【基于PLC智能照明控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)10000字（論文）】

I第一章引言1.1課題研究背景隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展，人們漸漸開始關(guān)注能源消耗的問題,對(duì)社會(huì)能源的浪費(fèi)不但會(huì)造成社會(huì)經(jīng)濟(jì)的損失,而且碳排放量也大大增加,嚴(yán)重污染環(huán)境,所以節(jié)約能源消耗是人們生產(chǎn)生活過程中的一個(gè)重要主題。講到節(jié)電,人們常常會(huì)忽視了日常生活中照明能源的消耗,由于其照明的單位容量小,設(shè)備安裝位置較分散,從而變得無關(guān)緊要。事實(shí)上，隨著城市規(guī)模的不斷擴(kuò)大發(fā)展，道路公共照明也逐漸普及，照明設(shè)備的單個(gè)容量增加、總?cè)萘恳苍诖蟠笤黾樱h(huán)境美化用的照明燈也逐漸奪目耀眼。大學(xué)校園的建筑都建立在人員較少的郊區(qū)，建筑密度低。所以公共照明如公共場(chǎng)合、教學(xué)樓、宿舍等場(chǎng)合所用的照明用電占總照明能源很高的比例，照明燈具的容量大，照明工作時(shí)間很長[1]。現(xiàn)如今，人們的生活質(zhì)量漸漸提高，公共場(chǎng)所引入照明設(shè)備來改善人們的生活質(zhì)量。因此，照明能耗在社會(huì)總能耗中的比重日益增加。為了讓生活更輕松，這些照明設(shè)備有時(shí)會(huì)因?yàn)闊o人管理而整夜開著，造成大量電力和能源的浪費(fèi)。因此，照明的節(jié)能問題越來越重要[2]?，F(xiàn)在國內(nèi)外廣泛使用的節(jié)能開關(guān)基本都是聲控、光敏、觸敏。單一的開關(guān)控制會(huì)有其自身的缺點(diǎn)，因此研究和設(shè)計(jì)出一種智能照明控制系統(tǒng)來替代現(xiàn)控制系統(tǒng)是非常有意義的工作。1.2國內(nèi)外研究現(xiàn)狀1.2.1國外PLC智能照明技術(shù)的發(fā)展與現(xiàn)狀PLC技術(shù)在世界上的發(fā)展已經(jīng)非常的成熟，對(duì)于PLC的控制技術(shù)研究能力漸漸增強(qiáng)，大大降低了PLC運(yùn)行時(shí)的功率消耗和體積，在提高了PLC的運(yùn)行穩(wěn)定的同時(shí)也降低了制作成本。隨著技術(shù)的不斷迭代升級(jí)，人們根據(jù)PLC產(chǎn)品的特色以及地理位置分為美國、日本和歐洲三個(gè)主要流派，它們的研發(fā)共同特點(diǎn)都是使編程和故障檢測(cè)更加靈活方便[3]。20世紀(jì)60年代末，美國的通用汽車有限公司為了提高工廠的能力,找到美國的國家數(shù)字化工業(yè)設(shè)備有限公司，通過調(diào)查研究出一臺(tái)可編程控制器并命名為PDP-14;在日本的20世紀(jì)70年代初,日本研發(fā)了一臺(tái)可編程控制器命名為DCS-8;在我國20世紀(jì)70年代末，我國在工業(yè)應(yīng)用中開始推廣和應(yīng)用可編程控制器[4]。PLC的發(fā)展歷程經(jīng)歷了4次的迭代，世界上研發(fā)了將近400多種PLC產(chǎn)品，生產(chǎn)廠家達(dá)200多家，我們根據(jù)PLC研究主導(dǎo)方向的不同可大致分為三大流派。A-B公司、莫迪康（MODICON）公司、西門子（SIEMENS）公司和三菱等三大流派的PLC產(chǎn)品占據(jù)了80%的市場(chǎng)份額[5]。1.2.2國內(nèi)PLC智能照明技術(shù)的發(fā)展與現(xiàn)狀近年來，隨著國內(nèi)工業(yè)控制水平的不斷提高和工業(yè)4.0時(shí)代的到來，國產(chǎn)PLC不斷發(fā)展，在新能源、環(huán)保等新興行業(yè)不斷取得業(yè)務(wù)突破。我國也不斷出臺(tái)新的政策來支持PLC市場(chǎng)的發(fā)展，從2011年4月工信部首先推出了《有關(guān)加速推動(dòng)信息化與工業(yè)發(fā)展深入融入的幾個(gè)建議》的政策實(shí)現(xiàn)了信息技術(shù)與工業(yè)基礎(chǔ)深入融入能力,加快發(fā)展高檔數(shù)控技術(shù)體系、制造執(zhí)行管理系統(tǒng)和工業(yè)生產(chǎn)管理系統(tǒng),加速工業(yè)生產(chǎn)管理、現(xiàn)代物流等領(lǐng)域計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)設(shè)備、智慧服務(wù)終端、傳感器產(chǎn)品和重要應(yīng)用信息