1、畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) (論 文)專 業(yè) 班 級(jí) 學(xué)生姓名 學(xué) 號(hào) 課 題 基于PLC的建筑設(shè)備自動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 照明控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 指導(dǎo)教師 摘 要大學(xué)的電能消耗中，照明用電占有絕大部分，其中教室的照明容量大、工作時(shí)間長(zhǎng)，且常常采用手動(dòng)的控制方法，造成了浪費(fèi)。因此針對(duì)學(xué)生的生活學(xué)習(xí)規(guī)律對(duì)教室的照明進(jìn)行了PLC智能控制。本論文闡述了某教室的照明控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思路、系統(tǒng)方案的選定、設(shè)備的選型、控制程序的編制與調(diào)試等等。采用了PLC智能控制，系統(tǒng)穩(wěn)定可靠完全滿足教室的照明要求；根據(jù)PLC控制原理對(duì)其進(jìn)行I0分配和繪制照明系統(tǒng)流程圖及編寫教室照明智能控制系統(tǒng)梯形圖控制程序。最后經(jīng)過(guò)模擬仿真運(yùn)行能夠?qū)崿F(xiàn)教室內(nèi)的

2、智能化照明。最終使燈具的使用壽命也有所提高,系統(tǒng)穩(wěn)定可靠，完全滿足了教室的照明要求，達(dá)到了預(yù)想的結(jié)果。關(guān)鍵詞：PLC，節(jié)能，西門子STEP7-300，智能控制Abstract At the university of power consumption, lighting electricity possession for the most part, The classroom lighting of large capacity, long working use manual control method, caused the waste. The students for life

3、 of learning rule PLC intelligent control of the classroom lighting. This paper expounds some classroom lighting control system design, selection of system scheme, equipment type selection, control program compiling and debugging and so on. adopted PLC intelligent control system is stable and reliab

4、le completely satisfy the requirement of the classroom lighting; According to the principle of PLC control on the I0 distribution and mapping lighting system flow chart and ladder diagram writing classroom light intelligent control system control program. Finally through the simulation operation can

5、 be achieved within the classroom intelligent lighting. Eventually make it also improved the service life of lamps and lanterns, the system is stable and reliable, completely satisfying the requirements of the classroom lighting, to achieve the desired results.Keywords: PLC, energy saving, SiemensST

6、EP7-300, intelligent control目 錄摘 要IABSTRACTII1緒論12 PLC簡(jiǎn)介22.1 PLC定義和分類22.2 PLC的特點(diǎn)32.3 PLC的結(jié)構(gòu)4主機(jī)4輸入輸出（IO）接口4電源5編程器5輸入輸出擴(kuò)展單元5外部設(shè)備接口52.4 可編程控制器的性能指標(biāo)53.設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容和要求63.1主要內(nèi)容63.2技術(shù)要求63.3 PLC工作原理74 智能照明的總體方案設(shè)計(jì)74.1照明系統(tǒng)的功能需求分析85 硬件設(shè)計(jì)95.1選擇PLC類型95.2 PLC外部連線圖105.3 光照傳感器115.4紅外探測(cè)器116 PLC軟件設(shè)計(jì)126.1 PLC的編程原件126.2 PLC

7、的編程語(yǔ)言136.3 程序流程圖146.4 STEP7 300簡(jiǎn)介146.5 輸入輸出編址156.6梯形圖程序設(shè)計(jì)167. 程序調(diào)試與仿真17結(jié)束語(yǔ)21致謝22參考文獻(xiàn)23基于PLC的建筑設(shè)備自動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)某教室的PLC照明控制設(shè)計(jì)1緒論1.1課題的背景及意義 新校園的建設(shè)要適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)時(shí)代的發(fā)展，應(yīng)引入智能化的概念在傳統(tǒng)的樓宇自控中，一般只包括了綜合布線，計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)、安防、消防、閉路監(jiān)控等子系統(tǒng)。但是幾年來(lái)，隨著科技的進(jìn)步，人們對(duì)照明燈具節(jié)能和科學(xué)化管理提出了更高的要求，使得照明控制在智能化領(lǐng)域的地位越來(lái)越重要。而在新校區(qū)的建設(shè)熱潮中，各大高校和他們的建設(shè)者也應(yīng)意識(shí)到智能照明的重要性。相對(duì)商業(yè)

8、樓而言，校園里的大功率動(dòng)力和制冷設(shè)備比重較少，照明燈具則相對(duì)比重較多。使用照明控制系統(tǒng)，更能體現(xiàn)其在節(jié)能與管理方面的優(yōu)勢(shì)，提高學(xué)校的科學(xué)管理水平。 我國(guó)智能化照明技術(shù)的應(yīng)用還不廣泛,大多數(shù)校園仍然使用傳統(tǒng)的照明控制方式。因此完善校園路燈智能化監(jiān)控建設(shè)，進(jìn)一步擴(kuò)大監(jiān)控系統(tǒng)點(diǎn)位，自動(dòng)實(shí)時(shí)監(jiān)控和遠(yuǎn)程控制校園照明設(shè)施的開(kāi)關(guān)燈，合理控制道路照明和景觀燈的運(yùn)行和停止具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。但是我國(guó)智能化照明技術(shù)的應(yīng)用還不廣泛,大多數(shù)校園仍然使用傳統(tǒng)的照明控制方式。 本次設(shè)計(jì)課題結(jié)構(gòu)特點(diǎn)明確，涵概面廣。在整個(gè)設(shè)計(jì)過(guò)程中，我得到了畢業(yè)設(shè)計(jì)指導(dǎo)老師孜孜不倦的指導(dǎo)，也深切體會(huì)到科學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)脑O(shè)計(jì)思想。由于本人設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)有限

