学校南门马路路灯PLC控制系统设计毕业设计.doc

目 录一、设计的背景和意义21.1设计的背景21.2设计的意义2二、设计方案的路径选择和确定32.1设计需求分析32.2方案的研究确定3三、设计过程43.1设计原理43.2主要器件选型和资源分配43.3硬件线路设计63.4程序设计及调试12四、设计过程记录174.1硬件调试174.2软件调试174.3具体调试过程17五、毕业设计总结18六、参考文献22七、致谢23一、设计的背景和意义1.1设计的背景目前随着现在科技越来越厉害越进步，现在有很多各种各样的智能产品，在慢慢改变大家的一些工作方式和一些生活习惯的同时，也在不断的给大家伙带来很多的方便。在现在马路路灯设计控制方面上，各种各样的智能产品成为大家伙 更为关注的一些话题。 但是这些产品具有 提供比较全方位的信息交换的一些功能，他不仅仅能够完美的优化大家伙的生活方式，帮助大家伙的一下日常生活呀，也还可以节约很多资源。在对马路路灯进行设计时，PLC200的应用也越来越用的多，PLC不需要大量的一些活动元件和连线，电子元件它的连线大大减少了很多，但也有很多种程序设计语言可以使用的，他们用于梯形图和电气原理图 这几个比较接近，也比较容易掌握和理解，但是同时呢。系统的维修也比较简单,维修时间也相对性的比较短；较高的容易操作性，它编程简单比较简单，操作也比较方便,维修也比较容易等一些特点,一般也不容易发生操作错误这些。1.2设计的意义路灯是用来给道路提供照明功能。最开始的马路电灯都是在每根电线杆上装闸刀开关的，而且还需要工人每天去按时开启关闭。这种办法是比较麻烦的麻烦，对于一些能源的浪费也比较的严重，所以在对于学校南门的新型路灯设计，在节约能源的基础上还可以给工人带来方便。二、设计方案的路径选择和确定2.1设计需求分析本设计通过分析路灯发展历史和现在行情来规划智能功能，采用路灯为执行元件，以灵敏的红外线光感开关为检测单元，以 PLC CPU224CN 作为控制元件，实现智能开关路灯。2.2方案的研究确定方案一：使用西门子S7-200 PLC CPU 224CN 控制进行数据的处理，通过选择自动模式或手动模式，通过红外线传感器感应来决定亮度。方案二：使用单片机优点：经济、实惠、程序编写简单，民用市场需求量大，技术成熟，广泛运用。缺点：单片机受制版工艺、布局结构等因素的影响导致抗干扰性差，如果功能需要扩展，增加了硬件和软件的负担，而且运行速度慢，对环境依赖很强。 三、设计过程3.1设计原理 1.设计框架图图1 PLC设计框架图上图所示便是 PLC 的几个组成部分，包括了外部的输入与输出设备，以及其内部设备，比如中央处理器 CPU，以及存储器，能够存储应用程序以及在运行过程中所产生的数据。PLC的CPU与PC机的CPU是类似的设计结构，内部包含了系统的运算器以及控制器，控制器主要完成一些逻辑功能的运行，而运算器主要完成一些数据的运算处理的功能，这些功能分工合作，运算器将数据运算好之后所产生的数据存储在存储器中，而控制器对逻辑事件的处理，以及顺序的执行程序，外部的设备包括打印机或者编程写入器等设备，一般PLC还会包括一些输入与输出的扩展口等。3.2主要器件选型和资源分配3.2.1控制器选型PLC控制系统，可编程逻辑控制器，它采用一类可编程的存储器，用于其内部存储程序，执行逻辑运算，顺序控制，定时，计数与算术操作等面向用户的指令，并通过数字或模拟式输入/输出控制各种类型的机械或生产过程。PLCS7-200PLC是超小型化的PLC，它适用于各行各业，各种场合中的自动检测、监测及控制等，强大功能使其无论单机运行，或连成网络都能实现复杂的控制功能。本设计主要控制芯片选择西门子S7-200PLCCPU224CN，该芯片速度快、可靠性高、功能全、编程简单，满足设计需求，适合本设计的需要。