《校園智能照明系統(tǒng)設計》10000字（論文）

第第頁校園智能照明系統(tǒng)設計目錄TOC\o"1-3"\h\u第1章引言 41.1課題研究背景 41.2國內外研究現(xiàn)狀 51.2.1國外智能照明技術的發(fā)展與現(xiàn)狀 51.2.2國內智能照明技術的發(fā)展與現(xiàn)狀 51.3研究內容及意義 6第2章校園智能控制系統(tǒng)的總體設計 72.1設計思想 72.1.1照明系統(tǒng)的需求分析 72.1.2照明系統(tǒng)的設計過程 72.2組成模塊 72.2.1光照檢測模塊 82.2.2聲音檢測模塊 82.2.3節(jié)能運行模塊 82.2.4報警模塊 8第3章校園智能控制系統(tǒng)的硬件設計 103.1線路結構設計 103.2PLC的相關設計 103.2.1初步確定機型 103.2.2PLC型號的確定 113.2.3PLC的I/O口分配表 113.2.4PLC擴展模塊的選擇 123.2.5外部接線圖 123.3照明設備的選型 133.3.1燈具的選擇 133.3.2照明電源的選擇 133.4觸摸屏的選擇 143.4.1MCGS昆侖通態(tài)觸摸屏與PLC的連接 143.4.2MCGS界面展示及設計流程 15第4章校園智能控制系統(tǒng)的軟件設計 164.1編程軟件 164.1.1軟件介紹 164.1.2編程語言 174.2程序流程設計 174.3照明系統(tǒng)的設計 184.3.1時間分配控制方案 184.3.2照明時間分配流程設計 194.4模塊控制程序的設計 204.4.3光照檢測和聲音檢測模塊的程序設計 204.4.4節(jié)能運行模塊 214.4.5報警模塊 22第5章校園智能控制系統(tǒng)的調試 245.1PLC的程序調試 245.1.1調試條件 245.1.2調試步驟 245.2系統(tǒng)仿真 245.2.1S7-1200仿真步驟 245.2.2系統(tǒng)仿真 24結論 27參考文獻 28

摘要隨著經(jīng)濟的快速發(fā)展，人們對于照明的需求逐漸增加。以校園為例，傳統(tǒng)的人工控制照明系統(tǒng)逐漸不能滿足人們對于照明控制的要求且具有控制復雜的特點、維修難度大等等。目前，越來越多的人開始重視自己居住環(huán)境中燈光的布置及亮度大小，從而導致許多高校出現(xiàn)了不同程度的照明不足和浪費現(xiàn)象。鑒于此，該項目設計新的控制系統(tǒng)，實現(xiàn)照明智能控制。本實用新型的控制系統(tǒng)采用可編程控制器PLC取代人工控制，該系統(tǒng)運行平穩(wěn)可靠，控制方便，能充分滿足校園照明需要。照明控制系統(tǒng)主要由軟硬件兩大部分的設計組成，硬件電路以光照檢測模塊為主，通過軟件編程，對各模塊電路進行了連接，實現(xiàn)了校園內照明控制，可以根據(jù)不同季節(jié)、時段來進行照明模式的自由切換，在一定程度上實現(xiàn)了照明節(jié)能。關鍵詞可編程控制器智能控制照明系統(tǒng)節(jié)能第1章引言1.1課題研究背景目前，人們漸漸開始關注能源消耗的問題,對社會能源的浪費不但會造成社會經(jīng)濟的損失,而且碳排放量也大大增加,嚴重污染環(huán)境,所以節(jié)約能源消耗是人們生產生活過程中的一個重要主題。講到節(jié)電,人們常常會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,設備安裝位置較分散,從而變得無關緊要。事實上，隨著城市規(guī)模的不斷擴大發(fā)展，道路公共照明也逐漸普及，照明設備的單個容量增加、總容量也在大大增加，環(huán)境美化用的照明燈也逐漸奪目耀眼。大學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合、教學樓、宿舍等場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，照明工作時間很長。目前，照明能耗在社會總能耗中的比重日益增加。為了讓生活更輕松，這些照明設備有時會因為無人管理而整夜開著，造成大量電力和能源的浪費。因此，照明的節(jié)能問題越來越重要?，F(xiàn)在國內外廣泛使用的節(jié)能開關基本都是聲控、光敏、觸敏。