基于PLC的教室智能照明控制系统的设计

本科学生毕业论文（设计）题目(中 文):基于PLC的教室智能照明控制系统的设计(英 文):The design of classroom lightingintelligent control system base on PLC 姓 名 学 号2 院 （系）电子工程系专业、年级电子信息工程 级指导教师 II湖南科技学院本科毕业论文（设计）诚信声明本人郑重声明：所呈交的本科毕业论文（设计），是本人在指导老师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果，成果不存在知识产权争议，除文中已经注明引用的内容外，本论文不含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。 本科毕业论文（设计）作者签名： 年 月 日27 毕业论文（设计）任务书课题名称：基于PLC的教室智能照明控制系统的设计学生姓名： 系 别：电子工程系专 业：电子信息工程指导教师： 湖南科技学院本科毕业论文（设计）任务书1、主题词、关键词： 教室智能照明；PLC；梯形图程序2、毕业论文（设计）内容要求：1 设计一个基于S7200PLC教室智能照明控制系统；2 设计出硬件系统的接线图、梯形图等；3 系统有启动、停止功能，分时段控制；4 运用功能指令进行PLC控制程序设计；5 进行系统仿真调试，实现教室照明智能的控制要求；6 其具体技术要求包括： （1）当教室无人时所有的灯都自动关闭； （2）当教室有人时且光照度达不到设定的要求时自动打开人所在区域的灯； （3）当教室有人时且光照度达到设定的要求时自动关闭人所在区域的灯； （4）对于使用投影仪的多媒体教室，可以实现在投影仪开启后延迟一定的时间，自动关闭讲台区域的灯以达到较佳的视觉效果。3、文献查阅指引：1北京照明学会照明设计手册M北京：中国电力出版社，2006：121-1252周芳，刘美根智能照明控制系统在照明节能设计中的应用J低压电器， 2007，28(16)：20-23 3冯平，周聪.智能照明系统的模糊控制探讨J广西工学院学报，2009，20(1).4Michel Gilles.Programmable Logic Controllers:Architecture and Application WileyM.1990.5王玉中. 电气控制及PLC应用技术M.河南：河南科学技术出版社,2006.6周芝峰，周理，王吉林. 基于PLC 的校园照明智能控制系统设计J工程设计学报，20107Cheded.Al-Mulla. Control of a four-level elevator system using a programmable logic controllerJ. International Journal of Electrical Engineering Education,20038肖宝兴.西门子S7-200PLC的使用经验与技巧M.北京：机械工业出版社，2008.59-989赵玉安.人体热释电红外传感器介绍J.中国电子制作,2006,9(1):35-4010俞海珍，李宪章，冯浩.热释电红外传感器及其应用J.电子照明技术,2006. 7(1):25-2811崔建编.西门子S7可编程序控制器MSTEP7编程指南，机械工业出版社， 2007：95-98.SIMATIC S7-200可编程序控制器系统手册M，西门子公司，2009.2-3. 12姜建芳.西门子s7-200PLC工程应用技术教程M.北京：机械工业出版社，2010.95-10813G.L.Batten. Programmable Controllers:hardware.software and ApplicationM.New York:MC Graw-Hill.1994.4、毕业论文（设计）进度安排：1、2012年11月30日指导教师给学生下达任务书，2012年12月26日前完成开题。开题时间：2012年12月22日-26日2、第8期第7周（2013.4.7-4.13）中期检查，指导教师填写好中期检查表。3、第9周拿出初稿。4、第11周，正式答辩前，学生根据自身完成的情况提出答辩申请，并填写“学生答辩申请及资格审查表”。5、第11周（2013年5月8日）学生毕业论文(设计)定稿，准备答辩；6、答辩时间：2013年5月18日-19日。教研室意见： 负责人签名： 注：本任务书一式三份，由指导教师填写，经教研室审批后一份下达给学生，一份交指导教师，一份留系里存档。湖南科技学院本科毕业论文（设计）开题报告书论文（设计）题目基于PLC的教室智能照明控制系统的设计作 者 姓 名姜江所属系、专业、年级 电子工程系 电子信息工程专业 2009年级指导教师姓名、职称游珍珍 讲师预计字数10000开题日期2012.12.25选题的根据：1）说明本选题的理论、实际意义2）综述国内外有关本选题的研究动态和自己的见解1）根据大学教室中日光灯的利用情况，现在大多数教室的照明控制系统都采用的是传统的手动控制方式，浪费现象比较严重。