9、，不妥和錯(cuò)誤之處，懇請(qǐng)各位老師指正。1.2 PLC在國(guó)內(nèi)外的研究情況可編程控制器是六十年代發(fā)展起來(lái)的一種自動(dòng)控制裝置是一種嵌入式的工控機(jī)，它以順序控制為主回路調(diào)節(jié)為輔能完成邏輯判斷、定時(shí)、計(jì)數(shù)、記憶和算術(shù)運(yùn)算功能既能進(jìn)行開(kāi)關(guān)量控制又能進(jìn)行模擬量控制還具有通信功能。針對(duì)節(jié)約電能、保護(hù)全球環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展的要求，美國(guó)環(huán)保署于1991年1月提出“綠色照明”概念，引起了其他國(guó)家的重視。我國(guó)也于1993年11月啟動(dòng)“中國(guó)綠色照明工程”，并于1996年正式列入國(guó)家計(jì)劃。但是我國(guó)智能化照明技術(shù)的應(yīng)用還不廣泛,大多數(shù)校園仍然使用傳統(tǒng)的照明控制方式。 因此完善智能化監(jiān)控建設(shè)，進(jìn)一步擴(kuò)大監(jiān)控系統(tǒng)點(diǎn)位，自

10、動(dòng)實(shí)時(shí)監(jiān)控和遠(yuǎn)程控制照明設(shè)施的開(kāi)關(guān)燈，合理控制道路照明和景觀燈的運(yùn)行和停止具有重要的現(xiàn)實(shí)意義?？梢灶A(yù)期到，PLC將來(lái)在我國(guó)會(huì)有更廣闊的發(fā)展空間。2 PLC簡(jiǎn)介2.1 PLC定義和分類 可編程控制器簡(jiǎn)稱PLC（Programmable Logic Controller）是一種專門為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)的數(shù)字運(yùn)算操作的電子裝置。它采用可以編制程序的存儲(chǔ)器，用來(lái)在其內(nèi)部存儲(chǔ)執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序運(yùn)算、計(jì)時(shí)、計(jì)數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等操作的指令，并能通過(guò)數(shù)字式或模擬式的輸入和輸出，控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過(guò)程。 PLC按產(chǎn)地分，可分為日系、歐美、韓臺(tái)、大陸等。其中日系具有代表性的為三菱、歐姆龍、松下、光洋等；歐美

11、系列具有代表性的為西門子、A-B、通用電氣、德州儀表等；韓臺(tái)系列具有代表性的為L(zhǎng)G、臺(tái)達(dá)等；大陸系列具有代表性的為合利時(shí)、浙江中控等； 按點(diǎn)數(shù)分，可分為大型機(jī)、中型機(jī)及小型機(jī)等。大型機(jī)一般IO點(diǎn)數(shù)>2048點(diǎn)；具有多CPU，16位32位處理器，用戶存儲(chǔ)器容量816K，具有代表性的為西門子S7400系列、通用公司的GE系列等；中型機(jī)一般IO點(diǎn)數(shù)為2562048點(diǎn)；單雙CPU，用戶存儲(chǔ)器容量28K，具有代表性的為西門子S7300系列、三菱Q系列等；小型機(jī)一般IO點(diǎn)數(shù)<256點(diǎn)，單CPU，8位或16位處理器，用戶存儲(chǔ)器容量4K字以下，具有代表性的為西門子S7-200系列、三菱FX系列等；

12、 按結(jié)構(gòu)分，可分為整體式和模塊式。整體式PLC是將電源、CPU、IO接口等部件都集中裝在一個(gè)機(jī)箱內(nèi)，具有結(jié)構(gòu)緊湊、體積小、價(jià)格低的特點(diǎn)；小型PLC一般采用這種整體式結(jié)構(gòu)。 模塊式PLC由不同IO點(diǎn)數(shù)的基本單元（又稱主機(jī)）和擴(kuò)展單元組成?；締卧獌?nèi)有CPU、IO接口、與IO擴(kuò)展單元相連的擴(kuò)展口，以及與編程器或EPROM寫入器相連的接口等；擴(kuò)展單元內(nèi)只有IO和電源等，沒(méi)有CPU；基本單元和擴(kuò)展單元之間一般用扁平電纜連接； 整體式PLC一般還可配備特殊功能單元，如模擬量單元、位置控制單元等，使其功能得以擴(kuò)展。這種模塊式PLC的特點(diǎn)是配置靈活，可根據(jù)需要選配不同規(guī)模的系統(tǒng)，而且裝配方便，便于擴(kuò)展和維修

13、。大、中型PLC一般采用模塊式結(jié)構(gòu)。還有一些PLC將整體式和模塊式的特點(diǎn)結(jié)合起來(lái)，構(gòu)成所謂疊裝式PLC。按功能分，可分為低檔、中檔、高檔三類。低檔PLC 具有邏輯運(yùn)算、定時(shí)、計(jì)數(shù)、移位以及自診斷、監(jiān)控等基本功能；還可有少量模擬量輸入輸出、算術(shù)運(yùn)算、數(shù)據(jù)傳送和比較、通信等功能；主要用于邏輯控制、順序控制或少量模擬量控制的單機(jī)控制系統(tǒng)。中檔PLC除具有低檔PLC的功能外，還具有較強(qiáng)的模擬量輸入輸出、算術(shù)運(yùn)算、數(shù)據(jù)傳送和比較、數(shù)制轉(zhuǎn)換、遠(yuǎn)程IO、子程序、通信聯(lián)網(wǎng)等功能；有些還可增設(shè)中斷控制、PID控制等功能，適用于復(fù)雜控制系統(tǒng)。高檔PLC除具有中檔機(jī)的功能外，還增加了帶符號(hào)算術(shù)運(yùn)算、矩陣運(yùn)算、位邏輯