系統(tǒng)的工業(yè)化進(jìn)度[6]；2016年10月國家產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督管理檢驗(yàn)檢疫總署和國家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員推出《工業(yè)控制系統(tǒng)信息安全保護(hù)指引》該規(guī)范面向工業(yè)生產(chǎn)智能化和監(jiān)控管理系統(tǒng)中的PLC應(yīng)用領(lǐng)域,規(guī)范了網(wǎng)絡(luò)安全的測(cè)試、評(píng)價(jià)、保護(hù)和信息管理等各領(lǐng)域方面信息安全保護(hù)需求,為工控管理系統(tǒng)的設(shè)訐方、機(jī)械設(shè)備制造商、信息技術(shù)系統(tǒng)集成商、用戶等多方參與主體提出了可操作性的工控信息安全技術(shù)標(biāo)準(zhǔn),建立了業(yè)界網(wǎng)絡(luò)安全標(biāo)準(zhǔn)化體系,推動(dòng)了我國工業(yè)控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)安全產(chǎn)品和體系的發(fā)展[7]。1.3研究內(nèi)容及意義本課題主要研究內(nèi)容對(duì)象是校園的照明系統(tǒng)控制。校園照明系統(tǒng)的電能消耗，主要是道路照明、教學(xué)樓照明的高需求量，且使用手動(dòng)控制照明系統(tǒng)的方法，對(duì)照明造成了一定的浪費(fèi)。根據(jù)白天和夜晚的判斷來識(shí)別是否需要照明控制，調(diào)查學(xué)生的生活作息規(guī)律，當(dāng)學(xué)生晚上下課或者自習(xí)課下，系統(tǒng)根據(jù)設(shè)定時(shí)間將道路照明全部打開并減少學(xué)生較少地區(qū)的照明亮度；當(dāng)學(xué)生大部分在宿舍時(shí)，適當(dāng)降低道路照明要求，教學(xué)樓區(qū)（自習(xí)室除外）照明系統(tǒng)進(jìn)入節(jié)能模式；學(xué)生存在寒暑假假期，在此期間學(xué)校照明系統(tǒng)需要停止工作，根據(jù)該時(shí)間設(shè)計(jì)出相應(yīng)的控制時(shí)序，根據(jù)PLC進(jìn)行控制照明系統(tǒng)按設(shè)計(jì)時(shí)序進(jìn)行運(yùn)行控制。本課題研究的智能控制系統(tǒng)能夠在確保燈具正常工作的條件下，給照明燈具輸出合理地照明運(yùn)行功率，能夠有效地增加燈具的照明使用壽命，并減少燈具維護(hù)的難度，在各種情況下能穩(wěn)定地進(jìn)行照明工作。最主要的是可以實(shí)現(xiàn)照明的精確控制，從而實(shí)現(xiàn)節(jié)能的目的[8]。針對(duì)全時(shí)段、全負(fù)荷運(yùn)行而言，根據(jù)綜合考慮智能照明控制系統(tǒng)大約節(jié)約電能效率為15%-20%。同時(shí)本課題的完成，說明PLC在照明控制系統(tǒng)中的應(yīng)用及其實(shí)現(xiàn)，讓學(xué)生對(duì)PLC智能系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和完善具有一定地參考價(jià)值，通過此類PLC項(xiàng)目的實(shí)踐開發(fā)，使我的專業(yè)知識(shí)快速與工程實(shí)踐進(jìn)行結(jié)合，能夠進(jìn)一步提高我的實(shí)踐能力。第二章PLC智能控制系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)2.1PLC智能照明控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思想2.1.1照明系統(tǒng)的需求分析1.提高管理效率本課題所研究的智能控制系統(tǒng)主要為了實(shí)現(xiàn)控制系統(tǒng)操作更簡(jiǎn)單和靈活，能夠減少操作人員的重復(fù)性勞動(dòng)的問題。提高照明管理的高效性并且降低了照明控制系統(tǒng)的所需的運(yùn)行成本以及更大的投資回報(bào)價(jià)值[9]。2.節(jié)約電能現(xiàn)如今越來越多的電力能源用來滿足人們的照明，隨著照明場(chǎng)合規(guī)模的擴(kuò)大也逐漸產(chǎn)生過度照明的、無人照明等浪費(fèi)現(xiàn)象。使用智能控制系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)在保證照明需求的情況下精確照明，也根據(jù)所需的時(shí)間進(jìn)行合理調(diào)整照明時(shí)長等要求從而實(shí)現(xiàn)節(jié)約電能的作用。