基于PLC的教室照明自控系統設計

1、泰泰 山山 學學 院院 本本科科畢畢業(yè)業(yè) 論論文文 基于 PLC 的教室照明自控系統設計 所 在 學 院 機械與工程學院 專 業(yè) 名 稱 機械設計制造及其自動化 申請學士學位所屬學科 工 學 年 級 二一一級（3+2） 學 生 姓 名 、 學號 丁曉忠 2011170270 指導教師姓名 、職稱 陳宏圣 副教授 完 成 日 期 二一三年五月三十日 摘要 I 摘 要 本文的教室照明自動控制系統是利用紅外感應接收器來準確感知每位同學在 教室的位置，將采集的信號通過傳輸電路傳輸給PLC控制系統。經過控制系統的 分析處理以后，將控制信號輸出給執(zhí)行機構中的接觸器。通過控制接觸器的接通 與斷開來控制教室中

2、的每一盞照明燈的接通與斷開。從而使整個教室的照明實現 智能控制。避免了因不能及時關閉開關導致電能的大量浪費，達到節(jié)能的目的。 充分體現了當代的節(jié)能減排的創(chuàng)新理念。 該系統具有控制方便，可靠性高，專用性強，安全，節(jié)能等優(yōu)點，可以滿足 各類大、中專院校教室燈光控制的要求，很大程度的達到節(jié)能目的。 關鍵詞：關鍵詞：紅外感應，智能控制，PLC，節(jié)能 Abstract II ABSTRACT This classroom lighting control system is the use of infrared sensors to accurately perceive the receiver e

3、ach student in the classroom location, the collected signals transmitted through the transmission circuit to the PLC control system. After the analysis of the control system after treatment, the control signal is output to the actuator of the contactor. By controlling the contactor turned on and off

4、 to control the classroom each lamp lights turned on and off. So that the entire classroom lighting intelligent control. Avoided because they can not turn off switch causes wasting a lot of energy to achieve energy-saving purposes. Fully embodies the contemporary energy saving innovative ideas. The

5、system is easy to control, high reliability, dedicated and strong, safety, energy conservation, etc., to meet the various large, colleges classroom lighting control requirements, to a large extent to save energy. Keywords: infrared sensors, intelligent control, PLC, energy-saving 目錄 III 目錄 1 引言.1 1.

6、1 教室燈光控制器研究的現狀及其存在的問題.1 1.2 研究的內容及意義.1 1.3 本課題需要解決的問題.2 2 教室照明控制器簡介.3 2.1 系統控制器簡介.3 2.2 控制方案分析.3 3 照明系統控制模塊的硬件設計.4 3.1 控制按鈕.4 3.2 人體紅外傳感器.4 3.2.1 人體紅外傳感器簡介.4 3.2.2 主動紅外傳感器工作原理.5 3.2.3 主動人體紅外傳感器功能特點：.5 3.2.4 主動紅外探測器的安裝使用要點：.6 3.3 光敏傳感器.7 3.3.1 光敏電阻工作原理.8 3.3.2 光敏電阻的主要功用.8 3.4S7-200PLC 概況.9 3.4.1 PLC

7、的定義.9 3.4.2 S7-200PLC 的特點.10 3.4.3 PLC 的基本組成及各部分作用.11 3.4.4 S7-200PLC 的工作原理.13 4 照明系統控制模塊的程序設計.15 5 照明系統調試運行及問題分析.22 目錄 IV 5.1PLC 系統調試方法及步驟.22 5.2 出現的主要問題及分析解決.23 總結 .24 參考文獻 .25 致謝 .26 附錄 .27 泰山學院本科畢業(yè)論文 1 1 引言 1.1 教室燈光控制器研究的現狀及其存在的問題 隨著國民經濟的快速發(fā)展和社會進步，高等教育在全社會愈加被關注和重視， 高校作為受教育者主要場合，數量在不斷地增加規(guī)模也在不斷擴大。

