圖書館智能建筑燈光照明系統(tǒng)設(shè)計本科學位論文

圖書館智能燈光照明控制系統(tǒng)設(shè)計PAGEVIPAGE1圖書館智能燈光照明控制系統(tǒng)設(shè)計摘要本文主要介紹了PLC在圖書館智能照明中的應(yīng)用。該圖書館屬于小型圖書館，其主要功能有自習室、閱覽室、辦公室、會議室、書庫等。通過對這些地方的燈光的具體控制，對比突出了PLC在智能建筑照明中的優(yōu)勢。在以PLC為主的照明控制系統(tǒng)中，通過各類傳感器的鋪設(shè)、PLC的信號分析、總線的通信和組態(tài)的控制等對其進行智能燈光控制，從而進一步說明了基于PLC的智能照明的綜合優(yōu)勢。關(guān)鍵詞智能照明控制系統(tǒng)PLCLIBRARYINTELLIGENTlIGHTINGCONTROLSYSTEMDESIGNBASEDONPLCABSTRACTThispaperintroducesthePLCinthelibraryofintelligentlightingapplications.Thelibraryisasmalllibrary,anditsmainfunctionhasstudyroom,readingroom,offices,conferencerooms,stacksetc.Bymeansofspecificcontrolsoftheseplaceslight,thecontrasthighlightstheadvantagesofthePLCintheintelligentbuildinglighting.InthePLC-basedlightingcontrolsystem,bythelayingofthevarioustypesofsensors,signalanalysisofthePLC,thebuscommunicationandconfigurationcontroltoitsintelligentlightingcontrols,whichfurtherillustratestheintegratedPLCbasedintelligentlightingadvantage.KEYWORDSIntelligentLightingControlsystemPLC目錄TOC\o"1-3"\h\u5974中文摘要 I4815英文摘要 II325511引言 1317511.1智能照明理念 1258801.2圖書館智能照明的發(fā)展現(xiàn)狀及意義 2231741.2.1國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀 2146681.2.2智能照明的意義 3115101.3本文主要研究內(nèi)容 3313492基于PLC控制的圖書館照明系統(tǒng)設(shè)計 4202712.1設(shè)計方案的提出 4136482.1.1自習室設(shè)計方案 4169472.1.2辦公室設(shè)計方案 4228172.1.3閱覽室設(shè)計方案 4105612.1.4公共區(qū)域設(shè)計方案 5207592.2圖書館照明系統(tǒng)設(shè)計的基本方法 5194932.2.1自習室照明系統(tǒng)設(shè)計 545372.2.2辦公室、閱覽室照明系統(tǒng)設(shè)計 6126612.2.3公共區(qū)域照明系統(tǒng)設(shè)計 6126172.3照度的計算 621013系統(tǒng)硬件設(shè)計 7211133.1系統(tǒng)硬件的選型 7286113.1.1PLC模塊的選型 7102573.1.2傳感器的選型 83373.2系統(tǒng)各部分模塊的連接方式 958933.2.1整體結(jié)構(gòu)圖 9147823.2.2PLC模塊與各傳感器的連接圖 1034653.2.3PLC與總線之間的連接圖 11266133.3電源模塊 12312933.4自習室燈光控制 13138084系統(tǒng)軟件設(shè)計 14260184.1系統(tǒng)程序設(shè)計 14160884.1.1主程序流程圖 1521194.1.2地址的分配 15171464.2自習室燈光控制程序 16192794.2.1自習室燈光控制程序流程圖 16206614.2.2自習室燈光控制程序 16126865系統(tǒng)通信與組態(tài) 1792845.1PLC與上位機組態(tài)王之間的通信 1794715.2系統(tǒng)組態(tài) 21324586結(jié)論 2516893致謝 2711473參考文獻 2815866附錄 29圖書館智能燈光照明控制系統(tǒng)設(shè)計1引言1.1智能照明理念智能照明是指利用計算機、無線通訊數(shù)據(jù)傳輸、擴頻電力載波通訊技術(shù)、計算機智能化信息處理及節(jié)能型電器控制等技術(shù)組成的分布式無線遙測、遙控、遙訊控制系統(tǒng)，來實現(xiàn)對照明設(shè)備的智能化控制。具有燈光亮度的強弱調(diào)節(jié)、燈光軟啟動、定時控制、場景設(shè)置等功能；并達到安全、節(jié)能、舒適、高效的特點其具體特性表現(xiàn)如下：(1)智能照明系統(tǒng)可以有效的抑制電網(wǎng)的浪涌電壓，避免了過電壓和欠電壓對光源的損害。