***學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）學(xué)院（系）：電子與電氣工程學(xué)院專業(yè)：電氣工程及其自動(dòng)化學(xué)生：指導(dǎo)教師：完畢日期2023年5月****學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）基于PLC的校園照明智能控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)IntelligentControlofCampusLightingBasedonProgrammableLogicalController總計(jì)：27頁表格：2個(gè)插圖：15幅*****學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）基于PLC的校園照明智能控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)IntelligentControlofCampusLightingBasedonProgrammableLogicalController學(xué)院（系）：電子與電氣工程學(xué)院專業(yè)：電氣工程及其自動(dòng)化學(xué)生姓名：學(xué)號(hào)：指導(dǎo)教師（職稱）：評(píng)閱教師：完成日期：****學(xué)院NanyangInstitute基于PLC的校園照明智能控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)電氣工程及其自動(dòng)化 ***［摘要］目前，大多數(shù)校園照明系統(tǒng)仍然使用人工控制，其缺陷是控制復(fù)雜、修理困難、容易發(fā)生誤動(dòng)作。針對(duì)這種情況，本設(shè)計(jì)使用西門子S7-200PLC代替?zhèn)鹘y(tǒng)的人工控制校園照明系統(tǒng)。采用了PLC智能控制，系統(tǒng)穩(wěn)定可靠，完全滿足學(xué)校的照明規(guī)定，校園照明系統(tǒng)重要有道路控制輸出信號(hào)、景觀燈輸出信號(hào)、公共綠地輸出信號(hào)，根據(jù)PLC控制原理對(duì)其進(jìn)行I/0分派和繪制照明系統(tǒng)流程圖及編寫校園照明智能控制系統(tǒng)梯形圖控制程序。最后通過模擬仿真運(yùn)營，可以實(shí)現(xiàn)當(dāng)設(shè)備發(fā)生故障或出現(xiàn)某些不正常運(yùn)營情況時(shí)，由自動(dòng)控制變換人工控制，在排除故障后再次實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制滿足照明智能控制系統(tǒng)的規(guī)定。［關(guān)鍵詞］照明系統(tǒng)；西門子S7-200；輸出信號(hào)；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目錄1引言 31.1選題背景和意義 31.2PLC在國內(nèi)外的發(fā)展?fàn)顩r 21.3設(shè)計(jì)的重要內(nèi)容及技術(shù)規(guī)定 21.3.1重要內(nèi)容 21.3.2具體技術(shù)規(guī)定 22智能照明控制系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì) 32.1照明系統(tǒng)的功能需求分析 32.2系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本環(huán)節(jié)及功能組成 32.2.1智能照明控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)過程簡述 32.2.2智能照明控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)基本環(huán)節(jié)和方法 42.2.3智能照明控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的功能組成 43硬件設(shè)計(jì) 53.1線路結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 53.1.1控制線路設(shè)計(jì) 53.1.2控制器件的選型 63.2PLC的設(shè)計(jì) 73.2.1PLC在控制系統(tǒng)中的規(guī)定 73.2.2PLC選型 83.2.3S7-200系列PLC 93.2.4I/O地址分派 94.軟件設(shè)計(jì) 104.1程序流程 104.2STEP7-Micro/WINV4.0編程軟件 114.2.1STEP7-Micro/WINV4.0編程軟件主界面及基本組成 124.2.2梯形圖的編寫 124.2.3時(shí)鐘設(shè)立及讀寫 134.3系統(tǒng)的控制程序 154.3.1分時(shí)控制方案 154.3.2分時(shí)智能控制程序編制 154.3.3三時(shí)段控制程序 154.3.4季節(jié)自動(dòng)選擇程序 165控制程序的調(diào)試與仿真 165.1程序調(diào)試 165.2系統(tǒng)仿真 17結(jié)束語 21參考文獻(xiàn) 22附錄 23致謝 281引言1.1選題背景和意義 隨著工業(yè)化高速發(fā)展，能源問題成為人們關(guān)注的焦點(diǎn)，由于能源的消耗除了其直接的經(jīng)濟(jì)損失外，還會(huì)帶來碳排放量的增長，惡化環(huán)境，所以節(jié)約能源一直是生活、生產(chǎn)中的一個(gè)主題。提到節(jié)能人們往往忽視了照明用電，由于它單體容量較小，安裝比較分散，所以，看起來無關(guān)緊要，其實(shí)照明用品數(shù)量最多，分布最廣，隨著城市的擴(kuò)張和道路的延伸，無論是單體容量還是總?cè)萘慷荚诖蠓鲩L，美化環(huán)境的長明燈更是越來越耀眼。現(xiàn)在很多大學(xué)都坐落在郊區(qū)，建筑容積率較低，因此，諸如道路、廣場(chǎng)、景觀等公共照明占的比重相稱高，且路燈和景觀燈的單體容量大，工作時(shí)間長，絕對(duì)是學(xué)校能源消耗的主體。要說學(xué)校節(jié)能，只要把這些公共照明控制得當(dāng)即可。校園的建設(shè)要適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)時(shí)代的發(fā)展，應(yīng)引入智能化的概念。在傳統(tǒng)的樓字自控系統(tǒng)中，一般只涉及了綜合布線、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)、安防、消防、閉路監(jiān)控等子系統(tǒng)。但近年來，隨著科技的進(jìn)步，人們對(duì)照明燈具節(jié)能和科學(xué)化管理提出了更高的規(guī)定，使得照明控制在智能化領(lǐng)域的地位越來越重要[1]。在新校區(qū)的建設(shè)熱潮中，各大高校和他們的建設(shè)者也應(yīng)意識(shí)到智能照明的重要性。