根據(jù)合理計(jì)算出相比于以往人工照明控制，智能控制系統(tǒng)節(jié)電率可以達(dá)到15%-30%。3.智能化發(fā)展使用智能控制系統(tǒng)，能夠?qū)崿F(xiàn)基本照明場(chǎng)合的燈光的控制；也可以使用者的需求和特定的場(chǎng)景來進(jìn)行合理的調(diào)整，來實(shí)現(xiàn)適合使用者滿意的照明質(zhì)量。隨著科技的不斷發(fā)展，我相信會(huì)在這個(gè)智能控制的基礎(chǔ)上不斷的進(jìn)行迭代和創(chuàng)新來滿足人們的照明需求，不斷的增加人們的照明品質(zhì)[10]。2.1.2照明系統(tǒng)的設(shè)計(jì)過程對(duì)校園照明控制系統(tǒng)的需求進(jìn)行初步系統(tǒng)配置，設(shè)計(jì)出校園照明控制的時(shí)間和照明電氣部分。首先，根據(jù)校園學(xué)生主流的合理作息來進(jìn)行對(duì)照明布置；其次對(duì)照明燈具的具體參數(shù)需求來進(jìn)行燈具的選型、傳感器的選擇等硬件部分設(shè)計(jì)；然后就是軟件部分設(shè)計(jì)，根據(jù)照明需求編寫出相應(yīng)的程序；最后通過PLC系統(tǒng)根據(jù)需求不斷修改，直至滿足校園照明控制的需求。2.2PLC智能照明控制系統(tǒng)的組成模塊PLC智能照明控制系統(tǒng)主要有可編程控制器、觸摸屏、各類傳感器和照明燈具組成。根據(jù)對(duì)校園大部分學(xué)生的作息習(xí)慣來進(jìn)行設(shè)置照明設(shè)計(jì)，通過光照檢測(cè)模塊和聲音檢測(cè)模塊來進(jìn)行外部數(shù)據(jù)收集，數(shù)據(jù)傳入PLC進(jìn)行處理并判斷是否滿足照明需求、節(jié)能運(yùn)行和報(bào)警等狀態(tài)[11]。人們可以通過觸摸屏來觀察了解當(dāng)前系統(tǒng)狀態(tài)，并通過觸摸屏來對(duì)照明控制系統(tǒng)進(jìn)行照明控制。照明控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖如圖2-1所示。圖21照明控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖2.2.1光照檢測(cè)模塊為了智能照明系統(tǒng)能夠識(shí)別白天還是夜晚，使用大量地光照檢測(cè)傳感器進(jìn)行多點(diǎn)實(shí)時(shí)檢測(cè)出光照強(qiáng)度和設(shè)定閾值進(jìn)行對(duì)比判斷，大于等于閾值系統(tǒng)判斷是白天，相反判斷為黑夜[12]。2.2.2聲音檢測(cè)模塊為了能夠即滿足了照明需求的同時(shí)，也滿足節(jié)能效果。我們通過聲音檢測(cè)模塊來收集在照明系統(tǒng)正常工作的情況下的分貝數(shù)據(jù)，人為的設(shè)置分貝閾值。當(dāng)檢測(cè)分貝大于閾值時(shí)，照明控制系統(tǒng)正常工作；反之，照明控制系統(tǒng)降低一定的照明亮度使系統(tǒng)進(jìn)入節(jié)能模式。2.2.3節(jié)能運(yùn)行模塊該區(qū)域無需正常照明亮度時(shí)，智能控制系統(tǒng)進(jìn)入節(jié)能模式。當(dāng)智能控制系統(tǒng)需要進(jìn)行正常工作時(shí)，即照明設(shè)備脫離節(jié)能模式，需要系統(tǒng)等待3s，以確保節(jié)能模式不影響系統(tǒng)的正常工作[13]。2.2.4報(bào)警模塊每天設(shè)置時(shí)間進(jìn)行系統(tǒng)自檢，檢測(cè)各個(gè)傳感器的數(shù)值是否在閾值內(nèi)波動(dòng)，如果有波動(dòng)則系統(tǒng)正常工作，反之在觸摸屏上顯示報(bào)警信息。維修人員根據(jù)報(bào)警代碼找到相應(yīng)傳感器進(jìn)行維修。

第三章PLC智能控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)3.1線路結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)本課題以校園照明系統(tǒng)為例，根據(jù)大部分學(xué)生照明需求對(duì)燈具進(jìn)行安裝。線路圖采用了母線兩端供電的安裝方式,有利于節(jié)約母線和控制開關(guān)的容量[14]。保證各電路都有獨(dú)立的接觸器進(jìn)行監(jiān)控,可編程控制器通過編寫的程序來對(duì)接觸器進(jìn)行監(jiān)督。線路結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)示意圖如圖3-1所示。