教室中的开关虽然有分区域控制的功能，不过没有人关心哪排灯由哪个开关控制，因而也就出现了所谓的长明灯现象。针对这种现象，为了能既满足学生学习照明的主要功能，又要尽量节约能源，就需要用科学的管理和控制，使两者完美统一。因而提出以下智能控制系统。 教室智能照明控制系统的作用是在保证教室正常照明的前提条件下，利用PLC自动控制的方法对日光灯的亮灭实行智能控制从而达到节能的效果，同时也有效地延长了灯具的使用寿命。 2）随着科技的进步，人们对照明灯具节能和科学化管理提出了更高的要求，使得照明控制在智能化领域的地位越来越重要。而在新校区的建设热潮中，各大高校和他们的建设者也应意识到智能照明的重要性。针对节约电能、保护全球环境可持续发展的要求，美国环保署于1991年1月提出“绿色照明”概念，引起了其他国家的重视。我国也于1993年11月启动“中国绿色照明工程”，并于1996年正式列入国家计划。但是我国智能化照明技术的应用还不广泛,大数校园仍然使用传统的教室照明控制方式。 因此完善教室智能化监控建设，进一步扩大监控系统点位，自动实时监控和智能控制教室照明设施的开关灯运行和停止具有重要的现实意义。主要内容：本设计采用S7-200控制器控制照明系统，根据教室照明系统的工作特点,采用PLC实现对照明系统的控制，总体设计主要包括硬件线路的设计和软件的设计。硬件线路设计主要包括线路图设计和排线布线设计。软件设计根据控制的要求，对教室划分区域和人体存在传感器、光电传感器等进行I/0分配，同时编制了系统梯形图控制程序，最后进行仿真与调试，达到教室智能照明系统的要求。论文内容总体可分为四章，之前是绪论，只要写选题的背景及目的；国内外研究状况和相关领域中已有的成果；尚待进一步研究和解决的问题；第一章主要写系统设计原理；第二章为硬件设计部分；第三章主要设计梯形图程序；第四章为仿真，并对仿真结果分析和验证。研究方法：（1）理论准备阶段，查阅资料；（2）确定系统各个部分，并进行系统设计；（3）对整个系统进行梯形图编程和仿真，模拟测试其正确性。 完成期限和采取的主要措施：完成期限：2012年11月到2013年5月主要措施：严格遵照湖南科技学院毕业论文（设计）工作管理办法的指示精神，结合个人的实际情况，完成这项设计所采用的主要措施有两条：一是密切联系。联系本组设计成员及毕业设计指导导师，寻求有关毕业设计信息，确定设计课题方向与设计内容；二是虚心学习。利用课余时间到图书馆和网络上查阅资料，并虚心向老师请教和同学进行学习交流，保障毕业设计的顺利完成。主要参考资料：1北京照明学会照明设计手册M北京：中国电力出版社，2006：121-1252周芳，刘美根智能照明控制系统在照明节能设计中的应用J低压电器， 2007，28(16)：20-23 3冯平，周聪.智能照明系统的模糊控制探讨J广西工学院学报，2009，20(1).4Michel Gilles.Programmable Logic Controllers:Architecture and Application WileyM.1990.5王玉中. 电气控制及PLC应用技术M.河南：河南科学技术出版社,2006.6周芝峰，周理，王吉林. 基于PLC 的校园照明智能控制系统设计J工程设计学报，20107Cheded.Al-Mulla. Control of a four-level elevator system using a programmable logic controllerJ. International Journal of Electrical Engineering Education,20038肖宝兴.西门子S7-200PLC的使用经验与技巧M.北京：机械工业出版社，2008.59-989赵玉安.人体热释电红外传感器介绍J.中国电子制作,2006,9(1):35-4010俞海珍，李宪章，冯浩.热释电红外传感器及其应用J.电子照明技术,2006. 7(1):25-2811崔建编.西门子S7可编程序控制器MSTEP7编程指南，机械工业出版社， 2007：95-98.SIMATIC S7-200可编程序控制器系统手册M，西门子公司，2009.2-3. 12姜建芳.西门子s7-200PLC工程应用技术教程M.北京：机械工业出版社，2010.95-10813G.L.Batten. Programmable Controllers:hardware.software and ApplicationM.New York:MC Graw-Hill.1994.