14、運(yùn)算、平方根運(yùn)算及其它特殊功能函數(shù)的運(yùn)算、制表及表格傳送功能等；高檔PLC機(jī)具有更強(qiáng)的通信聯(lián)網(wǎng)功能，可用于大規(guī)模過(guò)程控制或構(gòu)成分布式網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)工廠自動(dòng)化。2.2 PLC的特點(diǎn)（1）可靠性高，抗干擾能力強(qiáng)高可靠性是電氣控制設(shè)備的關(guān)鍵性能。PLC由于采用現(xiàn)代大規(guī)模集成電路技術(shù)，采用嚴(yán)格的生產(chǎn)工藝制造，內(nèi)部電路采取了先進(jìn)的抗干擾技術(shù)，具有很高的可靠性。一些使用冗余CPU的PLC的平均無(wú)故障工作時(shí)間則更長(zhǎng)。從PLC的機(jī)外電路來(lái)說(shuō)，使用PLC構(gòu)成控制系統(tǒng)，和同等規(guī)模的繼電接觸器系統(tǒng)相比，電氣接線及開(kāi)關(guān)接點(diǎn)已減少到數(shù)百甚至數(shù)千分之一，故障也就大大降低。此外，PLC帶有硬件故障自我檢測(cè)功能，出現(xiàn)故障

15、時(shí)可及時(shí)發(fā)出警報(bào)信息。在應(yīng)用軟件中，應(yīng)用者還可以編入外圍器件的故障自診斷程序，使系統(tǒng)中除PLC以外的電路及設(shè)備也獲得故障自診斷保護(hù)。這樣，整個(gè)系統(tǒng)具有極高的可靠性也就不奇怪了。（2）配套齊全，功能完善，適用性強(qiáng)PLC發(fā)展到今天，已經(jīng)形成了大、中、小各種規(guī)模的系列化產(chǎn)品?？梢杂糜诟鞣N規(guī)模的工業(yè)控制場(chǎng)合。除了邏輯處理功能以外，現(xiàn)代PLC大多具有完善的數(shù)據(jù)運(yùn)算能力，可用于各種數(shù)字控制領(lǐng)域。近年來(lái)PLC的功能單元大量涌現(xiàn)，使PLC滲透到了位置控制、溫度控制、CNC等各種工業(yè)控制中。加上PLC通信能力的增強(qiáng)及人機(jī)界面技術(shù)的發(fā)展，使用PLC組成各種控制系統(tǒng)變得非常容易。易學(xué)易用，深受工程技術(shù)人員歡迎PLC

16、作為通用工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，是面向工礦企業(yè)的工控設(shè)備。它接口容易，編程語(yǔ)言易于為工程技術(shù)人員接受。梯形圖語(yǔ)言的圖形符號(hào)與表達(dá)方式和繼電器電路圖相當(dāng)接近，只用PLC的少量開(kāi)關(guān)量邏輯控制指令就可以方便地實(shí)現(xiàn)繼電器電路的功能。為不熟悉電子電路、不懂計(jì)算機(jī)原理和匯編語(yǔ)言的人使用計(jì)算機(jī)從事工業(yè)控制打開(kāi)了方便之門。（3）系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、建造工作量小，維護(hù)方便，容易改造PLC用存儲(chǔ)邏輯代替接線邏輯，大大減少了控制設(shè)備外部的接線，使控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)及建造的周期大為縮短，同時(shí)維護(hù)也變得容易起來(lái)。更重要的是使同一設(shè)備經(jīng)過(guò)改變程序改變生產(chǎn)過(guò)程成為可能。這很適合多品種、小批量的生產(chǎn)場(chǎng)合。（4）體積小，重量輕，能耗低以超小型PLC

17、為例，新近出產(chǎn)的品種底部尺寸小于100mm，重量小于150g，功耗僅數(shù)瓦。由于體積小很容易裝入機(jī)械內(nèi)部，是實(shí)現(xiàn)機(jī)電一體化的理想控制設(shè)備。2.3 PLC的結(jié)構(gòu)PLC的類型繁多，功能和指令系統(tǒng)也不盡相同，但結(jié)構(gòu)與工作原理則大同小異，通常由主機(jī)、輸入輸出接口、電源、編程器擴(kuò)展器接口和外部設(shè)備接口等幾個(gè)主要部分組成。主機(jī) 主機(jī)部分包括中央處理器（CPU）、系統(tǒng)程序存儲(chǔ)器和用戶程序及數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器。CPU是PLC的核心，它用以運(yùn)行用戶程序、監(jiān)控輸入輸出接口狀態(tài)、作出邏輯判斷和進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，即讀取輸入變量、完成用戶指令規(guī)定的各種操作，將結(jié)果送到輸出端，并響應(yīng)外部設(shè)備（如編程器、電腦、打印機(jī)等）的請(qǐng)求以及進(jìn)行各

18、種內(nèi)部判斷等。PLC的內(nèi)部存儲(chǔ)器有兩類，一類是系統(tǒng)程序存儲(chǔ)器，主要存放系統(tǒng)管理和監(jiān)控程序及對(duì)用戶程序作編譯處理的程序，系統(tǒng)程序已由廠家固定，用戶不能更改；另一類是用戶程序及數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，主要存放用戶編制的應(yīng)用程序及各種暫存數(shù)據(jù)和中間結(jié)果。輸入輸出（IO）接口 IO接口是PLC與輸入輸出設(shè)備連接的部件。輸入接口接受輸入設(shè)備（如按鈕、傳感器、觸點(diǎn)、行程開(kāi)關(guān)等）的控制信號(hào)。輸出接口是將主機(jī)經(jīng)處理后的結(jié)果通過(guò)功放電路去驅(qū)動(dòng)輸出設(shè)備（如接觸器、電磁閥、指示燈等）。IO接口一般采用光電耦合電路，以減少電磁干擾，從而提高了可靠性。IO點(diǎn)數(shù)即輸入輸出端子數(shù)是PLC的一項(xiàng)主要技術(shù)指標(biāo)，通常小型機(jī)有幾十個(gè)點(diǎn)，中型機(jī)

