基于教室智能照明系统控制方案设计.doc

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《电气控制与PLC技术》
课 程 设 计

（ 级本科）

题 目： 基于S7-200PLC教室智能照明系统控制设计
院 系：
专 业：
作者姓名 ：
指引教师 ： 职称：
完毕日期 ： 年 月 日

《电气控制与PLC技术》课程设计任务书
论文题目
基于S7-200PLC教室智能照明系统控制
作 者 姓 名

专业、年级

指引教师

任务下达日期

一.设计重要内容
依照实际规定，以S7-200型PLC为核心，设计出教室智能照明系统。设计系统控制硬件电路，编写软件控制系统程序，实现对灯亮灭控制。
二.设计报告规定
（1）、当教室无人时所有灯都自动关闭。
（2）、当教室有人且照度达不到规定期，自动打开人所在区域灯。
（3）、当教室有人且照度达到规定期，自动关闭人所在区域灯。
（4）、对于使用投影仪多媒体教室，可以实当前投影仪启动后延时一定期间，
自动关闭讲台相应灯以达到较佳视觉效果。

三. 课程(设计)进度安排
周次
日期
时间
内容
备注

阐明：课程设计阐明书不超过5000字。

指引教师签字：

基于S7-200 PLC教室智能照明系统
摘要
从节约电能角度出发，针对老式教室照明控制系统局限性以及PLC在控制领域中广泛应用，提出了一种基于S7-200教室照明智能控制系统设计办法并对系统软件、硬件和程序作了重点简介。该系统以PLC为核心，由红外探测器和光照传感器构成控制系统，能达到节能、智能目。
核心字：S7-200 教室照明 智能控制

目录
第1章、PLC概述 1
第2章、设计任务及规定 1
2.1.设计任务 1
2.2.设计规定 1
第3章、硬件设计 2
3.1.选PLC类型 2
3.2.输入输出编址 3
3.3.PLC外部连线图 4
第4章、软件设计 4
4.1、程序流程图 4
4.2.梯形图程序设计 5
4.3.程序分析 7
第5章、程序调试 8
5.1、7:00-19:00光线局限性，教室有人 9
5.2、 7:00-19:00光线充分，教室有人 9
5.3、19:00-23:00光线局限性，教室有人 10
5.4、19:00-23:00光线局限性，教室无人 11
5.5、23:00-7:00光线局限性，教室无人 11
第6章、设计总结 12
参照文献 12

第1章、PLC概述
PLC具备控制能力强、可靠性高、使用灵活以便和易于编程、扩张、通信等一系列长处，是当今及此后工业控制重要手段和控制核心，因而PLC技术、数控计数、计算机辅助设计、计算机辅助生产以及机器人技术、已并列为当代工业生产自动化四大支柱。
西门子是中华人民共和国各种业务领域领先工业解决方案供应商，在制造业自动化、流程工业自动化、运动控制、驱动、低压控制以及电气安装技术方面提供了各类创新、可靠、高效和优质产品。并全面提供系统解决方案和服务，产品涵盖范畴广，在信息、通信、自动化与控制、电力、交通医疗、照明等各个行业领域处在优势。
本设计以德国西门子公司S7—200系列为主，重要简介了PLC产生定义及分类，详细简介了S7—200系列构成、性能特点及基本功能，重要性能指标和输入输出系统，通过S7—200 CPU224型PLC简介了本设计全过程，从而实现了教室照明控。

第2章、设计任务及规定
2.1.设计任务
依照大学教室中日光灯运用状况，当前大多数教室照明控制系统都采用是老式手动控制方式，挥霍现象比较严重。教室中开关虽然有分区域控制功能，但是没有人关怀哪排灯由哪个开关控制，因而也就浮现了所谓长明灯现象。针对这种现象，为了能既满足学生学习照明重要功能，又要尽量节约能源，就需要用科学管理和控制，使两者完美统一。因而提出如下智能控制系统。
教室智能照明控制系统作用是在保证教室正常照明前提条件下，运用PLC自动控制办法对日光灯亮灭实行智能控制从而达到节能效果，同步也有效地延长了灯具使用寿命。
2.2.设计规定
在设计前，对教室采光状况以及教室使用状况进行了实地调查和分析，掌握一手资料，仅以河西学院三号教学楼某一教室为例进行分析，如A302。由于该教室为单面采光，因此教室中会有不同区域光照限度差别很大现象，并且由于教室学生流动性大以及就坐位置不拟定性，故设想将教室分为不同区域，运用红外探测器以及光照传感器对整个教室进行分区控制，以最大限度地达到节能目。
红外探测器安装在门口或能有效覆盖该区域探测范畴地方，光照传感器安装在每个区域光照较暗地方。对于有时候需要用多媒体教室播放教学影片状况，可以在讲台区域以便地方安装1个控制按钮以手动方式给PLC提供信号使开始放影时关闭教室讲台灯光，放影完毕时打开教室讲台灯光，以适应实际规定。每个区域分别安装一种红外探测器和一种光照传感器且设立其动作。安装在每个区域红外探测器和光传感器是独立工作，它们之间互不影响，一种故障不影响其他工作。同步还需要设立某些时间段去控制教室灯开通与关闭，如早上7—19点需要照度计工作，19—23点不需要照度计工作。
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传感器在教室中分区控制图
第3章、硬件设计
表1 使用器件表
序号
名称
型号
规格
数量
备注
1
红外探测器