相對(duì)商業(yè)樓字而言，校園里的大功率動(dòng)力和制冷設(shè)備比重較少，照明燈具則相對(duì)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(shì)，提高學(xué)校的科學(xué)管理水平。而可編程控制器（ProgrammableLogicalController，簡稱PLC）作為自動(dòng)控制的重要組成部分，已成為大多數(shù)自動(dòng)化系統(tǒng)的設(shè)備基礎(chǔ)。可編程控制器是一種以微解決器為核心，綜合了計(jì)算機(jī)技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)、通信技術(shù)和繼電器控制技術(shù)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(qiáng)、可靠性高等一系列優(yōu)點(diǎn)，其功能越來越強(qiáng)大，應(yīng)用范圍越來越廣闊，如冶金、機(jī)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)部門都有廣泛應(yīng)用。它不僅可以很容易地完畢順序邏輯、運(yùn)動(dòng)控制、定期控制、計(jì)數(shù)控制、數(shù)字運(yùn)算、數(shù)據(jù)解決等功能，并且可以通過輸入/輸出接口建立與各類生產(chǎn)機(jī)械數(shù)字量和模擬量的聯(lián)系，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)過程的自動(dòng)控制。而校園具有現(xiàn)代化氣息，道路寬且長，綠地和景觀用地也有相稱的比例。在進(jìn)行道路和景觀綠地照明設(shè)計(jì)時(shí)，在節(jié)能和延長光源壽命方面取得了明顯的效果。本設(shè)計(jì)研究項(xiàng)目屬于采用西門子S7-200PLC代替?zhèn)鹘y(tǒng)的人工控制照明系統(tǒng)，在校園智能照明系統(tǒng)中裝置PLC，可以達(dá)成線路簡樸、易于安裝、便于維護(hù)、編程簡樸、工作可靠、抗干擾能力強(qiáng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)照明系統(tǒng)的綜合自動(dòng)化控制[2]。1.2PLC在國內(nèi)外的發(fā)展?fàn)顩r 可編程控制器是六十年代發(fā)展起來的一種自動(dòng)控制裝置，是一種嵌入式的工控機(jī)，它以順序控制為主，回路調(diào)節(jié)為輔，能完畢邏輯判斷、定期、計(jì)數(shù)、記憶和算術(shù)運(yùn)算功能，既能進(jìn)行開關(guān)量控制，又能進(jìn)行模擬量控制，還具有通信功能。而新校園的建設(shè)要適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)時(shí)代的發(fā)展，應(yīng)引入智能化的概念。在傳統(tǒng)的樓字自控系統(tǒng)中，一般只涉及了綜合布線、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)、安防、消防、閉路監(jiān)控等子系統(tǒng)。但近年來，隨著科技的進(jìn)步，人們對(duì)照明燈具節(jié)能和科學(xué)化管理提出了更高的規(guī)定，使得照明控制在智能化領(lǐng)域的地位越來越重要。而在新校區(qū)的建設(shè)熱潮中，各大高校和他們的建設(shè)者也應(yīng)意識(shí)到智能照明的重要性。相對(duì)商業(yè)樓字而言，校園里的大功率動(dòng)力和制冷設(shè)備比重較少，照明燈具則相對(duì)比重更多[3]。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(shì)，提高學(xué)校的科學(xué)管理水平。針對(duì)節(jié)約電能、保護(hù)全球環(huán)境的可連續(xù)發(fā)展的規(guī)定，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(dòng)“中國綠色照明工程”，并于1996年正式列入國家計(jì)劃[4]。但是我國智能化照明技術(shù)的應(yīng)用還不廣泛,大多數(shù)校園仍然使用傳統(tǒng)的照明控制方式。因此完善校園路燈智能化監(jiān)控建設(shè)，進(jìn)一步擴(kuò)大監(jiān)控系統(tǒng)點(diǎn)位，自動(dòng)實(shí)時(shí)監(jiān)控和遠(yuǎn)程控制校園照明設(shè)施的開關(guān)燈，合理控制道路照明和景觀燈的運(yùn)營和停止具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。可以預(yù)期，隨著我國現(xiàn)代化進(jìn)程的進(jìn)一步，PLC在我國將有更廣闊的應(yīng)用天地。1.3設(shè)計(jì)的重要內(nèi)容及技術(shù)規(guī)定1.3.1重要內(nèi)容本設(shè)計(jì)采用S7-200控制器控制照明系統(tǒng)，根據(jù)校園照明系統(tǒng)的工作特點(diǎn),采用PLC實(shí)現(xiàn)對(duì)照明系統(tǒng)的控制，總體設(shè)計(jì)重要涉及硬件線路的設(shè)計(jì)和軟件的設(shè)計(jì)。硬件線路設(shè)計(jì)重要涉及線路圖設(shè)計(jì)和排線布線設(shè)計(jì)。軟件設(shè)計(jì)根據(jù)控制的規(guī)定，對(duì)事道路、宿舍、公共綠地、景觀燈等進(jìn)行I/0分派，同時(shí)編制了系統(tǒng)梯形圖控制程序，最后進(jìn)行仿真與調(diào)試，達(dá)成校園照明系統(tǒng)的規(guī)定。1.3.2具體技術(shù)規(guī)定（1）學(xué)生是一個(gè)特殊群體，活動(dòng)的時(shí)間性、規(guī)律性非常突出，因此對(duì)道路和其他公共照明實(shí)行智能分時(shí)控制。（2）寒暑假期間景觀燈手動(dòng)控制，根據(jù)需要臨時(shí)或少量啟動(dòng)；而路燈天天只啟動(dòng)1/4，滿足最低照明規(guī)定。（3）景觀和公共綠地照明采用第1、第2時(shí)段全開,第3時(shí)段全熄的控制方式。（4）為了保證PLC事故情況下的道路照明，在設(shè)計(jì)時(shí)考慮手動(dòng)和自動(dòng)兩種工作制，手動(dòng)時(shí)可以人為啟動(dòng)或關(guān)閉任何一路照明。（5）在設(shè)計(jì)時(shí)考慮夏、秋時(shí)制和冬、春時(shí)制的辨認(rèn)。2智能照明控制系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)智能照明控制系統(tǒng)由可編程控制器、中間繼電器、各種照明燈和刀開關(guān)組成。