19、有幾百個(gè)點(diǎn)，大型機(jī)將超過(guò)千點(diǎn)。電源圖中電源是指為CPU、存儲(chǔ)器、IO接口等內(nèi)部電子電路工作所配置的直流開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源，通常也為輸入設(shè)備提供直流電源。編程器編程器是PLC的一種主要的外部設(shè)備，用于手持編程，用戶可用以輸入、檢查、修改、調(diào)試程序或監(jiān)示PLC的工作情況。除手持編程器外，還可通過(guò)適配器和專用電纜線將PLC與電腦聯(lián)接，并利用專用的工具軟件進(jìn)行電腦編程和監(jiān)控。輸入輸出擴(kuò)展單元IO擴(kuò)展接口用于連接擴(kuò)充外部輸入輸出端子數(shù)的擴(kuò)展單元與基本單元（即主機(jī)）。外部設(shè)備接口此接口可將編程器、打印機(jī)、條碼掃描儀等外部設(shè)備與主機(jī)相聯(lián)，以完成相應(yīng)的操作。2.4 可編程控制器的性能指標(biāo) （1）IO點(diǎn)數(shù)IO點(diǎn)數(shù)是評(píng)

20、價(jià)一個(gè)系列的PLC可用于何等規(guī)模的系統(tǒng)的重要參數(shù)，通常廠家的技術(shù)手冊(cè)都會(huì)給出相應(yīng)的PLC的最大數(shù)字IO點(diǎn)數(shù)，以反映該類型PLC的最大輸入、輸出規(guī)模。 （2）存儲(chǔ)器的容量廠家提供的存儲(chǔ)容量指標(biāo)一般均指用戶程序存儲(chǔ)器容量，體現(xiàn)了用戶程序可以達(dá)到的規(guī)模。一般以KB（千字節(jié)）、MB（百萬(wàn)字節(jié)）表示，有些PLC的用戶程序存儲(chǔ)器需要另外外插的存儲(chǔ)器卡，或者可以存儲(chǔ)卡擴(kuò)充。 （3）掃描速度 掃描速度指標(biāo)體現(xiàn)了PLC指令執(zhí)行速度的快慢，是對(duì)控制系統(tǒng)實(shí)時(shí)性能的評(píng)價(jià)指標(biāo)。一般用msk單位來(lái)表示，即執(zhí)行1K步所需時(shí)間。 （4）內(nèi)部寄存器 內(nèi)部寄存器用于存放中間結(jié)果、中間變量、定時(shí)計(jì)數(shù)等數(shù)據(jù)，其數(shù)量的多少及容量的大小

21、直接關(guān)系到編程的方便、靈活與否。 （5）指令系統(tǒng) 指令種類的多少是衡量PLC軟件系統(tǒng)功能強(qiáng)弱的重要指標(biāo)，指令越豐富，用戶編程越方便，越容易實(shí)現(xiàn)負(fù)載功能，說(shuō)明PLC的軟件系統(tǒng)功能越強(qiáng)。 （6）特殊功能及模塊 除基本功能外，評(píng)價(jià)PLC技術(shù)水平的指標(biāo)還可看一些特殊功能，如自診斷功能、通信聯(lián)網(wǎng)功能、遠(yuǎn)程IO能力等，以及PLC所能提供的特殊功能模塊。例如，高速計(jì)算模塊、位置控制模塊、閉環(huán)控制模塊等。 （7）工作環(huán)境PLC對(duì)工作環(huán)境有一定的要求，應(yīng)盡量避免安裝在有大量粉塵和金屬屑的場(chǎng)所，避免陽(yáng)光直射，避免有腐蝕性氣體和易燃?xì)怏w的場(chǎng)所，盡量避免連續(xù)的震動(dòng)和沖擊，PLC適宜的溫度范圍通常為055，對(duì)適度的要求

22、是小于85（無(wú)結(jié)露）。3.設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容和要求3.1主要內(nèi)容 本設(shè)計(jì)采用S7-300控制器控制照明系統(tǒng)根據(jù)教室照明系統(tǒng)的工作特點(diǎn),采用PLC實(shí)現(xiàn)對(duì)照明系統(tǒng)的控制總體設(shè)計(jì)主要包括硬件的設(shè)計(jì)和軟件的設(shè)計(jì)。硬件設(shè)計(jì)主要包括PLC的選型和PLC外部連線。軟件設(shè)計(jì)根據(jù)控制的要求對(duì)教室的不同區(qū)域、照度的不同等進(jìn)行I0分配同時(shí)編制了系統(tǒng)梯形圖控制程序最后進(jìn)行仿真與調(diào)試達(dá)到教室照明系統(tǒng)的要求。3.2技術(shù)要求 （1）當(dāng)教室無(wú)人時(shí)所有的燈都自動(dòng)關(guān)閉； （2）當(dāng)教室有人且照度達(dá)不到設(shè)定的要求時(shí)自動(dòng)打開(kāi)人所在區(qū)域的燈； （3）當(dāng)教室有人且照度達(dá)到設(shè)定的要求時(shí)自動(dòng)關(guān)閉人所在區(qū)域的燈； （4）對(duì)于使用投影儀的多媒體教室，

23、可以實(shí)現(xiàn)在投影儀開(kāi)啟后延時(shí)一定時(shí)間，自動(dòng)關(guān)閉講臺(tái)區(qū)域?qū)?yīng)的燈以達(dá)到較佳的視覺(jué)效果。3.3 PLC工作原理 PLC是采用“順序掃描，不斷循環(huán)”的方式進(jìn)行工作的。即在PLC運(yùn)行時(shí)，CPU根據(jù)用戶按控制要求編制好并存于用戶存儲(chǔ)器中的程序，按指令步序號(hào)（或地址號(hào)）作周期性循環(huán)掃描，如無(wú)跳轉(zhuǎn)指令，則從第一條指令開(kāi)始逐條順序執(zhí)行用戶程序，直至程序結(jié)束。然后重新返回第一條指令，開(kāi)始下一輪新的掃描。在每次掃描過(guò)程中，還要完成對(duì)輸入信號(hào)的采樣和對(duì)輸出狀態(tài)的刷新等工作。PLC的掃描一個(gè)周期必經(jīng)輸入采樣、程序執(zhí)行和輸出刷新三個(gè)階段。 PLC在輸入采樣階段：首先以掃描方式按順序?qū)⑺袝捍嬖谳斎腈i存器中的輸入端子的通斷