指导教师意见： 指导教师签名： 教研室意见：签 名： 年 月 日开 题 报 告 会 纪 要时间 2012年12月25日地点三教517与会人员姓 名职务（职称）姓 名职务（职称）姓 名职务（职称）宫彦军教授包本刚副教授贾竹君副教授陈爱武讲师何红松讲师游珍珍讲师会议记录摘要：1、你打算采用什么型号的PLC来实现？ 答：采用的是西门子S7200系列的PLC作为核心控制部件来实现的。1、设计内容 由几部分组成？ 答：设计由设计原理介绍、硬件线路设计、软件程序设计及仿真设计，其中最为重要的是软件程序和仿真部分。2、 该系统有什么优点？ 答：本系统具有经济性好、可靠性高、实用性强等优点，可以满足各院校教室灯光照明控制的要求，很大程度的达到节能目的。会议主持人：记 录 人：年 月 日指导小组意见负责人签名： 年 月 日系部 意 见负责人签名：年月日注：此表由学生本人填写，一式三份，一份留系里存档，指导老师和本人各保存一份湖南科技学院毕业论文（设计）中期检查表毕业论文（设计）题 目基于PLC的教室智能照明控制系统的设计学生姓名姜江学 号200906002206系 别电子工程专 业电子信息工程指导教师游珍珍检查日期2013年4月10日指导教师检查情况记载及修改意见：1、已查阅相关资料，对关联知识有一定的了解；2、论文内容引用繁多、抽象；3、论文排版跟格式不规范；4、中文摘要内容不具体；5、英文摘要写得不好。修改意见：1、内容繁琐，需要删减或添加新的内容；2、注意论文格式，应参照湖南科技学院毕业论文设计模版；3、尽量说明你自己所做的工作，突出自己的独特之处；4、摘要内容应包括研究的目的、方法、结果和结论。签名： 注：此表用于指导教师在学生毕业论文（设计）初稿完成后对学生执行任务书情况进行中期检查时用，由指导教师填写。湖南科技学院毕业设计（论文）指导过程记录表毕业论文(设计)题目基于PLC的教室智能照明控制系统的设计学生姓名姜江学号200906002206专业班级电信0902指导教师游珍珍职称讲师系（教研室）电子工程系（电子科学与技术）指导过程记录指导内容记录(一)了解教室智能照明控制系统的基本原理和组成部分以及PLC的基本原理。学 生 签 名： 年 月 日 指导教师签名： 年 月 日指导内容记录(二)1.到图书馆查找和借阅与教室智能照明控制系统以及PLC有关的文献和资料； 2.从互联网上检索和下载与教室智能照明控制系统以及PLC有关的文献和资料。学 生 签 名： 年 月 日 指导教师签名： 年 月 日指导内容记录（三)1.标题应该简短、明了、有概括性；2.关键词应采用能覆盖论文主要内容的通用词条；3.正文一般应包括绪论、论文主体及结论等部分。学 生 签 名： 年 月 日 指导教师签名： 年 月 日指导内容记录(四)1.弄清楚教室智能照明控制系统中要求的分时分区控制灯光的程序设计；2.如何采用PLC梯形图实现控制要求。学 生 签 名： 年 月 日 指导教师签名： 年 月 日指导过程记录指导内容记录(五)1.将有些地方的字体，行距按照论文模板去改正； 2.中英翻译错误的地方查字典进行修改。学 生 签 名： 年 月 日 指导教师签名： 年 月 日指导内容记录(六)1.梯形图设计要解释清楚。2.仿真部分要突出为什么仿真结果可以验证你的设计的正确性，能够准确的控制教室灯光的开与关。学 生 签 名： 年 月 日 指导教师签名： 年 月 日指导内容记录(七)1.按照毕业论文撰写规范排版； 2.参考文献按照学校的毕业论文撰写规范写，同时在正文中出现的位置以上标的形式标出。学 生 签 名： 年 月 日 指导教师签名： 年 月 日指导内容记录(八)1.熟悉论文内容；2.制作基于PLC的教室智能照明控制系统的设计的答辩PPT，陈述时间控制在5分钟以内，重点突出自己所做工作。学 生 签 名： 年 月 日 指导教师签名： 年 月 日答辩小组组长意见(对情况是否属实做出意见)组长(签名)： 年 月 日注：本表与毕业论文一起装订存档。湖南科技学院本科毕业论文（设计）评审表论文题目基于PLC的教室智能照明控制系统的设计作者姓名姜江所属系、专业、年级电子工程 系 电子信息工程 专业 2009年级指导教师姓名、职称游珍珍 讲师字 数10000定稿日期2013.5.8中文摘要本文阐述了教室智能照明的控制方法以及PLC在教室智能照明控制系统中的应用，并对西门子S7-200系列PLC进行了详细的介绍。然后在此基础上，提出了以S7-200系列PLC为主要器件设计教室智能照明控制系统的方法，其基本原理是采用西门子公司的S7-200系列的PLC作为核心控制部件，采用热释红外人体传感器检测人体的存在，采用光敏三极管构成的电路检测环境光的强度;根据教室合理开灯的条件，系统通过对人体的存在信号和环境光信号的识别和智能判断，完成对教室照明回路的智能控制，避免了教室用电的大量浪费。最后，提出了系统的梯形图程序设计，并进行了仿真。本设计具有经济性好、可靠性高、实用性强等优点，可以满足各院校教室灯光照明控制的要求，很大程度的达到节能目的。