通過軟件編程軟件編寫分時(shí)段程序控制校園道路、公共綠地和景觀燈等照明設(shè)備，使各照明設(shè)備在規(guī)定的時(shí)間工作。道路照明的重要作用是保證行人安全和方便，綠地和景觀照明重要是給人們營造溫馨、和諧、美麗的環(huán)境。既要滿足照明的重要功能，又要盡量節(jié)約能源，只能是采用科學(xué)的管理和控制，使兩者完美統(tǒng)一。2.1照明系統(tǒng)的功能需求分析（1）節(jié)能據(jù)專業(yè)資料記錄，智能建筑的照明用電占整個(gè)校園用電的85%左右。其實(shí)在大多數(shù)情況下很多區(qū)域并不需要把燈所有打開或者開到最亮，過度的照明不僅形成光污染還會(huì)導(dǎo)致能源浪費(fèi)。在當(dāng)今能源緊張、國家大力提倡節(jié)能的形勢(shì)下，使用智能照明管理系統(tǒng)最大限度地節(jié)能具有非常實(shí)際的意義。校園照明回路數(shù)量較多，容量較大，如何在保證所需照度的前提下，綜合運(yùn)用多種控制手段，減少不必要的電能浪費(fèi)，是個(gè)極其重要的問題。（2）高效管理如何提高運(yùn)營的穩(wěn)定性和可靠性，使控制和操作更加簡樸、方便、靈活，使管理更加自動(dòng)化、高效化，減少大量簡樸反復(fù)的勞動(dòng)，是我們?cè)谠O(shè)計(jì)時(shí)考慮的重點(diǎn)。我們根據(jù)不同區(qū)域的特點(diǎn)進(jìn)行設(shè)計(jì)，保證使用方便靈活，管理高效。智能照明控制系統(tǒng)將普通照明人為的開與關(guān)轉(zhuǎn)換成了智能化管理，不僅使管理者能將其高素質(zhì)的管理意識(shí)運(yùn)用于照明控制系統(tǒng)中去，并且將大大減少照明系統(tǒng)的運(yùn)營維護(hù)費(fèi)用，并帶來較大的投資回報(bào)[5]。（3）人性化使用智能照明管理系統(tǒng)，不僅要實(shí)現(xiàn)基本的燈光控制，還應(yīng)通過場(chǎng)景、自動(dòng)控制等手段，努力提高照明環(huán)境的品質(zhì)，使人們?cè)谝粋€(gè)舒適溫馨、高品質(zhì)的光環(huán)境中快樂高效地工作和學(xué)習(xí)，真正做到“科技以人為本”。2.2系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本環(huán)節(jié)及功能組成2.2.1智能照明控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)過程簡述校園照明控制系統(tǒng)配置設(shè)計(jì)一般都在控制時(shí)間和照明電氣部份設(shè)計(jì)之后進(jìn)行的，根據(jù)校園的照明規(guī)定結(jié)合電氣設(shè)計(jì)圖進(jìn)行系統(tǒng)配置。一方面根據(jù)校園道路、景觀燈等照明的分布情況，設(shè)計(jì)硬件線路；另一方面依據(jù)照明燈具的大小、數(shù)量計(jì)算出總的電壓、電流等電氣參數(shù)，通過計(jì)算出的參數(shù)進(jìn)行電器元件的選型；再此就是軟件編程，根據(jù)設(shè)計(jì)規(guī)定編寫軟件程序；最后通過仿真調(diào)試不斷修改設(shè)計(jì)，直至滿足校園照明智能控制規(guī)定。在實(shí)際設(shè)計(jì)過程中，也可依據(jù)實(shí)際情況對(duì)設(shè)計(jì)方案進(jìn)行修改。2.2.2智能照明控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)基本環(huán)節(jié)和方法第一步編制照明回路負(fù)載清單，核對(duì)照明回路中的燈具和光源性質(zhì)，進(jìn)行整理[6]。(1)每條照明回路上的光源應(yīng)當(dāng)是同一類型的光源，不要將不同類型的光源如白熾燈，日光燈，景觀燈混在一個(gè)回路內(nèi)。(2)分清照明回路性質(zhì)是普通供電還是節(jié)能供電。(3)每條照明回路的最大負(fù)載功率應(yīng)符合開關(guān)控制器允許的額定負(fù)載容量，不應(yīng)超過額定負(fù)載容量運(yùn)營。(4)根據(jù)燈光設(shè)計(jì)師對(duì)照明場(chǎng)景的規(guī)定，對(duì)照明回路劃分進(jìn)行審核，如不符合照明場(chǎng)景所規(guī)定的回路劃分。可作些適當(dāng)回路調(diào)整，使照明回路的劃分能適應(yīng)燈光場(chǎng)景效果的需要，能達(dá)成燈光與室內(nèi)裝璜在空間層次，光照效果和視覺表現(xiàn)力上的密切融合，從而使各路燈光組合構(gòu)成一個(gè)優(yōu)美的照明藝術(shù)環(huán)境。第二步根據(jù)照明控制規(guī)定選擇控制面板和其它控制部件控制面板是控制照明系統(tǒng)的重要部件，也是操作者直接操作使用的界面，選擇不同功能的控制面板應(yīng)滿足操作者對(duì)控制的規(guī)定[7]，控制系統(tǒng)一般有以下幾種控制輸入方式：(1)采用時(shí)間管理器控制方式，根據(jù)不同時(shí)間自動(dòng)控制。(2)采用按鍵式手動(dòng)控制面板，隨時(shí)對(duì)照明進(jìn)行調(diào)節(jié)控制。(3)采用電腦集中進(jìn)行控制。(4)采用PLC實(shí)時(shí)時(shí)鐘進(jìn)行不同時(shí)段分時(shí)控制。第三步選擇附件及集成方式控制系統(tǒng)如需與其它相關(guān)智能系統(tǒng)集成，可選用相應(yīng)的附件。第四步施工圖紙?jiān)O(shè)計(jì)及設(shè)備配置清單編制(1)施工圖紙?jiān)O(shè)計(jì)，該部分內(nèi)容可見智能照明系統(tǒng)電氣設(shè)計(jì)相關(guān)教程。(2)編制系統(tǒng)配置清單，如系統(tǒng)中各產(chǎn)品型號(hào)、數(shù)量、使用區(qū)域、備注等相關(guān)信息。2.2.3智能照明控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的功能組成（1）智能照明控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和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(shè)備外，每一單元設(shè)立唯一的單元地址，并用軟件設(shè)定其功能。通過輸出單元來控制各負(fù)載回路，各種形式的單元簡述如下：系統(tǒng)單元：主系統(tǒng)對(duì)各區(qū)域?qū)嵭邢嗤目刂坪托盘?hào)采樣的網(wǎng)絡(luò)，子系統(tǒng)則對(duì)各分區(qū)實(shí)行不同具體控制的網(wǎng)絡(luò)。主系統(tǒng)和子系統(tǒng)之間通過信息等元件連接，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸。輸入單元：用于將外部控制信號(hào)變換成控制系統(tǒng)上傳輸?shù)男盘?hào)，如可編程的多功能(開/關(guān)、調(diào)光、定期、軟啟動(dòng)/軟關(guān)斷等)輸入開關(guān)、紅外線接受開關(guān)及紅外線遙控器(實(shí)現(xiàn)燈光調(diào)光或開/關(guān)功能)。各種型式及多功能的控制板，可進(jìn)行多點(diǎn)控制、時(shí)序控制等，調(diào)整照明，以達(dá)成使周邊環(huán)境保持適宜的照度，節(jié)約電能[8]。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期信號(hào)，控制相應(yīng)回路的輸出以實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)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(nèi)裝有可編程控制器的有關(guān)自動(dòng)及手動(dòng)控制開關(guān)，空中燈具開/關(guān)狀態(tài)，手動(dòng)控制開關(guān)可在異常情況下采用解決措施。（2）采用智能照明控制系統(tǒng)的優(yōu)越性良好的節(jié)能效果采用智能照明控制系統(tǒng)的重要目的是節(jié)約能源，智能照明控制系統(tǒng)借助各種不同的預(yù)設(shè)立控制方式和控制元件，對(duì)不同時(shí)間不同環(huán)境的光照度進(jìn)行精確設(shè)立和合理管理，實(shí)現(xiàn)節(jié)能。運(yùn)用最少的能源保證所規(guī)定的照度水平，節(jié)電效果十分明顯，一般可達(dá)30%以上。延長光源的壽命延長光源壽命不僅可以節(jié)省大量資金，并且大大減少更換燈管的工作量，減少了照明系統(tǒng)的運(yùn)營費(fèi)用，管理維護(hù)也變得簡樸了。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(gè)必要條件。良好的設(shè)計(jì)，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(zhì)量[9]。實(shí)現(xiàn)多種照明效果多種照明控制方式，可以使同一建筑物具有多種藝術(shù)效果，為建筑增色不少。現(xiàn)代建筑物中，照明不單純地為滿足人們視覺上的明暗效果，更應(yīng)具有多種的控制方案，使建筑物更加生動(dòng)，藝術(shù)性更強(qiáng)，給人豐富的視覺效果和美感。以某工程為例，建筑物內(nèi)的展廳、報(bào)告廳、大堂、中庭等，假如配以智能照明控制系統(tǒng)，按其不同時(shí)間、不同用途、不同的效果，采用相應(yīng)的預(yù)設(shè)立場(chǎng)景進(jìn)行控制，可以達(dá)成豐富的藝術(shù)效果。3硬件設(shè)計(jì) 3.1線路結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)3.1.1控制線路設(shè)計(jì)燈具布置方案學(xué)校的道路是以步行者為多，人員比較密集，當(dāng)然也有少量車輛通過，可以說是人車混合的道路。在設(shè)計(jì)時(shí)采用高于一般居住區(qū)而低于商業(yè)區(qū)的標(biāo)準(zhǔn)。為了便于分時(shí)控制，在燈具布置時(shí)采用雙側(cè)交錯(cuò)布置，桿距定為25m，較標(biāo)準(zhǔn)桿距略小，有助于分時(shí)控制時(shí)減少燈光死角。路燈采用雙側(cè)交錯(cuò)布置，每一側(cè)的路燈由2個(gè)單獨(dú)的控制回路進(jìn)行間隔控制，如：1#回路控制左側(cè)的單編號(hào)燈具，2#回路控制同一側(cè)的雙編號(hào)燈具。3#、4#回路則分別控制右側(cè)的單、雙編號(hào)燈具。當(dāng)進(jìn)入第2時(shí)段后，每側(cè)關(guān)閉1個(gè)回路，也就是1/2的燈具熄滅，由于燈的桿距不是很大，且學(xué)校道路不是很寬，燈光可以全覆蓋，滿足最低照明需求即可。當(dāng)進(jìn)入第3時(shí)段時(shí)，4個(gè)回路中3個(gè)回路分?jǐn)啵簿褪侵挥?/4的燈具點(diǎn)亮，對(duì)于學(xué)校內(nèi)部道路而言，完全可以滿足規(guī)定。由于燈具容量較大，采用了兩級(jí)母線供電方式，每段小母線為一部分路燈供電。采用兩級(jí)母線制比較靈活，同時(shí)也減少了母線和開關(guān)的容量，便于安裝和維護(hù)[10]。每個(gè)回路由一個(gè)接觸器控制，接觸器的動(dòng)作受控于PLC的程序。供電系統(tǒng)示意圖如圖1所示。圖中僅畫出了1條道路1個(gè)景觀區(qū)域和1個(gè)公共綠地的供電系統(tǒng)圖。圖1供電系統(tǒng)示意圖3.1.2控制器件的選型在校園智能照明系統(tǒng)中由人工和自動(dòng)兩種控制方式，人工控制需要可以關(guān)合、承載和開斷正常回路條件下的電流的開關(guān)裝置即斷路器。自動(dòng)控制因?qū)W校照明電路多總功率較大，因此自動(dòng)控制開關(guān)器件選用接觸器。目前PLC的輸出有2種型號(hào)：晶體管和繼電器。繼電器可以支持AC220V的電壓。也就是說繼電器的型號(hào)可以控制AC220V的回路，但并不推薦直接用于AC220V的回路中，特別是頻繁動(dòng)作的回路中，故此在設(shè)計(jì)過程中增長中間繼電器來實(shí)現(xiàn)[11]。本設(shè)計(jì)所選用的斷路器用照明保護(hù)用，選用DZ47-63小型斷路器DZ47-63/3C型DZ47-63高分?jǐn)嘈⌒蛿嗦菲魇且环N具有過載與短路保護(hù)的限流型斷路器，合用于交流50Hz，單極電壓230V及以下，二、三、四極電壓400V及以下的工業(yè)和商業(yè)照明配電系統(tǒng)的過地短路保護(hù)，亦可在正常情況下作線路的不頻繁通斷轉(zhuǎn)換之用。該斷路器外型美觀，體積小，重量輕，分?jǐn)嗄芰Ω撸摽垩杆伲瑢?dǎo)軌安裝，殼體和部件采用高阻燃及耐沖擊塑料，性能優(yōu)良可靠。接觸器(Contactor)在工業(yè)電中運(yùn)用線圈流過電流產(chǎn)生磁場(chǎng)，使觸頭閉合，以達(dá)成控制負(fù)載的電器。接觸器分為交流接觸器和直流接觸器，交流接觸器又可分為電磁式和真空式兩種。交流接觸器的選擇：（1）連續(xù)運(yùn)營的設(shè)備。接觸器按67～75%算，即100A的交流接觸器，只能控制最大額定電流是67～75A以下的設(shè)備。（2）間斷運(yùn)營的設(shè)備。接觸器按80%算。即100A的交流接觸器，只能控制最大額定電流是80A以下的設(shè)備。（3）反復(fù)短時(shí)工作的設(shè)備。接觸器按116～120%算，即100A的交流接觸器，只能控制最大額定電流是116～120A以下的設(shè)備[12]。中間繼電器(intermediaterelay)的工作原理和交流接觸器同樣，都是由固定鐵芯、動(dòng)鐵芯、彈簧、動(dòng)觸點(diǎn)、靜觸點(diǎn)、線圈、接線端子和外殼組成。