其外形图如下：图2 PLC表1 PLC数据介绍型号输入点输出点可扩展模块式数S7-200CPU22164S7-200CPU222862个扩展模块78 路数字量 I/O 点或 10 路模拟量 I/O 点S7-200CPU22414107个扩展模块168 路数字量I/O点或 35 路模拟量I/O点S7-200CPU22624167个扩展模块248路数字量I/O点或36路模拟量I/O点S7-200CPU226XP24167个扩展模块248 路数字量I/O点或 35路模拟量I/O 点 表2 西门子 S7-200 的数字扩展以及模拟量扩展模块类型型号输入点输出点数字扩展模块EM2218无EM222无8EM2234/8/164/8/16模拟量扩展模块EM2313无EM232无2图3 路灯表3 路灯数据表光源功率30-300w色温3500-6000k显色指示Ra90光效120lm/w系统电压220v频率50HZ灯杆高度5-15米灯杆材质Q235 图4 驱动电源模块表4 驱动电源模块数据表型号LPV-30-12LPV-30-24直流输出电压12V24V额定输出电流2.5A1.25A纹波及噪音100mVp-p100mVp-p输出电流范围0-2.5A0-1.24A进线稳定度+0.5%+0.5负载稳定度+1%+1%输入电压范围170-264VAV 47-63Hz 250-370VDC输入电流0.42A/230V图5 故障指示灯表5 故障指示灯参数表名称LED旋转警示灯工作电压24V 110 220V 380V型号XH-1101外壳材质底座-ABS 灯罩-PC功率5W光源类型LED发光等级IP55工作方式旋转 爆闪图6 按钮开关表6 按钮开关参数表名称LA38系列按钮开关型号LA22C颜色红黄蓝白黑开孔直径22触点方式1常开 1常闭复位方式自锁式电气寿命20万次触点材质纯银触点3.3硬件线路设计图7 硬件结构图表7 I/O分配表名称代码编号名称代码编号数字量输入信号数字量输出信号系统启动SB1I0.0启动指示灯HL1Q0.0系统停止SB2I0.1故障指示灯HL2Q0.1自动模式SB3I0.2手动指示灯HL3Q0.2手动模式SB4I0.3自动指示灯HL4Q0.3应急模式SB5I0.4路灯1灯KM1Q0.4春秋季节SB6I0.5路段2灯KM2Q0.5夏季SB7I0.6路灯3灯KM3Q0.6冬季SB8I0.7路灯4灯KM4Q0.7路段1灯开关SB9I1.0路段2灯开关S10I1.1路段3灯开关SB11I1.2路段4灯开关SB12I1.3图8 PLC接线图图9 主回路接线1图10 主回路接线2图11 主回路接线33.4程序设计及调试1.流程图图12 程序流程图2.程序设计及调试 手动程序23 四、设计过程记录4.1 硬件调试在进行硬件调试时，最开始应该正确的接线，然后每次接线的时候，都需要按照原理题进行正确的接线，并且要用万用表来检测每个地方线路是不是接线正确，还要确保线路连接正确无短路现象发生，并且要检查电子线路的输入输出口与系统是不是完全的连接上了，以及各个输入输出口是不是都正确的连接上了，由于实验室中的导线使用的年份 次数比较多，更换的次数又较少，所以可能会出现一定的 故障概率，所以需要保证硬件的稳定性 耐用性。 4.2 软件调试 1将梯形图程序下载到 PLC 里面。 2打开程序监视窗口，并且查看每个程序的运行情况，并且还要查看各个传感器的输出数据是否都正确。3合上系统的电源开关，检查系统各组成单元有没有报错信息。 4.3 具体调试过程 在完成全部电路的设计以及软件编程之后，然后就需要按照电路图对元件进行安装和调试。这个环节非常非常的重要，是要将理论知识落实到实际的一个非常重要的环节。它不仅要求我们的电路必须准确无误，程序的编写必须还要符合规则，没有语法语句错误。而且还要求理论的知识掌握扎实，还需要一定的硬件接线能力以及电路设计经验。 在调试过程中，首先要介绍一下实物连接图，它们分别是由电源开关、西门子 PLC、指示灯和开关按钮组成。 1连接线路，接通电源。 2运用在“STEP7-Micro”开发平台编写正确的梯形图程序，通过“USB/PPI 电缆”下载到“CPU224”中。 3运行过程试验，调整 PLC 时间，可以看到各个输出继电器根据设计要求开关，模拟路灯的开关过程。 图13 仿真调试1图14 仿真调试2图15 仿真调试3五、毕业设计总结目前，物质能源的节约和环保的一些问题受到了很多人民的关注。现在像飞机一样速度发展的经济对这些物质能源的要求相当迫切，所以目前伟大的中国面临物质能源的问题也更加的突出，所以我们伟大的学校也随之重视了起来。但跟随着我们新校区的落成，规模也在不断壮大加强，但是更需要比较科学合理的制定路灯控制方案，这也显得是越来越重要。研究校园路灯控制技术的目的：路灯照明时时刻刻要非常合理和可靠性，使其自动化，智能化，需可靠地保证路灯要在合理的时时刻刻亮灯。以及及时进行方案的调整等优化。