8、為了使師生 有更加舒適的教學和學習環(huán)境，這就需要我們在力所能及的范圍內對教室的面積、 設施和照度等進行一系列的改進1。 然而，由于現在大學開放式的管理風格，節(jié)能意識十分淡薄，在教室內無人 或人數很少的情況下，開啟了教室中絕大部分的照明燈。夜晚離開教室不關燈導 致長明燈現象比比皆是。這種有形和無形的浪費，大大增加了電力支出的負擔。 以泰山學院為例，經初步統計我校教照明燈數量約 6000 余盞，以每天僅亮燈 8 小時來計算，一年中扣除假期后，教室燈的耗電量約為 50 萬度，學校在教室用 電的經費上就得支出約為 30 萬元人民幣。而以每天浪費 2 小時用電來計算，一 年大約要浪費 13 萬度的電量，

9、占教室照明用電經費的四分之一。依此計算，放 眼我省，乃至全國，隨著高校不斷擴招，教室不斷擴大，如果有更多的電力設備， 雖然提高了課堂管理設備，然而用電負荷可想而知，更多的能源浪費不可估量2-4。 出于這些原因，提高教室電能利用率變得重要，學校節(jié)能措施也變得十分必 要，因此 PLC 課堂教學為主的自動照明控制系統的設計無疑將成為研究的重要課 題之一。 1.2 研究的內容及意義 此系統的工作原理是將采集的信號通過傳輸電路傳輸給PLC控制系統。經過 控制系統的分析處理以后，將控制信號輸出給執(zhí)行機構中的接觸器。通過控制接 觸器的接通與斷開來控制教室中的每一盞照明燈的接通與斷開。 該系統實現了對教室里每

10、一盞照明燈的單一智能控制 ，從而實現了對教室 里每一個地點的照明控制。這樣能更加合理的利用電能。對教室照明系統實現智 能控制后，當同學進入教室后照明燈會自動開啟。同學不會再因為晚上看不見照 明開關而煩惱，同時當同學離開教室的時候也不會因為忘記關燈而發(fā)生教室一整 泰山學院本科畢業(yè)論文 2 晚上都亮著燈的事件。從而方便了同學們進入教室，同時此設計增加了控制的安 全性，節(jié)約了電能。 1.3本課題需要解決的問題 本課題通過各種試驗來研究教室燈光的各種控制，主要解決如下關鍵問題: 1.環(huán)境光感采集問題 2.紅外傳感器采集以及輻射區(qū)域的問題 3.傳感器與教室照明燈的合理安裝問題 4.控制系統總圖以及程序的

11、設定 泰山學院本科畢業(yè)論文 3 2 教室照明控制器簡介 2.1 系統控制器簡介 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(fā)出的紅 外信號和環(huán)境光信號等，當周圍環(huán)境光的強度達到一定值時燈不亮，當環(huán)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5。 2.2控制方案分析 控制器以自然光

12、強度和人體存在作為主要的輸入參數。來實現自動與手動控 制相兼容。當自然光線較強時，無論人是否存在，都不開燈;當自然環(huán)境光較弱 時，有人存在且停留時間超過一定值時，控制器自動打開照明燈，直到人離開后 再延時一定時間后關燈，而針對需要開啟照明燈的數目，本課題提出了一種結合 了人體紅外感應傳感器探測器和人數探測模型的綜合判斷的方法。 本文所研究的教室照明控制器主要由硬件和軟件兩大部分組成。硬件部分是 前提，是整個控制系統執(zhí)行的基礎，它為軟件程序運行提供了平臺。而軟件部分， 是對硬件端口所體現的信號，加以采集、分析、處理，最終實現控制器所要實現 的各項功能，達到控制教室照明的效果。 泰山學院本科畢業(yè)論