線圈通電，動(dòng)鐵芯在電磁力作用下動(dòng)作吸合，帶動(dòng)動(dòng)觸點(diǎn)動(dòng)作，使常閉觸點(diǎn)分開，常開觸點(diǎn)閉合；線圈斷電，動(dòng)鐵芯在彈簧的作用下帶動(dòng)動(dòng)觸點(diǎn)復(fù)位。JZ-21H、22H系列斷電延時(shí)中間繼電器(以下簡稱繼電器),用于交、直流操作的各種保護(hù)或自動(dòng)控制回路中[13]。JZ-2IH為單路延時(shí)繼電器，JZ-22H為雙路延時(shí)繼電器。3.2PLC的設(shè)計(jì)3.2.1PLC在控制系統(tǒng)中的規(guī)定 （1）用PLC進(jìn)行照明控制系統(tǒng)改造時(shí)遵循原則完備性:涉及了常規(guī)的照明系統(tǒng)的所有功能，同時(shí)還考慮了校園綜合自動(dòng)化改造后對(duì)照明系統(tǒng)信息量、信息格式的規(guī)定。可靠性:在滿足完備性的前提下，盡量簡化附加的前后向通道。通過自動(dòng)和和人工兩種控制方式，使照明系統(tǒng)在發(fā)生故障時(shí)可以靈活控制照明系統(tǒng)。適應(yīng)性:系統(tǒng)脈沖起動(dòng)電流可調(diào)，以適應(yīng)老式的白熾燈和新型的發(fā)光二極管脈沖電流的不同特點(diǎn)。（2）PLC控制的優(yōu)點(diǎn)前后向通道簡樸。前向通道除脈沖形成回路稍許復(fù)雜外，其他都是簡樸的光耦電路;后向通道更加簡樸，直接由PLC輸出。抗干擾性能好。除PLC的I/O自身進(jìn)行隔離外，對(duì)前向通道又進(jìn)行隔離，有效地克制了共模干擾。同時(shí)系統(tǒng)的功能所有由PLC按照預(yù)定的程序完畢，避免了由于某個(gè)繼電器損壞導(dǎo)致的誤動(dòng)或拒動(dòng)。靈敏度高，過載能力強(qiáng)。PLC控制照明系統(tǒng)的脈沖形成和響應(yīng)在物理上是獨(dú)立的，可以做到具有很高的靈敏度和承受較大的過負(fù)荷能力。維護(hù)簡樸。PLC程序采用繼電保護(hù)人員熟悉的梯形圖編制，直觀明了。可直接運(yùn)用PLC編程器對(duì)自動(dòng)復(fù)歸時(shí)間等定值進(jìn)行修改。同時(shí)由于PLC的高可靠性，基本上可做到免維護(hù)。3.2.2PLC選型在PLC日益成為工廠自動(dòng)化基本技術(shù)平臺(tái)的時(shí)代，如何選用一部合用的PLC以達(dá)成真正需要，而又能符合經(jīng)濟(jì)效益，是一個(gè)重要問題。PLC自身的特點(diǎn)是：體積小、功能高、性能強(qiáng)、操作簡便、程序設(shè)計(jì)簡易、模塊擴(kuò)充有彈性、聯(lián)機(jī)容易等。針對(duì)上述說明，選擇符合功能需求與經(jīng)濟(jì)效益的PLC是十分必要的。一般選擇機(jī)型要以滿足系統(tǒng)功能需要為宗旨，不要盲目貪大求全，以免導(dǎo)致投資和設(shè)備資源的浪費(fèi)。機(jī)型的選擇可以從以下幾個(gè)方面來考慮：(1)對(duì)輸入/輸出點(diǎn)數(shù)的選擇要先弄清楚控制系統(tǒng)的I/O總點(diǎn)數(shù)，再按實(shí)際所需總點(diǎn)數(shù)的15～20%留出備用量（為系統(tǒng)的改造等留有余地）后擬定所需PLC的點(diǎn)數(shù)。(2)對(duì)存儲(chǔ)容量的選擇PLC存儲(chǔ)器容量的估算方法：對(duì)于僅有開關(guān)量輸入/輸出信號(hào)的電氣控制系統(tǒng)，將所需的輸入與輸出點(diǎn)數(shù)之和乘以8，就是所需PLC存儲(chǔ)器的存儲(chǔ)容量（單位為bit）。(3)對(duì)I/O響應(yīng)時(shí)間的選擇PLC的I/O響應(yīng)時(shí)間涉及輸入電路延遲、輸出電路延遲和掃描工作方式引起的時(shí)間延遲（一般在2～3個(gè)掃描周期）等。對(duì)開關(guān)量控制的系統(tǒng)，PLC的I/O響應(yīng)時(shí)間一般都能滿足實(shí)際工程的規(guī)定，可不必考慮I/O響應(yīng)問題。但對(duì)模擬量控制的系統(tǒng)，特別是閉環(huán)控制系統(tǒng)就要考慮這個(gè)問題。(4)根據(jù)是否聯(lián)網(wǎng)通信選型若PLC控制的系統(tǒng)需要聯(lián)入校園自動(dòng)化網(wǎng)絡(luò)，則PLC需要有通信聯(lián)網(wǎng)功能，即規(guī)定PLC應(yīng)具有連接其他PLC、上位計(jì)算機(jī)及CRT等的接口。大、中型機(jī)都有通信功能，目前大部分小型機(jī)也具有通信功能。(5)對(duì)PLC結(jié)構(gòu)形式的選擇 在相同功能和相同I/O點(diǎn)數(shù)的情況下，整體式比模塊式價(jià)格低。但模塊式具有功能擴(kuò)展靈活，維修方便（換模塊），容易判斷故障等優(yōu)點(diǎn)，要按實(shí)際需要選擇PLC的結(jié)構(gòu)形式。目前，PLC產(chǎn)品大體可分為美國、歐洲國家、日本三大主流。通過反復(fù)比較及對(duì)系統(tǒng)控制規(guī)模和控制規(guī)定的分析，選用了目前較流行的、有較高性價(jià)比的西門子S7-200系列小型PLC。該型號(hào)的PLC指令豐富、功能強(qiáng)大，其占有率在國內(nèi)市場(chǎng)正處在上升趨勢(shì)。并且該機(jī)型的指令及編程運(yùn)作與計(jì)算機(jī)通用編程語言更加接近，易學(xué)易懂。3.2.3S7-200系列PLCS7-200系列PLC是德國西門子公司生產(chǎn)的一種小型PLC。其許多功能可以達(dá)成大、中型PLC的水平，而價(jià)格卻和小型PLC的同樣，因此，它一經(jīng)推出，即受到了廣泛關(guān)注。它可以單機(jī)運(yùn)營，也可以進(jìn)行輸入/輸出和功能模塊的擴(kuò)展。其價(jià)格低廉、結(jié)構(gòu)小巧、可靠性高、運(yùn)營速度快，繼承和發(fā)展了它在大、中型PLC領(lǐng)域的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，有極豐富的指令集，具有強(qiáng)大的多種集成功能和實(shí)時(shí)特性，其性價(jià)比非常高，所以它在各行各業(yè)中的應(yīng)用得到迅速推廣，在規(guī)模不太大的控制領(lǐng)域是較為抱負(fù)的控制設(shè)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重要有CPU221，CPU222，CPU224，CPU224XP和CPU226五種CPU。本課題設(shè)計(jì)使用CPU224，本機(jī)集成14輸入/10輸出共24個(gè)數(shù)字量I/O點(diǎn)。可連接7個(gè)擴(kuò)展模塊，最大擴(kuò)展至248路數(shù)字量I/O點(diǎn)或35路模擬量I/O點(diǎn)。13K字節(jié)程序和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)空間。6個(gè)獨(dú)立的30kHz高速計(jì)數(shù)器，2路獨(dú)立的20kHz高速脈沖輸出，具有PID控制器。