【正文】 ....................................................................................................................... 26 1 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 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)。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 I/0 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。 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) (論 文 ) 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) I 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)。最后經(jīng)過(guò)模擬仿真運(yùn)行能夠?qū)崿F(xiàn)教室內(nèi)的智能化照明。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。 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。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。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。 2 2 PLC 簡(jiǎn)介 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。大型機(jī)一般 I/O 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 8～ 16K，具有代表性的為西門子 S7－ 400系 列、通用公司的 GE－Ⅳ系列等；中型機(jī)一般 I/O點(diǎn)數(shù) 為 256～2048 點(diǎn)； 單 /雙 CPU，用戶存儲(chǔ)器容量 2～ 8K，具有代表性的為西門子 S7－ 300系列、三菱 Q 系列等；小型機(jī)一般 I/O 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 S7200 系列、三菱 FX系列等； 按結(jié)構(gòu)分，可分為 整體式和模塊式 。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。 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) 3 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)。 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。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)。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。它接口容易，編程語(yǔ)言易于為工程技術(shù)人員接受。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。 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。 輸入 /輸出（ I/O）接口 I/O 接口是 PLC 與輸入 /輸出設(shè)備連接的部件。 I/O 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)有幾百個(gè)點(diǎn)，大型機(jī)將超過(guò)千點(diǎn)。 輸入 /輸出擴(kuò)展單元 I/O 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)）。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。 （ 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)。 主要內(nèi)容 本設(shè)計(jì)采用 S7300 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)。 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。 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。 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。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。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或者開到最亮過(guò)度的照明不僅形成智能照明管理系統(tǒng)最大程度地節(jié)能具有非常實(shí)際的意義。智能照明控制系統(tǒng)將普通照明人為的開與關(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)。 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 。設(shè)面元 dS 上的光通量為 dΦ，則此面元上的照度 E 為： E=dΦ/dS 。 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。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)度量紅外輻射的強(qiáng)弱。 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。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。 PLC 的運(yùn)行狀況如下： 12 ① 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 開始正常工作“清理現(xiàn)場(chǎng)”。 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。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、常閉觸電。 （ 3）計(jì)數(shù)器 13 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。 （ 5） 其他元件及指令 除上訴 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。 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。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。指令的執(zhí)行時(shí)間，最快的 CPU 模塊可以達(dá)到– 。 ③ 人機(jī)界面被集成在 S7300 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。同時(shí)，在 CPU 模塊面板上的工作模式選擇開關(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。 （ 3）接口模塊（ IM） FM: 計(jì)數(shù) CP: 點(diǎn) 到 點(diǎn) PS (可選 ) CPU IM (可選 ) SM: DI SM: DO SM: AI 16 接口模塊將各個(gè)機(jī)架連接在一起。測(cè)量輸入信號(hào)并控制輸出設(shè)備。 STEP7 軟件簡(jiǎn)介： 首先，安裝 STEP7 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。 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 ～ 。 老師打開投影儀 21 22 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： 00— 18： 00，教室光照充足，有人 （ 4） 18： 0023： 00，教室有人，晚上為光線不足時(shí)。在讀理論的運(yùn)用中，提高了我們的工程素質(zhì)，在沒(méi)有做實(shí)踐設(shè)計(jì)以前，我們對(duì)知道的掌握都是思想上的，對(duì)一些細(xì)節(jié)不加重視。然后根據(jù)程序在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行調(diào)試，使其達(dá)到預(yù)期的程度。張老師學(xué)識(shí)淵博、治學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)、平易近人，是我們學(xué)習(xí)和生活的榜樣，在此我特向老師表示最崇高的敬意和由衷的感謝。 在此期間 老師為我作了大量的輔導(dǎo)和答疑工作，幫我解決了設(shè)計(jì)過(guò)程中的一個(gè)個(gè)難題，使設(shè)計(jì)工作順利完成，在此，謹(jǐn)向他們致意深深的謝意！ 另外在設(shè)計(jì)過(guò)程中還得到了設(shè)計(jì)小組成員的大力幫助，在此表示感謝，我將在以后的工作中不斷努力學(xué)習(xí)。