線充足的情況下，整個場所的照明燈全開的現象；更有甚者在無人的情況下仍然開啟大量的照明燈的現象，這造成了不必要的電能浪費和經濟損失。隨著經濟的發展和科技的進步，人們對照明燈具節能和科學的管理提出了更高的要求，使得照明控制在智能化的領域的地位越來越重要。選擇合理的照明方案，配置先進的控制系統，不僅體現在節約能源，減低學校運行成本，提高學校的科學管理水準，而且具有極大地經濟意義和社會效益。 因此，必須在保證照明質量的前提下，采取措施來遏制公共場所用電的浪費現象，這不僅是為了眼前的經濟利益，而是為了建立環境友好型的社會，順應社會經濟發展的低碳革命，必須做出的節能減排的舉措1.2國內外研究現狀 目前國內幾種常見的照明控制系統有以下幾種: （1）Dynalite智能照明控制系統該系統主要由調光模塊、開關模塊、控制面板、液晶顯示觸摸屏、智能傳感器、編程插日、時鐘管理器、手持式編程器和PC監控機等部件組成。采用DyNet網絡連接，DyNet是一個分布式智能化網絡，使用RS-485通訊協議。 （2）C-Bus智能照明控制系統C-Bus系統是1994年由澳大利亞奇勝電氣公司開發的，現已廣泛用于很多國家和地區。C-Bus系統是一個二線制的總線型式的智能控制系統，主要用于對照明系統的控制。也可用于消防等系統中的聯動控制。 （3）ABBi-busEIB智能安裝系統EIB智能系統由總線、總線電源、智能傳感器(光線傳感器、模糊開關、時間控制器、移動傳感器)、智能開關驅動器和其他智能元件(邏輯模塊總線禍合器)構成。它是典型的現場總線系統，每個元件就是一個節點，這些節點連接在一根2芯雙絞線介質的總線上，不分主從隸屬關系實現相互之間的通訊從而實現控制和被控制1.3課程設計的目的 通過專業綜合課程設計，使學生能夠得到工程設計的綜合訓練，或科學研究的初步能力，擴大知識面，培養其獨立分析問題和創造性解決實際問題的能力；全面訓練學生的設計、計算、實驗、繪圖、編程的能力；提高學生的動手能力和獨立分析、解決問題的能力。按照卓越工程師培養方案的要求，對學生進行工程師型人才的基本訓練。1.4控制任務 本課題是《基于PLC的照明節能裝置設計與開發》，控制要求： 自行選擇道路照明、教室照明、實驗室照明、宿舍照明以及家庭照明等為設計對象，研究該對象在照明節能項目上，可以采取的控制策略與方法。主要分析對象的照明需求特征，有針對性地提出節能控制策略與方案。 本次選擇的是教室照明控制，對一個教室進行控制，假設教室里有1到4共4排燈，通過檢測光線和人員進行控制開關相應的燈，起到節能目的。第2章總體設計采用PLC進行教室燈進行控制，為了簡化控制，只對1個教室進行燈光控制設計。教室照明控制器可實現教室燈光智能控制。其輸入參數主要是人體發出的紅外信號和環境光信號等，當周圍環境光的強度達到一定值時燈不亮，當環境光強度在指定值以下且有人存在時開燈，經試驗證明用這種方式來對教室燈進行智能控制可以實現上述目標。 教室照明控制器盡可能安裝在教室內避開照明燈直射的位置，且紅外傳感器安置時應使人體活動方向與傳感器中兩個熱釋電元連線方向互相垂直，這樣可以更好地采集信號，使控制變得更加靈敏、可靠，同時還要盡可能避免外界風直接吹向人體傳感，達到預期的控制結果. 系統有啟動按鈕，按下啟動按鈕，系統啟動。按下停止按鈕，系統停止。 假設教室有4排燈，第1排，第2排，第3排，第4排。教室有總的光線檢測，用于檢測是白天還是夜晚。每排相應的區域有人員檢測，共有第1排人員檢測，第2排人員檢測，第3排人員檢測，第4排人員檢測。檢測到光線弱，同時檢測到相應區域有人員，則自動打開相應區域的照明燈。