采用軟啟動和軟關(guān)斷技術(shù)，避免了沖擊電流對光源的損害，延長了光源的使用壽命，節(jié)省了大量耗資以及更換電光源而產(chǎn)生的巨大工作量。(2)智能照明系統(tǒng)對照明的控制是以模塊式的自動控制為主，手動控制為輔，借助紅外遙感裝置、手動操作控制面板等各種不同的控制元件，根據(jù)需要，按照不同時間、不同用途以及不同的照明效果預(yù)先設(shè)置不同的照明場景，用戶可以通過場景切換實現(xiàn)靈活、方便的照明控制，各類參數(shù)的設(shè)置和變換非常方便，可以獲得多種的照明效果。同時，還可以設(shè)置必需的應(yīng)急照明控制方案，滿足處于事故狀態(tài)時的照明需要。(3)通過應(yīng)用調(diào)光模塊和照度檢測器等元件，智能照明系統(tǒng)可以針對不同的區(qū)域進行照度的動態(tài)調(diào)節(jié)，使得該區(qū)域內(nèi)的照度始終保持在設(shè)定的范圍之內(nèi)，不會因為日照等外因的變化而變化，也不會因為電光源的使用時間過長而降低照明強度，從而提高了照度的均勻性。同時，這種控制方式所采用的電氣元件也解決了頻閃效應(yīng)，不會使人產(chǎn)生不舒適、頭昏腦脹、眼睛疲勞的感覺。此外，智能照明控制系統(tǒng)中對熒光燈等光源進行調(diào)光控制，采用有源濾波技術(shù)的可調(diào)光電子鎮(zhèn)流器，降低了諧波的含量，提高了功率因數(shù)，降低了低壓無功損耗。(4)智能照明系統(tǒng)充分利用了室外的自然光，對光照度進行精確設(shè)置和合理管理，只有必需時才把燈點亮或點到要求的亮度，利用最少的能源保證了要求的照度水平，減少了由于人員不在卻仍將燈全部點亮而造成的能源浪費，節(jié)電效果十分明顯，一般可節(jié)約30％以上，使照明管理和設(shè)備維護變得更加簡單，經(jīng)濟投入減少。1.2圖書館智能照明的發(fā)展現(xiàn)狀及意義1.2.1國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀隨著科技的發(fā)展，國內(nèi)照明系統(tǒng)也發(fā)生了巨大的變化。由以前的傳統(tǒng)的開關(guān)單一控制轉(zhuǎn)為現(xiàn)在的智能的網(wǎng)絡(luò)化、系統(tǒng)化控制。而一些跨國企業(yè)的加入，更是推動了國內(nèi)智能照明系統(tǒng)的發(fā)展。索博、瑞朗、九州易居是較早進軍智能照明行業(yè)的企業(yè)，在產(chǎn)品研發(fā)、市場拓展、技術(shù)培訓與服務(wù)方面投入較大，尤其索博是國際型智能家居產(chǎn)品生產(chǎn)企業(yè)，擁有亞洲最大的產(chǎn)品研發(fā)中心和生產(chǎn)基地，以高端智能安防系統(tǒng)和智能微型控制模塊在國際上處于絕對的領(lǐng)先地位。天津瑞朗在2002年就開始啟動了智能照明技術(shù)培訓，用戶對這些品牌的認知度較高。上海奇勝公司推出了智能化系統(tǒng)，通過對C-Bus智能控制系統(tǒng)、安防控制系統(tǒng)、無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等的結(jié)合，實現(xiàn)了燈光控制、家電控制(電動窗簾、空調(diào)、AV設(shè)備等)、綜合安防控制的各種控制功能產(chǎn)品，在較短的時間內(nèi)就樹立起了品牌形象。這些企業(yè)的大力投資，更加帶動了國內(nèi)智能照明系統(tǒng)發(fā)展的市場。而國外的發(fā)展遠高于我們。照明行業(yè)是80年代首先由美國興起并得以迅速發(fā)展。90年代后期，由于現(xiàn)代計算機技術(shù)、自動控制技術(shù)、現(xiàn)代通信技術(shù)、現(xiàn)代信息處理技術(shù)在世界范圍內(nèi)的廣泛應(yīng)用，進入了信息時代并對各行各業(yè)都帶來了巨大的影響，照明行業(yè)也隨之發(fā)生了巨大的革新，提出了照明智能化的要求。進入21世紀后，大量的新產(chǎn)品、新設(shè)備、新技術(shù)的出現(xiàn)，使智能照明技術(shù)向著系統(tǒng)一體化集成的方向發(fā)展。例如：各種智能化斷路器將微電子技術(shù)、傳感技術(shù)、控制技術(shù)、電力電子技術(shù)等新技術(shù)結(jié)合起來，實現(xiàn)了功能多樣化、結(jié)構(gòu)模塊化，使斷路器從基本保護功能發(fā)展到智能化的保護功能，工作更可靠，性能更安全。另一方面，網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的滲透使不同控制方式的系統(tǒng)之間相互結(jié)合，實現(xiàn)了資源共享、遠程監(jiān)視、設(shè)定、控制及對系統(tǒng)異常信息進行一體化管理?？刂萍夹g(shù)的發(fā)展使許多控制功能從由較高層的控制室移至現(xiàn)場的低層設(shè)備，使信號的采集和處理更加快捷便利，而且工程技術(shù)人員還開發(fā)了一些控制管理軟件，用戶只要通過界面上各個控制鍵，就可以實現(xiàn)對各種照明設(shè)備的監(jiān)視和控制，操作更加簡單、直觀。