校園智能照明系統(tǒng)設計10000字

第1頁共24頁第1章引言 3 3 3 3 4 4第2章校園智能控制系統(tǒng)的總體設計 52.1設計思想 5 5 5 5 6 6 62.2.4報警模塊 7第3章校園智能控制系統(tǒng)的硬件設計 7 73.2PLC的相關設計 7 83.2.2PLC型號的確定 83.2.3PLC的I/O□分配表 8 9 9 3.4.1MCGS昆侖通態(tài)觸摸屏與PLC的連接 第4章校園智能控制系統(tǒng)的軟件設計 4.1編程軟件 第2頁共24頁 4.1.2編程語言 第5章校園智能控制系統(tǒng)的調試 5.1PLC的程序調試 205.1.1調試條件 205.1.2調試步驟 205.2系統(tǒng)仿真 20 5.2.2系統(tǒng)仿真 21 23 24第3頁共24頁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PLC技術在世界上的發(fā)展已經非常的成熟，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，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PLC的發(fā)展歷程經歷了4次的迭代，世界上研發(fā)了將近400多種PLC產品，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1.3研究內容及意義低道路照明要求，教學樓區(qū)(自習室除外)照明系統(tǒng)進入節(jié)能模式；學生存在寒第5頁共24頁確控制，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2.1.1照明系統(tǒng)的需求分析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?，F(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%。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；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)網技術的校園照明管理系統(tǒng)設計方案。人可從觸第6頁共24頁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。LED燈具報警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。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。第3章校園智能控制系統(tǒng)的硬件設計教學樓區(qū)教學樓區(qū)1#燈11#燈21#燈41#燈51丁62丁12#燈53丁13丁23#燈33#燈43.2PLC的相關設計最終的控制系統(tǒng)結構設計更簡潔穩(wěn)定。x啟動教學樓區(qū)照明3(節(jié)能)宿舍區(qū)照明1教學樓區(qū)光線監(jiān)測宿舍區(qū)照明1(節(jié)能)第9頁共24頁教學樓區(qū)分貝監(jiān)測宿舍區(qū)照明2宿舍區(qū)光線監(jiān)測宿舍區(qū)照明2(節(jié)能)宿舍區(qū)分貝監(jiān)測宿舍區(qū)照明3體育場光線監(jiān)測宿舍區(qū)照明3(節(jié)能)體育場分貝監(jiān)測體育場照明1教學樓區(qū)照明1體育場照明1(節(jié)能)教學樓區(qū)照明1(節(jié)能)體育場照明2體育場照明2(節(jié)能)教學樓區(qū)照明2(節(jié)能)體育場照明3體育場照明3(節(jié)能)3.2.4PLC擴展模塊的選擇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)。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3.2.5外部接線圖西門子S7-12001212C外部接線圖如圖3-3所示：第10頁共24頁心心口3.3照明設備的選型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年依舊能夠功耗，電阻的散熱也要考慮。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。第11頁共24頁10SMLD12U6w(C)SMLD12D6W(C) 0基于以上考量，使用恒流電源驅動。制。西門子擁有配套的觸控面板一—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的連接設備的要求進行，需求增加了不一樣的特點，設計者槽號設定為1,通過修改接觸屏的IP地址與接觸屏ip地址在同一個網段中。結果如圖3-5所示。第12頁共24頁設備屬性名最小采集周期(ms)重建TCP/IP連接等待時間[s]機架號[Rack]1槽號[Slot]103.4.2MCGS界面展示及設計流程1)界面展示制的組態(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。刷除設備通道刪除全部通道快速連接變里刪除連接變里刷除全部連接通道處理設置通道處理刪除通道處理復制通通處理粘貼通通處理全刷白動設備調試停止設備調試設備信息導出設備信息導入打開設備幫助設備組態(tài)檢查[內部屬性設備名稱Data02通道名稱確認自定義變量連接變量連接方式1102)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)動測調試模式圖3-7所示：聲音強度自動運行界面(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，若有傳感器故護作業(yè)。