关键词（3-5个）教室智能照明；PLC；梯形图程序英文摘要This paper describes the classroom intelligent lighting control method and PLC applications in the classroom intelligent lighting control system, a detailed introduction of Siemens S7-200 series PLC. Then, on this basis, S7-200 series PLC as the main device design classroom intelligent lighting control system, the basic principle is the use of Siemens S7-200 series PLC as the core control unit, the use of infrared human body the sensor detects the presence of a human body, using the phototransistor circuit constituted detected ambient light intensity; under classroom reasonably lights conditions, through the identification and smart Analyzing human presence signal and ambient light signal, the completion of the classroom lighting circuit smart control, to avoid wasting a lot of electricity classroom. Finally, it proposed the design of ladder program, and simulation is carried out.This design has a good economy, high reliability, and practical advantages to meet the requirements of the institutions classroom lighting control, to a large extent, to save energy.关键词(3-5个)Classroom intelligent lighting; PLC；Ladder program指导教师评定成绩评审基元评审要素评审内涵满分指导教师实评分选题质量25%目的明确符合要求选题符合专业培养目标，体现学科、专业特点和教学计划的基本要求，达到毕业论文（设计）综合训练的目的。10理论意义或实际价值符合本学科的理论发展，有一定的学术意义；对经济建设和社会发展的应用性研究中的某个理论或方法问题进行研究，具有一定的实际价值。10选题恰当题目规模适当，难易度适中；有一定的科学性。5能力水平40%查阅文献资料能力能独立查阅相关文献资料，归纳总结本论文所涉及的有关研究状况及成果。10综合运用知识能力能运用所学专业知识阐述问题；能对查阅的资料进行整理和运用；能对其科学论点进行论证。10研究方案的设计能力整体思路清晰；研究方案合理可行。5研究方法和手段的运用能力能运用本学科常规研究方法及相关研究手段（如计算机、实验仪器设备等）进行实验、实践并加工处理、总结信息。10外文应用能力能阅读、翻译一定量的本专业外文资料、外文摘要和外文参考书目（特殊专业除外）体现一定的外语水平。5论文质量35%文题相符较好地完成论文选题的目的要求。5写作水平论点鲜明；论据充分；条理清晰；语言流畅。15写作规范符合学术论文的基本要求。用语、格式、图表、数据、量和单位、各种资料引用规范化、符合标准。10论文篇幅10000字左右。5实评总分 成绩等级 指导教师评审意见： 指导教师签名： 说明：评定成绩分为优秀、良好、中等、及格、不及格五个等级，实评总分90100分记为优秀，8089分记为良好，7079分记为中等，6069分记为及格，60分以下记为不及格。评阅教师评定成绩评审基元评审要素评审内涵满分评阅教师实评分选题质量25%目的明确符合要求选题符合专业培养目标，体现学科、专业特点和教学计划的基本要求，达到毕业论文（设计）综合训练的目的。10理论意义或实际价值符合本学科的理论发展，有一定的学术意义；对经济建设和社会发展的应用性研究中的某个理论或方法问题进行研究，具有一定的实际价值。10选题恰当题目规模适当，难易度适中；有一定的科学性。5能力水平40%查阅文献资料能力能独立查阅相关文献资料，归纳总结本论文所涉及的有关研究状况及成果。10综合运用知识能力能运用所学专业知识阐述问题；能对查阅的资料进行整理和运用；能对其科学论点进行论证。