圖中簡(jiǎn)畫出一條教學(xué)樓線路供電圖、一個(gè)操場(chǎng)體育館供電圖和一個(gè)宿舍區(qū)的供電系統(tǒng)圖。圖31供電系統(tǒng)示意圖3.2PLC的相關(guān)設(shè)計(jì)可編程控制器作為控制系統(tǒng)的核心，對(duì)PLC的選型便成為重要的一環(huán)，現(xiàn)如今國內(nèi)PLC技術(shù)的迅速發(fā)展，也擁有自己的PLC品牌如信捷、匯川。但根據(jù)控制系統(tǒng)的需求需要在PLC選型上考慮點(diǎn)數(shù)、作用以及價(jià)格方面的因素，使得最終的控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)更簡(jiǎn)潔穩(wěn)定[15]。3.2.1初步確定機(jī)型本課題所研究的照明控制系統(tǒng)比較簡(jiǎn)單、控制邏輯簡(jiǎn)潔，根據(jù)照明控制需求進(jìn)行挑選性價(jià)比較高的國內(nèi)外小型模塊化可編程控制器PLC。西門子公司生產(chǎn)的S7-1200系列的PLC具有運(yùn)行高穩(wěn)定性以及通用多種編程語言等特點(diǎn)，所以本課題照明控制系統(tǒng)的控制核心選擇西門子S7-1200系列的可編程控制器[16]。3.2.2PLC型號(hào)的確定照明系統(tǒng)中的按鈕、傳感器和照明設(shè)備等共使用了8個(gè)輸入點(diǎn)，18個(gè)輸出點(diǎn)。通常，在可編程控制器PLC選型時(shí)我們需要計(jì)算出理論上輸入輸出點(diǎn)總數(shù)的1.25倍，即輸入、輸出點(diǎn)數(shù)和為26*(1+25%)=33(點(diǎn))，比理論值多出的點(diǎn)數(shù)是給客戶的預(yù)留點(diǎn)。城市照明設(shè)備一般直接接入城市電網(wǎng)，常規(guī)模式工作電壓一般為220V，為保證輸出端子電壓的統(tǒng)一，故采用繼電器輸出類型PLC，西門子PLC型號(hào)為S7-12001212C。示意圖如圖3-2所示。圖32西門子S7-12001212C結(jié)構(gòu)示意圖3.2.3PLC的I/O口分配表為了保證本課題智能照明系統(tǒng)控制的準(zhǔn)確性，我們?cè)趯W(xué)校隨機(jī)選取了教學(xué)樓、宿舍區(qū)和體育場(chǎng)三個(gè)地方，分別安裝編好號(hào)的照明燈具。同時(shí)在相應(yīng)的區(qū)域一并安裝了光照監(jiān)測(cè)儀和分貝監(jiān)測(cè)儀。對(duì)應(yīng)的PLC的I/O分配表如表3-1所示。

表31PLC的I/O口分配表地址注釋地址注釋I0.0啟動(dòng)Q0.5教學(xué)樓區(qū)照明3（節(jié)能）I0.1停止Q12.0宿舍區(qū)照明1IW112教學(xué)樓區(qū)光線監(jiān)測(cè)Q12.1宿舍區(qū)照明1（節(jié)能）IW114教學(xué)樓區(qū)分貝監(jiān)測(cè)Q12.2宿舍區(qū)照明2IW116宿舍區(qū)光線監(jiān)測(cè)Q12.3宿舍區(qū)照明2（節(jié)能）IW118宿舍區(qū)分貝監(jiān)測(cè)Q12.4宿舍區(qū)照明3IW120體育場(chǎng)光線監(jiān)測(cè)Q12.5宿舍區(qū)照明3（節(jié)能）IW122體育場(chǎng)分貝監(jiān)測(cè)Q12.6體育場(chǎng)照明1Q0.0教學(xué)樓區(qū)照明1Q12.7體育場(chǎng)照明1（節(jié)能）Q0.1教學(xué)樓區(qū)照明1（節(jié)能）Q13.1體育場(chǎng)照明2Q0.2教學(xué)樓區(qū)照明2Q13.2體育場(chǎng)照明2（節(jié)能）Q0.3教學(xué)樓區(qū)照明2（節(jié)能）Q13.3體育場(chǎng)照明3Q0.4教學(xué)樓區(qū)照明3Q13.4體育場(chǎng)照明3（節(jié)能）3.2.4PLC擴(kuò)展模塊的選擇為實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境，保證照明效果不受季節(jié)、天氣因素影響，做到天黑燈亮，天亮燈滅，本系統(tǒng)加入了光照檢測(cè)傳感器，并且為了降低誤差，避免樹木教學(xué)樓陰影遮擋造成的誤判，采用3組傳感器聯(lián)動(dòng)的算法。同時(shí)為確保節(jié)能模式不影響特殊使用需求，加裝了聲音檢測(cè)傳感器，有較多數(shù)據(jù)需要接收并處理，因此需要額外的AI輸入端子，通過添加1個(gè)8個(gè)輸入點(diǎn)的SM1231擴(kuò)展模塊實(shí)現(xiàn)。因照明設(shè)備啟動(dòng)耗電量極大，同時(shí)啟動(dòng)會(huì)對(duì)電網(wǎng)產(chǎn)生巨大壓力，造成校園電網(wǎng)紋波，需要分批逐步啟動(dòng)，故需要較多輸出點(diǎn)進(jìn)行控制，因此加裝一個(gè)16輸出點(diǎn)的SM1223擴(kuò)展模塊實(shí)現(xiàn)。3.2.5外部接線圖西門子S7-12001212C外部接線圖如圖3-3所示：