各類智能照明產(chǎn)品的生產(chǎn)和技術(shù)實現(xiàn)也隨著行業(yè)標準及規(guī)范的制定和逐步的完善進入成熟、實用、可靠階段。繼美國、德國、英國、日本、新加坡之后，其他各國的智能照明產(chǎn)業(yè)也陸續(xù)開始發(fā)展，并且不斷趨于成熟。先后涌現(xiàn)出許多國際知名企業(yè)：國際知名的半導體制造商法國PERFECT公司開發(fā)出燈光控制專用的、結(jié)合無線射頻功能的芯片。PHILIPS、OSRAM、GE公司推出了雙端球形HED是目前世界上最先進的大功率LED燈，奇勝公司的C-BUS系統(tǒng)、ABB公司的i-BUS系統(tǒng)以及邦奇公司的Dynalite、LUTRON公司的GRAFIK系列智能照明控制系統(tǒng)均已廣泛應(yīng)用到照明控制系統(tǒng)中。此外路創(chuàng)、WIELAND、美國的奧萊斯、英國索思、德國歐斯朗、NATIONAL、BPI等企業(yè)都創(chuàng)建了諸多知名品牌，推動了智能照明行業(yè)的普及和發(fā)展。1.2.2智能照明的意義經(jīng)濟的快速增長使得人們對能源的需求也日益提升，由于長時期人們對煤、石油、天然氣等天然資源的開采，使得能源儲備非常有限，能源短缺的問題逐步突顯出來，同時也導致了環(huán)境和生態(tài)平衡的破壞，嚴重威脅著人類的生存，如何節(jié)能和保護環(huán)境成為世界范圍普遍關(guān)注的社會問題。在此背景之下，人們對照明的要求不僅僅是停留在能夠“看見”的層次上，而是對照明技術(shù)提出了更高的要求：希望利用有限的資源保證照明強度的需要，并能夠獲得良好的照明效果，實現(xiàn)“綠色照明”。在各種自然科學和工程技術(shù)的不斷發(fā)展過程中，促使照明技術(shù)也得以飛速成長。圍繞“綠色照明”的主題，各類節(jié)能高效的電光源陸續(xù)出現(xiàn)并廣泛使用：激光、光纖、發(fā)光二極管以及各種玻璃和PC透光材料也被應(yīng)用到照明技術(shù)中；同時，在傳統(tǒng)的照明設(shè)計理念中還充分利用了現(xiàn)代計算機、通信等技術(shù)，實現(xiàn)了更為節(jié)能、安全、靈活和舒適的智能化照明控制技術(shù)，將城市的每個角落在夜色中裝扮的光彩熠熠。1.3本文主要研究內(nèi)容該圖書館是小型圖書館，其控制對象主要是自習室、辦公室、閱覽室、書庫、會議室等的燈的亮度和開關(guān)的狀態(tài)。在整體要求上要實現(xiàn)智能控制，即可以根據(jù)外界光線的變化來調(diào)節(jié)室內(nèi)燈光的亮度；能根據(jù)該區(qū)域是否有人來控制燈的開關(guān)，并能通過監(jiān)控上位機控制整座樓的燈光狀態(tài)。另外，為實現(xiàn)智能化控制，要求用四個PLC分別控制不同樓層的自習室、辦公室、閱覽室、其他公共區(qū)域這四個地方。PLC與上位機可以實現(xiàn)時時通信，以太網(wǎng)實現(xiàn)PLC的信息傳遞，組態(tài)王實現(xiàn)樓層的時時監(jiān)控等。進而達到節(jié)約電能，美化學習環(huán)境，降低控制成本等要求。2基于PLC控制的圖書館照明系統(tǒng)設(shè)計2.1設(shè)計方案的提出圖書館的閱覽室、辦公室、自習室以及書庫等地是出入人數(shù)較多的地方。因此，這些地方的燈光照明幾乎是從上班開始直到下班為止，不管這些地方是否有人，有多少人，當日照滿足照度要求時，把燈熄滅，一旦自然光難以滿足人的需求時，不能及時打開燈光，給人的視力帶來損害。顯然這種照明方式，從照明的角度上來說是非節(jié)能的；從人的角度上來說，是不能滿足人的基本要求的；從管理的角度上來說，是繁瑣且很不方便的。所以我們要充分考慮到人的需要：在有人的地方必須有足夠的照度（不論是日光照明還是人工照明）；沒人的區(qū)域應(yīng)該熄滅燈光，以節(jié)約能源；還要能夠?qū)崿F(xiàn)智能控制，從而達到節(jié)能、舒適、方便的效果。2.1.1自習室設(shè)計方案自習室是學生學習的主要場所，對燈光的要求應(yīng)該很高，必須提供足夠的亮度，以保護學生的眼睛和給學生們營造一個明亮的學習環(huán)境。這里根據(jù)自習室的大小，在自習室的不同地方分別裝上照度傳感器和雙鑒傳感器，通過它們感知外界環(huán)境變化，來控制室內(nèi)燈光的變化。進而實現(xiàn)自習室的燈光智能控制。2.1.2辦公室設(shè)計方案在辦公室的設(shè)計方案中，也要重點考慮光線是否充足?，F(xiàn)代的人們由于工作壓力大，對外界環(huán)境的變化很敏感，不好的環(huán)境會影響人們的心情，進而影響正常的工作，在對辦公室的燈光控制中，我們要營造一個有藝術(shù)氛圍的環(huán)境，用燈光來改變?nèi)藗兊男那?，因此，智能化的燈光控制是必須的。它不僅能節(jié)約能源，還能提高人們的工作效率，實現(xiàn)金錢和好心情的雙豐收。2.1.3閱覽室設(shè)計方案閱覽室也是圖書館人流量比較大的地方，對于光亮度的要求同樣很高。但是此區(qū)域的人員比較集中，我們可以重點控制人員集中的地方，給這些地方營造一個良好的看書環(huán)境。在人員集中的地方我們安裝照度傳感器和雙鑒傳感器，用它們來感知外界光線的變化，然后再通過PLC的控制，實現(xiàn)燈光的智能控制。