10研究方案的设计能力整体思路清晰；研究方案合理可行。5研究方法和手段的运用能力能运用本学科常规研究方法及相关研究手段（如计算机、实验仪器设备等）进行实验、实践并加工处理、总结信息。10外文应用能力能阅读、翻译一定量的本专业外文资料、外文摘要和外文参考书目（特殊专业除外）体现一定的外语水平。5论文质量35%文题相符较好地完成论文选题的目的要求。5写作水平论点鲜明；论据充分；条理清晰；语言流畅。15写作规范符合学术论文的基本要求。用语、格式、图表、数据、量和单位、各种资料引用规范化、符合标准。10论文篇幅10000字左右。5实评总分 成绩等级 评阅教师评审意见： 评阅教师签名： 说明：评定成绩分为优秀、良好、中等、及格、不及格五个等级，实评总分90100分记为优秀，8089分记为良好，7079分记为中等，6069分记为及格，60分以下记为不及格。湖南科技学院本科毕业论文（设计）答辩记录表论文题目基于PLC的教室智能照明控制系统的设计作者姓名姜江所属系、专业、年级电子工程系 电子信息工程专业 2009年级指导教师姓名、职称游珍珍、讲师答 辩 会 纪 要时间2013年5月18日地点三教517答辩小组成员姓 名职务（职称）姓 名职务（职称）姓 名职务（职称）宫彦军教授包本刚副教授贾竹君副教授陈爱武讲师何红松讲师游珍珍讲师答辩中提出的主要问题及回答的简要情况记录：会议主持人：记 录 人：年 月 日答辩小组意见评语：评定等级： 负责人（签名）： 年 月 日系学位委员会意见评语：论文（设计）最终评定等级：负责人（签名）： 系部（公章） 年月 日校学位委员会意见评语：评定等级： 负责人（签名）： 年月 日目 录绪论11 系统控制方案的设计31.1 系统设计的可行性分析31.1.1 设计方案的可行性31.1.2 知识能力的可行性31.1.3 实验条件的可行性31.2 系统控制方案的分析31.3 分区和分时控制方案的构想41.4 系统的功能组成42 硬件系统设计62.1 选择PLC类型62.2 数据采集电路72.3 环境光采集电路82.4 人体存在传感器的工作原理82.5 PLC外围连线图93 软件设计113.1 程序流程图113.2 STEP7-Micro/WIN V4.0编程软件123.2.1 STEP7-Micro/WIN V4.0编程软件主界面及基本组成123.2.2 梯形图的编写133.3 输入输出地址133.4 梯形图程序设计144 系统仿真174.1 S7-200 V4.0的仿真软件174.2 仿真测试18结论23参考文献24附录A:25致 谢27插图索引图1 传感器在教室的分区控制图4图2 控制系统框图7图3 环境光采集电路原理图8图4 信号采集敏感区示意图9图5 PLC外围连线图10图6 程序流程图11图7 STEP7-Micro/WIN V4.0编程软件主界面窗口12图8 梯形图网络.15图9 S7-200仿真软件主界面17图10 6点至18点仿真结果图（1）18图11 6点至18点仿真结果图（2）19图12 6点至18点仿真结果图（3）20图13 6点至18点仿真结果图（4）20图14 18点至23点仿真结果图（1）21图15 18点至23点仿真结果图（2）21图16 23点至6点仿真结果图（1）22附表索引表1 I/O地址分配表14基于PLC的教室智能照明控制系统的设计摘 要本文阐述了教室智能照明的控制方法以及PLC在教室智能照明控制系统中的应用，并对西门子S7-200系列PLC进行了详细的介绍。然后在此基础上，提出了以S7-200系列PLC为主要器件设计教室智能照明控制系统的方法，其基本原理是采用西门子公司的S7-200系列的PLC作为核心控制部件，采用热释红外人体传感器检测人体的存在，采用光敏三极管构成的电路检测环境光的强度;根据教室合理开灯的条件，系统通过对人体的存在信号和环境光信号的识别和智能判断，完成对教室照明回路的智能控制，避免了教室用电的大量浪费。最后，提出了系统的梯形图程序设计，并进行了仿真。本设计具有经济性好、可靠性高、实用性强等优点，可以满足各院校教室灯光照明控制的要求，很大程度的达到节能目的。【关键词】：教室智能照明 PLC 梯形图程序The design of classroom lighting intelligent control system based on PLC AbstractThis paper describes the classroom intelligent lighting control method and PLC applications in the classroom intelligent lighting control system, a detailed introduction of Siemens S7-200 series PLC. Then, on