圖33西門子S7-12001212C外部接線圖3.3照明設(shè)備的選型3.3.1燈具的選擇常用城市照明設(shè)備為LED路燈和高壓鈉燈。高壓鈉燈的照明亮度的顯色性不如LED燈具的照明亮度顯色性，LED燈具的照明顯色指數(shù)達(dá)到75以上，LED燈具照亮的光衰周期小,連續(xù)使用第一年的光衰程度不足3%,應(yīng)用10年依舊能夠適應(yīng)基本人們的光照需求,而高壓鈉燈照亮的光衰周期大,平均每年降低30%。LED燈具在控制系統(tǒng)過程中使用壽命長，光效高。所以最終選擇LED路燈[17]。3.3.2照明電源的選擇LED最適合的應(yīng)該是用恒流驅(qū)動(dòng)，只有在成本受限的情況下才能使用串電阻限流的辦法，而且電阻限流亮度不穩(wěn)定，能量效率較低。另外LED不適合并聯(lián)驅(qū)動(dòng)，會(huì)導(dǎo)致電流不均衡，提前燒燈珠。如果用恒壓電源驅(qū)動(dòng)LED的話，選用的電源電壓至少要比LED標(biāo)稱電壓高三分之一，然后按照額定的電流，讓電阻把電源多余的電壓吃掉，計(jì)算電阻的阻值和功耗，選取稍大的阻值和適當(dāng)放大功耗，電阻的散熱也要考慮[18]。如下圖3-4所示，是LED溫度和最大允許電流的關(guān)系，可以看出，當(dāng)溫度超過40攝氏度時(shí)，電流就需要降額使用了，當(dāng)超過85攝氏度時(shí)，只要工作，就會(huì)發(fā)生損壞了。圖34LED溫度和最大允許電流的關(guān)系基于以上考量，使用恒流電源驅(qū)動(dòng)?；谛@路燈的特殊性，教學(xué)樓附近的照明設(shè)備若是噪音明顯，會(huì)影響學(xué)生晚間學(xué)習(xí)的質(zhì)量，因此采用模擬調(diào)光電源；而一般道路照明設(shè)備為節(jié)約能源，采用PWM調(diào)光電源。3.4觸摸屏的選擇觸摸屏作為系統(tǒng)的可視化控制設(shè)備，一般用于參數(shù)設(shè)置，數(shù)據(jù)監(jiān)視與調(diào)試控制。西門子擁有配套的觸控面板——HIM精智面板，但由于博途內(nèi)置的HIM編程系統(tǒng)過于簡(jiǎn)陋，需要額外配合WinCC使用，編程復(fù)雜，設(shè)計(jì)困難。雖然HIM面板功能強(qiáng)大，使用方便，但價(jià)格高昂，且不便于用戶根據(jù)需求自由調(diào)整與拓展。因此，本課題選擇國產(chǎn)的MCGS昆侖通態(tài)觸控面板。3.4.1MCGS昆侖通態(tài)觸摸屏與PLC的連接觸摸屏能夠使系統(tǒng)操作更加簡(jiǎn)便快速，并且能夠顯示當(dāng)前照明設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)。觸摸屏界面設(shè)計(jì)需要根據(jù)設(shè)備要求，需求加入不同的功能，設(shè)計(jì)者設(shè)計(jì)觸摸屏畫面，以達(dá)到需求目標(biāo)。設(shè)置通訊協(xié)議：打開界面上“設(shè)備窗口”中的“設(shè)備窗口”的圖標(biāo)，接著系統(tǒng)會(huì)彈出"設(shè)備組態(tài)"談話框,在相應(yīng)的談話框中尋找并選中"PLC","西門子"中的"Siemens-1200以太網(wǎng)"。完畢后需要對(duì)其屬性做出相應(yīng)的設(shè)定,方便PLC和HMI實(shí)現(xiàn)信號(hào)的傳輸。首先雙擊已經(jīng)加入的"Siemens-1200"對(duì)通用串口設(shè)備屬性開始編寫。機(jī)架和槽號(hào)設(shè)定為1,通過修改接觸屏的IP地址與接觸屏ip地址在同一個(gè)網(wǎng)段中。結(jié)果如圖3-5所示。圖35觸摸屏與PLC的連接示意圖3.4.2MCGS界面展示及設(shè)計(jì)流程1）界面展示MCGS界面是基于Windows平臺(tái)的快速構(gòu)建上位機(jī)監(jiān)控現(xiàn)場(chǎng)的組態(tài)控制系統(tǒng)軟件。用戶只需通過模塊化進(jìn)行系統(tǒng)配置，即可構(gòu)建自己需求的應(yīng)用系統(tǒng)，如采集和監(jiān)控現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)處理以及前端數(shù)據(jù)的控制等。