2.1.4公共區(qū)域設(shè)計方案對于這些區(qū)域，燈光控制要求不是太高，像衛(wèi)生間、走廊、樓梯等，在有人的時候燈亮一段時間，沒人后燈自動滅掉。對于燈光的亮度也要求不高，一般的設(shè)計都可以達到標準，這里不再贅述。2.2圖書館照明系統(tǒng)設(shè)計的基本方法2.2.1自習室照明系統(tǒng)設(shè)計由于是小型圖書，這里只有三個自習室，對這三個自習室編號為1.0、1.1、1.2。采用一個PLC對這些區(qū)域?qū)嵭屑锌刂?，找到輸入輸出點。每個自習室根據(jù)燈光照度的要求分別裝了三個雙鑒傳感器和兩個照度傳感器。雙鑒傳感器分布在房間的前中后區(qū)域內(nèi)，分別控制該區(qū)域的燈的開關(guān)；而照度傳感器裝在向陽的窗戶上，用來感知外界光線的變化來控制室內(nèi)燈光的亮度。當外界光線變?nèi)鯐r，照度傳感器的輸出端口輸出一個為1的開關(guān)量，該開關(guān)量可以直接接在PLC的I/O口上，在PLC的輸出端口向四路調(diào)光器輸出一個為1的開關(guān)量，調(diào)光器接收到這個信號后提高對其控制的燈的電能的供給，進而調(diào)亮燈的亮度；當外界光線變亮時，照度傳感器的輸出端口輸出一個為0的開關(guān)量，該開關(guān)量經(jīng)PLC后傳遞給四路調(diào)光器，調(diào)光器接收到這個信號后降低對其控制區(qū)域內(nèi)燈的電能的供給，進而調(diào)暗等的亮度。雙鑒傳感器當感知到該區(qū)域有人時向PLC發(fā)送一個為1的開關(guān)量，該開關(guān)量可以直接接在PLC的I/O口上，而PLC的繼電器輸出的電壓可以滿足熒光燈的額定電壓，進而在該雙鑒傳感器控制下的燈亮；當雙鑒傳感器感知到該區(qū)域沒人時，向PLC發(fā)送一個為0的開關(guān)量，PLC的輸出端口向繼電器輸出連接點送0，該區(qū)域控制下的燈滅掉。另外可以添加以太網(wǎng)通信，用組態(tài)軟件監(jiān)控該區(qū)域燈的狀態(tài)，進一步實現(xiàn)燈光的智能控制。2.2.2辦公室、閱覽室照明系統(tǒng)設(shè)計辦公室、閱覽室照明設(shè)計的基本方法與自習室基本相同，四個辦公室采用一個PLC控制，四個辦公室分別編號為2.0、2.1、2.3、2.4。三個閱覽室采用一個PLC控制，三個閱覽室分別編號為3.0、3.1、3.2。它們的具體設(shè)計方法參照自習室。2.2.3公共區(qū)域照明系統(tǒng)設(shè)計對于樓梯、走廊、衛(wèi)生間等公共區(qū)域，我們采用聲光控制就行了，聲光控制電路圖如下圖2-1所示。其控制原理：在白天，光敏二極管2CU受光照呈低阻態(tài)，引腳13為低電平，不受白天樓梯內(nèi)聲音的控制，引腳8也為低電平，燈泡不亮。在晚上，光敏二極管在無光照時呈高阻態(tài)，13仍為低電平，但只要有聲音后，壓電陶瓷片HTD拾取的微弱聲音經(jīng)引腳1、2反相器作線性放大，引腳10為高電平，二極管IN4148給電容充電，引腳6為0，引腳8為1，可控硅有觸發(fā)電壓導通，燈泡點亮。一段時間后燈泡自動熄滅。圖2-1聲光控制電路2.3照度的計算照度計算時，可采用單位容量法。單位容量法適用于均勻的一般照度計算，它主要計算每單位被照面積所需燈具安裝功率：W=P/S(P為全部燈具安裝功率，單位：瓦；S為被照面積，單位：平方米)。具體計算方法如下：一層庫房為單獨一回路，面積S=9.9×8.4=83.16㎡，查表得照明功率密度ρ=5W/㎡，因此該庫房總功率P=83.16×5=415.8W，若選擇100W的雙管熒光燈，則燈數(shù)N=P/S=415.8/100=4.158，即選用4盞100W的燈，考慮節(jié)能的問題，選用100W節(jié)能熒光燈（計算中都用此方法）。圖書館中所用燈具數(shù)量如下表2-1所示。表2-1燈具統(tǒng)計燈具名稱功率(W)數(shù)量(盞)單管熒光燈5090單管熒光燈100127雙管熒光燈8060雙管熒光燈10042球星節(jié)能燈8018防水防塵吊燈8035半嵌入式吸頂燈80163系統(tǒng)硬件設(shè)計3.1系統(tǒng)硬件的選型3.1.1PLC模塊的選型(1)CPU模塊的選型在該系統(tǒng)中，分區(qū)域控制，圖書館里的自習室、閱覽室、辦公室這三個地方分別用一個PLC控制，而會議室、書庫等其他地方用一個PLC控制，由于處理點數(shù)較多，又涉及到PLC與上位機的通信，所以應(yīng)選擇一個有利于擴展I/O輸入，且具備較強通信功能（比如自由端口通信）的CPU模塊。在該系統(tǒng)中選擇西門子的CPU224CN作為CPU模塊，本身提供24VDC電源，這個模塊具備14個數(shù)字輸入點，10個數(shù)字輸出點，一個RS485串行通信接口。(2)輸入輸出點的計算與I/O模塊的選型該圖書館是小型圖書館，本設(shè)計主要針對了圖書館的主要活動場所：自習室、閱覽室、會議室、辦公室、書庫等。會議室兩個，每個會議室裝有兩個照度傳感器。辦公室四個，每個辦公室裝有兩個照度傳感器和三個雙鑒傳感器。自習室有三個，每個自習室裝有兩個照度傳感器和三個雙鑒傳感器。閱覽室有三個，每個閱覽室裝有兩個照度傳感器和四個雙鑒傳感器。書庫兩個，每個裝有兩個雙鑒傳感器。以辦公室為例，而自習室、閱覽室、會議室、書庫等大都如這樣分布傳感器的。