this basis, S7-200 series PLC as the main device design classroom intelligent lighting control system, the basic principle is the use of Siemens S7-200 series PLC as the core control unit, the use of infrared human body the sensor detects the presence of a human body, using the phototransistor circuit constituted detected ambient light intensity; under classroom reasonably lights conditions, through the identification and smart Analyzing human presence signal and ambient light signal, the completion of the classroom lighting circuit smart control, to avoid wasting a lot of electricity classroom. Finally, it proposed the design of ladder program, and simulation is carried out.This design has a good economy, high reliability, and practical advantages to meet the requirements of the institutions classroom lighting control, to a large extent, to save energy.【Key words】 Classroom intelligent lighting PLC Ladder program绪论随着社会经济和科学技术的发展，人们的生活水平也不断提高，导致用电负荷的加剧，又由于世界性的能源危机，能源缺乏已成为世界所面临的严峻问题。而此问题对我国来说尤为严重。随着各类大、中专院校的扩招，教室的扩建，教室照明的需求也越来越多，而教室照明的管理不到位，往往造成电能的巨大浪费，这样，提高教室用电效率就成为首要考虑的问题。目前对灯光的智能控制，国内外己经开始采用，但对教室灯光的控制，尤其是我国教室灯光的智能控制尤为缺乏和不完善，依然是传统式的人工管理。各类大、中专院校不断扩招，教室不断扩建，教室的用电负荷不断加大，教室用电管理不善，造成学校电能浪费，经济损失，这种的浪费与当今的节约能源理念相违背。再者，现代自动化程度不断提高，计算机技术的普及，灯光的管理也在朝着自动化、智能化方向发展1 。例如楼道灯光的自动控制等等。所有这些使得教室灯光控制也应该朝着智能的方向发展。于是，开发简便、实用的教室灯光自动控制系统便具有重要的现实意义。新社会的建设要适应网络时代的发展，应引入智能化的概念。在传统的楼宇自控系统中，一般只包括了综合布线、计算机网络、安防、消防、闭路监控等子系统。但近年来，随着科技的进步，人们对照明灯具节能和科学化管理提出了更高的要求，使得照明控制在智能化领域的地位越来越重要。而在新社会的建设热潮中，各大高校和他们的建设者也应意识到智能照明的重要性。相对商业楼字而言，校园里的大功率动力和制冷设备比重较少，照明灯则相对比重更多。使用照明控制系统，更能体现其在节能与管理方面的优势，提高学校的科学管理水平2 。 针对节约电能、保护全球环境的可持续发展的要求，美国环保署于1991年1月提出“绿色照明”概念，引起了其他国家的重视。我国也于1993年11月启动“中国绿色照明工程”，并于1996年正式列入国家计划3 。但是我国智能化照明技术的应用还不广泛,大多数校园教室仍然使用传统的照明控制方式。 因此完善智能化监控建设，进一步扩大监控系统点位，自动实时监控和远程控制照明设施的开关灯，具有重要的现实意义。而可编程控制器（Programmable Logical Controller，简称PLC）作为自动控制的重要组成部分，已成为大多数自动化系统的设备基础。可编程控制器是一种以微处理器为核心，综合了计算机技术、自动控制技术、通信技术和继电器控制技术而发展起来的新型工业控制装置，具有编程容易、体积小、使用灵活方便、抗干扰能力强、可靠性高等一系列优点，其功能越来越强大，应用范围越来越广阔，如冶金、机械、电力、石油、煤炭、化工、轻纺、交通、食品、环保、轻工、建材等工业部门都有广泛应用。