觸摸屏的簡(jiǎn)單設(shè)置如圖3-6所示。圖36觸摸屏設(shè)置2）設(shè)計(jì)流程MCGS界面應(yīng)設(shè)有登錄界面，調(diào)試模式與自動(dòng)運(yùn)行模式，其中調(diào)試模式應(yīng)包含相應(yīng)測(cè)試流程，可以分別測(cè)試在各種狀態(tài)下照明系統(tǒng)是否正常運(yùn)行。其中，默認(rèn)晚自習(xí)時(shí)間為本校晚自習(xí)時(shí)間，熄燈時(shí)間為宿舍斷網(wǎng)時(shí)間，寒暑假分別為2月與7、8月，在調(diào)試過程中無需額外設(shè)置，各區(qū)域允許單獨(dú)測(cè)試，也可以聯(lián)動(dòng)測(cè)試。調(diào)試模式圖3-7所示：圖37MCGS調(diào)試模式自動(dòng)運(yùn)行界面（如圖3-8所示）可以設(shè)置實(shí)際照明系統(tǒng)時(shí)間規(guī)劃，但其他項(xiàng)目不再能手動(dòng)更改，只能接收相應(yīng)傳感器或者PLC的數(shù)據(jù)反饋，若有傳感器故障，則界面中心出現(xiàn)滾動(dòng)報(bào)警條高亮顯示報(bào)警信息，以便維修人員快速進(jìn)行維護(hù)作業(yè)。圖38MCGS自動(dòng)運(yùn)行模式

第四章PLC智能控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)4.1編程軟件4.1.1軟件介紹S7-1200可編程控制器使用TIAPortalV15編程軟件進(jìn)行編程。TIAPortalV15又稱博途v15,由西門子集團(tuán)研發(fā)了全融合智能化程序設(shè)計(jì)軟件系統(tǒng),融合了STEP7,WINCC,STARTDRIVE等工業(yè)應(yīng)用軟件。首個(gè)具有統(tǒng)一規(guī)范的工程組態(tài)和軟件項(xiàng)目管理工作環(huán)境的工業(yè)自動(dòng)化軟件系統(tǒng),基本上適合于各種工業(yè)生產(chǎn)智能化任務(wù)。它功能強(qiáng)大、性能強(qiáng)和兼容性高等特點(diǎn)，自身功能全面能夠滿足對(duì)觸摸屏、可編程控制器PLC、進(jìn)行編程調(diào)試和仿真操作，實(shí)時(shí)監(jiān)控用戶程序的執(zhí)行狀態(tài)。4.1.2編程語言可編程控制器PLC的第一個(gè)程序設(shè)計(jì)語句是梯形圖,它是一款可編程控制器中應(yīng)用最多的圖形編程語言。梯形圖能夠直觀進(jìn)行的表達(dá)出控制的邏輯功能。梯形圖編程的規(guī)則梯形圖的編程都需要從左母線編寫到右母線結(jié)束；梯形圖的輸出線圈只需要與左母線相連即可；梯形圖編程同一個(gè)輸出線圈不可以對(duì)應(yīng)不同2個(gè)輸出，否則，只有后設(shè)置的線圈有輸出；梯形圖串并聯(lián)的觸電的數(shù)量沒有限制要求；梯形圖程序編寫時(shí)，順序從左到右，從上到下，程序運(yùn)行也是這個(gè)順序。梯形圖編寫流程梯形圖的正確合理的編寫流程可以分為簡(jiǎn)單的五個(gè)步驟：新建工程項(xiàng)目、輸入需要的指令、創(chuàng)建系統(tǒng)的邏輯網(wǎng)絡(luò)、輸入所用的地址和編譯與保存梯形圖。4.2程序流程設(shè)計(jì)為了更加方便直觀的對(duì)PLC智能控制系統(tǒng)的程序邏輯進(jìn)行合理有效的分析，制作了根據(jù)時(shí)間分配的校園照明控制程序的流程圖。本程序根據(jù)校園需求照明時(shí)間進(jìn)行判斷，首先對(duì)校園是否處在寒暑假期間進(jìn)行判別（即判斷月份），再通過判斷一天中各個(gè)時(shí)段來進(jìn)行合理有效的照明控制。照明控制程序流程圖如圖4-1所示：圖4-1照明控制程序流程圖4.3照明系統(tǒng)的設(shè)計(jì)4.3.1時(shí)間分配控制方案1）對(duì)于每天的時(shí)間分配根據(jù)一段時(shí)間考察對(duì)大學(xué)生的普遍活動(dòng)規(guī)律、道路照明亮度需求進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)和測(cè)量，結(jié)果如下表4-1所示。