檢測到相應區域人員離開，或者檢測到光線強，則啟動延時1分鐘，定時時間到自動關閉相應區域的照明，到達節能目的。第3章硬件設計3.1器件選擇3.1.1PLC選擇 經分析，系統共使用了7路數字量輸入，5路數字量輸出，故選擇西門子的S7-200PLC，選擇其中的CPU224，采用交流電源，含14路數字量輸入和10路繼電器輸出，可以滿足本次設計使用需要，并有足夠的備用點數。3.1.2人體紅外傳感器 人體紅外傳感器又稱紅外傳感器，它是一種利用探測生物體發射出來的紅外線，而輸出電信號的傳感器。在上世紀四十年代，曾經有人提出利用熱釋電效應探測紅外輻射，但沒有引起各界的高度重視，直到上世紀六七十年代，隨著激光，紅外技術的迅速發展，它們也可以有效的促進熱釋電效應，熱釋電晶體的研發和應用。熱釋電晶體已被廣泛用于紅外光譜儀等設備，紅外遙感和熱輻射探測器它可以作為一個理想的紅外激光探測器。它作為應用目標，正被廣泛地應用到各種自動化控制裝置。除了在我們熟知的居民樓防盜報警以及教室樓道自動開關等場合上得到應用外，在更多的領域當中應用前景亦被看好。比如：在房間無人時會自動停機的空調機、飲水機等。電視機能判斷無人觀看或觀眾已經睡覺后自動關機的機構。開啟監視器或自動門鈴上等應用[6-7]。目前，紅外傳感器可以分為主動紅外傳感器和被動紅外傳感器。此設計我們選用主動紅外傳感器。 主動紅外傳感器的發射機發出一束經調制的紅外光束，被紅外接收機接收，從而形成一條紅外光束組成的警戒線。當被探測目標侵入該警戒線時，紅外光束被部分或全部遮擋，此時接收機接收的信號就會發生變化，它經放大與信號處理后，即控制發出報警信號。 主動紅外的發射光源，通常用紅外發光二極管，其特點是體積小、重量輕、壽命長、功耗小，交直流供電都能工作，晶體管、集成電路都能直接驅動。還有一些半導體激光器，如砷鎵鋁雙異質結半導體激光器等，也工作在紅外波段，因而也是一種主動紅外傳感器。主動紅外傳感器的光源通常采用脈沖調制的脈沖波形，其發射機采用自激多諧振蕩器作為調制電源，使它產生很高占空比的脈沖波形，去調制紅外二極管發光，以發射出紅外脈沖調制光譜。這樣，就降低了電源的功耗，提高了靈敏度，和系統抗雜散光的干擾能力。對光束遮擋型的探測器，要適當選取有效的報警最短遮光時間。因為遮光時間選得太短，會引起不必要的噪聲干擾，如小鳥飛過、小動物穿過都會引起報警；而遮光時間選得太長，又可能導致漏報。因此，通常以10m/s的速度通過鏡頭的遮光時間，來定最短遮光時間。如人的最小寬度為20cm，則最短遮斷時間為20cm/(10m/s)=20ms。所以，最短遮光時間大于20ms，系統報警；遮光時間小于20ms，則不報警。 主動紅外傳感器多采用雙光路，可提高其抗干擾、防誤報的能力。這種主動紅外傳感器壽命長、價格低、易調整，因此被廣泛使用在電視監控報警系統工程中。當主動紅外傳感器用在室外自然環境時，比如無星光和月亮的夜晚，以及夏日中午陽光的背景輻射的強度比可超過100dB時，這就使接收機的光電傳感器工作環境相差太大。通常采用截止濾光片，濾去背景光中的極大部分能量（主要濾去可見光的能量），使接收機的光電傳感器在各種戶外光照條件下的使用條件基本相似。 此外，大霧還會引起傳輸中紅外光的散射，縮短主動紅外探測器的有效探測距離，在安防工程中必須考慮。如實測某紅外傳感器：在無霧時有效探測距離7km；淺霧時有效探測距離2.5km；輕霧時有效探測距離1km；中霧時有效探測距離0.6km；重霧時有效探測距離0.3km。 激光與一般光源相比，有方向性好、亮度高、單色性好、相干性好等特點，所以當要求距離遠時，可采用紅外半導體激光器來代替紅外發光二極管作紅外光源。