基于PLC的校园照明智能控制系统设计

目 录

1 引 言 ................................................................... 1 1.1 选题背景和意义 ...................................................... 1 1.2 PLC在国内外的发展状况 ............................................... 1 1.3 设计的主要内容及技术要求 ............................................ 2 1.3.1 主要内容 ........................................................ 2 1.3.2 具体技术要求 .................................................... 2 2 智能照明控制系统总体方案设计 ............................................ 3 2.1 照明系统的功能需求分析 .............................................. 3 2.2 系统设计的基本步骤及功能组成 ........................................ 3 2.2.1 智能照明控制系统设计过程简述 .................................... 3 2.2.2 智能照明控制系统设计基本步骤和方法 .............................. 3 2.2.3 智能照明控制系统设计的功能组成 .................................. 4 3 硬件设计 ................................................................ 5 3.1 线路结构设计 ........................................................ 5 3.1.1 控制线路设计 .................................................... 5 3.1.2 控制器件的选型 .................................................. 6 3.2 PLC的设计 ........................................................... 7 3.2.1 PLC在控制系统中的要求 ........................................... 7 3.2.2 PLC选型 ......................................................... 8 3.2.3 S7-200系列PLC .................................................. 8 3.2.4 I/O地址分配 ..................................................... 9 4.软件设计 ............................................................... 10 4.1 程序流程 ........................................................... 10 4.2 STEP7-Micro/WIN V4.0编程软件 ....................................... 11 4.2.1 STEP7-Micro/WIN V4.0编程软件主界面及基本组成 ................... 11 4.2.2 梯形图的编写 ................................................... 12 4.2.3 时钟设置及读写 ................................................. 12 4.3 系统的控制程序 ..................................................... 14 4.3.1 分时控制方案 ................................................... 14

II

基于PLC的校园照明智能控制系统设计

4.3.2 分时智能控制程序编制 ........................................... 14 4.3.3 三时段控制程序 ................................................. 15 4.3.4 季节自动选择程序 ............................................... 15 5 控制程序的调试与仿真 ................................................... 16 5.1 程序调试 ........................................................... 16 5.2 系统仿真 ........................................................... 16 结束语 ................................................................... 20 参考文献 ................................................................. 21 附录 ..................................................................... 22 致谢 ..................................................................... 27

III

基于PLC的校园照明智能控制系统设计

1 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（Programmable Logical Controller，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]。

1.2 PLC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，

1

基于PLC的校园照明智能控制系统设计

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