單一的開關控制會有其自身的缺點。1.2國內外研究現(xiàn)狀1.2.1國外智能照明技術的發(fā)展與現(xiàn)狀PLC技術在世界上的發(fā)展已經(jīng)非常的成熟，對于PLC的控制技術研究能力漸漸增強，大大降低了PLC運行時的功率消耗和體積，在提高了PLC的運行穩(wěn)定的同時也降低了制作成本。隨著技術的不斷迭代升級，人們根據(jù)PLC產品的特色以及地理位置分為美國、日本和歐洲三個主要流派，它們的研發(fā)共同特點都是使編程和故障檢測更加靈活方便。20世紀60年代后期，美國的通用汽車有限公司為了提高工廠的生產能力，找到美國的國家數(shù)字化工業(yè)設備有限公司，通過考察，研究了一種可編程控制器，定名PDP-14；20世紀70年代初的日本，日本開發(fā)出一種可編程控制器，取名DCS-8；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產品，生產廠家達200多家，我們根據(jù)PLC研究主導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產品占據(jù)了80%的市場份額。1.2.2國內智能照明技術的發(fā)展與現(xiàn)狀近些年，國內工業(yè)控制水平越來越高，工業(yè)4.0時代來臨，國產PLC的持續(xù)開發(fā)在新的能源上、環(huán)保等新興行業(yè)業(yè)務持續(xù)突破。我國為了扶持PLC市場，也在不斷地推出了新政策，自2011年4月起，工信部率先出臺《有關加速推動信息化與工業(yè)發(fā)展深入融入的幾個建議》政策，使信息技術和工業(yè)基礎深度融合的能力得以提升，加速高檔數(shù)控技術體系的開發(fā)、制造執(zhí)行管理系統(tǒng)及工業(yè)生產管理系統(tǒng)，加快工業(yè)生產管理;2016年10月國家產品質量監(jiān)督管理檢驗檢疫總署和國家標準化管理委員推出《工業(yè)控制系統(tǒng)信息安全保護指引》該規(guī)范面向工業(yè)生產智能化和監(jiān)控管理系統(tǒng)中的PLC應用領域,規(guī)范了網(wǎng)絡安全的測試、評價、保護和信息管理等各領域方面信息安全保護需求,為工控管理系統(tǒng)的設訐方、機械設備制造商、信息技術系統(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標準,建立了業(yè)界網(wǎng)絡安全標準化體系,推動了我國工業(yè)控制系統(tǒng)網(wǎng)絡安全產品和體系的發(fā)展。1.3研究內容及意義本課題主要研究內容對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、教學樓照明的高需求量，且使用手動控制照明系統(tǒng)的方法，對照明造成了一定的浪費。根據(jù)白天和夜晚的判斷來識別是否需要照明控制，調查學生的生活作息規(guī)律，當學生晚上下課或者自習課下，系統(tǒng)根據(jù)設定時間將道路照明全部打開并減少學生較少地區(qū)的照明亮度；當學生大部分在宿舍時，適當降低道路照明要求，教學樓區(qū)（自習室除外）照明系統(tǒng)進入節(jié)能模式；學生存在寒暑假假期，在此期間學校照明系統(tǒng)需要停止工作，根據(jù)該時間設計出相應的控制時序，根據(jù)PLC進行控制照明系統(tǒng)按設計時序進行運行控制。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，并減少燈具維護的難度，在各種情況下能穩(wěn)定地進行照明工作。最主要的是可以實現(xiàn)照明的精確控制，從而實現(xiàn)節(jié)能的目的。同時本課題的完成，說明PLC在照明控制系統(tǒng)中的應用及其實現(xiàn)，讓學生對PLC智能系統(tǒng)的設計和完善具有一定地參考價值，通過此類PLC項目的實踐開發(fā)，使我的專業(yè)知識快速與工程實踐進行結合，能夠進一步提高我的實踐能力。第2章校園智能控制系統(tǒng)的總體設計2.1設計思想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)主要為了實現(xiàn)控制系統(tǒng)操作更簡單和靈活，能夠減少操作人員的重復性勞動的問題。