24、狀態(tài)或輸入數(shù)據(jù)讀入，并將其寫入各對(duì)應(yīng)的輸入狀態(tài)寄存器中，即刷新輸入。隨即關(guān)閉輸入端口，進(jìn)入程序執(zhí)行階段。 PLC在程序執(zhí)行階段：按用戶程序指令存放的先后順序掃描執(zhí)行每條指令，執(zhí)行的結(jié)果再寫入輸出狀態(tài)寄存器中，輸出狀態(tài)寄存器中所有的內(nèi)容隨著程序的執(zhí)行而改變。輸出刷新階段：當(dāng)所有指令執(zhí)行完畢，輸出狀態(tài)寄存器的通斷狀態(tài)在輸出刷新階段送至輸出鎖存器中，并通過(guò)一定的方式（繼電器、晶體管或晶閘管）輸出，驅(qū)動(dòng)相應(yīng)輸出設(shè)備工作。4 智能照明的總體方案設(shè)計(jì) 在設(shè)計(jì)前，對(duì)教室的采光情況以及教室的使用情況進(jìn)行了實(shí)地調(diào)查和分析，掌握的一手資料，僅以教學(xué)樓某一教室為例進(jìn)行分析，由于該教室為單面采光，所以教室中會(huì)有不同區(qū)

25、域光照程度差別很大的現(xiàn)象，而且由于教室學(xué)生的流動(dòng)性大以及就坐位置的不確定性，故設(shè)想將教室分為不同的區(qū)域，利用紅外探測(cè)器以及光照傳感器對(duì)整個(gè)教室進(jìn)行分區(qū)控制，以最大程度地達(dá)到節(jié)能目的。紅外探測(cè)器安裝在門口或能有效的覆蓋該區(qū)域探測(cè)范圍的地方，光照傳感器安裝在每個(gè)區(qū)域光照較暗的地方。對(duì)于有時(shí)候需要用多媒體教室播放教學(xué)影片的情況，可以在講臺(tái)區(qū)域方便的地方安裝1個(gè)控制按鈕以手動(dòng)的方式給PLC提供信號(hào)使開(kāi)始放影時(shí)關(guān)閉教室燈光，放影完畢時(shí)打開(kāi)教室燈光，以適應(yīng)實(shí)際的要求。每個(gè)區(qū)域分別安裝一個(gè)紅外探測(cè)器和一個(gè)光照傳感器且設(shè)置其動(dòng)作。安裝在每個(gè)區(qū)域的體存在傳感器和光照傳感器是獨(dú)立工作的，它們之間互不影響，一個(gè)故障

26、不影響其它的工作。同時(shí)還需要設(shè)置一些時(shí)間段去控制教室燈的開(kāi)通與關(guān)閉，如早上718點(diǎn)需要照度計(jì)工作，1823點(diǎn)不需要照度計(jì)工作。講臺(tái)區(qū)域（5）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4.1照明系統(tǒng)的功能需求分析 1、節(jié)能 據(jù)專業(yè)資料統(tǒng)計(jì)智能建筑的照明用電占整個(gè)校園用電的85%左右。其實(shí)在大多數(shù)情況下很多區(qū)域并不需要把燈全部打開(kāi)或者開(kāi)到最亮過(guò)度的照明不僅形成光污染還會(huì)造成能源浪費(fèi)。在當(dāng)今能源緊張、國(guó)家大力倡導(dǎo)節(jié)能的形勢(shì)下使用智能照明管理系統(tǒng)最大程度地節(jié)能具有非常實(shí)際的意義。校園照明回路數(shù)量較多容量較大如何在保證所需照度的前提下綜合運(yùn)用多種控制

27、手段減少不必要的電能浪費(fèi)是個(gè)極其重要的問(wèn)題。 2、高效管理 如何提高運(yùn)行的穩(wěn)定性和可靠性使控制和操作更加簡(jiǎn)單、方便、靈活使管理更加自動(dòng)化、高效化減少大量簡(jiǎn)單重復(fù)的勞動(dòng)是我們?cè)谠O(shè)計(jì)時(shí)考慮的重點(diǎn)。我們根據(jù)不同區(qū)域的特點(diǎn)進(jìn)行設(shè)計(jì)確保使用方便靈活管理高效。智能照明控制系統(tǒng)將普通照明人為的開(kāi)與關(guān)轉(zhuǎn)換成了智能化管理不僅使管理者能將其高素質(zhì)的管理意識(shí)運(yùn)用于照明控制系統(tǒng)中去而且將大大減少照明系統(tǒng)的運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用并帶來(lái)較大的投資回報(bào)。 5 硬件設(shè)計(jì)5.1選擇PLC類型 系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要從保證系統(tǒng)的可靠性、實(shí)用性和可擴(kuò)展性等方面入手。本控制系統(tǒng)采用可靠性和可擴(kuò)展性很好的西門子S7-300PLC系列的PLC作為控制器，對(duì)

28、于每個(gè)教室輸入點(diǎn)主要來(lái)自以下四個(gè)方面：?jiǎn)?dòng)開(kāi)關(guān)、停止開(kāi)關(guān)、體存在傳感器和光照傳感器；輸出點(diǎn)主要輸來(lái)自每個(gè)教室五個(gè)區(qū)域的燈。根據(jù)輸入輸出點(diǎn)數(shù)選擇CPU314模塊。用紅外探測(cè)器和光照傳感器作為檢測(cè)裝置來(lái)檢測(cè)教室中是否有人和教室的光照強(qiáng)度。圖2 控制系統(tǒng)框圖5.2 PLC外部連線圖 PLC外部接線圖的輸入輸出設(shè)備、負(fù)載電源的類型等的設(shè)計(jì)就結(jié)合系統(tǒng)的控制要求來(lái)設(shè)定。教室照明智能控制外部接線圖如圖3所示。圖3 教室照明智能控制外部接線圖 5.3 光照傳感器 光照強(qiáng)度一個(gè)被光線照射的表面上的照度定義為照射在單位面積上的光通量。設(shè)面元dS 上的光通量為d，則此面元上的照度E為：E=ddS 。照度的單位為lx