另外，系統(tǒng)加一個七天定時器和四個四路數(shù)字調(diào)光器。統(tǒng)計得輸入點62個，輸出點49個。而四個PLC中，只有前三個PLC的輸入輸出點不夠用，而前三個的輸入點為53個，輸出點為43個。這里根據(jù)要求選擇一個16DI的EM221和兩個8DO的EM222。額定電壓24VDC，輸入“1”時，對應(yīng)電壓為15～30VDC；輸入“0”時，對應(yīng)電壓為0～5VDC。輸出特性：額定負載電壓為24～230VAC，“1”信號時，額定電流2A，“0”信號時，額定電流0A。(3)通信模塊的選擇在該系統(tǒng)中選擇CP243-1以太網(wǎng)通信模塊。該模塊支持S7-200PLC與上位機進行以太網(wǎng)通信。3.1.2傳感器的選型(1)照度傳感器的選型GZD系統(tǒng)光照度傳感器采用對弱光也有較高靈敏度的硅蘭光伏探測器作為傳感器，具有測量范圍寬、線形度好、防水性能好、使用方便、便于安裝、傳輸距離遠等特點，適用于各種場所，尤其適用于室內(nèi)燈光、城市照明等場所。根據(jù)不同的測量場所，配合不同的量程，線性度好、防水性能好、可靠性高、結(jié)構(gòu)美觀、安裝使用方便、抗干擾能力強。其輸出是開關(guān)量，可以和PLC直接連接。通過感知外界光線與內(nèi)部設(shè)定值比較，調(diào)整光源的亮度與分布。亮度感知范圍：20～3000Lux；亮度控制范圍：40～1600Lux；感測角；供電電壓：12VDC～20VDC，建議工作在12V

(2)雙鑒傳感器雙鑒傳感器選用微波加紅外的DT6360STC吸頂式雙鑒傳感器，微波視區(qū)可調(diào)、抗輻射干擾、自動溫度補償、360°探測范圍、探測直徑10米。工作電壓是12VDC。輸出繼電器開關(guān)量，可以直接連接PLC。

(3)七天定時器ETC-12A七天定時器可以設(shè)定一周的時間狀態(tài)即工作段的時間早八點到中午十二點下午兩點到晚上九點的時間。有手動控制按鈕，可以調(diào)整一天中時間的設(shè)定段，也可以通過程序控制時間段的設(shè)定。本身就是一個智能的模塊，有自己的處理器和存儲器，可以手動復位置位，有兩路RS232通訊端口，可以與PLC通信，工作電壓12VDC。(4)四路數(shù)字調(diào)光器ITLC4-四路調(diào)光器是一款大功率白熾燈調(diào)光設(shè)備，支持RS-232通訊方式，支持與可編程控制主機及第三方可編程控制主機配套使用。支持4路白熾燈亮度同時或分開調(diào)節(jié)，支持環(huán)境照度預(yù)設(shè)，系統(tǒng)應(yīng)用中常用與完成環(huán)境照度場景的存儲于調(diào)用。電源：220V、50Hz，載入容量：單路功率≤1200W，總功率4000W，接線端口如下圖3-1所示。圖3-1四路調(diào)光器接線端口3.2系統(tǒng)各部分模塊的連接方式3.2.1整體結(jié)構(gòu)圖這里以自習室、閱覽室、辦公室為主要設(shè)計對象，樓梯、走廊、衛(wèi)生間為次要對象，其設(shè)計簡單，用聲控開關(guān)控制燈的狀態(tài)，在這里不再贅述。如4-3所示，七天定時器控制自習室、辦公室、閱覽室等其他區(qū)域在整體時間上的燈的狀態(tài)即工作日的燈光時間控制可以手動修改時間設(shè)置，也可以通過程序設(shè)置時間，在工作時間內(nèi)，燈的總狀態(tài)是開，而每個房間里的燈的狀態(tài)則是由房間里的傳感器決定的。由圖4-3可知，A號PLC控制整個圖書館的辦公室，B號PLC控制整個圖書館的自習室，C號PLC控制整個圖書館的閱覽室，而D號PLC則主要控制會議室、書庫等其他區(qū)域。以辦公室舉例來說，首先照度傳感器感知外界光線的強弱，當外界光線弱時，傳感器的開關(guān)動作，對應(yīng)的輸入端給PLC一個標準高電壓信號，信號給PLC后經(jīng)總線、以太網(wǎng)傳送給上位監(jiān)控機，上位機通過程序?qū)λ穆氛{(diào)光器進行控制，調(diào)大該區(qū)域燈光的亮度；當外界光線亮時，傳感器的開關(guān)動作，對應(yīng)的輸入端給PLC一個標準低電壓信號，信號給PLC后經(jīng)總線、以太網(wǎng)傳送給上位監(jiān)控機，上位機通過程序使對四路調(diào)光器進行控制，調(diào)小該區(qū)域燈的亮度。圖3-2系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖3.2.2PLC模塊與各傳感器的連接圖PLC一般接收行程開關(guān)、限位開關(guān)等輸入的開關(guān)量信號。CPU224CN提供24VDC電源，可連接各傳感器的繼電器開關(guān)，作為繼電器開關(guān)量輸入，而各傳感器的輸出信號都能滿足這個電壓范圍。所以可將各傳感器繼電器開關(guān)直接連接到PLCI/O模塊的輸入端。如圖3-3到圖3-4，分別為探測器與PLC的接線圖。由于輸入接線過長會導致輸入PLC的信號失真，所以輸入接線最好不要超過30m，在干擾較小，電壓降不大時，輸入接線可是當長一些。因此，為了保證各報警信號不失真，宜將PLC各模塊安裝在中間樓層的位置。