提高照明管理的高效性并且降低了照明控制系統(tǒng)的所需的運行成本以及更大的投資回報價值。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，隨著照明場合規(guī)模的擴大也逐漸產生過度照明的、無人照明等浪費現(xiàn)象。使用智能控制系統(tǒng)能夠實現(xiàn)在保證照明需求的情況下精確照明，也根據(jù)所需的時間進行合理調整照明時長等要求從而實現(xiàn)節(jié)約電能的作用。根據(jù)合理計算出相比于以往人工照明控制，智能控制系統(tǒng)節(jié)電率可以達到15%-30%。3.智能化發(fā)展使用智能控制系統(tǒng)，能夠實現(xiàn)基本照明場合的燈光的控制；也可以使用者的需求和特定的場景來進行合理的調整，來實現(xiàn)適合使用者滿意的照明質量。隨著科技的不斷發(fā)展，我相信會在這個智能控制的基礎上不斷的進行迭代和創(chuàng)新來滿足人們的照明需求，不斷的增加人們的照明品質。2.1.2照明系統(tǒng)的設計過程初步系統(tǒng)配置了校園照明控制系統(tǒng)要求，對校園照明控制時間，照明電氣等部分進行了設計。通過對該系統(tǒng)中各個組成部分功能的分析及研究，提出了一個基于物聯(lián)網(wǎng)技術的校園照明管理系統(tǒng)設計方案。一、針對校園學生的主流合理生活規(guī)律安排對照明；其次，針對照明燈具特定參數(shù)要求，選擇燈具、對傳感器進行了選型以及其他硬件部分的設計；2.2組成模塊智能照明控制系統(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)對校園大部分學生的作息習慣來進行設置照明設計，外部數(shù)據(jù)的采集由光照檢測模塊，聲音檢測模塊完成，將數(shù)據(jù)導入PLC中處理，判斷其是否符合照明需求、節(jié)能運行及報警的狀態(tài)等等。通過對該系統(tǒng)中各個組成部分功能的分析及研究，提出了一個基于物聯(lián)網(wǎng)技術的校園照明管理系統(tǒng)設計方案。人可從觸摸屏上觀察和理解系統(tǒng)的現(xiàn)狀，以及由觸摸屏控制照明控制系統(tǒng)的照明。照明控制系統(tǒng)結構示意圖如圖2-1所示。圖21照明控制系統(tǒng)結構示意圖2.2.1光照檢測模塊為了智能照明系統(tǒng)能夠識別白天還是夜晚，使用大量地光照檢測傳感器進行多點實時檢測出光照強度和設定閾值進行對比判斷，大于等于閾值系統(tǒng)判斷是白天，相反判斷為黑夜。2.2.2聲音檢測模塊以期能即能滿足照明需求，還達到了節(jié)能的效果。當發(fā)生異常情況時，可通過聲光報警器發(fā)出警報提醒工作人員及時處理。我們利用聲音檢測模塊采集照明系統(tǒng)正常運行時分貝數(shù)據(jù)，人為設定分貝閾值等。如果分貝值超出該閾值，則照明控制系統(tǒng)將自動開啟并進行相應的燈光控制操作，以達到節(jié)約電能和提高能源利用效率的目的。在檢測分貝超過閾值的情況下，照明控制系統(tǒng)運行正常；如果分貝低于閾值則照明控制系統(tǒng)關閉照明。相反，照明控制系統(tǒng)會減小部分照明亮度，從而導入到節(jié)能模式中。2.2.3節(jié)能運行模塊該區(qū)域無需正常照明亮度時，智能控制系統(tǒng)進入節(jié)能模式。當智能控制系統(tǒng)需要進行正常工作時，即照明設備脫離節(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。2.2.4報警模塊每天設置時間進行系統(tǒng)自檢，檢測各個傳感器的數(shù)值是否在閾值內波動，如果有波動則系統(tǒng)正常工作，反之在觸摸屏上顯示報警信息。維修人員根據(jù)報警代碼找到相應傳感器進行維修。第3章校園智能控制系統(tǒng)的硬件設計3.1線路結構設計本課題以校園照明系統(tǒng)為例，根據(jù)大部分學生照明需求對燈具進行安裝。線路圖采用了母線兩端供電的安裝方式,有利于節(jié)約母線和控制開關的容量。