4
无
2
光照传感器

4
无
3.1.选PLC类型
系统设计要从保证系统可靠性、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较好西门子S7-200PLC系列PLC作为控制器，对于每个教室输入点重要来自如下四个方面：启动开关、停止开关、红外探测器和光照传感器；输出点重要输来自每个教室五个区域灯。依照输入输出点数选取CPU224模块，此模块有14个输入，10个输出。用红外探测器和光照传感器作为检测装置来检测教室中与否有人和教室光照强度。运用扩展模块EM235将信号输入到PLC中，控制系统框图如图2所示。

PLC控制器及I/O扩展模块
红外探测器
控制按钮

多
路
开
关
光照度探测器

投影仪开关

日光灯N

日光灯2

日光灯1

图2 控制系统
3.2.输入输出编址
系统输入点及地址：启动I0.0停止I0.1、红外探测器I1.0～I1.3、光照传感器I0.4～I0.7。T37为定期器。为了减少输出点数，一种区域作为一种输出点，其地址Q0.0～Q0.3。EM235为模仿量模块，有4路输入，一路输出。
表2 I/O地址分派表
输入点
输出点
元件名称
地址编码
元件名称
地址编码
启动开关
I0.0
红外探测器（区域1）
I1.0
停止开关
I0.1
红外探测器（区域2）
I1.1
投影开关
I0.2
红外探测器（区域3）
I1.2
讲台开关
I0.3
红外探测器（区域4）
I1.3
光照探测器 （区域1）
I0.4
区域1灯
Q0.1
光照探测器（区域2）
I0.5
区域2灯
Q0.2
光照探测器（区域3）
I0.6
区域3灯
Q0.3
光照探测器（区域4）
I0.7
区域4灯
Q0.4
3.3.PLC外部连线图
PLC外部接线图输入输出设备、负载电源类型等设计就结合系统控制规定来设定。照明智能控制外部接线图如图3所示。

图3 PLC外部接线图
第4章、软件设计
4.1、程序流程图
由于上述详细控制规定，可作出教室智能照明控制系统在运营时程序框图，如图所示。将各模块进行连接，最后通过调试、完善、实现控制规定。如图4所示：

开始
Y
关闭多媒体和所有照明
07：00—19：00
19：00—23：00
多媒体和讲台灯通电
N
开灯
不开灯
N
Y
不开灯
与否是23：00—07：00

光照与否充分
与否有人
与否有人
不开灯
开灯
N
Y
Y
N

图4 程序流图
4.2.梯形图程序设计
用SETP7软件语句表编写控制程序如下：

此程序通过软件模仿仿真可以达到盼望控制规定。
4.3.程序分析
按下I0.0按钮，线圈M0.0通电并自锁，同步定期器T37开始定期，每定期300s计数器C1计数一次，共计288次。在计数工程中，当前计数值在0-144范畴内时，即在7:00-19:00内，内部标志位存储器M0.1接通，此时分为两种状况，一是若教室光线局限性，则相应光照传感器按钮I0.4，I0.5，I0.6，I0.7接通，同步默认此时间段教室始终有人，故线圈Q0.1 ,Q0.2 ,Q 0.3 ，Q0.4 接通，灯亮；二是教室光线充分，则相应光照传感器按钮I0.4，I0.5，I0.6，I0.7断开，同步默认此时间段教室始终有人，故线圈Q0.1 ,Q0.2 ，Q0.3 ，Q0.4 断电，灯灭。当前计数值在144-192范畴内时，
即在19:00-23:00内，内部标志位存储器M0.2接通，此时分为两种状况，一是若教室有人呢，则相应红外探测传感器按钮I1.0，I1.1，I1.2，I1.3接通，同步默认此时间段教室光线不充分，故线圈Q0.1 ,Q0.2 ，Q 0.3 ，Q0.4 接通，灯亮。二是教室无人，则相应光照传感器按钮I1.0，I1.1，I1.2，I1.3断开，同步默认此时间段教室光线局限性，故线圈Q0.1 ,Q0.2 ，Q 0.3 ，Q0.4 断电，灯灭。当前计数值在192-288范畴内时，即在23:00-7:00内，内部标志位存储器M0.3接通，教室无人，光线局限性，灯灭。
第5章、程序调试

现场程序调试接线图
5.1、7:00-19:00光线局限性，教室有人

7:00-19:00光线局限性，教室有人。此时光照探测器所相应触点闭合（即I0.4 ,I0.5，I0.6，I0.7闭合）且红外探测器所相应触点也闭合（即I1.0 ,I1.1 ,I1.2 ,I1.3闭合），线圈通电（Q0.1 ,Q0.2 ,Q0.3 ,Q0.4），灯亮。
5.2、 7:00-19:00光线充分，教室有人