29、（勒克斯）,也有用lux的，1lx=1lm。照度表示物體表面積被照明程度的量。光照傳感器是采用先進(jìn)光電轉(zhuǎn)換模塊，將光照強(qiáng)度值轉(zhuǎn)化為電壓值，再經(jīng)調(diào)理電路將此電壓值轉(zhuǎn)換為02V或420mA。本次的設(shè)計(jì)通過(guò)光照傳感器采集到的光的強(qiáng)度在通過(guò)PLC的編程，來(lái)判定教室內(nèi)的光是否能夠滿足學(xué)生的正常學(xué)習(xí)和生活。5.4紅外探測(cè)器 紅外探測(cè)器是將入射的紅外輻射信號(hào)轉(zhuǎn)變成電信號(hào)輸出的器件。紅外輻射是波長(zhǎng)介于可見(jiàn)光與微波之間的電磁波，人眼察覺(jué)不到。要察覺(jué)這種輻射的存在并測(cè)量其強(qiáng)弱，必須把它轉(zhuǎn)變成可以察覺(jué)和測(cè)量的其他物理量。一般說(shuō)來(lái)，紅外輻射照射物體所引起的任何效應(yīng)，只要效果可以測(cè)量而且足夠靈敏，均可用來(lái)度量紅外輻射的

30、強(qiáng)弱?，F(xiàn)代紅外探測(cè)器所利用的主要是紅外熱效應(yīng)和光電效應(yīng)。本次設(shè)計(jì)主要是針對(duì)紅外熱效應(yīng)；當(dāng)有人坐在教室的某個(gè)區(qū)域內(nèi)紅外探測(cè)器就能通過(guò)紅外探測(cè)器探測(cè)到從而輸出給PLC。這些效應(yīng)的輸出大都是電量，或者可用適當(dāng)?shù)姆椒ㄞD(zhuǎn)變成電量。探測(cè)器是一種當(dāng)入侵者接近它時(shí)能觸發(fā)報(bào)警的探測(cè)裝置。在接近探測(cè)器中，通常有一個(gè)高頻率的LC震蕩電路，震蕩電路的LC回路通過(guò)導(dǎo)線連通到外部的金屬部件上。當(dāng)人體靠近時(shí)，通過(guò)空間的電磁偶合，會(huì)改變LC回路的諧振頻率，引起震蕩頻率改變，探測(cè)器的檢測(cè)電路能夠識(shí)別這種頻率的改變而發(fā)出警示信號(hào)。接近探測(cè)器比較適用于室內(nèi)，如對(duì)寫字臺(tái)、文件柜、保險(xiǎn)柜等一些特殊物件提供保護(hù)，也可以用于對(duì)門窗的保護(hù)。

31、通常被保護(hù)的物件是金屬的，實(shí)際上可以構(gòu)成保護(hù)電路的一部分，因而只要有人試圖破壞系統(tǒng)時(shí)，就會(huì)立即觸發(fā)報(bào)警。接近探測(cè)系統(tǒng)的主要優(yōu)點(diǎn)是多用性和通用性，它幾乎可用來(lái)保護(hù)任何物體，而且不會(huì)被幾米以外的干擾所激發(fā)。一旦有人靠近或接觸到珠寶箱、文件柜、門窗準(zhǔn)備行竊時(shí)，便會(huì)觸發(fā)報(bào)警，但在附近的正常業(yè)務(wù)工作可以照常進(jìn)行。6 PLC軟件設(shè)計(jì)6.1 PLC的編程原件PLC是一種通用的、商業(yè)化的工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，與個(gè)人計(jì)算機(jī)相仿，用戶程序必須在系統(tǒng)程序的管理下才能運(yùn)行。PLC的運(yùn)行狀況如下：初始化程序其作用是清零各個(gè)標(biāo)志寄存器，清零輸入輸出映像寄存器，清零各計(jì)數(shù)器、復(fù)位定時(shí)器等，為PLC開(kāi)始正常工作“清理現(xiàn)場(chǎng)”。CPU

32、自診斷自診斷主要包括檢查電源電壓是否正常、IO單元的連接是否正常、用戶程序是否存在語(yǔ)法錯(cuò)誤、對(duì)監(jiān)控定時(shí)器定期復(fù)位等。通信信息處理這個(gè)階段PLC要完成與網(wǎng)絡(luò)及總線上其他設(shè)備的通信任務(wù)，包括與PLC、計(jì)算機(jī)、智能IO模塊、數(shù)字處理器（DPU）等設(shè)備之間的信息交換。外部設(shè)備服務(wù)PLC在這個(gè)階段與外部設(shè)備交換信息，包括編程器、圖形監(jiān)視器（監(jiān)控設(shè)備） 、打印機(jī)等。PLC允許在線編程，能夠與人機(jī)界面實(shí)時(shí)交換信息，所以要在每個(gè)循環(huán)周期內(nèi)執(zhí)行此項(xiàng)操作。 PLC的編程元件也稱為邏輯部件，是PLC指令系統(tǒng)的基本要素，PLC指令系統(tǒng)通常提供以下邏輯部件。 （1）繼電器 輸入輸出映像寄存器里的每一位在指令系統(tǒng)中都對(duì)應(yīng)

33、一個(gè)固定的編號(hào)，在圖形編程語(yǔ)言（如梯形圖語(yǔ)言）中形象地用繼電器線圈來(lái)表示，因此也常稱為輸入繼電器、輸出繼電器。同時(shí)也為了滿足對(duì)復(fù)雜邏輯關(guān)系的編程要求，還提供大量的中間輔助繼電器，它們也對(duì)應(yīng)存儲(chǔ)器中的某一固定區(qū)域。這些繼電器都是所謂的“軟元件”，他們的狀態(tài)也用一個(gè)二進(jìn)制位就可以表示，1對(duì)應(yīng)的ON狀態(tài)，0對(duì)應(yīng)的OFF的狀態(tài)，在用戶程序中可以無(wú)限次使用他們常開(kāi)、常閉觸電。 （2）定時(shí)器 類似于繼電-接觸器邏輯電路中的時(shí)間繼電器，有延時(shí)接通、延時(shí)斷開(kāi)、脈沖定時(shí)等多種方式，可以組成復(fù)雜的時(shí)間邏輯順序邏輯。定時(shí)器指令一般由線圈、定時(shí)時(shí)間設(shè)定值和當(dāng)前計(jì)時(shí)值組成，PLC專門在存儲(chǔ)器中開(kāi)辟一個(gè)區(qū)域，用以保存各個(gè)