保證各電路都有獨立的接觸器進行監(jiān)控,可編程控制器通過編寫的程序來對接觸器進行監(jiān)督。線路結構設計示意圖如圖3-1所示。圖中簡畫出一條教學樓線路供電圖、一個操場體育館供電圖和一個宿舍區(qū)的供電系統(tǒng)圖。圖31供電系統(tǒng)示意圖3.2PLC的相關設計可編程控制器作為控制系統(tǒng)的核心，對PLC的選型便成為重要的一環(huán)，現(xiàn)如今國內PLC技術的迅速發(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選型上考慮點數(shù)、作用以及價格方面的因素，使得最終的控制系統(tǒng)結構設計更簡潔穩(wěn)定。3.2.1初步確定機型本課題所研究的照明控制系統(tǒng)比較簡單、控制邏輯簡潔，根據(jù)照明控制需求進行挑選性價比較高的國內外小型模塊化可編程控制器PLC。西門子公司生產的S7-1200系列的PLC具有運行高穩(wěn)定性以及通用多種編程語言等特點，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。3.2.2PLC型號的確定照明系統(tǒng)中的按鈕、傳感器和照明設備等共使用了8個輸入點，18個輸出點。通常，在可編程控制器PLC選型時我們需要計算出理論上輸入輸出點總數(shù)的1.25倍，即輸入、輸出點數(shù)和為26*(1+25%)=33(點)，比理論值多出的點數(shù)是給客戶的預留點。城市照明設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型號為S7-12001212C。示意圖如圖3-2所示。圖32西門子S7-12001212C結構示意圖3.2.3PLC的I/O口分配表為了保證本課題智能照明系統(tǒng)控制的準確性，我們在學校隨機選取了教學樓、宿舍區(qū)和體育場三個地方，分別安裝編好號的照明燈具。同時在相應的區(qū)域一并安裝了光照監(jiān)測儀和分貝監(jiān)測儀。對應的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Q0.5教學樓區(qū)照明3（節(jié)能）I0.1停止Q12.0宿舍區(qū)照明1IW112教學樓區(qū)光線監(jiān)測Q12.1宿舍區(qū)照明1（節(jié)能）IW114教學樓區(qū)分貝監(jiān)測Q12.2宿舍區(qū)照明2IW116宿舍區(qū)光線監(jiān)測Q12.3宿舍區(qū)照明2（節(jié)能）IW118宿舍區(qū)分貝監(jiān)測Q12.4宿舍區(qū)照明3IW120體育場光線監(jiān)測Q12.5宿舍區(qū)照明3（節(jié)能）IW122體育場分貝監(jiān)測Q12.6體育場照明1Q0.0教學樓區(qū)照明1Q12.7體育場照明1（節(jié)能）Q0.1教學樓區(qū)照明1（節(jié)能）Q13.1體育場照明2Q0.2教學樓區(qū)照明2Q13.2體育場照明2（節(jié)能）Q0.3教學樓區(qū)照明2（節(jié)能）Q13.3體育場照明3Q0.4教學樓區(qū)照明3Q13.4體育場照明3（節(jié)能）3.2.4PLC擴展模塊的選擇為實時監(jiān)測現(xiàn)場環(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)加入了光照檢測傳感器，并且為了降低誤差，避免樹木教學樓陰影遮擋造成的誤判，采用3組傳感器聯(lián)動的算法。同時為確保節(jié)能模式不影響特殊使用需求，加裝了聲音檢測傳感器，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8個輸入點的SM1231擴展模塊實現(xiàn)。因照明設備啟動耗電量極大，同時啟動會對電網(wǎng)產生巨大壓力，造成校園電網(wǎng)紋波，需要分批逐步啟動，故需要較多輸出點進行控制，因此加裝一個16輸出點的SM1223擴展模塊實現(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照明設備的選型3.3.1燈具的選擇常用城市照明設備為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%,應用10年依舊能夠適應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。