表4-SEQ表格\*ARABIC\s21學(xué)生活動(dòng)場(chǎng)所時(shí)間分布表時(shí)間段主要場(chǎng)所學(xué)生大概占比18：00~21：00操場(chǎng)、教學(xué)樓30%、30%21：00~23：00宿舍、教學(xué)樓60%、30%23：00~次日宿舍99.99%由上表可知，18：00~20：00有一半左右的學(xué)生在操場(chǎng)進(jìn)行活動(dòng)，1/3的學(xué)生在教學(xué)樓進(jìn)行學(xué)習(xí)活動(dòng)，21：00~23：00之間大部分的學(xué)生都回到了寢室，23：00之后學(xué)生基本都回到了寢室。根據(jù)學(xué)生這個(gè)活動(dòng)規(guī)律，我們將一天的控制分為3段時(shí)間：第一段時(shí)間18：00~21：00，將所有的照明設(shè)備打開；第二段時(shí)間21：00~23：00，將操場(chǎng)的照明亮度降到一半即關(guān)閉1/2燈具；第三段時(shí)間23：00~次日，操場(chǎng)燈具全熄，其他地方只留滿足最低照明亮度的燈具工作，其他設(shè)備進(jìn)入節(jié)能模式。2）對(duì)于季節(jié)的時(shí)間分配本課題所研究的控制系統(tǒng)為了節(jié)約照明能源的效果達(dá)到最大，考慮了季節(jié)因素的光照時(shí)間影響:夏季夜晚時(shí)長短白天時(shí)長長，開燈時(shí)間晚關(guān)燈時(shí)長早；冬天燈開得早、關(guān)得晚。操場(chǎng)區(qū)和教學(xué)樓區(qū)的照明控制系統(tǒng)分別采用第一時(shí)段照明燈具全亮、第二時(shí)段照明燈具全滅、第三時(shí)段照明燈具全滅的照明控制方式。3）對(duì)于寒暑假的時(shí)間分配寒假一般在2月份，暑假一般在7、8月份。在此假期中，我們選擇控制系統(tǒng)的方案為：操場(chǎng)、教學(xué)樓和宿舍的燈都熄滅，可以根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行手動(dòng)零時(shí)開關(guān)照明設(shè)備。其他節(jié)假日期間，可以手動(dòng)進(jìn)行系統(tǒng)的控制和調(diào)整。4.3.2照明時(shí)間分配流程設(shè)計(jì)每日照明設(shè)備開啟時(shí)間由光照檢測(cè)傳感器收集信息，當(dāng)光線強(qiáng)度低于閾值時(shí)自動(dòng)開啟。但晚自習(xí)時(shí)間，教室外學(xué)生并不多，若照明設(shè)備全功率啟動(dòng)，則使用率低下，浪費(fèi)能源。因此系統(tǒng)設(shè)定每日晚自習(xí)時(shí)間（第一時(shí)段時(shí)間），以及熄燈時(shí)間后（第三時(shí)段），全校照明設(shè)備進(jìn)入節(jié)能運(yùn)行狀態(tài)，若聲音檢測(cè)傳感器感受到有人經(jīng)過時(shí)，則照明系統(tǒng)恢復(fù)至正常亮度，并在信號(hào)消除之后30秒再重新進(jìn)入系統(tǒng)節(jié)能模式。同時(shí)寒暑假學(xué)生放假期間，全校照明設(shè)備停止工作。晚自習(xí)時(shí)間與熄燈時(shí)間，寒暑假假期時(shí)間可自由設(shè)置更改。設(shè)備時(shí)間以PLC內(nèi)讀取時(shí)間為準(zhǔn)，操作如圖4-2所示。圖42PLC的讀取時(shí)間程序設(shè)計(jì)4.4各模塊控制程序的設(shè)計(jì)4.4.1光照檢測(cè)和聲音檢測(cè)模塊的程序設(shè)計(jì)光照檢測(cè)傳感器是將信號(hào)以電壓的形式輸出到可編程控制器PLC中，經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化縮放處理后得到當(dāng)前實(shí)際的光照強(qiáng)度數(shù)據(jù)，三點(diǎn)光照強(qiáng)度數(shù)據(jù)匯總分析，若光照強(qiáng)度低于閾值，則系統(tǒng)判斷天色已晚，照明設(shè)備逐步開啟。開啟區(qū)域由多段數(shù)輸入經(jīng)照明設(shè)備端識(shí)別解碼后啟動(dòng)，三個(gè)輸出點(diǎn)位可控制對(duì)應(yīng)區(qū)域最多7個(gè)子片區(qū)照明設(shè)備，有效緩解校園的電網(wǎng)壓力，同時(shí)節(jié)省了PLC控制端子，使得可以控制在1212C的范疇內(nèi)。光照檢測(cè)模塊和聲音檢測(cè)模塊都是模擬量輸入，所以2個(gè)傳感器的程序設(shè)計(jì)如圖4-3所示。圖43傳感器模塊的程序設(shè)計(jì)因?yàn)楸鞠到y(tǒng)大量使用光照檢測(cè)、聲音傳感器，需要同時(shí)接收并處理大量模擬信號(hào)，因此模擬量轉(zhuǎn)換采用FC數(shù)據(jù)塊梯形圖編程（如圖4-4所示），節(jié)約存儲(chǔ)空間，支持重復(fù)使用，最大程度簡(jiǎn)化編程難度的同時(shí)，加強(qiáng)可讀性，便于數(shù)據(jù)的自由設(shè)定與后期拓展。