13、文 4 3 照明系統控制模塊的硬件設計 該控制系統是以 PLC 主控模塊為核心的，由控制按鈕、人體紅外感應傳感器、 PLC 控制器、光敏傳感器、投影儀開啟信號等組成?？刂瓶驁D如下： 控制按鈕 紅外傳感器 光敏傳感器 PLC 控制器及 IO 擴展模塊 照明燈 1 照明燈 2 照明燈 3 照明燈 n 投影儀信號 圖1 系統控制圖 3.1控制按鈕 控制按鈕是一種結構簡單、應用廣泛的主令電器。 主要功用：白天當我們在教室需要使用投影儀時，我們拉上窗簾時，教室內 的光線會立刻變暗，達到照明燈自動開啟的亮度，該按鈕主要用于控制此時此刻 照明燈的開啟與關閉。 3.2人體紅外傳感器 3.2.1 人體紅外傳感器

14、簡介 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(fā)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(fā)展，它們也可以有效的促進熱釋電效應，熱釋電晶 泰山學院本科畢業(yè)論文 5 體的研發(fā)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

15、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(jiān)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。 3.2.2 主動紅外傳感器工作原理 主動紅外傳感器的發(fā)射機發(fā)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(fā)生變化，它經放大與信號處理 后，即控制發(fā)出報警信號。 主動紅外的發(fā)射光源，通常用紅外發(fā)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

16、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(fā)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(fā)光，以發(fā)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

17、，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。 3.2.3 主動人體紅外傳感器功能特點： 泰山學院本科畢業(yè)論文 6 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(jiān)控報警系統工程 中。 當主動紅外傳感器用在室外自然環(huán)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(huán)境相差太大。通常采用截止濾光片，濾去背景光中的極大部

18、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(fā)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

19、封鎖一個場地的四周，或封鎖幾個主要的通道路口 8。 3.2.4 主動紅外探測器的安裝使用要點： 1.按方向安裝在穩(wěn)固的物體上，并使發(fā)射與接收器在同一高度上。首先，根 據所需布防的距離與方向，一定要安裝在穩(wěn)固的物體上。因為發(fā)射器與接收器距 離較遠時，輕微的晃動就會引起誤報警。并且，還要使發(fā)射器與接收器盡可能地 安裝在同一高度上，以方便光束對準調試。 2.要避開樹葉搖晃及晾曬衣物等的影響。主動紅外傳感器是防備人的非法通 行，中間要嚴格防止樹葉搖晃及晾曬衣物等，對紅外光束的遮擋引起的誤報。 3.避免紅外光束的交叉誤射。當使用多對主動紅外傳感器，用來組成警戒封 鎖區(qū)或警戒封鎖網，乃至組成立體警戒封鎖區(qū)

20、時，千方要各對主動紅外傳感器使 用不同的頻率，要盡量避免紅外光束的交叉誤射。否則，容易引起失誤。 4.線路不能明敷，要穿管暗設。為防止主動紅外傳感器的供電線路被人破壞， 泰山學院本科畢業(yè)論文 7 不能明敷，必須穿管暗設。 5.安裝位置要能防寵物與小動物等引起的誤報。一般設置在通道上的主動紅 外探測器，探頭的位置一般應距離地面 50cm 以上；柵欄與圍墻頂上安裝的紅外 傳感器，其探頭位置應高出柵欄與圍墻頂 25cm，以防小貓小鳥等引起誤報。如果 是在柵欄與圍墻靠近頂部的側面作墻壁式安裝，可避開小貓小鳥等的活動干擾 9- 11。下圖為主動人體紅外傳感器： 圖2 紅外傳感器 3.3光敏傳感器 光敏傳

21、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 。傳感器圖如下： 泰山學院本科畢業(yè)論文 8 圖 3 光敏傳感器 3.3.1 光敏電阻工作原理 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(huán)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

22、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(fā)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。 泰山學院本科畢業(yè)論文 9 圖4 工作原理圖 3.3