3.3.2照明電源的選擇LED最適合的應該是用恒流驅動，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)驅動，會導致電流不均衡，提前燒燈珠。如果用恒壓電源驅動LED的話，選用的電源電壓至少要比LED標稱電壓高三分之一，然后按照額定的電流，讓電阻把電源多余的電壓吃掉，計算電阻的阻值和功耗，選取稍大的阻值和適當放大功耗，電阻的散熱也要考慮。如下圖3-4所示，是LED溫度和最大允許電流的關系，可以看出，當溫度超過40攝氏度時，電流就需要降額使用了，當超過85攝氏度時，只要工作，就會發(fā)生損壞了。圖34LED溫度和最大允許電流的關系基于以上考量，使用恒流電源驅動。基于校園路燈的特殊性，教學樓附近的照明設備若是噪音明顯，會影響學生晚間學習的質量，因此采用模擬調光電源；而一般道路照明設備為節(jié)約能源，采用PWM調光電源。3.4觸摸屏的選擇觸摸屏作為系統(tǒng)的可視化控制設備，一般用于參數(shù)設置，數(shù)據(jù)監(jiān)視與調試控制。西門子擁有配套的觸控面板——HIM精智面板，但由于博途內置的HIM編程系統(tǒng)過于簡陋，需要額外配合WinCC使用，編程復雜，設計困難。雖然HIM面板功能強大，使用方便，但價格高昂，且不便于用戶根據(jù)需求自由調整與拓展。因此，本課題選擇國產的MCGS昆侖通態(tài)觸控面板。3.4.1MCGS昆侖通態(tài)觸摸屏與PLC的連接觸摸屏可以讓系統(tǒng)的操作變得更簡單快捷，并能顯示照明設備當前工作狀態(tài)。又不影響人們正常使用，本文提出一種基于分貝檢測技術的智能照明燈具控制方法，利用單片機采集聲壓級信號并對其進行分析處理。觸摸屏的界面設計需按照設備的要求進行，需求增加了不一樣的特點，設計者對觸摸屏畫面進行了設計，才能實現(xiàn)需求目標。本文介紹了觸摸屏的基本結構和原理，分析了使用方法。建立通訊協(xié)議：在界面“設備窗口”處開啟“設備窗口”圖標，接著系統(tǒng)會彈出"設備組態(tài)"談話框,在相應的談話框中尋找并選中"PLC","西門子"中的"Siemens-1200以太網(wǎng)"。完畢后需要對其屬性做出相應的設定,方便PLC和HMI實現(xiàn)信號的傳輸。首先雙擊已經(jīng)加入的"Siemens-1200"對通用串口設備屬性開始編寫。機架和槽號設定為1,通過修改接觸屏的IP地址與接觸屏ip地址在同一個網(wǎng)段中。結果如圖3-5所示。圖35觸摸屏與PLC的連接示意圖3.4.2MCGS界面展示及設計流程1）界面展示MCGS界面就是在Windows平臺上，快速搭建上位機對現(xiàn)場進行監(jiān)視和控制的組態(tài)控制系統(tǒng)軟件。它以其操作方便、人機對話友好及功能強大而被廣泛應用于工業(yè)自動化領域中。用戶僅需要以模塊化的方式配置系統(tǒng)，也就是可以建設你所需要的應用系統(tǒng)。設置如圖3-6。圖36觸摸屏設置2）設計流程MCGS界面應設有登錄界面，調試模式與自動運行模式，其中調試模式應包含相應測試流程，可以分別測試在各種狀態(tài)下照明系統(tǒng)是否正常運行。其中，默認晚自習時間為本校晚自習時間，熄燈時間為宿舍斷網(wǎng)時間，寒暑假分別為2月與7、8月，在調試過程中無需額外設置，各區(qū)域允許單獨測試，也可以聯(lián)動測試。調試模式圖3-7所示：圖37MCGS調試模式自動運行界面（如圖3-8所示）可以設置實際照明系統(tǒng)時間規(guī)劃，但其他項目不再能手動更改，只能接收相應傳感器或者PLC的數(shù)據(jù)反饋，若有傳感器故障，則界面中心出現(xiàn)滾動報警條高亮顯示報警信息，以便維修人員快速進行維護作業(yè)。圖38MCGS自動運行模式第4章校園智能控制系統(tǒng)的軟件設計4.1編程軟件4.1.1軟件介紹TIAPortalV15又稱博途v15,由西門子集團研發(fā)了全融合智能化程序設計軟件系統(tǒng),融合了STEP7,WINCC,STARTDRIVE等工業(yè)應用軟件。