圖3-3EM221與傳感器的連接圖圖3-4CPU224CN與傳感器的連接圖3.2.3PLC與總線之間的連接圖四個PLC通過自帶的RS-485總線與以太網(wǎng)連接，以太網(wǎng)是RS-232總線，需要一個RS232/485轉(zhuǎn)換模塊。轉(zhuǎn)換模塊見圖3-6所示。本產(chǎn)品為非隔離型RS232-RS485/422轉(zhuǎn)換接口裝置，可完成RS232-RS422數(shù)據(jù)通訊接口信號的轉(zhuǎn)換，或用來實現(xiàn)RS232-RS485數(shù)據(jù)通訊接口信號的轉(zhuǎn)換。內(nèi)部數(shù)據(jù)方向偵查控制電路使得RS232-RS485轉(zhuǎn)換模式時不需要RS232側(cè)提供流量控制信號。即可實現(xiàn)3線制得RS232接口與RS485接口的轉(zhuǎn)換。驅(qū)動能力強，傳輸距離遠。波特率傳播速度從110bps到57.6bps自適應(yīng)。圖3-5PLC與總線的連接圖3-6RS232/485轉(zhuǎn)換模3.3電源模塊在該系統(tǒng)中所選傳感器的電源供給都有在9V～15V之間的直流電源，可選12V直流電源。但S7-200PLC的CPU模塊能提供的是24VDC電源，所以要添加一個24VDC/12VDC的電源降壓器。在該設(shè)計中選擇的電源降壓器的最大輸出功率為60W。該轉(zhuǎn)換器的內(nèi)部原理為自藕變壓器工作原理，自藕變壓器利用電磁感應(yīng)原理，從一個電路向另一個電路傳遞電能或傳輸信號的一種電器是電能傳遞或作為信號傳輸?shù)闹匾?2VDC電源的出線端如3-5所示。圖3-5電源模塊3.4自習室燈光控制圖書館的燈光控制以自習室的燈光控制為例。由圖3-6可知，在自習室的燈光控制中PLC的應(yīng)用。自習室的燈具布置采用混合式布置，此方法有利于燈光的調(diào)節(jié)。不同的燈具提供不同亮度的燈光，可以實現(xiàn)階梯式的調(diào)控。自習室的傳感器有照度和雙鑒傳感器，照度傳感器感知外界光線的變換，當外界光線暗時，向PLC輸出1，PLC向監(jiān)控主機發(fā)出信號，監(jiān)控主機通過對應(yīng)的通道開起對應(yīng)區(qū)域的燈具；光線亮時，關(guān)閉對應(yīng)區(qū)域的燈具。由于后面用到組態(tài)，可以對自習室的雙鑒傳感器編號，一個雙鑒傳感器可以控制一定區(qū)域的燈具，一個房間有三個雙鑒傳感器，分別控制房間前、中、后區(qū)域的燈具。而對于不同樓層上的自習室也可以編號，設(shè)自習室為編號1，三個自習室分別編為1.0、1.1、1.2，而對于1.0里的三個雙鑒傳感器可以編號為1.0.0、1.0.1、1.0.2。在監(jiān)控主機里利用組態(tài)王對系統(tǒng)進行組態(tài)。當PLC接收到1.0.0的信號后，PLC通過總線把信號發(fā)送給組態(tài)王，組態(tài)王在設(shè)定好的程序下，改變1.0.0感應(yīng)區(qū)域內(nèi)的燈具狀態(tài)。比如說，當1.0.0感應(yīng)到有人在此區(qū)域時，向PLC發(fā)送高電平，PLC處理信號后，發(fā)送信號給組態(tài)王，組態(tài)王給1.0.0感應(yīng)區(qū)域內(nèi)的燈具送1，燈亮；當1.0.0感應(yīng)到區(qū)域內(nèi)無人時，向PLC發(fā)送低電平，PLC處理信號后，發(fā)送信號給組態(tài)王，組態(tài)王給1.0.0感應(yīng)區(qū)域內(nèi)燈具送0，燈滅。閱覽室編號為2，辦公室編號為3，室內(nèi)的傳感器也像上述自習室內(nèi)的傳感器那樣編號，在組態(tài)王中有對應(yīng)的控制程序，可以實現(xiàn)對這些區(qū)域內(nèi)燈具的智能控制。圖3-6自習室燈光控制簡圖4系統(tǒng)軟件設(shè)計4.1系統(tǒng)程序設(shè)計由于圖書館的房間功能大致相像，在設(shè)計程序時，不用設(shè)計出整個圖書館的程序。這里我們以自習室為例。在對自習室編程的過程中，一個房間里有5個輸入點即三個雙鑒傳感器和兩個照度傳感器，輸出點有4個。在自習室編號后，對編號1.0的自習室編程。4.1.1主程序流程圖圖4-1主程序流程圖圖4-1中I8.4是七天定時器的I/O輸入端，七天定時器為“1”時，整個系統(tǒng)才能工作，各傳感器的開關(guān)量輸出直接接PLC的I/O口，為“1”、“0”時實現(xiàn)的功能由圖4-1可以看出。4.1.2地址的分配以自習室1.0為例，對照度傳感器、雙鑒傳感器分配地址。當外界光線暗時，照度傳感器輸出“1”，當外界光線亮時，照度傳感器輸出“0”；當有人時，雙鑒傳感器輸出“1”，當沒人時，雙鑒傳感器輸出“0”。表4-11.0自習室地址分配標號地址標注前廳雙鑒1.0.0I0.01時燈亮，0時燈滅中廳雙鑒1.0.1I0.11時燈亮，0時燈滅后廳雙鑒1.0.2I0.21時燈亮，0時燈滅照度a1.0.3I0.31時調(diào)亮，0時燈滅照度b1.0.4I0.41時調(diào)亮，0時燈滅七天定時器I8.41時正常工作，0時關(guān)燈1.0區(qū)域燈1Q0.01時燈亮，0時燈滅1.0區(qū)域燈2Q0.11時燈亮，0時燈滅1.0區(qū)域燈3Q0.21時燈亮，0時燈滅四路調(diào)光器端口1Q0.31時燈調(diào)亮，0時燈調(diào)暗4.2自習室燈光控制程序4.2.1自習室燈光控制程序流程圖4-2自習室子程序程序流圖4.2.2自習室燈光控制程序I0.0～I0.2是雙鑒傳感器，I0.3～I0.4是照度傳感器，Q0.0～Q0.2是自習室的燈，Q0.3是四路調(diào)光器。