它不但可以很容易地完成顺序逻辑、运动控制、定时控制、计数控制、数字运算、数据处理等功能，而且可以通过输入/输出接口建立与各类生产机械数字量和模拟量的联系，从而实现对系统过程的自动控制4 。可编程控制器是六十年代发展起来的一种自动控制装置，是一种嵌入式的工控机，它以顺序控制为主，回路调节为辅，能完成逻辑判断、定时、计数、记忆和算术运算功能，既能进行开关量控制，又能进行模拟量控制，还具有通信功能。而新校园的建设要适应网络时代的发展，应引入智能化的概念。在传统的楼字自控系统中，一般只包括了综合布线、计算机网络、安防、消防、闭路监控等子系统。但近年来，随着科技的进步，人们对照明灯具节能和科学化管理提出了更高的要求，使得照明控制在智能化领域的地位越来越重要。而在新校区的建设热潮中，各大高校和他们的建设者也应意识到智能照明的重要性。相对商业楼字而言，校园里的大功率动力和制冷设备比重较少，照明灯具则相对比重更多。使用照明控制系统，更能体现其在节能与管理方面的优势，提高学校的科学管理水平。本设计采用S7-200系列的PLC控制器控制照明系统，根据教室照明系统的工作特点,采用PLC实现对照明系统的控制，总体设计主要包括硬件线路的设计和软件的设计。硬件线路设计主要包括线路图设计和排线布线设计。软件设计根据控制的要求，对教室划分区域和人体存在传感器、光电传感器等进行I/0分配，同时编制了系统梯形图控制程序，最后进行仿真与调试，达到教室智能照明系统的要求。1 系统控制方案的设计 本章主要讲述了系统控制方案的设计，其中主要内容包括对课题可行性的分析、系统控制方案的分析以及对分区分时控制方案的构想。 1.1系统设计的可行性分析PLC在教室照明自动控制中的应用及其实现，对提高校园管理的自动化控制水平有着重大的意义。在大力提倡节约能源的今天，研究这种高性能、经济节约型的分时控制系统，对于降低能耗、加快建设节约型社会，促进我国经济社会全面协调可持续发展具有重要的现实意义。 1.1.1 设计方案的可行性研究将硬件线路设计、PLC控制应用于教室照明智能控制系统，从而提高多段分时系统的稳定性、可靠性、精确性。设计自动和手动两种调节系统的启停，以便在系统出现故障时可以人工控制照明系统。 1.1.2 知识能力的可行性通过平时所掌握硬件设计能力和实际的专业，近几年的大学学习使得我掌握PLC自动控制知识，培养扎实了软硬件设计能力，运用所学专业知识并查阅相关资料解决实际设计、控制问题。1.1.3 实验条件的可行性学院具备该方面的实验室与试验测试设备，毕业设计试验器件，并且在老师的精心指导下，按照研究课题设计要求经过设计、调试与测试分析，一定能够按计划完成研究任务的系统方案设计指标的要求，理论与实际相结合起来。1.2 系统控制方案的分析 所研制的智能控制器以自然光强度和人体存在作为控制器的主要输入参数。可以实现自动与手动控制相兼容。自然环境光较强光线足够时，无论人是否存在，都不开灯;在自然环境光较弱时，有人存在且超过一定时间，控制器自动打开电灯，直到人离开后再延时一定时间后关灯。同时，还要按作息时间来控制，夜晚超过11点，若还有人存在，则关闭自动控制器的运行，改用机械开关来手动控制，以解决因特殊情况下，自动控制器的不人性化运行。本文所研究的教室灯光控制器主要是由硬件和软件两大部分组成。硬件部分是前提，是整个系统执行的基础，它主要为软件提供程序运行的平台。而软件部分，是对硬件端口所体现的信号，加以采集、分析、处理，最终实现控制器所要实现的各项功能，达到控制器自动与手动相结合的教室照明智能控制。1.3 分区和分时控制方案的构想在设计前，对教室的采光情况以及教室的使用情况进行了实地调查和分析，掌握的一手资料，仅以湖南科技学院三号教学楼某多媒体教室为例进行分析，如317。由于该教室为单面采光，所以教室中会有不同区域光照程度差别很大的现象，而且由于教室学生的流动性大以及就坐位置的不确定性，故设想将教室分为不同的区域，利用红外探测器以及光照传感器对整个教室进行分区控制，以最大程度地达到节能目的。下图1为对教室分区域控制方案的模型图。讲台区域区域1（前排左）区域2(前排右)区域3（后排左）区域4（后排右）图1 传感器在教室的分区控制图红外探测器安装在五个区域的上方或能有效的覆盖该区域探测范围的地方，光照传感器安装在每个区域光照较暗的地方。对于有时候需要用多媒体教室播放教学影片的情况，可以在讲台区域方便的地方安装1个控制按钮以手动的方式给PLC提供信号使开始放影时关闭教室灯光，放影完毕时打开教室灯光，以适应实际的要求。每个区域分别安装一个红外探测器和一个光照传感器且设置其动作。安装在每个区域的体存在传感器和光照传感器是独立工作的，它们之间互不影响，一个故障不影响其它的工作。同时还需要设置一些时间段去控制教室灯的开通与关闭，如早上618点需要智能控制器工作，1823点不需要智能控制器工作。所以另外提出了分时控制的构想，在编制三时段梯形图程序时，会具体说明。1.4 系统的功能组成 一般智能照明控制系统都为数字式照明管理系统，它由系统单元，输入单元和输出单元三部分组成。