首個具有統(tǒng)一規(guī)范的工程組態(tài)和軟件項目管理工作環(huán)境的工業(yè)自動化軟件系統(tǒng),基本上適合于各種工業(yè)生產智能化任務。它功能強大、性能強和兼容性高等特點，自身功能全面能夠滿足對觸摸屏、可編程控制器PLC、進行編程調試和仿真操作，實時監(jiān)控用戶程序的執(zhí)行狀態(tài)。4.1.2編程語言在可編程控制器PLC中，第一段程序設計語句為梯形圖，這是可編程控制器最常用的圖形編程語言之一。觸摸屏技術是一種新型人機交互方式。梯形圖可以直觀地執(zhí)行地表示控制邏輯功能。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；梯形圖編程同一個輸出線圈不可以對應不同2個輸出，否則，只有后設置的線圈有輸出；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，順序從左到右，從上到下，程序運行也是這個順序。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單的五個步驟：新建工程項目、輸入需要的指令、創(chuàng)建系統(tǒng)的邏輯網(wǎng)絡、輸入所用的地址和編譯與保存梯形圖。4.2程序流程設計為了更加方便直觀的對智能控制系統(tǒng)的程序邏輯進行合理有效的分析，制作了根據(jù)時間分配的校園照明控制程序的流程圖。本程序根據(jù)校園需求照明時間進行判斷，首先對校園是否處在寒暑假期間進行判別（即判斷月份），再通過判斷一天中各個時段來進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41照明控制程序流程圖4.3照明系統(tǒng)的設計4.3.1時間分配控制方案1）對于每天的時間分配根據(jù)一段時間考察對大學生的普遍活動規(guī)律、道路照明亮度需求進行了統(tǒng)計和測量，結果如下表4-1所示。表格4SEQ表格\*ARABIC\s21學生活動場所時間分布表時間段主要場所學生大概占比18：00~21：00操場、教學樓30%、30%21：00~23：00宿舍、教學樓60%、30%23：00~次日宿舍99.99%由上表可知，18：00~20：00有一半左右的學生在操場進行活動，1/3的學生在教學樓進行學習活動，21：00~23：00之間大部分的學生都回到了寢室，23：00之后學生基本都回到了寢室。根據(jù)學生這個活動規(guī)律，我們將一天的控制分為3段時間：第一段時間18：00~21：00，將所有的照明設備打開；第二段時間21：00~23：00，將操場的照明亮度降到一半即關閉1/2燈具；第三段時間23：00~次日，操場燈具全熄，其他地方只留滿足最低照明亮度的燈具工作，其他設備進入節(jié)能模式。2）對于季節(jié)的時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到最大，考慮了季節(jié)因素的光照時間影響:夏季夜晚時長短白天時長長，開燈時間晚關燈時長早；冬天燈開得早、關得晚。操場區(qū)和教學樓區(qū)的照明控制系統(tǒng)分別采用第一時段照明燈具全亮、第二時段照明燈具全滅、第三時段照明燈具全滅的照明控制方式。3）對于寒暑假的時間分配寒假一般在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、教學樓和宿舍的燈都熄滅，可以根據(jù)實際情況進行手動零時開關照明設備。其他節(jié)假日期間，可以手動進行系統(tǒng)的控制和調整。4.3.2照明時間分配流程設計每日照明設備開啟時間由光照檢測傳感器收集信息，當光線強度低于閾值時自動開啟。但晚自習時間，教室外學生并不多，若照明設備全功率啟動，則使用率低下，浪費能源。因此系統(tǒng)設定每日晚自習時間（第一時段時間），以及熄燈時間后（第三時段），全校照明設備進入節(jié)能運行狀態(tài)，若聲音檢測傳感器感受到有人經(jīng)過時，則照明系統(tǒng)恢復至正常亮度，并在信號消除之后30秒再重新進入系統(tǒng)節(jié)能模式。同時寒暑假學生放假期間，全校照明設備停止工作。晚自習時間與熄燈時間，寒暑假假期時間可自由設置更改。設備時間以PLC內讀取時間為準，操作如圖4-2所示。