23、.2光敏電阻的主要功用 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。 3.4 S7-200PLC 概況 3

24、.4.1 PLC 的定義 根據國際電工委員會 1987 年對 PLC 作了如下定義: PLC 是一種專門為在工業(yè) 環(huán)境下應用而設計的數字運算操作的電子設備?？梢跃幹瞥绦虻拇鎯ζ?，用來在 其內部存儲器，執(zhí)行邏輯運算，順序操作，計算，操作指令，并且可以是數字或 模擬的輸入和輸出，控制各種類型的機械或生產過程。 可編程控制器實際上就是一種工業(yè)控制類的計算機，它的硬件結構與一般微 機控制系統的結構基本上非常相似?？删幊绦蚩刂破髦饕芍醒胩幚韱卧⒋鎯?器、輸入/輸出模塊、編程器和電源五大部分組成。近年來發(fā)展的速度非?？欤?已經成為了應用極為廣泛的工業(yè)控制類裝置。它按照成熟的繼電器控制設計理念 泰山學院

25、本科畢業(yè)論文 10 和設計思想，利用不斷發(fā)展的新技術、新電子器件，已經形成了適應各種應用場 合的各種系列產品12。SIMATIC S7-200 系列 PLC 發(fā)展至今，大致經歷了兩代： 第一代產品其 CPU 模塊為 CPU 21X，主機都可進行擴展，它具有四種不同結 構配置的 CPU 單元：CPU 212，CPU 214，CPU 215 和 CPU 216. 第二代產品其 CPU 模塊為 CPU 22X，是在 21 世紀初投放市場的，速度快，具 有較強的通信能力。它具有四種不同結構配置的 CPU 單元：CPU 221，CPU 222，CPU 224 和 CPU 226，除 CPU 221 之外

26、，其他都可加擴展模塊。下圖為 S7- 200PLC 圖： 圖 5 S7-200PLC 3.4.2 S7-200PLC 的特點 可編程控制器 PLC 對用戶來說，是一種無觸點的設備，改變程序即可改變生 產工藝。目前，可編程控制器已經成為工廠自動化的強有力工具，得到了廣泛的 應用。可編程控制器是面向用戶的專用工業(yè)控制計算機，具有許多明顯的特點。 泰山學院本科畢業(yè)論文 11 1.可靠性高，抗干擾的能力強 PLC 因為采用現代較先進的大規(guī)模集成電路技術，制造時運用嚴格的先進的 生產過程和工藝步驟，由于內部的設計電路電路采用了較為先進的抗干擾技術， 使其具有了較高可靠性。PLC 以外的電路，在構成控制系

27、統中，繼電器系統和 PLC 同等規(guī)模相比，開關接點及電氣接線已大大較小。除此之外，PLC 還具有故 障自我檢測等功能，出現故障時 PLC 會及時發(fā)出警報信息，作為提示。應用者還 可以將自行編好的外圍器件的故障診斷程序輸入到所使用應用軟件中。這樣，整 個系統具有極高的可靠性。 2.配套齊全，功能完善，適用性強 多數 PLC 具有完善的數據運算能力，可用于控制數字領域?？捎糜诟鞣N規(guī)模 的工業(yè)控制應用。近年來 PLC 的功能單元也大量涌現，從而使 PLC 滲透到了溫度 實時控制、位置精確控制、CNC 等各種工業(yè)控制中。再加上增強的通信能力的 PLC 和人機界面技術，采用 PLC 控制系統組成多種變得

28、非常容易。 3.易學易用，深受工程技術設計人員歡迎 PLC 工業(yè)控制儀表是面向工礦企業(yè)。 PLC 接口容易，工程技術人員是很容易 接受它的編程語言。梯形圖的圖形符號及表達和繼電器電路非常相似，只有少量 的開關，PLC 邏輯控制指令可以方便地實現繼電器電路。不熟悉電子電路，計算 機原理和匯編語言的人使用工業(yè)控制計算機，打開了方便之門。 4.系統的設計、建造工作量小，維護方便，容易改造 PLC 用存儲邏輯代替接線邏輯，大大減少了外部接線的控制裝置，控制系統 的設計和施工周期短得多，但它變得容易維護。更重要的是，在同一臺設備后， 改變程序改變生產過程中盡可能。它非常適合于多品種，小批量的生產應用。