2個(gè)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。用于較高規(guī)定的控制系統(tǒng)，具有更多的輸入/輸出點(diǎn)，更強(qiáng)的模塊擴(kuò)展能力，更快的運(yùn)營速度和功能更強(qiáng)的內(nèi)部集成特殊功能。可完全適應(yīng)于一些復(fù)雜的中小型控制系統(tǒng)。S7-200的STEP7-Micro/WINV4.0編程軟件可以方便地在Windows環(huán)境下對(duì)PLC編程、調(diào)試、監(jiān)控，使得PLC的編程更加方便、快捷。可以說，S7-200可以滿足各種小規(guī)模控制系統(tǒng)的規(guī)定。3.2.4I/O地址分派本設(shè)計(jì)對(duì)象為校園智能照明系統(tǒng)，一方面對(duì)校園照明系統(tǒng)所有設(shè)備進(jìn)行分類記錄，道路信號(hào)輸出4個(gè)，分別為左側(cè)單數(shù)燈、左側(cè)雙數(shù)燈、右側(cè)單數(shù)燈、右側(cè)雙數(shù)燈；公共綠地信號(hào)輸出2個(gè)，景觀燈信號(hào)輸出2個(gè)。根據(jù)對(duì)分時(shí)控制信號(hào)和照明輸出信號(hào)分類記錄，估計(jì)PLC輸入開關(guān)量個(gè)數(shù)，由此可知信號(hào)總個(gè)數(shù)為13個(gè)。本設(shè)計(jì)以道路、公共綠地、景觀燈的控制為例，在工程實(shí)際或產(chǎn)品設(shè)計(jì)生產(chǎn)中，可根據(jù)實(shí)際需求進(jìn)行擴(kuò)展，其梯形圖程序的修改非常方便。I/O地址輸入/輸出分派如表1所示。表1I/O地址輸入/輸出分派表分類名稱地址分類名稱地址輸入信號(hào)實(shí)時(shí)時(shí)鐘輸入I0.0輸出信號(hào)1#花壇Q0.2啟動(dòng)開關(guān)I0.12#花壇停止開關(guān)I0.23#花壇Q0.3冬春啟動(dòng)開關(guān)I0.34#花壇夏秋啟動(dòng)開關(guān)I0.4右側(cè)雙數(shù)燈Q0.4輸出信號(hào)1#草坪Q0.0右側(cè)單數(shù)燈Q0.52#草坪左側(cè)單數(shù)燈Q0.63#草坪Q0.1左側(cè)雙數(shù)燈Q0.74#草坪4.軟件設(shè)計(jì) 4.1程序流程程序一方面對(duì)時(shí)間進(jìn)行冬春、夏秋時(shí)制判別，然后判別各個(gè)時(shí)段從而進(jìn)行輸出。本設(shè)計(jì)輸出為繼電器形式輸出即高低電平的輸出。通過程序判斷輸出高低電平，控制照明燈具。校園照明控制程序流程圖如圖2所示。圖2控制系統(tǒng)流程圖4.2STEP7-Micro/WINV4.0編程軟件S7-200可編程控制器使用STEP7-Micro/WINV4.0編程軟件進(jìn)行編程。SIMATIC工業(yè)軟件STEP7是用于西門子S7、M7、C7系列可編程控制器的標(biāo)準(zhǔn)工具。STEP7-Micro/WINV4.0是西門子公司專門為S7-200系列可編程控制器設(shè)計(jì)開發(fā)的。它功能強(qiáng)大，重要為用戶開發(fā)控制程序使用，同時(shí)也可實(shí)時(shí)監(jiān)控用戶程序的執(zhí)行狀態(tài)。為了生成用戶所寫程序，STEP7提供了標(biāo)準(zhǔn)的PLC編程語言：語句表（STL）、梯形圖（LAD）、順序功能流程圖（SFC）、功能塊圖（FBD）。4.2.1STEP7-Micro/WINV4.0編程軟件主界面及基本組成（1）STEP7-Micro/WINV4.0編程軟件，它的主界面窗口組件如圖3所示。圖3STEP7-Micro/WINV4.0編程軟件主界面窗口（2）STEP7項(xiàng)目涉及下列基本組件：程序塊:由可執(zhí)行的代碼和注釋組成，可執(zhí)行的代碼由主程序、可選子程序和中斷程序組成。數(shù)據(jù)塊:由數(shù)據(jù)（變量存儲(chǔ)器的初始值）和注釋組成。系統(tǒng)塊:用來設(shè)立系統(tǒng)的參數(shù)，例如存儲(chǔ)器的斷電保持范圍、PLC的輸出狀態(tài)、模擬量與數(shù)字量輸入濾波值等。符號(hào)表:允許程序員用符號(hào)來代替存儲(chǔ)器的地址，符號(hào)地址便于記憶，使程序更容易理解。狀態(tài)表:用來觀測(cè)程序執(zhí)行時(shí)指定的內(nèi)部變量的狀態(tài)，狀態(tài)表并不下載到PLC，僅僅是監(jiān)控用戶程序運(yùn)營情況的一種工具[14]。4.2.2梯形圖的編寫（1）打開項(xiàng)目執(zhí)行“文獻(xiàn)”→“新建”命令，可以新建一個(gè)項(xiàng)目。可以保存為擴(kuò)展名為“.mwp”的新建項(xiàng)目。或執(zhí)行“文獻(xiàn)"打開"命令"可以打開項(xiàng)目。（2）輸入指令輸入梯形圖指令可以通過指令樹、工具條按鈕等方式進(jìn)行。指令樹中包含了幾乎所有的指令，或在工具條上直接放常用的指令。或用快捷鍵F4、F6、F9鍵進(jìn)行操作。（3）創(chuàng)建邏輯網(wǎng)絡(luò)用梯形圖編寫的程序就是將組件排列成邏輯網(wǎng)絡(luò)。可以通過工具欄或者右鍵快捷菜單進(jìn)行程序編輯，形成程序網(wǎng)絡(luò)。（4）輸入地址在梯形圖輸入指令時(shí)，參數(shù)最初是由“？？？”顯示的，表達(dá)參數(shù)未賦值，可以用絕對(duì)值或者符號(hào)標(biāo)明程序中的指令操作數(shù)。絕對(duì)引用是指使用內(nèi)存區(qū)的位或者字節(jié)位置標(biāo)記地址，符號(hào)引用則是指使用數(shù)字、字母的字符組成標(biāo)記地址。假如有未賦值的參數(shù)，程序?qū)⒉荒苷＞幾g。（5）編譯與保存編譯可以通過工具欄按鈕或者PLC菜單進(jìn)行。可通過“PLC”菜單中的“編譯”命令，或者工具欄上的“編譯”按鈕，編譯當(dāng)前被激活的編輯器中的程序。若選擇“PLC”菜單中的“所有編譯”命令，則按照順序編譯程序塊（主程序、所有子程序、所有中斷程序）、數(shù)據(jù)塊、系統(tǒng)塊等所有塊。使用“所有編譯”，與哪一個(gè)窗口是活動(dòng)的無關(guān)。編譯結(jié)束后，輸出窗口顯示編譯信息。可以通過工具欄的“保存”按鈕、“文獻(xiàn)”菜單中的“保存”命令及“另存為”進(jìn)行保存。4.2.3時(shí)鐘設(shè)立及讀寫（1）實(shí)時(shí)時(shí)鐘S7-200的硬件實(shí)時(shí)時(shí)鐘可以提供年、月、時(shí)、分、秒的日期/時(shí)間數(shù)據(jù)。CPU221、CPU222沒有內(nèi)置的實(shí)時(shí)時(shí)鐘，需要外插“時(shí)鐘/電池卡”才干獲得此功能。CPU224、CPU226和CPU226XM都有內(nèi)置的實(shí)時(shí)時(shí)鐘[15]。S7-200的時(shí)鐘精度典型值是2分鐘/月（25°C），最大誤差7分鐘/月（0～55°C）。