圖42PLC的讀取時間程序設計4.4模塊控制程序的設計4.4.3光照檢測和聲音檢測模塊的程序設計光照檢測傳感器是將信號以電壓的形式輸出到可編程控制器PLC中，經(jīng)標準化縮放處理后得到當前實際的光照強度數(shù)據(jù)，三點光照強度數(shù)據(jù)匯總分析，若光照強度低于閾值，則系統(tǒng)判斷天色已晚，照明設備逐步開啟。開啟區(qū)域由多段數(shù)輸入經(jīng)照明設備端識別解碼后啟動，三個輸出點位可控制對應區(qū)域最多7個子片區(qū)照明設備，有效緩解校園的電網(wǎng)壓力，同時節(jié)省了PLC控制端子，使得可以控制在1212C的范疇內。光照檢測模塊和聲音檢測模塊都是模擬量輸入，所以2個傳感器的程序設計如圖4-3所示。圖43傳感器模塊的程序設計因為本系統(tǒng)大量使用光照檢測、聲音傳感器，需要同時接收并處理大量模擬信號，因此模擬量轉換采用FC數(shù)據(jù)塊梯形圖編程（如圖4-4所示），節(jié)約存儲空間，支持重復使用，最大程度簡化編程難度的同時，加強可讀性，便于數(shù)據(jù)的自由設定與后期拓展。圖44模擬量轉換示意圖4.4.4節(jié)能運行模塊校園的教學區(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生的學習，晚自習期間（第一時段）保持照明設備正常運行，僅在熄燈時間（第三時段）進入節(jié)能模式（如圖4-5所示）。圖45節(jié)能運行模式程序設計體育場為保證學生夜間體育運動安全，閾值應更低，傳感器更靈敏，同時所有照明設備在跳出節(jié)能模式，且信號消失后，應繼續(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)能模式復位4.4.5報警模塊每天上午6點。系統(tǒng)將會進行自檢，若在過去的24小時內，傳感器沒有在閾值內發(fā)生波動，則說明該傳感器故障或有異物阻擋了傳感器正常工作，此時將會生成一個報警信號并在觸摸屏上顯示，根據(jù)對應報警代碼即可找到對應位置傳感器進行維護作業(yè)，程序設計如圖4-7所示。圖47報警模塊的程序設計第5章校園智能控制系統(tǒng)的調試5.1PLC的程序調試5.1.1調試條件①構造了合理CPU外電路，按照控制系統(tǒng)的要求和PLCI/0的資源配置，模擬連接，輸入端通過PLC按鍵實現(xiàn)仿真，輸出端可以通過指示燈進行邏輯指示;②使用TIAPortalV15編程軟件進行編程;5.1.2調試步驟1.打開TIAPortalV15軟件;2.在命令菜單中選擇Debug>ProgramEditinRLN;3.將以所設計系統(tǒng)程序語句輸入到RUN模式中；4.輸入程序錯誤、無法進行系統(tǒng)提示；5.修正錯誤的程序并持續(xù)輸入程序至系統(tǒng)檢測沒有錯誤;⑥退出RUN模式在命令菜單中選擇Debug>ProgramEditinRUN，然后點擊取消復選標志。5.2系統(tǒng)仿真5.2.1S7-1200仿真步驟1.選擇CPU型號，要與項日PLC的型號相同;2.插入對應的擴展模塊；3.點擊“程序”—“載入程序”；4.設IP地址和所用PLC是同一段網(wǎng)；5.點擊“運行”就可以模擬照明控制系統(tǒng)。由于客觀等條件的限制，對智能照明控制系統(tǒng)進行合理的模擬調試。用MCGS觸摸屏來模擬進行指令的輸入，輸出負載狀態(tài)由指示燈進行模擬。5.2.2系統(tǒng)仿真1）寒暑假期間照明控制仿真如寒假時無燈亮示意圖5-1所示，時間為2月11日18時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寒假時無燈亮示意圖2）第一時段仿真示意圖如第一時段照明仿真示意圖5-2所示，時間為3月27日19時30分，處于程序設計的第一時段，大部分學生集中在操場和教學樓，仿真結果顯示教學樓區(qū)和體育館的燈具全部打開（綠燈代表燈具打開），符合程序設定要求。圖52第一時段照明仿真示意圖3）第二時段仿真示意圖如第二時段照明仿真示意圖5-3所示，時間為3月27日22時12分，處于程序設計的第二時段，大部分學生集中在宿舍區(qū)，仿真結果顯示宿舍區(qū)的燈具全部打開（綠燈代表燈具打開），符合程序設定要求。圖53第二時段照明仿真示