I0.3～I0.4為1時調(diào)亮自習室的燈光，I0.0～I0.2為1時對應(yīng)區(qū)域的燈亮。圖4-3自習室燈光控制程序圖4-4自習室燈光控制程序5系統(tǒng)通信與組態(tài)5.1PLC與上位機組態(tài)王之間的通信傳感器動作后，發(fā)出信號，由PLC接收，PLC通過RS-485，傳輸給C-BUS總線，而C-BUS總線是RS-232接口，通信可以通過一個485/232轉(zhuǎn)換模塊轉(zhuǎn)換信號，然后C-BUS總線把信號傳輸給以太網(wǎng)，以太網(wǎng)通過CP241-3通信模塊和監(jiān)控主機通信。PLC與以太網(wǎng)的通信連接如下：PLC的IP地址設(shè)置，即在STEP7-Micro/Win編程軟件中對以太網(wǎng)連接進行設(shè)置。通過PC/PPI將S7-200PLC連接到裝有STEP7Micro/WIN編程軟件的電腦上。打開STEP7Micro/WIN，新建項目，選擇CPU的類型為CPU224CN。通訊方式設(shè)置為“PC/PPI模式”。然后打開“工具”點擊“以態(tài)網(wǎng)向?qū)А边M行CP243-1的組態(tài)連接：選擇CP243-1模塊的位置為0（位于CPU模塊后的第一個位置）；設(shè)置CP243-1模板的IP地址為172.16.2.230（子網(wǎng)掩碼為255.255.255.0），網(wǎng)絡(luò)速度選擇自適應(yīng)；選擇CP243-1的網(wǎng)絡(luò)連接數(shù)目為1；新建PLC1、PLC2、PLC3、PLC4的地址分別為172.16.2.230、172.16.2.231、172.16.2.232、172.16.2.233。信息的存儲區(qū)。生成的程序即可下載到對應(yīng)的PLC內(nèi)。具體過程如圖5-1至圖5-9所示。(1)打開STEP7，打開“工具”點擊“以態(tài)網(wǎng)向?qū)А?。圖5-1以太網(wǎng)向?qū)?2)選擇模塊位置為“0”，點擊“下一步”。圖5-2模塊位置選擇(3)模塊地址分配：IP地址為172.16.2.230，子網(wǎng)掩碼地址為255.255.255.0，網(wǎng)關(guān)地址為172.16.2.1。模塊連接類型為自動檢測通信。圖5-3地址分配(4)點擊“下一步”，確定模塊命令字節(jié)QB為“2”，模塊配置的連接數(shù)目為“1”。圖5-4模塊連接數(shù)量(5)點擊“下一步”，配置連接為“客戶機連接”服務(wù)器IP地址為172.16.2.230。點擊“數(shù)據(jù)傳輸”，選擇“新傳輸”添加一個新的數(shù)據(jù)傳輸。圖5-5配置連接(6)選擇“將數(shù)據(jù)寫入遠程服務(wù)器”，數(shù)據(jù)為四個字節(jié)，依次建立四個PeerMessage連接配置。圖5-6數(shù)據(jù)傳輸(7)點擊“確認”，選擇“客戶機連接”，選擇IP地址為PLC1的地址，點擊“確認”。圖5-7客戶機選擇(8)點擊“確認”默認設(shè)置，點擊“下一步”。圖5-8存儲地址(9)點擊“下一步—完成”，選擇“是”。到此，PLC與以太網(wǎng)的通信建立。圖5-9連接配置完成5.2系統(tǒng)組態(tài)(1)打開組態(tài)王，點擊“新建”。圖5-10新建工程(2)點擊“下一步”，選擇存放工程的目錄，再點擊“下一步”。圖5-11輸入工程名稱和描述(3)輸入工程名稱、工程描述，點擊“完成”，點擊“是”。圖5-12完成工程建立(4)點擊“設(shè)備”，新建設(shè)備，選擇S7-200PLC。圖5-13新建設(shè)備(5)點擊“下一步”，給設(shè)備指定邏輯名稱為PLC1，點擊“下一步”。圖5-14指定是設(shè)備邏輯名稱(6)連接串口選擇COM2，點擊“下一步”，設(shè)定地址為172.16.2.230：0，再點擊“下一步”。圖5-15指定地址(7)默認通信參數(shù)，點擊“完成”。然后依次新建設(shè)備PLC2、PLC3、PLC4。圖5-16設(shè)備建立完成(8)點擊“數(shù)據(jù)詞典”，新建變量。圖5-17新建變量(9)變量名為雙鑒傳感器1，變量類型為I/O離散，連接設(shè)備PLC1,寄存器為Q,數(shù)據(jù)類型為Bite，點擊確認，依次新建雙鑒傳感器2、3和照度傳感器1、2。PLC2、PLC3、PLC4的變量名也是像這樣建立的。圖5-18變量建立完成(10)左擊選中“畫圖”，點擊“新建”。圖5-19新建畫圖(11)點擊工具箱里的圖標，繪制圖如下5-20、5-21。圖5-20自習室、閱覽室組態(tài)圖5-21辦公室、書庫組態(tài)由組態(tài)控制畫面可以看到，自習室、辦公室、閱覽室有三組燈光，分別為前、中、后區(qū)域。而下面的對應(yīng)有綠、紅、黃三個按鈕，分別控制前、中、后區(qū)域的燈的狀態(tài)。