為了提高運(yùn)算效率，應(yīng)當(dāng)避免每個(gè)程序周期都讀取實(shí)時(shí)時(shí)鐘。事實(shí)上可讀取的最小時(shí)間單位是1秒，可每秒讀取一次（使用SM0.5上升沿觸發(fā)讀取指令）。使用程序讀取的實(shí)時(shí)時(shí)鐘數(shù)據(jù)為BCD格式，可在狀態(tài)圖中使用十六進(jìn)制格式查看。CPU靠內(nèi)置超級(jí)電容（＋外插電池卡）在失去供電后為實(shí)時(shí)時(shí)鐘提供電源緩沖；緩沖電源放電完畢后，再次上電后時(shí)鐘將停止在缺省值，并不開始走動(dòng)。要設(shè)立日期、時(shí)間值，使之開始走動(dòng)，可以：用編程軟件（Micro/WIN）的菜單命令PLC>TimeofDayClock...，通過與CPU的在線連接設(shè)立，完畢后時(shí)鐘開始走動(dòng)編用戶程序使用Set_RTC（設(shè)立時(shí)鐘）指令設(shè)立Micro/WIN可以通過任何編程連接實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)時(shí)鐘的設(shè)立。（2）用Micro/WIN設(shè)立時(shí)鐘通過編程軟件Micro/WIN設(shè)立CPU的時(shí)鐘，必須先建立編程通信連接。在Micro/WIN菜單中選擇“PLC>實(shí)時(shí)時(shí)鐘”命令，打開“PLC時(shí)鐘操作”對(duì)話框：圖4PLC實(shí)時(shí)時(shí)鐘設(shè)立界面圖中參數(shù)設(shè)立如下： 要設(shè)立時(shí)鐘的CPU網(wǎng)絡(luò)地址，取決于在“通信”界面中的選擇。設(shè)立日期：選擇需要修改的數(shù)據(jù)字段，直接輸入數(shù)字，或者使用輸入框右側(cè)的上下按鈕調(diào)整。設(shè)立時(shí)間：選擇需要修改的數(shù)據(jù)字段，直接輸入數(shù)字，或者使用輸入框右側(cè)的上下按鈕調(diào)整。讀取PC時(shí)鐘：按此按鈕可以讀取安裝Micro/WIN的PC機(jī)的本機(jī)時(shí)間[16]。讀取PLC時(shí)鐘：按此按鈕讀取PLC內(nèi)部的實(shí)時(shí)時(shí)鐘數(shù)據(jù)。根據(jù)需要選擇夏時(shí)制調(diào)整選項(xiàng)。按“設(shè)立”按鈕，將上面的時(shí)鐘日期數(shù)據(jù)寫入PLC。時(shí)鐘讀寫指令緩沖區(qū)格式Read_RTC（讀時(shí)鐘）和Set_RTC（設(shè)立時(shí)鐘）指令靠數(shù)據(jù)緩沖區(qū)在用戶程序與硬件芯片間互換數(shù)據(jù)，它們的緩沖區(qū)格式相同。表2時(shí)鐘緩沖區(qū)地址偏移TT+1T+2T+3T+4T+5T+6T+7數(shù)據(jù)內(nèi)容年月日小時(shí)分鐘秒0星期數(shù)值范圍

BCD

（16進(jìn)制）00-9901-1201-3100-2300-5900-5900-7**1=星期日，7=星期六，0=表達(dá)嚴(yán)禁計(jì)星期T就是緩沖區(qū)的起始字節(jié)地址，可以由用戶自由設(shè)立（在CPU允許的V存儲(chǔ)區(qū)范圍內(nèi)）。假如設(shè)立T為VB100，那么讀取時(shí)鐘后，“年”的信息就會(huì)保存在VB100中，“月”保存在VB101中。4.3系統(tǒng)的控制程序校園照明系統(tǒng)電氣控制原理圖比較復(fù)雜，但經(jīng)由PLC控制后，程序簡樸可行，這樣即滿足了任務(wù)規(guī)定，又能保證其穩(wěn)定運(yùn)營。4.3.1分時(shí)控制方案在設(shè)計(jì)前，對(duì)大學(xué)生的活動(dòng)規(guī)律、道路照明的亮度進(jìn)行了記錄和測(cè)量，掌握了一手資料。大部分學(xué)生在21點(diǎn)鐘之前回到寢室，21點(diǎn)至23點(diǎn)之間只有少量學(xué)生在室外活動(dòng)，23點(diǎn)鐘之后基本上沒有學(xué)生活動(dòng)，學(xué)校進(jìn)入安靜狀態(tài)。根據(jù)這個(gè)特點(diǎn)把控制分為3個(gè)時(shí)段：第1個(gè)時(shí)段為21點(diǎn)之前，所有燈具所有啟動(dòng)；第2時(shí)段為21點(diǎn)至23點(diǎn)，活動(dòng)人員較少，可以關(guān)閉1/2的燈具；而到23點(diǎn)之后為第3時(shí)段，只要留有1/4的燈具工作，高于道路照明的最低規(guī)定。為了最大限度地節(jié)能，設(shè)計(jì)時(shí)還考慮了季節(jié)的因素：夏季夜短晝長，開燈晚，熄燈早；冬季則相對(duì)開燈較早，熄燈則相對(duì)較晚。景觀和公共綠地照明采用第1、第2時(shí)段全開，第3時(shí)段全熄的控制方式，控制簡樸易行，節(jié)能效果顯著。節(jié)假日多也是學(xué)校的特點(diǎn)之一，寒暑假加在一起有3個(gè)月左右。制定的控制方案是：寒暑假期間景觀燈手動(dòng)控制，根據(jù)需要臨時(shí)或少量啟動(dòng)；而路燈天天只啟動(dòng)1/4，滿足最低照明規(guī)定。4.3.2分時(shí)智能控制程序編制正如前面所述，天天的照明控制分3個(gè)時(shí)段，為了最大限度地節(jié)約能源，在具體編制程序時(shí)還考慮了不同季節(jié)的因素，一般在冬、春季，天黑得較早，18點(diǎn)左右自然光線就很弱了，而在夏天陽光可以維持到19點(diǎn)左右。因此，把一年四季分為2個(gè)區(qū)間，在設(shè)計(jì)時(shí)考慮了夏、秋時(shí)制和冬、春時(shí)制的辨認(rèn)，使節(jié)能效果更加明顯。4.3.3三時(shí)段控制程序在編制時(shí)段程序時(shí)，用了數(shù)據(jù)比較功能指令，相對(duì)普通指令而言程序較短，使程序大為簡化。把5月1日至10月30日定義為夏、秋時(shí)制，它的3個(gè)時(shí)段劃分為：19點(diǎn)至21點(diǎn)、2l點(diǎn)至23點(diǎn)、23點(diǎn)至凌晨5點(diǎn)。把11月1日至來年4月30日定義為冬、春時(shí)制，它的3個(gè)時(shí)段劃分為：18點(diǎn)至21點(diǎn)、21點(diǎn)到23點(diǎn)、23點(diǎn)至凌晨6點(diǎn)。道路照明的PLC程序就是要實(shí)現(xiàn)這些不同季節(jié)的時(shí)段控制規(guī)定。在此需要說明的是，根據(jù)學(xué)校供電質(zhì)量好、少停電的特點(diǎn)，下面的程序中沒有編制時(shí)間自動(dòng)校正程序，因此，第1次投入運(yùn)營的時(shí)必須同步時(shí)鐘或修正時(shí)鐘，之后就會(huì)自動(dòng)控制照明，不需要人工干預(yù)。圖中I0.0為啟動(dòng)開關(guān)的信號(hào)，當(dāng)選擇到自動(dòng)工作制時(shí)，I0.0就處在使能狀態(tài)，使PLC投入程序運(yùn)營，I0.0閉合以后，自動(dòng)控制程序啟動(dòng)。