29、5. 體積小，重量輕，能耗低 比如以超小型為例，現在推出產的品種底部尺寸小于 100 mm，重量小于 150 g，功耗僅為數瓦。由于體積小，很容易裝入到機械的內部，是實現一體化的理 想控制設備13。 3.4.3 PLC 的基本組成及各部分作用 泰山學院本科畢業(yè)論文 12 PLC 是一種通用的工業(yè)控制裝置，其組成與一般的微機系統基本相同。如下 圖所示。 圖 6 PLC 硬件系統的基本組成圖 按結構形式的不同，PLC 可分為整體式和組合式兩類。下面針對 PLC 的組成部分 進行簡單的介紹： 1.中央處理單元(CPU)： CPU 在 PLC 中的作用就相當于人體的大腦神經中樞，它是 PLC 的運算、

30、控制 中心。它按照系統程序所賦予的功能，完成以下任務: (1)接收并存儲從編程器輸入的各種用戶程序和數據； (2)可以診斷出 PLC 內部電路的工作狀態(tài)和程序的語法是否正確； (3)用掃描的方式輸入外部輸入信號，送入 PLC 的數據寄存器并保存起來； 2.存儲器 存儲器按照在系統中發(fā)揮的作用可分以下幾種: (1)系統程序存儲器:PLC 也有它自己固定的解釋程序和監(jiān)控程序，它們決定 了 PLC 的功能，稱為系統程序存儲器。 (2)用戶程序存儲器: 用戶控制功能，根據應用程序的要求。用戶程序存儲 在用戶的程序存儲器中。因為用戶經常需要調試和程序的變化，所以用戶可以隨 時程序存儲器讀，寫更多的 RA

31、M。因為斷電后，RAM 中的數據將會丟失，所以這 個時候應該有備用電池，防止失去用戶程序的風險。當用戶程序調試修改完成后， 不希望被任意地改變，用戶程序可以被寫入到 EPROM 的。 (3)數據存儲器:工作數據是經常存取、經常變化的一些數據。這部分數據存 儲在 RAM 中，以適應隨機存取的要求。數據表可以存放我們需要的數據，它主要 泰山學院本科畢業(yè)論文 13 存儲一些用戶程序執(zhí)行時的可變參數值，比如計數器的當前值和設定值。還可以 用來儲存輸入模塊轉換后得到的數學運算后的結果等。為了滿足需要，利用后備 電池部分數據在停電時可以維持其當前值。 3.I/0 單元 PLC 與工業(yè)的生產過程的聯系是通過

32、 I/0 單元模塊。輸入單元接收如限位開 關，選擇開關，限位開關等各種控制信號。 4.電源部分 PLC 一般使用的電源為交流 220V，中央處理器、存儲器等電路所需要的電由 內部的開關電源提供 5V、+12V、+24V 的直流電源，這樣 PLC 就能夠正常工作。 電源部件的位置形式可有多種，對于整體式結構的 CPU，通常電源封裝到機 殼內部。 5.編程器 編程器的作用是為用戶進行編輯、編制、監(jiān)視和調試程序。 3.4.4 S7-200PLC 的工作原理 PLC 采用“順序掃描，不斷循環(huán)”的工作方式。每次掃描過程，集中采集輸 入信號，集中對輸出信號進行刷新。PLC 有 RUN 與 STOP 兩種基