由于能量集中，可以在光路上加反射鏡，反射激光，圍成光墻。從而用一套激光探測器可以封鎖一個場地的四周，或封鎖幾個主要的通道路口3.1.3光敏傳感器 光敏傳感器是利用半導體的光電效應制成的一種電阻值隨入射光的強弱而改變的電阻器。 光敏電阻的工作原理是基于內光電效應。在半導體光敏材料兩端裝上電極引線，將其封裝在帶有透明窗的管殼里就構成光敏電阻，為了增加靈敏度，兩電極常做成梳狀。用于制造光敏電阻的材料主要是金屬的硫化物、硒化物和碲化物等半導體。通常采用涂敷、噴涂、燒結等方法在絕緣襯底上制作很薄的光敏電阻體及梳狀歐姆電極，接出引線，封裝在具有透光鏡的密封殼體內，以免受潮影響其靈敏度。在黑暗環境里，它的電阻值很高，當受到光照時，只要光子能量大于半導體材料的禁帶寬度，則價帶中的電子吸收一個光子的能量后可躍遷到導帶，并在價帶中產生一個帶正電荷的空穴，這種由光照產生的電子—空穴對了半導體材料中載流子的數目，使其電阻率變小，從而造成光敏電阻阻值下降。光照愈強，阻值愈低。入射光消失后，由光子激發產生的電子—空穴對將復合，光敏電阻的阻值也就恢復原值。在光敏電阻兩端的金屬電極加上電壓，其中便有電流通過，受到波長的光線照射時，電流就會隨光強的而變大，從而實現光電轉換。光敏電阻沒有極性，純粹是一個電阻器件，使用時既可加直流電壓，也加交流電壓。半導體的導電能力取決于半導體導帶內載流子數目的多少。 按照國家的有關標準，學校教室的平均照度值最低一般在300Lx。工作電壓一般在DC9-16V,工作電流一般在2mA左右，工作溫度一般在0-45℃，光感的范圍一般在5Lx-500Lx，光感的復位一般控制在30s左右。光敏電阻主要用于檢測教室的照明度，決定照明控制系統是否正常開啟。在實際中，我們還必須考慮檢測裝置實際安裝位置的問題，該系統中光敏傳感器的安裝要考慮到教室中光照的角度的問題，以及在不同位置所感應光照的程度。為了能確保設備運行的準確性，安裝照度計時最好選擇安裝在燈光和自然燈都照不到的位置，一般選擇安裝在教室的背光面。3.2主電路和控制設計主電路和控制電路如圖3.1所示。外部220V交流電源將L1，N供設備使用。L1是火線，N是零線。QF1是總的斷路器，起到通斷設備電源的作用。FU1是總的熔斷器，起到短路過流保護作用。A1是直流開關源，將交流220V變成24V供PLC的輸入和輸出使用。圖3.1主電路和控制圖 H1是教室第1排燈，KM1是教室第1排燈啟動接觸器，PLC通過控制KM1線圈得電，KM1常開主觸點閉合，點亮教室第1排燈。 同樣的，H2是教室第2排燈，KM2是教室第2排燈啟動接觸器，PLC通過控制KM2線圈得電，KM2常開主觸點閉合，點亮教室第2排燈。 H3是教室第3排燈，KM3是教室第3排燈啟動接觸器，PLC通過控制KM3線圈得電，KM3常開主觸點閉合，點亮教室第3排燈。 H4是教室第4排燈，KM4是教室第4排燈啟動接觸器，PLC通過控制KM4線圈得電，KM4常開主觸點閉合，點亮教室第4排燈。3.3PLC輸入和輸出分配PLC輸入和輸出分配見表3.1，表3.2所示。表3.1PLC輸入分配表名稱PLC內部地址外部編號啟動I0.0SB1停止I0.1SB2教室光線弱檢測I0.2S1第1排有人檢測I0.3S2第2排有人檢測I0.4S3第3排有人檢測I0.5S4第4排有人檢測I0.6S5表3.2PLC輸出分配表名稱PLC內部地址外部編號自動運行指示燈Q0.0HL1第1排燈Q0.1KM1第2排燈Q0.2KM2第3排燈Q0.3KM3第4排燈Q0.4KM43.4PLC輸入和輸出接線圖PLC輸入和輸出接線圖如圖3.2所示圖3.2PLC輸入和輸出接線圖第4章程序設計4.1內部使用地址為了編程和閱讀方便，定義了部分PLC內部使用地址，如表4.1所示。