M2.0是不同時(shí)制的辨認(rèn)控制輸出信號(hào)，當(dāng)M2.0為高電平時(shí)程序進(jìn)人夏、秋時(shí)制工作狀態(tài)，M2.0為低電平時(shí)程序進(jìn)入冬、春季節(jié)的工作狀態(tài)。Q0.4,Q0.5,Q0.6,Q0.7分別控制道路兩側(cè)的燈具。從程序中可以看出：第1時(shí)段Q0.4,Q0.5,Q0.6,Q0.7所有為“1”，燈具所有點(diǎn)亮；第2時(shí)段Q0.4,Q0.6被復(fù)位為“0”，道路的兩側(cè)各有1/2燈具點(diǎn)亮；第3時(shí)段就只有Q0.5控制的回路工作了。4.3.4季節(jié)自動(dòng)選擇程序?yàn)榱俗畲笙薅鹊毓?jié)能，不同季節(jié)亮燈的時(shí)間有所不同，季節(jié)選擇程序重要是為夏、秋季和冬、春季節(jié)的不同時(shí)段控制而設(shè)立的。PLC有日期設(shè)定與辨認(rèn)功能，運(yùn)用它可以完畢季節(jié)的轉(zhuǎn)換控制，實(shí)現(xiàn)不同季節(jié)的不同時(shí)段控制方案。程序中的M100是控制季節(jié)程序轉(zhuǎn)換的信號(hào)，當(dāng)M100使能時(shí)程序進(jìn)入冬、春季控制，反之，程序?yàn)橄摹⑶飼r(shí)制控制方式。需要說明的是，該程序是根據(jù)校園所在地區(qū)的情況設(shè)計(jì)的，夏、秋時(shí)制的時(shí)間定為每年的5月1日0點(diǎn)至10月30日的24點(diǎn)，不同地區(qū)應(yīng)適當(dāng)調(diào)整。該程序是按2023年投入運(yùn)營而編制的，在此后的運(yùn)營中，每年必須對(duì)日期的設(shè)定調(diào)試一次，以保證運(yùn)營無誤。季節(jié)控制程序如圖5所示。圖5季節(jié)控制程序5控制程序的調(diào)試與仿真5.1程序調(diào)試（1）調(diào)試條件①選擇合適的CPU外電路，根據(jù)信號(hào)系統(tǒng)規(guī)定以及I/O資源配置進(jìn)行模擬連接，輸入端由PLC按鍵模擬，輸出端由CPU上的指示燈邏輯指示即可；②使用STEP7-Micro/WINV4.0編程軟件進(jìn)行編程；（2）程序調(diào)試環(huán)節(jié)[17]①打開STEP7-Micro/WINV4.0軟件；②在命令菜單中選擇Debug>ProgramEditinRUN；③把以設(shè)計(jì)好的系統(tǒng)程序語句在RUN模式下輸入；④輸入程序有誤，系統(tǒng)提醒不能運(yùn)營；⑤修改有誤程序，繼續(xù)輸入程序直到系統(tǒng)檢測(cè)無誤為止；⑥退出RUN模式在命令菜單中選擇Debug>ProgramEditinRUN，然后點(diǎn)擊取消復(fù)選標(biāo)志。5.2系統(tǒng)仿真(1)S7-200仿真環(huán)節(jié)[18]①把在STEP7中編譯對(duì)的的程序?qū)С鰹?23.awl文獻(xiàn)；②選擇CPU型號(hào)，要與項(xiàng)目中的型號(hào)相同；③點(diǎn)擊“程序”—“載入程序”；④將先前導(dǎo)出的123.awl文獻(xiàn)打開；⑤點(diǎn)擊“運(yùn)營”即可進(jìn)行仿真（或工具欄上的綠色三角按鈕）。由于客觀條件的限制，只能對(duì)照明控制系統(tǒng)進(jìn)行模擬調(diào)試。實(shí)際輸入信號(hào)用按鈕或開關(guān)模擬，輸出由PLC輸出端的發(fā)光二極管顯示負(fù)載狀態(tài)。仿真調(diào)試時(shí)，按信號(hào)裝置的運(yùn)營條件，依次設(shè)立輸入信號(hào)，并觀測(cè)輸出對(duì)的與否，同時(shí)可通過編程器監(jiān)控內(nèi)部各點(diǎn)狀態(tài)，在輸入端接上手動(dòng)按鈕而在PLC的輸出指示燈上看輸出，輸入信號(hào)完全靠手動(dòng)來控制。觀測(cè)輸出指示燈能否在每個(gè)相應(yīng)的點(diǎn)動(dòng)狀態(tài)得電。調(diào)試過程中觀測(cè)各基本環(huán)節(jié)是否滿足控制規(guī)定。(2)系統(tǒng)仿真圖本系統(tǒng)仿真的重要示意圖。按下輸入按鈕I0.0，此時(shí)將設(shè)定的時(shí)間輸入PLC內(nèi)部時(shí)鐘，下面為照明智能控制系統(tǒng)多種時(shí)間的仿真輸出。①9月5日18:58仿真示意圖圖6夏秋時(shí)制無燈亮?xí)r仿真圖②9月11日19:30仿真示意圖圖7夏秋時(shí)制第一時(shí)段仿真圖=3\*GB3③9月11日21:45仿真示意圖圖8夏秋時(shí)制第二時(shí)段仿真圖=4\*GB3④9月11日23:10仿真示意圖圖9夏秋時(shí)制第三時(shí)段仿真圖=5\*GB3⑤12月5日17:59仿真示意圖圖10冬春時(shí)制無燈亮?xí)r仿真圖=6\*GB3⑥12月5日19:10仿真示意圖圖11冬春時(shí)制第一時(shí)段仿真圖=7\*GB3⑦12月5日21:10仿真示意圖圖12冬春時(shí)制第二時(shí)段仿真圖=8\*GB3⑧12月5日23:10仿真示意圖圖13冬春時(shí)制第三時(shí)段仿真圖通過設(shè)定期鐘時(shí)間并將其輸入CPU224內(nèi)部時(shí)鐘，以此來觀測(cè)仿真輸出。在打啟動(dòng)動(dòng)開關(guān)寫入時(shí)間9月11日19:30后，PLC自動(dòng)辨認(rèn)此時(shí)間為夏秋時(shí)制晚上第一時(shí)段，此時(shí)景觀燈、公共綠地、道路燈所有打開，PLC輸出端Q0.0～Q0.7所有輸出高電平。改變時(shí)間使其進(jìn)入第二時(shí)段，此時(shí)景觀燈、公共綠地仍然所有打開即輸出端Q0.0～Q0.3輸出高電平，道路燈打開一半，Q0.4、Q0.6輸出高電平，Q0.5、Q0.7輸出低電平。以此多次改變時(shí)間觀測(cè)仿真輸出是否與設(shè)計(jì)結(jié)果一致，不斷修改程序直到滿足設(shè)計(jì)規(guī)定。基于PLC的校園照明智能控制系統(tǒng)已經(jīng)設(shè)計(jì)完畢，通過對(duì)該系統(tǒng)的調(diào)試與仿真，其功能基本達(dá)成規(guī)定。結(jié)束語本設(shè)計(jì)以PLC為核心，通過對(duì)照明控制系統(tǒng)的具體分析，完畢了控制系統(tǒng)的硬件和軟件設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了“集中手動(dòng)、自動(dòng)復(fù)歸、反復(fù)動(dòng)作”的電氣控制。其中重要涉及斷路器、中間繼電器、接觸器型號(hào)的選取，I/O地址分派，程序流程圖的繪制，PLC程序編寫及電氣原理圖的繪制。并運(yùn)用S7-200仿真軟件對(duì)程序進(jìn)行了調(diào)試與仿真，將PLC控制和照明控制系統(tǒng)進(jìn)行了很好的連接。通過校園照明智能控制，節(jié)電效果明顯。采用PLC做控制元件，相對(duì)于市場(chǎng)上出售的智能控制