33、本工作模式，在運 行模式，PLC 通過反復執(zhí)行用戶的程序來實現控制功能。為了使 PLC 的輸出及時 地響應隨時可能變化的輸入信號，用戶程序不是只執(zhí)行一次，而是不斷地反復執(zhí) 行，直至 PLC 停機或切換到 STOP 模式。PLC 的工作過程大致上可以分為三個階段， 即輸入采樣，用戶程序執(zhí)行和輸出刷新三個階段。完成這三個階段稱為完成一個 掃描周期。整個操作過程中，PLC 的 CPU 以恒定的掃描速度重復上述的三個階段。 1. 輸入采樣階段 在輸入采樣階段中，PLC 順序掃描讀取所有輸入狀態(tài)和數據，并將其存儲在 I / O 映象區(qū)相應的單元。輸入采樣結束后，用戶程序執(zhí)行和輸出刷新階段。在 這兩個階段

34、中，即使輸入數據的變化狀態(tài)，I/ O 映象區(qū)中的單元格對應的狀態(tài)和 數據不會改變。因此，如果輸入的是一個脈沖信號，該信號的脈沖寬度必須大于 泰山學院本科畢業(yè)論文 14 一個掃描周期中，為了確保在任何情況下，可以讀取輸入。 2.用戶程序執(zhí)行階段 在用戶程序執(zhí)行階段，PLC 用戶程序總是自上而下順序掃描的（階梯） 。在掃 描每一個階梯時，總是掃描梯子的左側的控制電路的聯系信息，根據第一個左和 右，第一下列構成的順序控制電路的觸點的邏輯運算，邏輯運算處理的結果 RAM 刷新線圈系統邏輯記憶狀態(tài)的相應位，刷新輸出線圈，或 I / O 映象區(qū)中的相應 位狀態(tài)，或確定是否執(zhí)行所需命令的特殊功能的階梯。換句

35、話說，用戶程序執(zhí)行， 只有進入 I / O 狀態(tài)和圖像區(qū)域的數據不會改變，而其他輸出設備和軟件的 I / O 映象區(qū)或系統 RAM 的內存區(qū)域的狀態(tài)和數據可能會改變，來到在梯子的頂部， 程序執(zhí)行的結果將在下面的梯形線圈或工作中使用這些數據，與此相反，排在下 面的入水口，刷新邏輯的線圈的狀態(tài)或數據只能到下一個掃描周期的應用上線。 在程序執(zhí)行過程中，如果你使用立即 I / O 指令，你可以直接訪問 I / O 點。使 用 I/ O 指令，然后輸入過程映像寄存器的值是不更新，程序直接從 I/ O 模塊值， 輸出過程映像寄存器將被立即更新，立即輸入一定的差異。 3.輸出刷新階段 當 PLC 用戶程序的

36、掃描結束后，進入輸出刷新階段。在此期間，依照 CPU 的 I / O 相對應的圖像區(qū)域的狀態(tài)和數據刷新所有的輸出鎖存器電路，然后輸出電 路的驅動器，最后輸出到相應的外部設備。這時，才是 PLC 的真正輸出14-16。 泰山學院本科畢業(yè)論文 15 4 照明系統控制模塊的程序設計 教室照明系統在上述原有硬件的基礎上，再配上相應的軟件，才能構成一個 比較完善的照明系統。用戶系統的硬件與軟件有著密切的關系。在系統的硬件及 輸入輸出方法確定后，程序軟件就可以完全獨立的進行設計、開發(fā)、運用。在程 序設計過程中，采用合理的程序設計結構是一項關鍵技術。在本系統的設計主要 應用的編程語言有順序功能圖語言、梯形圖