圖44模擬量轉(zhuǎn)換示意圖4.4.2節(jié)能運(yùn)行模塊校園的教學(xué)區(qū)域需要照明亮度穩(wěn)定，避免照明亮度頻繁的變化影響到學(xué)生的學(xué)習(xí)，晚自習(xí)期間（第一時(shí)段）保持照明設(shè)備正常運(yùn)行，僅在熄燈時(shí)間（第三時(shí)段）進(jìn)入節(jié)能模式（如圖4-5所示）。圖45節(jié)能運(yùn)行模式程序設(shè)計(jì)體育場(chǎng)為保證學(xué)生夜間體育運(yùn)動(dòng)安全，閾值應(yīng)更低，傳感器更靈敏，同時(shí)所有照明設(shè)備在跳出節(jié)能模式，且信號(hào)消失后，應(yīng)繼續(xù)等待3秒，以確保節(jié)能模式不干擾正常使用，如圖4-6所示。圖46節(jié)能模式復(fù)位4.4.3報(bào)警模塊每天上午6點(diǎn)。系統(tǒng)將會(huì)進(jìn)行自檢，若在過去的24小時(shí)內(nèi)，傳感器沒有在閾值內(nèi)發(fā)生波動(dòng)，則說明該傳感器故障或有異物阻擋了傳感器正常工作，此時(shí)將會(huì)生成一個(gè)報(bào)警信號(hào)并在觸摸屏上顯示，根據(jù)對(duì)應(yīng)報(bào)警代碼即可找到對(duì)應(yīng)位置傳感器進(jìn)行維護(hù)作業(yè)，程序設(shè)計(jì)如圖4-7所示。圖47報(bào)警模塊的程序設(shè)計(jì)

第五章PLC智能控制系統(tǒng)的調(diào)試5.1PLC的程序調(diào)試5.1.1調(diào)試條件①搭建合理的CPU外電路，根據(jù)控制系統(tǒng)要求以及PLCI/0資源配置進(jìn)行模擬連接，輸入端由PLC按鍵進(jìn)行模擬，輸出端由指示燈邏輯指示即可;②使用TIAPortalV15編程軟件進(jìn)行編程;5.1.2調(diào)試步驟①打開TIAPortalV15軟件;②在命令菜單中選擇Debug>ProgramEditinRLN;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)提示不能運(yùn)行;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5.2.1S7-1200仿真步驟①選擇CPU型號(hào)，要與項(xiàng)日PLC的型號(hào)相同;②插入對(duì)應(yīng)的擴(kuò)展模塊；③點(diǎn)擊“程序”—“載入程序”﹔④設(shè)置IP地址與使用的PLC為同一網(wǎng)段;⑤點(diǎn)擊“運(yùn)行”即可進(jìn)行照明控制系統(tǒng)的仿真。由于客觀等條件的限制，對(duì)智能照明控制系統(tǒng)進(jìn)行合理的模擬調(diào)試。用MCGS觸摸屏來模擬進(jìn)行指令的輸入，輸出負(fù)載狀態(tài)由指示燈進(jìn)行模擬。觀察輸出的指示燈能否根據(jù)PLC程序進(jìn)行相應(yīng)得電。調(diào)試過程中觀察指示燈顯示狀態(tài)是否滿足控制要求。5.2.2系統(tǒng)仿真1）寒暑假期間照明控制仿真如寒假時(shí)無燈亮示意圖5-1所示，時(shí)間為2月11日18時(shí)20分，處于我校的寒假期間，因此仿真示意圖上顯示照明燈具（紅燈代表燈不亮）全部熄滅。圖51寒假時(shí)無燈亮示意圖2）第一時(shí)段仿真示意圖如第一時(shí)段照明仿真示意圖5-2所示，時(shí)間為3月27日19時(shí)30分，處于程序設(shè)計(jì)的第一時(shí)段，大部分學(xué)生集中在操場(chǎng)和教學(xué)樓，仿真結(jié)果顯示教學(xué)樓區(qū)和體育館的燈具全部打開（綠燈代表燈具打開），符合程序設(shè)定要求。圖52第一時(shí)段照明仿真示意圖3）第二時(shí)段仿真示意圖如第二時(shí)段照明仿真示意圖5-3所示，時(shí)間為3月27日22時(shí)12分，處于程序設(shè)計(jì)的第二時(shí)段，大部分學(xué)生集中在宿舍區(qū)，仿真結(jié)果顯示宿舍區(qū)的燈具全部打開（綠燈代表燈具打開），符合程序設(shè)定要求。圖53第二時(shí)段照明仿真示意圖4）第三時(shí)段仿真示意圖如第三時(shí)段照明仿真示意圖5-4所示，時(shí)間為3月27日23時(shí)30分，處于程序設(shè)計(jì)的第三時(shí)段，學(xué)生基本都在宿舍休息，仿真結(jié)果顯示教學(xué)樓和體育場(chǎng)的燈具全部熄滅（紅燈代表燈具關(guān)閉），符合程序設(shè)定要求。圖54第三時(shí)段照明仿真示意圖根據(jù)系統(tǒng)仿真結(jié)果的綜合所示，本課題所研究的基于PLC的智能照明控