表4.1PLC內部使用地址名稱PLC地址備注第1排燈定時延遲關閉T101預設1分鐘第2排燈定時延遲關閉T102預設1分鐘第3排燈定時延遲關閉T103預設1分鐘第4排燈定時延遲關閉T104預設1分鐘4.2控制程序流程圖控制程序流程圖4.1所示。以第1排燈控制為例，其他的第2排，第3排，第4排控制類似。檢測到教室光線弱，檢測到人員，則點亮燈。檢測到光線強，或者檢測到人員離開，啟動定時器定時1分鐘，定時時間到，熄滅相應的燈光線弱？光線弱？是1#有人？1#燈亮否是否1#定時1分1#燈滅是否圖4-1控制流程圖4.3PLC梯形圖程序 自動運行指示燈 按啟動按鈕SB1，I0.0常開觸點閉合，Q0.0線圈得電，Ｑ０．０常開觸點閉合，運行指示燈點亮，系統自動運行。 按停止按鈕SB2，I0.1常開觸點閉合，常閉觸點斷開，Q0.0線圈失電，系統停止，運行指示燈熄滅。第1排燈 系統自動運行，Q0.0常開觸點閉合，則檢測到教室光線弱，I0.0常閉觸點閉合，同時檢測到第1排區域有人員，I0.3常開觸點閉合，則Q0.1線圈得電，點亮教室第1排燈。檢測到人員離開，或者光線強，定時1分鐘，定時時間到T101常閉觸點斷開，Q0.1線圈失電，熄滅教室第1排燈。第1排燈定時延遲關閉第1排燈點亮，Q0.1常開觸點閉合，檢測到光線強I0.2常開觸點閉合，或者檢測到第1排人員離開，I0.3常閉觸點閉合，則啟動定時器T101，預設定時600，單位0.1秒，就是60秒，1分鐘，定時時間到，熄滅第1排教室燈。 同樣的，第2排燈控制跟第1排燈類似，檢測到光線弱，I0.2常閉觸點閉合，同時檢測到第2排有人員，I0.4常開觸點閉合，則點亮第2排燈。檢測到光線強，或者第2排人員離開，延時1分鐘，關閉第2排燈。 同樣的，第2排燈點亮，Q0.2常開觸點閉合，檢測到光線強I0.2常開觸點閉合，或者檢測到第2排人員離開，I0.4常閉觸點閉合，則啟動定時器T102，定時時間到，熄滅第2排教室燈。第3排燈 同樣的，第3排燈控制跟第1排燈類似，檢測到光線弱，I0.2常閉觸點閉合，同時檢測到第3排有人員，I0.5常開觸點閉合，則點亮第3排燈。檢測到光線強，或者第3排人員離開，延時1分鐘，關閉第3排燈。 同樣的，第3排燈點亮，Q0.3常開觸點閉合，檢測到光線強I0.2常開觸點閉合，或者檢測到第3排人員離開，I0.5常閉觸點閉合，則啟動定時器T103，定時時間到，熄滅第3排教室燈。第4排燈 同樣的，第4排燈控制跟第1排燈類似，檢測到光線弱，I0.2常閉觸點閉合，同時檢測到第4排有人員，I0.6常開觸點閉合，則點亮第4排燈。檢測到光線強，或者第4排人員離開，延時1分鐘，關閉第4排燈。 同樣的，第4排燈點亮，Q0.4常開觸點閉合，檢測到光線強I0.2常開觸點閉合，或者檢測到第4排人員離開，I0.6常閉觸點閉合，則啟動定時器T104，定時時間到，熄滅第4排教室燈。4.4語句表程序ORGANIZATION_BLOCK主程序:OB1TITLE=BEGINNetwork1//自動運行指示燈LDI0.0OQ0.0ANI0.1=Q0.0Network2//第1排燈LDNI0.2AI0.3OQ0.1ANT101AQ0.0=Q0.1Network3//第1排燈定時延遲關閉LDQ0.1LDI0.2ONI0.3ALDTONT101,600Network4//第2排燈LDNI0.2AI0.4OQ0.2ANT102AQ0.0=Q0.2Network5//第2排燈定時延遲關閉LDQ0.2LDI0.2ONI0.4ALDTON