7:00-19:00光线充分，教室有人。此时光照探测器所相应触点闭合（即I0.4 ,I0.5，I0.6，I0.7断开）且红外探测器所相应触点闭合（即I1.0 ,I1.1 ,I1.2 ,I1.3闭合），线圈不通电（Q0.1 ,Q0.2 ,Q0.3 ,Q0.4），灯不亮。
5.3、19:00-23:00光线局限性，教室有人

19:00-23:00光线局限性，教室有人。此时光照探测器所相应触点闭合（即I0.4 ,I0.5，I0.6，I0.7闭合）且红外探测器所相应触点闭合（即I1.0 ,I1.1 ,I1.2 ,I1.3闭合），线圈通电（Q0.1 ,Q0.2,Q0.3,Q0.4），灯亮。

5.4、19:00-23:00光线局限性，教室无人

19:00-23:00光线局限性，教室无人。此时光照探测器所相应触点闭合（即I0.4 ,I0.5，I0.6，I0.7闭合）且红外探测器所相应触点闭合（即I1.0 ,I1.1 ,I1.2 ,I1.3断开），线圈不通电（Q0.1 ,Q0.2 ,Q0.3 ,Q0.4），灯不亮。
5.5、23:00-7:00光线局限性，教室无人

23:00-7:00光线局限性，教室无人。此时光照探测器所相应触点闭合（即I0.4 ,I0.5，I0.6，I0.7闭合）且红外探测器所相应触点闭合（即I1.0 ,I1.1 ,I1.2 ,I1.3断开），与此同步M0.3线圈通电，使得它常闭触点断开，本网络运营不下去，故线圈不通电（Q0.1 ,Q0.2 ,Q0.3 ,Q0.4），灯不亮。
第6章、设计总结
通过本次PLC课程设计，使我明白了自己在学习这门学时在办法上存在局限性，让我对 PLC梯形图，指令表，外部接线图有了更好理解，也让我理解了关于PLC设计原理，有诸多设计理念来源于实际，从中找到对的设计办法。本次课程设计是规定小组完毕，因此遇到问题规定和同窗互相交流互相讨论。咱们在做课程设计过程中要不断讨论问题，这样，咱们可以尽量统一思想，这样就不会使自己在做过程中没有方向，并且这样也是为了以便之后设计能更加完善，讨论不但仅是某些思想问题，还可以进一步讨论某些技术问题，这样可以使自己解决问题要快某些，少走弯路，多变化自己设计办法，在设计过程中最佳要不断改进自己解决问题办法，这样可以以便自己解决问题。总之，这次设计对我真很有好处，给我弥补了诸多我欠缺知识，像梯形图电路自锁，以及PLC电路硬件连接以及有关软件使用，在此后学习过程中，要更加努力学习自己专业知识，多多和同窗和教师交流，相信不久将来可以有点成绩。
在这次设计实践之后，我学会了PLC基本编程办法，对PLC工作原理和用法也有了更深刻理解。在读理论运用中，提高了咱们工程素质，在没有做实践设计此前，咱们对懂得掌握都是思想上，对某些细节不加注重。在课程设计过程中我理解到，PLC并不是一门单一编程技术，它是一门系统专业课程。PLC可以广义以为是一台背嵌入操作系统高可靠性PC机。一方面需要精深PLC自身编程语言梯形图、语句表语言。然后依照程序在实验室进行调试，使其达到预期限度。最后，依照调试成果写论文。不断地锻炼自己动手和思维能力。最后也要感谢张晓峰教师悉心指引，才干使咱们设计得以顺利完毕。

参照文献
[1] 廖常初.PLC编程及应用.北京：机械工业出版社.
[2] 高钦和.可编程控制器应用技术及其设计实例.北京:高等教诲出版社.
[3] 李缓.PLC原理与应用.北京：北京邮电大学出版社.
[4] 林明星.电气控制及可编程序控制器[M ].北京：机械工业出版社.
[5] 周淑珍,高鸿斌. PLC分析与设计应用.北京：电子工业出版社.
[6] 王玉中. 电气控制及PLC应用技术.河南：河南科学技术出版社.

电气控制与PLC课程设计成绩评估表
姓 名

学 号

专业班级

课程设计题目：基于S7-200PLC教室照明智能控制系统设计
课程设计答辩或质疑记录：
1. 红外探测器作用？
答：红外探测器是用来探测该区域与否有人。

2. 为什么无论在任何一种时间段内都用是同一种程序，即网7？
答：该设计所设定三个时间段均有各自相应驱动线圈，即7:00-19:00驱动线圈M0.1；
19:00-23:00驱动线圈M0.2；23:00-7:00驱动线圈M0.3。而网络７中已将三个驱动线圈所有编辑了进去。因而，无论是在三个时间段内任何一种时间段，都可同步用网络7这个程序。

成绩评估根据：

评 定 项 目
评 分 成 绩
1.设计方案可行性及其选优（20分）

2.设计过程及成果（40分）

3.平时成绩（态度认真、遵守纪律）（10分）

5.设计报告规范性、参照文献充分（不少于5篇）（10分）

6.答辩（20分）

总 分

最后评估成绩（以优、良、中、及格、不及格评估）

指引教师签字：

年 月 日