基于S7-200PLC教室照明智能控制系統(tǒng)設計

1、學號學號 0 0 9 9 1 1 4 4 0 0 1 1 2 2 2 2 9 9電氣控制與可編程控制技術電氣控制與可編程控制技術課課 程程 設設 計計（ 2009 級本科）級本科） 題題 目：目： 教室智能照明系統(tǒng)教室智能照明系統(tǒng) 系（部）院：系（部）院： 物物理理與與機機電電工工程程學學院院 專專 業(yè)：業(yè)： 電電氣氣工工程程及及其其自自動動化化 作者姓名：作者姓名： 高偉杰高偉杰 指導教師：指導教師： 張靜張靜 職稱：職稱： 副教授副教授 完成日期：完成日期： 2012 年年 12 月月 14 日日課程設計任務書 2012 年 秋 季學期 學 生 姓 名高偉杰學 號091401229專 業(yè)

2、方 向電氣工程及其自動化班 級09 級（2）班題 目 名 稱教室照明智能控制系統(tǒng)一、技術要求：1設計一個基于 S7200PLC 教室智能照明控制系統(tǒng)；2設計出硬件系統(tǒng)的接線圖、梯形圖等；3系統(tǒng)有啟動、停止功能，分時段控制；4運用功能指令進行 PLC 控制程序設計；5進行系統(tǒng)仿真調試，實現(xiàn)教室照明智能的控制要求。二、設計任務：學生根據(jù)控制要求 ，明確設計任務，擬定設計方案與進度計劃，運用設計方案與進度計劃，運用所學的理論知識，進行教室照明智能控制系統(tǒng)原理設計、硬件系統(tǒng)設計、軟件系統(tǒng)設計、創(chuàng)新設計，提高理論知識工程應用能力、系統(tǒng)調試能力、分析問題與解決問題的能力。三、設計進度及安排： 第一周： 星

3、期一、二 講解設計課題內容、布置任務及要求 星期三、四 PLC 輸入輸出接線圖，初步設計 星期五 梯形圖，控制面板圖初步設計 第二周： 星期一、二 PLC 輸入輸出接線圖，梯形圖，控制面板的修改 星期三、四 繪圖，系統(tǒng)仿真調試，寫說明書及操作使用說明 星期五 完善上述設計內容，裝訂設計說明書，答辯 指導教師簽字： 目目 錄錄一、目的.1二、設計任務及要求.11.設計任務.12.設計要求.1三、硬件設計.21.選擇 PLC 類型.22.PLC 外部連線圖 .3四、軟件設計.51.程序流程圖.52.輸入輸出編址.53.梯形圖程序設計.64.程序清單.8五、程序調試與仿真.10六、設計總結.14參考

4、文獻.15 1一、目的一、目的 通過對教室智能控制器系統(tǒng)的分析、系統(tǒng)設計、編程、及上機調試工作，了解電器控制系統(tǒng)的一般設計思路，熟悉和掌握外圍電路系統(tǒng)和軟件設計的方法，并掌握利用 PC 對 PLC 工作狀況進行監(jiān)控的方法。設計出了一種用 PLC 作為控制器的節(jié)能、智能控制系統(tǒng)。使整個系統(tǒng)處于自動的工作狀態(tài)，實現(xiàn)對教室照明系統(tǒng)的智能控制。二、設計任務及要求二、設計任務及要求 1.1.設計任務設計任務根據(jù)大學教室中日光燈的利用情況，現(xiàn)在大多數(shù)教室的照明控制系統(tǒng)都采用的是傳統(tǒng)的手動控制方式，浪費現(xiàn)象比較嚴重。教室中的開關雖然有分區(qū)域控制的功能，不過沒有人關心哪排燈由哪個開關控制，因而也就出現(xiàn)了所謂的

5、長明燈現(xiàn)象。針對這種現(xiàn)象，為了能既滿足學生學習照明的主要功能，又要盡量節(jié)約能源，就需要用科學的管理和控制，使兩者完美統(tǒng)一。因而提出以下智能控制系統(tǒng)。 教室智能照明控制系統(tǒng)的作用是在保證教室正常照明的前提條件下，利用 PLC 自動控制的方法對日光燈的亮滅實行智能控制從而達到節(jié)能的效果，同時也有效地延長了燈具的使用壽命。2.2.設計要求設計要求 在設計前，對教室的采光情況以及教室的使用情況進行了實地調查和分析，掌握的一手資料，僅以河西學院三號教學樓某一教室為例進行分析，如 A302。由于該教室為單面采光，所以教室中會有不同區(qū)域光照程度差別很大的現(xiàn)象，而且由于教室學生的流動性大以及就坐位置的不確定性