本设计南门马路路灯的PLC控制系统设计原始的路灯控制系统采用继电器控制系统，继电器系统主要依靠正常的线路来替他完成控制要求的，但是接线的话又比较复杂，如果控制功能比较复杂的情况下，那么接线会更加的麻烦，如果接线的数量比较多的话，有可能会导致系统工作情况不太好，如果系统需要增加其他功能的时候，就需要重新搞一下设计控制逻辑，PLC 的控制方案则不同，PLC的连线很少，主要还是要依靠软件来实现逻辑的，也不是所有的逻辑并不依靠线路，所以的话，系统如果需要升级改造的时候，也非常方便，只需要修改程序就可以实现。采用 PLC 控制系统极大的简化了系统的接线难度，而且运行更加稳定，控制更加精准。一般正常普通的路灯控制系统往往只是控制路灯的开关时间，但本次创意点在于增加了多种控制模式，不仅仅是控制了时间，还根据使用的实际情况，将不同季节进行区分，还有不同的季节。还有对应的开关时间不同，设计更加的为人性化。冬天常常会发生大雾天气，夏天有可能发生暴 雨天气，为了应对这些极端的天气，当光照强度低于设定值时，路灯可以自动开启，当光照强度高于设定值时自动关闭，减少了人工参与，智能化程度更高。 本次主要进行了路灯控制系统的设计，在最初的设计时，首先用的是路灯控制系统的资料查询部分，还有主要完成路灯控制系统的背景方面的分析，接着将本系统相关的研究现状进行了一定的了解，将本系统所做的工作进行了比较全面的分析。随后对路灯控制系统的方案也进行分析，并对控制核心需要的器件进行了选择，也对比了几种控制方案，假如利用 PLC 作为主要控制核心，并将此方式与继电器-接触器的控制方案进行了比较，接着将 PLC 与单片机的控制方式 进行了分析，并确定了 PLC 为本系统的控制器。随后主要完成了路灯控制系统的硬件线路方面的设计，并完成了相应的硬件设备的一些选型，最开始是将PLC相应的知识进行了学习，然后的话将PLC的发展情况以及未来发展的情况和走势都进行了分析，接着完成了PLC的选型工作，确定以西门子S7-200系列 PLC 作为控制器型号，接着完成了本系统的硬件电路的设计。首先是PLC与外部光照传感器的连接，以及控制系统的输入输出口的分配，以及设计了本系统中各个路灯的连接电路。最后为路灯控制系统的软件设计部分，首先将系统中所设计的软件设计思路进行阐述，并给出了程序流程图，最后对系统进行了仿真调试，设计的控制系统满足设计要求。经过本次设计，我将大学中所学到的各种知识进行了融会贯通，同时了解了自己的不足，发现了很多知识遗漏点，经过不断地请教老师和同学，最终一一克服了困难，最终完成了本次设计，让我知道了实践出真知，课本上的知识与实践应用还是有许多不同，我在将来的工作中一定将理论与实践相结合，不断走向更高的层次。六、参考文献1 陈贵银单片机原理及接口计术M2版北京：电子工业出版社，20162 王军.PLC 在路灯控制系统中的选型与应用J.电子技术与软件工程,20183 杨恩博. 油田厂区路灯控制系统方案探究J.中国石油和化工标准与质量,20174 李玉龙. 基于 PLC 控制器的配套集成装置设计D.东北石油大学,20175 胡鑫. 基于 PLC 控制的路灯控制系统研究D.东北石油大学,20176 王婉婷.浅谈 PLC 控制系统在油田生产中的应用J.中国石油石化,20167 潘金龙. 新疆路灯控制系统自动化控制的创新应用D.西安石油大学,20168 孙戈. 城市道路系统集中监控系统的设计D.东北石油大学,20169 张连忠. 基于 PLC 的智能交通路灯控制系统的研制与探索D.哈尔滨工业大学,201610 任梓健. 基于 PLC 的油田污水处理系统的设计与研究D.东北石油大学,201611 宋军,马应智.电子通信及 PLC 自动化应用控制系统研究J.物联网技术,201512 丁才成，陈炳和高职院校课程质量诊断与改进策略J职业技术教育，2017七、 致谢本课题在选题和设计过程中得到了老师悉心的指导，老师多次询问研究进程，帮助我开拓研究思路，而且教我许多做人的道理，虽历时十周，却给以终生受益无穷之道。对老师的感激之情溢于言表。老师不仅遵循严谨的学术态度和广泛的知识，还教导学生如何慷慨，诚实和正直，让我们明白了学海无涯的道理。感谢母校为我们提供的学习资源以及各位指导老师给予的关心和无私帮助。感谢本文所引用文献的作者们，感谢他们所给予我的启迪。最后，特别感谢我的指导老师，他孜孜不倦的教诲，严谨的教育态度以及为人师表的身影将永远铭记在我心中，这将是我以后工作和学习的目标。再次感谢大学三年里所有给予我支持的老师和同学，愿好运常伴！谢谢！