除电源设备外，每一单元设置唯一的单元地址，并用软件设定其功能。通过输出单元来控制各负载回路，各种形式的单元简述如下：（1）系统单元：主系统对各区域实施相同的控制和信号采样的网络，子系统则对各分区实施不同具体控制的网络。主系统和子系统之间通过信息等元件连接，实现数据传输。（2）输入单元：用于将外部控制信号变换成控制系统上传输的信号，如可编程的多功能(开/关、调光、定时、软启动/软关断等)输入开关、红外线接收开关及红外线遥控器(实现灯光调光或开/关功能)。各种型式及多功能的控制板，可进行多点控制、时序控制等，调整照明，以达到使周围环境保持适宜的照度，节约电能。（3）输出单元：智能控制系统的输出单元是用于接受来自控制器的定时信号，控制相应回路的输出以实现实时控制。输出单元有各种型式的继电器。系统一般采用集中控制和管理、分散执行的方式，亦即配置智能控制照明柜，智能控制柜内装有可编程控制器的有关自动及手动控制开关，空中灯具开/关状态，手动控制开关可在异常情况下采取处理措施5 。 采用智能照明控制系统的优越性：（1）良好的节能效果 采用智能照明控制系统的主要目的是节约能源，智能照明控制系统借助各种不同的预设置控制方式和控制元件，对不同时间不同环境的光照度进行精确设置和合理管理，实现节能。利用最少的能源保证所要求的照度水平，节电效果十分明显，一般可达30%以上。（2）延长光源的寿命 延长光源寿命不仅可以节省大量资金，而且大大减少更换灯管的工作量，降低了照明系统的运行费用，管理维护也变得简单了。（3）改善工作环境，提高工作效率 良好的工作环境是提高工作效率的一个必要条件。良好的设计，合理地选用光源、灯具及优良的照明控制系统，都能提高照明质量6 。2 硬件系统设计本章主要讲述了PLC类型的选择和其CPU的选型以及人体存在传感器、光照传感器等硬件的工作原理，最后设计出了PLC的外围连线图。2.1 选择PLC类型 系统的设计要从保证系统的可靠性、实用性和可扩展性等方面入手。本控制系统采用可靠性和可扩展性很好的西门子S7-200PLC系列的PLC作为控制器，对于每个教室输入点主要来自以下四个方面：启动开关、停止开关、投影开关、人体存在传感器和光照传感器；输出点主要输来自每个教室五个区域的灯。 S7-200系列PLC是德国西门子公司生产的一种小型PLC。其许多功能能够达到大、中型PLC的水平，而价格却和小型PLC的一样，因此，它一经推出，即受到了广泛关注7 。它可以单机运行，也可以进行输入/输出和功能模块的扩展。其价格低廉、结构小巧、可靠性高、运行速度快，继承和发展了它在大、中型PLC领域的技术优势，有极丰富的指令集，具有强大的多种集成功能和实时特性，其性价比非常高，所以它在各行各业中的应用得到迅速推广，在规模不太大的控制领域是较为理想的控制设备。 S7-200有五种CPU，其性能差异很大。这些性能直接影响到PLC的控制规模和PLC系统的配置。目前S7-200系列PLC主要有CPU221，CPU222，CPU224，CPU224XP和CPU226五种CPU。本课题设计使用CPU224，本机集成14输入，输出共24个数字量I/O点。可连接7个扩展模块，最大扩展至248路数字量I/O点或35路模拟量I/O点。13K字节程序和数据存储空间。6个独立的30kHz高速计数器，2路独立的20kHz高速脉冲输出，具有PID控制器。2个RS485通讯编程口，具有PPI通讯协议、MPI通讯协议和自由方式通讯能力。I/O端子排可容易地整体拆卸8 。用于较高要求的控制系统，具有更多的输入/输出点，更强的模块扩展能力，更快的运行速度和功能更强的内部集成特殊功能。可完全适应于一些复杂的中小型控制系统。 根据第1章的图1传感器在教室的分区控制图可知，本系统的输入点包括1个启动开关、1个停止开关、1个投影开关、5个人体存在传感器、5个光照传感器共13个，输出点为5个区域的灯，由于CPU224模块，此模块有14个输入，10个输出正好满足要求。用红外探测器和光照传感器作为检测装置来检测教室中是否有人和教室的光照强度。控制系统的框图如图2所示。PLC控制器及I/O扩展模块红外探测器15控制按钮多路开关光照度探测器15投影仪开关日光灯N日光灯2日光灯1 图2 控制系统框图2.2 数据采集电路教室中的环境光和人体存在与否是系统的主要输入参数，因此教室中的环境光和人体存在成为系统数据采集的主要对象。常见的环境光采集器件光电传感器有光敏二极管和光敏三极管，光敏三极管可以认为是光敏二极管与三极管的一体化结构，其特性是光敏二极管的输出特性再加上三极管的特性。根据需求，选用灵敏度较高的光敏三极管。此外，人体传感器要求灵敏度高，可靠性强，本系统采用了低电平输出的HP-208型号的人体存在传感器。HP-208-N-L人体感应模块(低电平输出)基于红外线技术的自动控产品, 灵敏度高，可靠性强，广泛应用于各类自动