6、，故設想將教室分為不同的區(qū)域，利用紅外探測器以及光照傳感器對整個教室進行分區(qū)控制，以最大程度地達到節(jié)能目的。 紅外探測器安裝在門口或能有效的覆蓋該區(qū)域探測范圍的地方，光照傳感器安裝在每個區(qū)域光照較暗的地方。對于有時候需要用多媒體教室播放教學影片的情況，可2以在講臺區(qū)域方便的地方安裝1個控制按鈕以手動的方式給 PLC 提供信號使開始放影時關閉教室燈光，放影完畢時打開教室燈光，以適應實際的要求。每個區(qū)域分別安裝一個紅外探測器和一個光照傳感器且設置其動作。安裝在每個區(qū)域的體存在傳感器和光照傳感器是獨立工作的，它們之間互不影響，一個故障不影響其它的工作。同時還需要設置一些時間段去控制教室燈的開通與關閉

7、，如早上718點需要照度計工作，1823點不需要照度計工作。講臺區(qū)域區(qū)域 1（前排左）區(qū)域 2(前排右)區(qū)域 3（后排左）區(qū)域 4（后排右） 圖 1 傳感器在教室中的分區(qū)控制圖三、硬件設計三、硬件設計1.1.選擇選擇 PLCPLC 類型類型 系統(tǒng)的設計要從保證系統(tǒng)的可靠性、實用性和可擴展性等方面入手。本控制系統(tǒng)采用可靠性和可擴展性很好的西門子 S7-200PLC 系列的 PLC 作為控制器，對于每個教室輸入點主要來自以下四個方面：啟動開關、停止開關、體存在傳感器和光照傳感器；輸出點主要輸來自每個教室五個區(qū)域的燈。根據(jù)輸入輸出點數(shù)選擇 CPU224 模塊，此模塊有 14 個輸入，10 個輸出。用

8、紅外探測器和光照傳感器作為檢測裝置來檢測教室中是否有人和教室的光照強度。運用擴展模塊 EM235 將信號輸入到 PLC 中，控制系統(tǒng)的框圖如圖 2 所示。3PLC 控制器及 I/O 擴展模塊紅外探測器控制按鈕多路開關光照度探測器投影儀開關日光燈 N.日光燈 2日光燈 1 圖 2 控制系統(tǒng)框圖2.PLC2.PLC 外部連線圖外部連線圖PLC 外部接線圖的輸入輸出設備、負載電源的類型等的設計就結合系統(tǒng)的控制要求來設定。教室照明智能控制外部接線圖如圖 3 所示。4220VL1L2L3L4I0.0I0.2I0.3ACQ0.1Q0.2Q0.0Q0.3Q0.4CPU224啟動開關停止開關投影開關講臺開關I

9、0.1光照度傳感器紅外線探測器MLEM235RA A+RBA-B+ B- RC C+RD D+ D-C-RAA+ A- RBB+B-RCC+C-RDD+D-MLI0.4I0.5I0.6I0.7I1.0I1.2I1.1I1.3MLEM235 圖 3 PLC 外部接線圖5四、軟件設計四、軟件設計1.1.程序流程圖程序流程圖由于上述具體控制要求，可作出教室智能照明控制系統(tǒng)在運行時的程序框圖，如圖所示。將各模塊進行連接，最后經(jīng)過調試、完善、實現(xiàn)控制要求。如圖 4 所示：開始Y關閉多媒體和所有照明07：0018：0018：0023：00多媒體和講臺燈通電N開燈不開燈NY不開燈是否是23：0007：00光

10、照是否充足是否有人是否有人不開燈開燈NYYN圖 4 程序流圖2.2.輸入輸出編址輸入輸出編址系統(tǒng)輸入點及地址：啟動 I0.0 停止 I0.1、紅外探測器 I1.0I1.3、光照傳感器I0.4I0.7。T37 為定時器。為了減少輸出點數(shù)，一個區(qū)域作為一個輸出點，其地址Q0.0Q0.3。EM235 為模擬量模塊，有 4 路輸入，一路輸出。6表 1 I/O 地址分配表輸入點輸出點元件名稱地址編碼元件名稱地址編碼啟動開關I0.0區(qū)域 1 燈Q0.0停止開關I0.1區(qū)域 2 燈Q0.1光照探測器I0.4I0.7區(qū)域 3 燈Q0.2紅外探測器I1.0I1.3區(qū)域 4 燈Q0.33.3.梯形圖程序設計梯形圖