60.0,80,0,100.0.120.0當前日期當前時間第4章校園智能控制系統(tǒng)的軟件設計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，自身功能全面第14頁共24頁能夠滿足對觸摸屏、可編程控制器PLC、進行編程調試和仿真操作，實時監(jiān)控用在可編程控制器PLC中，第一段程序設計語句為梯形圖，這是1)梯形圖編程的規(guī)則①梯形圖的編程都需要從左母線編寫到右母線結束；②梯形圖的輸出線圈只需要與左母線相連即可；③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④梯形圖串并聯(lián)的觸電的數(shù)量沒有限制要求；⑤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2)梯形圖編寫流程行判斷，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2月、7月、開第二時段關閉一半照明設備是=操場客段所有開s,其圖4-1照明控制程序流程圖4.3照明系統(tǒng)的設計時間段學生大概占比第16頁共24頁23:00~次日由上表可知，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，23:3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2)對于季節(jié)的時間分配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過時，第17頁共24頁時間數(shù)據(jù)類型程序段1:讀取CPU時間口Static131560DZ=2022-03-18-00000數(shù)輸入經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壓力，同時節(jié)省了PLC控制端子，使得可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。第18頁共24頁口口國0 田程序段1:ENO—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。%W112“教學樓區(qū)光線監(jiān)工程量輸出一光照1測"一模擬量輸入60.0一工程量最大值200.0一工程量最小值工程量輸工程量輸出一聲音!“教學樓區(qū)分貝監(jiān)27648一模擬里最大值5570一模擬里最小值0.0一工程量最大值40.0一工程里最小值校園的教學區(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)。全局節(jié)能“熄燈時間圖4-5節(jié)能運行模式程序設計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。教學樓區(qū)照明(“熄燈時間復位3°復位3°全局節(jié)能“聲音1圖4-6節(jié)能模式復位每天上午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"音量閾值6咨OUTI一"報警信號"傳感器檢測1"傳感器檢測2*圖4-7報警模塊的程序設計第5章校園智能控制系統(tǒng)的調試①構造了合理CPU外電路，按照控制系統(tǒng)的要求和PLCI/O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；5.1.2調試步驟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；4.設IP地址和所用PLC是同一段網；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。60.080.0100.0120.0140.0160.018光線強度：10-10.0,20.0,聲音強度：分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。主界面主界面復位調試測試模式運行狀態(tài)顯示區(qū)教學樓區(qū)宿舍區(qū)體育場模擬參數(shù)設置區(qū)光線強度：6008.0.0202014-0.690182020200.0,10.0,20.030,0,40.0,5聲音強度：參數(shù)設置區(qū)3分月時圖5-2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，處于部打開(綠燈代表燈具打開),符合程序設定要求。主界面主界面復位調試測試模式宿舍區(qū)光線強度：60.0,80.0100.0120.010.0,100,200,30.0,40.0,53時分月圖5-3第二時段照明仿真示意圖4)第三時段仿真示意圖如第三時段照明仿真示意圖5-4所示，時間為3月27日23時30分，處于燈具全部熄滅(紅燈代表燈具關閉),符合程序設定要求。主界面主界面復位調試測試模式運行狀態(tài)顯示區(qū)教學樓區(qū)宿舍區(qū)體育場模擬參數(shù)設置區(qū)60.080.0100.0120.0140.0160.0180.0,10.0,20.030.040.050參數(shù)設置區(qū)分圖5-4第三時段照明仿真示意圖根據(jù)系統(tǒng)仿真結果的綜合所示，本課題所研究的基于PLC的智能照明控制系統(tǒng)的功能仿真已經能夠達到學校所需的照明要求。結論本項目課題所研究的基于智能照明控制系統(tǒng)設計，以可編程控制器西門子PLC-1200為控制核心，對校園照明設備進行合