具體控制如下：當PLC接收到傳感器發(fā)出的信號時，PLC經(jīng)總線、以太網(wǎng)，把控制信號發(fā)送給組態(tài)軟件，通過前面的通信設(shè)置，把相應(yīng)的PLC對應(yīng)組態(tài)相應(yīng)的地址，在接收到相應(yīng)的信號后，組態(tài)通過動畫定義，點擊相應(yīng)的按鈕即可以控制該區(qū)域內(nèi)燈的開關(guān)了。而書庫只有兩組燈光和兩個按鈕，其控制方法和自習室等的一樣。通過組態(tài)的連接可以實現(xiàn)一個人控制整棟樓的燈的狀態(tài)，方便了燈光控制，節(jié)省了人力、財力。結(jié)論從節(jié)能、環(huán)保、管理、運行、維護等方面考慮，本設(shè)計具有前瞻性，基于PLC的現(xiàn)代智能照明控制方式成為圖書館照明控制的主流。綜合分析，基于PLC的智能照明控制系統(tǒng)在現(xiàn)代智能建筑中的應(yīng)用效果有以下幾個方面：1、照明智能控制。采用智能照明控制系統(tǒng)，可以通過編程預(yù)先設(shè)置各區(qū)域的光照度，以適應(yīng)各種場合、不同場景的要求。智能照明可將照度自動調(diào)整到工作最適合的水平。無論在什么場合或天氣怎么變化，系統(tǒng)均能保證各區(qū)域照度維持在預(yù)先設(shè)置的水平。2、改善工作環(huán)境。智能照明系統(tǒng)中的可調(diào)光電子鎮(zhèn)流器工作在很高頻率，克服了頻閃，消除了起輝時的亮度不穩(wěn)定，為人們提供了舒適的工作環(huán)境。3、可觀的節(jié)能效果。智能照明控制系統(tǒng)使用了先進的電子技術(shù)，能對多數(shù)燈具進行智能調(diào)光。當室外光較強時，室內(nèi)照度自動調(diào)暗，室外光較弱時，室內(nèi)照度自動調(diào)亮，使室內(nèi)的照度始終保持在恒定值附近，從而能夠充分利用自然光實現(xiàn)節(jié)能的目的。4、減少維護費用。運用智能化的照明控制系統(tǒng)，大大提高了燈具等設(shè)備的平均壽命，減少運行維護費用，帶來較大的投資回報。與傳統(tǒng)的照明控制系統(tǒng)相比，智能照明控制系統(tǒng)在布線方式、照明方式、管理方式以及節(jié)能方面均有不少優(yōu)點：傳統(tǒng)照明控制采用手動開關(guān)，只有開和關(guān)，而且只能一路一路的開和關(guān)。而智能照明控制采用智能調(diào)光模塊，通過燈光的調(diào)光在不同的使用場合產(chǎn)生不同的燈光效果，營造出不同的舒適的視覺氛圍。智能照明控制系統(tǒng)采用低壓二次小信號控制，控制方式多、功能強、范圍廣、自動化程度高。一臺計算機就可對整個圖書館的照明實現(xiàn)智能化管理；另外，在智能照明控制系統(tǒng)中，通過設(shè)置電壓限制，可以避免或降低電網(wǎng)電壓以及浪涌電壓對燈具的沖擊，從而起到保護燈具，延長燈具使用壽命的作用。智能照明控制系統(tǒng)更是一個開放式的系統(tǒng)，通過標準網(wǎng)絡(luò)接口可方便地與其他系統(tǒng)連接。綜上所述，采用智能照明控制系統(tǒng)不僅可以滿足便捷控制、燈光效果等要求，而且具有可觀的節(jié)能效果及延長燈具壽命，還能降低運行維護費用，大大簡化穿管布線工作量。智能照明控制系統(tǒng)是辦公大樓、賓館酒店、娛樂場所、商場、體育場館、公寓別墅等理想的照明控制系統(tǒng)。

致謝在此答辯之際，我首先要感謝指導老師。因為無論從論文選題，到編寫過程，直到完成，姜老師無不傾注著心血和辛勞。從與老師的探討中，老師認真的求學精神、嚴謹?shù)闹螌W態(tài)度、淵博的專業(yè)學識、敏銳的學術(shù)眼光、深邃的學術(shù)思想、勤勉塌實的治學作風、誨人不倦的精神無不讓人感動。我在這里說一聲，老師，你辛苦了！四年大學生活轉(zhuǎn)眼即逝。在這四年學習期間，老師們無私耕耘、孜孜教誨，讓我們學到了很多書里和書外的知識。為我們即將進入社會打下了良好的基礎(chǔ)。在這里我向所有老師們表示深深得謝意和崇高的敬意。老師，你們辛苦了！最后，衷心地感謝在百忙之中評閱論文和參加答辯的各位老師、教授！忠心地祝愿各位身體健康、工作順利。

參考文獻王永華.現(xiàn)代電氣控制及PLC應(yīng)用技術(shù)（第2版).北京:北京航天航空大學出版社,2008.馬小軍.智能照明控制系統(tǒng)[M].南京:東南大學出版社,2009.中國建筑標準設(shè)計研究院.電氣照明節(jié)能設(shè)計[M].北京:中國計劃出版社,2007.北京照明學會照明設(shè)計專業(yè)委員會.照明設(shè)計手冊[M].2版.北京:中國電力出版社,2007周太明.電氣照明設(shè)計[M].上海:復旦大學出版社,2001.陳濤.照明控制與自動化系統(tǒng)的完美結(jié)合[J].照明工程學報,2001.陳濤.毛新偉.智能照明控制系統(tǒng)的工程應(yīng)用[J]照明工程學報.2003,14(3):26-32韓磊.辦公室照明的智能控制技術(shù)和策略研究[D].上海:上海復旦大學出版社.2007.孫宏斌.基于CAN總線的智能照明控制系統(tǒng)的設(shè)計與研究[D].南京:南京工大學出版社,2008.[10]劉華波.西門子S7-200PLC編程及應(yīng)用案例精選[M].北京:機械工業(yè)出版社,2009.5.[1