11、程序設計用 SETP7 軟件語句表編寫的控制程序如下：7此程序通過軟件模擬仿真可以達到期望的控制要求。84.4.程序清單程序清單LD I0.0O M0.0AN I0.1= M0.0LDN T37A M0.0TON T37, 3000 LD T37LD C1CTU C1, 288LDW C1, 0AW= C1, 132AW= C1, 192AW= C1, 288= M0.3LDN M0.3A M0.0LPS9LD I0.4A M0.1O M0.2ALDA I1.0= Q0.2LRDLD I0.5A M0.1O M0.2ALDA I1.1= Q0.3LRDLD I0.6A M0.1O M0.2AL

12、DA I1.2= Q0.4LPPLD I0.7A M0.1O M0.2ALDA I1.3= Q0.510五、程序調試與仿真五、程序調試與仿真選擇 CPU226 模塊對梯形圖程序進行仿真，其結果按要求分為以下幾種情況：（1）07：0018：00，教室無人11（2）07：0018：00，教室光照不足，有人（3）07：0018：00，教室光照充足，有人12（4）18：0-23：00，教室有人（5）18：0-23：00，教室無人13（6）23：00-07：00，教室無人14六、設計總結六、設計總結通過本次 PLC 課程設計，使我明白了自己在學習這門課時在方法上存在的不足，讓我對 PLC 梯形圖，指令表

13、，外部接線圖有了更好的了解，也讓我了解了關于 PLC的設計原理，有很多設計理念來源于實際，從中找到正確的設計方法。本次課程設計是要求小組完成，所以遇到問題要求和同學互相交流互相討論。我們在做課程設計的過程中要不斷的討論問題，這樣，我們可以盡可能的統(tǒng)一思想，這樣就不會使自己在做的過程中沒有方向，并且這樣也是為了方便之后設計能更加完善，討論不僅僅是一些思想的問題，還可以深入討論一些技術的問題，這樣可以使自己處理問題要快一些，少走彎路，多改變自己的設計方法，在設計過程中最好要不停的改善自己解決問題的方法，這樣可以方便自己解決問題。總之，這次設計對我真的很有好處，給我彌補了很多我欠缺的知識，像梯形圖電

14、路的自鎖，以及 PLC 電路的硬件連接以及相關軟件的使用，在今后的學習過程中，要更加努力的學習自己的專業(yè)知識，多多和同學和老師交流，相信不久的將來可以有點成績。在這次設計實踐之后，我學會了 PLC 的基本編程方法，對 PLC 的工作原理和使用方法也有了更深刻的理解。在讀理論的運用中，提高了我們的工程素質，在沒有做實踐設計以前，我們對知道的掌握都是思想上的，對一些細節(jié)不加重視。在課程設計過程中我了解到，PLC 并不是一門單一的編程技術，它是一門系統(tǒng)專業(yè)課程。PLC可以廣義的認為是一臺背嵌入操作系統(tǒng)的高可靠性 PC 機。首先需要精深 PLC 本身的編程語言梯形圖、語句表語言。然后根據(jù)程序在實驗室進

15、行調試，使其達到預期的程度。最后，依照調試結果寫論文。不斷地鍛煉自己的動手和思維能力。最后也要感謝張靜老師的悉心指導，才能使我們的設計得以順利完成。15參考文獻參考文獻1 廖常初.PLC 編程及應用.北京: 機械工業(yè)出版社.20052 高欽和.可編程控制器應用技術及其設計實例.北京:高等教育出版社.20043 李緩.PLC 原理與應用.北京：北京郵電大學出版社.20054 林明星.電氣控制及可編程序控制器M .北京：機械工業(yè)出版社.20045 周淑珍,高鴻斌. PLC 分析與設計應用.北京：電子工業(yè)出版社.20046 王玉中. 電氣控制及 PLC 應用技術.河南：河南科學技術出版社.20067 張新軍.電氣控制與 PLC 技術及應用.濟源：濟源職業(yè)技術學院出版社.20068 張曉峰.電氣控制與可編程控制技術及其應用.北京：國防工業(yè)出版社.20109 張曉峰.電氣自動化實驗教程.北京：國防工業(yè)出版社.2010 電氣控制與電氣控制與 PLC 課程設計成績評定表課程設計成績評定表姓 名高偉杰