34、定時(shí)器線圈當(dāng)前的狀態(tài)（ON或OFF）及時(shí)間的設(shè)定值和當(dāng)前值。定時(shí)器的常開(kāi)、常閉觸點(diǎn)可以在用戶程序中無(wú)限次的使用。 （3）計(jì)數(shù)器 用軟件視線的計(jì)數(shù)器指令，用于實(shí)現(xiàn)脈沖計(jì)數(shù)功能，有遞減計(jì)數(shù)、遞增計(jì)數(shù)等形勢(shì)，不同的PLC在計(jì)數(shù)器數(shù)量、計(jì)數(shù)長(zhǎng)度等方面都有所區(qū)別。計(jì)數(shù)器指令一般包含計(jì)數(shù)器線圈，計(jì)數(shù)值設(shè)定、計(jì)數(shù)器復(fù)位、計(jì)數(shù)信號(hào)輸入、當(dāng)前計(jì)數(shù)值等組成。計(jì)數(shù)器的常開(kāi)、常閉觸點(diǎn)可以在用戶程序無(wú)限次使用 （4）觸發(fā)器 該指令用與對(duì)狀態(tài)位的置1和清零，狀態(tài)為即為觸發(fā)器線圈，它的ON狀態(tài)一旦觸發(fā)可以保持，直至復(fù)位條件滿足才變成OFF狀態(tài)。觸發(fā)器常開(kāi)、常閉觸點(diǎn)可以在用戶程序中無(wú)限次的使用。 （5）其他元件及指令 除上訴

35、4種邏輯原件之外，PLC指令系統(tǒng)一般還提供移位寄存器、數(shù)據(jù)寄存器、邊沿檢測(cè)、比較、運(yùn)算、ASCII碼處理及數(shù)制轉(zhuǎn)換等多種指令。6.2 PLC的編程語(yǔ)言 本次設(shè)計(jì)主要用到的是PLC的編程語(yǔ)言，這是一種使用廣泛的語(yǔ)言，與繼電-接觸器電路圖非常相似，具有直觀易懂的優(yōu)點(diǎn)，很容易被熟悉電氣控制的工程技術(shù)人員掌握。 梯形圖的邏輯關(guān)系是自上而下、自左而右展開(kāi)的，左、右兩條豎線也稱為母線。在左母線開(kāi)始，按照控制要求一次連接各個(gè)觸點(diǎn)，最后以輸出線圈結(jié)束，稱為一個(gè)邏輯行，或一個(gè)“梯級(jí)”，完整的用戶程序就是由若干邏輯行構(gòu)成的。 在閱讀梯形圖程序時(shí)，可按照繼電-接觸器電路圖紙的閱讀習(xí)慣，對(duì)每一邏輯行來(lái)說(shuō)，假設(shè)能量的流

36、動(dòng)由左母線向右流動(dòng)，如果各觸點(diǎn)的邏輯狀態(tài)使得“能流”可以達(dá)到最右邊的線圈，則該線圈的輸出狀態(tài)為ON，否則為OFF。 在編寫梯形圖程序時(shí)，有一些普遍遵守的原則，它們是都是出自于繼電-接觸器電路的設(shè)計(jì)原則。例如，在一個(gè)邏輯行中不應(yīng)該串聯(lián)兩個(gè)線圈，同一個(gè)線圈不應(yīng)該出現(xiàn)在不同邏輯行中等。6.3 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(yùn)行時(shí)的程序框圖，如圖所示。將各模塊進(jìn)行連接，最后經(jīng)過(guò)調(diào)試、完善、實(shí)現(xiàn)控制要求。如圖4所示：圖4 程序流程圖6.4 STEP7 300簡(jiǎn)介STEP7 300的所有模塊均在機(jī)架上，模塊之間信息的傳遞需要總線（BUS）來(lái)完成。STEP7 300的背板總線集

37、成在每一個(gè)模塊中。S7-300 PLC具有以下的特點(diǎn)：循環(huán)周期短，處理速度高。指令的執(zhí)行時(shí)間，最快的CPU模塊可以達(dá)到0.10.6us。在中等控制性能要求的領(lǐng)域中，高速的用戶程序執(zhí)行速度，對(duì)PLC的使用和推廣開(kāi)辟了更為廣闊的空間。指令集功能強(qiáng)大，可用于復(fù)雜功能。起浮點(diǎn)數(shù)操作指令可有效實(shí)現(xiàn)比較復(fù)雜的算數(shù)運(yùn)算，簡(jiǎn)化了用戶程序，使PLC更加適合于具有大量數(shù)據(jù)處理的過(guò)程控制中。人機(jī)界面被集成在S7-300操作系統(tǒng)內(nèi)，因此，人機(jī)對(duì)話的編程要求大大的減少。SIMATIC人機(jī)界面從S7-300中取得數(shù)據(jù)，S7-300按照用戶指定的刷新速度傳遞這些數(shù)據(jù)，S7-300操作系統(tǒng)自動(dòng)處理數(shù)據(jù)的傳送。CPU的智能化診

38、斷系統(tǒng)連續(xù)不斷的監(jiān)控系統(tǒng)的運(yùn)行，對(duì)不正常狀態(tài)、錯(cuò)誤和特殊系統(tǒng)事件（例如超時(shí)、模塊更換等）進(jìn)行記錄或者報(bào)警。系統(tǒng)允許設(shè)置多種級(jí)別的保護(hù)口令，可有效防止用戶程序在未經(jīng)過(guò)允許的情況下被復(fù)制或修改。同時(shí)，在CPU模塊面板上的工作模式選擇開(kāi)關(guān)是鑰匙型的，鑰匙取出后，就不能改變操作方式，也有利于防止非法刪除或改寫用戶程序。圖5 S7-300圖 （1）電源（PS）電源模塊提供了機(jī)架和CPU內(nèi)部的供電電源，置于1號(hào)機(jī)架的位置。 （2）中央處理器（CPU）CPU存儲(chǔ)并處理用戶程序，為模塊分配參數(shù)，通過(guò)嵌入的MPI總線處理編程設(shè)備和PC、模塊、其它站點(diǎn)之間的通訊，并可以為進(jìn)行DP主站或從站操作裝配一個(gè)集成的DP接