37、語言、功能塊語言、語句表等各種語 言之間可以通過軟件進行相互轉化?？刂葡到y的設計程序如下： 泰山學院本科畢業(yè)論文 16 泰山學院本科畢業(yè)論文 17 圖 7 系統控制圖 泰山學院本科畢業(yè)論文 18 表 1 輸入 I/O 地址分配 信號名稱I/O 地址 照度計 I0.0 首排按鈕 I0.1 中排按鈕 I0.2 后排按鈕 I0.3 紅外探測儀 1 I0.4 紅外探測儀 2 I0.5 紅外探測儀 3 I0.6 紅外探測儀 4 I0.7 紅外探測儀 5 I1.0 紅外探測儀 6 I1.1 投影儀信號 I1.2 手動/自動按鈕 I1.3 表 2 輸出 I/O 地址分配 信號名稱I/O 地址 KA1 中繼線

38、圈 Q0.0 KA2 中繼線圈 Q0.1 KA3 中繼線圈 Q0.2 KA4 中繼線圈 Q0.3 KA5 中繼線圈 Q0.4 KA6 中繼線圈 Q0.5 程序注釋： LD SM0.1 R M10.1, 3 R M20.1, 6 R T37, 12 手動： LD SM0.0 AN I1.3 LPS A I0.1 = M10.1 LRD 泰山學院本科畢業(yè)論文 19 A I0.2 = M10.2 LPP A I0.3 = M10.3 自動狀態(tài)下，光線變暗時，紅外感應探測器 1 動作 1min 后，M20.1 線圈得電： LD SM0.0 A I1.3 A I0.0 A I0.4 TON T37, 6

39、0 TOF T38, 60 A T37 AN T38 = M20.1 第二盞燈： LD SM0.0 A I1.3 A I0.0 A I0.5 TON T39, 60 TOF T40, 60 A T39 AN T40 = M20.2 第三盞燈： LD SM0.0 泰山學院本科畢業(yè)論文 20 A I1.3 A I0.0 A I0.6 TON T41, 60 TOF T42, 60 A T41 AN T42 = M20.3 第四盞燈： LD SM0.0 A I1.3 A I0.0 A I0.7 TON T43, 60 TOF T44, 60 A T43 AN T44 = M20.4 第五盞燈： LD

40、 SM0.0 A I1.3 A I0.0 A I1.0 TON T45, 60 TOF T46, 60 A T45 AN T46 泰山學院本科畢業(yè)論文 21 = M20.5 第六盞燈： LD SM0.0 A I1.3 A I0.0 A I1.1 TON T47, 60 TOF T48, 60 A T47 AN T48 = M20.6 手動狀態(tài)： LD SM0.0 LPS A M10.1 = Q0.0 = Q0.1 LRD A M10.2 = Q0.2 = Q0.3 LPP A M10.3 = Q0.4 = Q0.5 有投影儀信號時： LD SM0.0 泰山學院本科畢業(yè)論文 22 A I1.3

41、A I1.2 = M20.0 自動狀態(tài)： LD SM0.0 LPS A M20.1 AN M20.0 = Q0.0 LRD A M20.2 AN M20.0 = Q0.1 LRD A M20.3 = Q0.2 LRD A M20.4 = Q0.3 LRD A M20.5 = Q0.4 LPP A M20.6 = Q0.5 以上即為該系統的軟件控制程序，通過該控制程序以及結合所應用的硬件， 這樣可以有效地控制照明燈的開與關。使整個控制系統安全可靠的運行。 泰山學院本科畢業(yè)論文 23 5 照明系統調試運行及問題分析 教室的整個照明系統設計完成后，要進行簡單的運行調試，來排除硬件和軟 件的故障，同事

42、來檢驗設備的可靠性及穩(wěn)定性，使系統符合設計要求。本系統的 調試主要分兩個步驟:PLC 系統調試以及整個控制系統試運行調試。 5.1PLC 系統調試方法及步驟 PLC 系統的調試應包括硬件及軟件兩部分，主要是通過調試發(fā)現硬件及軟件 中存在的問題，查看其運行結果是否符合設計要求。 并行的硬件和軟件的發(fā)展，可以是相互獨立的，但是，為了系統的穩(wěn)定性的 附加工具，他們需要提供的調試環(huán)境。當硬件和軟件分調整完成后，他們將軟件 和硬件聯邦調查局，調試，找出問題，確定問題的根源，修改硬件和軟件。 在實際調試系統，應該首先完成對靜態(tài)的硬件調試，在初步調試系統軟件后， 再對其中的軟件和硬件進行動態(tài)調試，并最終使系

43、統正常工作。 1.靜態(tài)調試: 靜態(tài)調試的主要目的是明顯的硬件故障排除。電路結構后，查 看端口是否正確連接，連接可靠。我們可以用一個萬用表檢查電路是否開路，短 路，電源接地連接是可靠的。檢查焊接處有無虛焊，焊縫，焊接等不足。當到電 路板上的芯片，傳感器和其他組件，以確保整個電源的極性，電壓是正確的，以 防止電源電壓過高的極性反轉，或損壞的芯片或傳感器。此外，插入的設備，必 須是在斷電的情況下，特別要注意，不要將芯片插入相反的方向。 2.軟件調試：在程序編制好以后，通過電腦軟件對源程序進行匯編，變?yōu)榭?執(zhí)行的目標代碼，在匯編過程中出現的錯誤，要及時糾正。在軟件調試用軟件仿 真開發(fā)系統調試程序，而硬

44、件仿真，模擬和運行模擬指令完成軟件開發(fā)的全過程。 調試過程中的運行狀態(tài)，寄存器狀態(tài)，端口狀態(tài)，所以可以指定窗口的顯示區(qū)域， 顯示這些程序的運行結果進行跟蹤，以確定程序運行沒有錯誤。 3.動態(tài)調試: 控制系統的軟件和硬件密切相關的軟件模擬硬件系統的一部分 的發(fā)展不能診斷，但也不能在線模擬仿真，所以用戶程序還需跟硬件連接起來進 行聯調，同時對軟件和硬件進行檢查和診斷。PLC 系統進行在線調試，需要使用 硬件和軟件診斷電路仿真，調試。在應用系統板調試成功，被加載到用戶程序的 泰山學院本科畢業(yè)論文 24 在線仿真器，那么你就可以有效地執(zhí)行目標程序，此外可能還需要設置一個斷點 執(zhí)行用戶程序段。系統硬件故

45、障也主要依靠在線模擬排除。用戶程序與硬件不接 觸需要動態(tài)調試工具的幫助下，在網上找到的邏輯錯誤，正確的邏輯錯誤。對于 一些硬件相關的用戶程序，如接口驅動程序，你需要滿足硬件電路的調試，如果 有一個邏輯上的錯誤，也能及時更正。經過調試，使用，使整個系統啟動并正常 運行，在線編程后將將程序固化后下載到 PLC。 5.2 出現的主要問題及分析解決 系統調試是一種復雜而仔細的工作，因此，在調試過程中需仔細耐心的檢查、 認真的解決出現的一切問題。只有將可能發(fā)生的問題都得到解決后，才能保證整 個系統的正常運行。在此教室照明系統中調試的過程中可能出現的主要問題有： 問題 1:有人進入教室時，若停留時間沒有超過十秒時，傳感器會不會有信號 輸出？ 分析解決:當有人進入教室時，若停留時間沒有超過十秒時，可以利用延時 計時器，延時接通電路，使信號不進行輸出。此問題在系統軟件設計時，將有人 體存在的狀態(tài)保持二至五分鐘再繼續(xù)采集信號，并加以處理。 問題 2:控制信號輸出后，繼電器沒按預定設計產生動作。 分析和解決：該輸出控制信號，控制繼電器，該晶體管的集電極端子的使用， 以驅動繼電器，最后驅動負載。還要注意的是繼電器驅動電路與所述繼電器線圈 并聯的續(xù)流二極管上的驅動晶體管，以增加保護。 泰山學院本科畢業(yè)論文 25