39、口。置于2號(hào)機(jī)架。（3）接口模塊（IM） 接口模塊將各個(gè)機(jī)架連接在一起。不同型號(hào)的接口模塊可支持機(jī)架擴(kuò)展或PROFIBUS-DP連接。置于3號(hào)機(jī)架，沒(méi)有接口模塊時(shí)，機(jī)架位置為空。（4）信號(hào)模塊（SM）通常稱為IO（輸入輸出）模塊。測(cè)量輸入信號(hào)并控制輸出設(shè)備。信號(hào)模塊可用于數(shù)字信號(hào)和模擬信號(hào)，還可用于進(jìn)行連接，如傳感器和啟動(dòng)器的連接。（5）功能模塊（FM）用于進(jìn)行復(fù)雜的、重要的但獨(dú)立于CPU的過(guò)程，如：計(jì)算、位置控制和閉環(huán)控制。（6）通訊處理器（CP）模塊化的通訊處理器通過(guò)連接各個(gè)SIMATIC站點(diǎn)，如：工業(yè)以太網(wǎng)，PROFIBUS或串行的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)連接等。 STEP7軟件簡(jiǎn)介： 首先，安裝STEP

40、7 V5.5軟件過(guò)程中要注意，該軟件只能安裝在在WINDOS 7（旗艦版）或WINDOS XP系統(tǒng)中。還有安裝過(guò)程中需要把電腦的防火墻等等都關(guān)掉，以防止軟件安裝不成功。 還需要安裝一個(gè)仿真的軟件，是和STEP V5.5的一起需要安裝的軟件安裝過(guò)后會(huì)出現(xiàn)界面如下圖所示：首先在進(jìn)行設(shè)計(jì)之前要遵循一下幾個(gè)步驟： 創(chuàng)建一個(gè)項(xiàng)目 選擇所需要的硬件例如：電源、CPU等 最后創(chuàng)建一個(gè)塊這個(gè)塊是屬于S7程序的然后打開(kāi)塊就可以進(jìn)行梯形圖的繪制了如下圖所示：其中下圖是用來(lái)選擇所需要的模塊和仿真程序：6.5 輸入輸出編址系統(tǒng)輸入點(diǎn)及地址：教室啟動(dòng)I0.0、教室停止I0.1、講臺(tái)啟動(dòng)為I0.2、講臺(tái)停止為I0.3，紅

41、外探測(cè)器I1.0I1.3、光照傳感器I1.4I1.7。T37為定時(shí)器。M0.1為區(qū)域5燈，為了減少輸出點(diǎn)數(shù)，一個(gè)區(qū)域作為一個(gè)輸出點(diǎn)，其地址Q0.0Q0.3。表1 IO地址分配表輸入點(diǎn)輸出點(diǎn)元件名稱地址編碼元件名稱地址編碼教室啟動(dòng)開(kāi)關(guān)I0.0區(qū)域1燈Q0.0教室停止開(kāi)關(guān)I0.1區(qū)域2燈Q0.1光照探測(cè)器I1.4I1.7區(qū)域3燈Q0.2紅外探測(cè)器I1.0I1.3區(qū)域4燈Q0.3投影儀開(kāi)關(guān)I0.4區(qū)域5燈M0.1講臺(tái)啟動(dòng)開(kāi)關(guān)I0.2區(qū)域5燈M0.1講臺(tái)停止開(kāi)關(guān)I0.3區(qū)域5燈M0.16.6梯形圖程序設(shè)計(jì)用SETP7軟件語(yǔ)句表編寫的部分控制程序如下：此程序可通過(guò)仿真達(dá)到預(yù)期的要求。7. 程序調(diào)試與仿真

42、選擇CPU314模塊對(duì)梯形圖程序進(jìn)行仿真，其結(jié)果按要求分為以下幾種情況：（1）7：00-18：00點(diǎn)教室無(wú)人時(shí)（2）07：0018：00，教室光照不足，有人時(shí)。比如四個(gè)區(qū)域都有人，且老師使用投影儀時(shí)。老師打開(kāi)投影儀到定時(shí)器T37設(shè)定的時(shí)間到了之后（本次設(shè)定為5s是為了節(jié)省時(shí)間這個(gè)根據(jù)實(shí)際情況可以做調(diào)整）區(qū)域5的燈關(guān)閉，是投影儀效果更好（3）07：0018：00，教室光照充足，有人（4）18：00-23：00，教室有人，晚上為光線不足時(shí)。且假如四個(gè)區(qū)域都有人（5）18：0-23：00，教室無(wú)人（6）23：00-07：00，教室無(wú)人結(jié)束語(yǔ) 通過(guò)本次PLC課題設(shè)計(jì)，使我明白了自己在學(xué)習(xí)這門課時(shí)在方法上存在的不足，讓我對(duì) PLC梯形圖、指令表、外部接線圖有了更好的了解，也讓我了解了關(guān)于PLC的設(shè)計(jì)原理，有很多設(shè)計(jì)理念來(lái)源于實(shí)際，從中找到正確的設(shè)計(jì)方法?？傊@次設(shè)計(jì)對(duì)我真的很有好處，給我彌補(bǔ)了很多我欠缺的知識(shí)，像梯形圖電路的自鎖，以及PLC電路的硬件連接以及相關(guān)軟件的使用，在今后的學(xué)習(xí)過(guò)程中，要更加努力的學(xué)習(xí)自己的專業(yè)知識(shí)，多多和同學(xué)和老師交流，相信不久的將來(lái)可以有點(diǎn)成績(jī)。 在這次設(shè)計(jì)實(shí)踐之后