【文章內容簡介】 統(tǒng)，實現(xiàn)工廠自動化。 PLC 的特點 （ 1） 可靠性高，抗干擾能力強 高可靠性是電氣控制設備的關鍵性能。 PLC 由于采用現(xiàn)代大規(guī)模集成電路技術，采用嚴格的生產(chǎn)工藝制造，內部電路采取了先進的抗干擾技術，具有很高的可靠性。一些使用冗余 CPU 的 PLC 的平均無故障工作時間則更長。從 PLC 的機外電路來說，使用 PLC 構成控制系統(tǒng)，和同等規(guī)模的繼電接觸器系統(tǒng)相比，電氣接 線及開關接點已減少到數(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功能，出現(xiàn)故障時可及時發(fā)出警報信息。在應用軟件中，應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 以外的電路及設備也獲得故障自診斷保護。這樣，整個系統(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 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)運算能力，可用于各種數(shù)字控制領域。近年來 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 通信能力的增強及人機界面技術的發(fā)展，使用 PLC 組成各種控制系統(tǒng)變得非常容易。 易學易用，深受工程技術人員歡迎 PLC 作為通用工業(yè)控制計算機，是面向工礦企業(yè)的工控設備。它接口容易，編程語言易于為工程技術人員接受。梯形圖語言的圖形符號與表達方式和繼電器電路圖相當接近，只用 PLC 的少量開關量邏輯控制指令就可以方便地實現(xiàn)繼電器電路的功能。為不熟悉電子電路、不懂計算機原理和匯編語言的人使用計算機從事工業(yè)控制打開了方便之門。 （ 3） 系統(tǒng) 的設計、建造工作量小，維護方便，容易改造 4 PLC 用存儲邏輯代替接線邏輯，大大減少了控制設備外部的接線，使控制系統(tǒng)設計及建造的周期大為縮短，同時維護也變得容易起來。更重要的是使同一設備經(jīng)過改變程序改變生產(chǎn)過程成為可能。這很適合多品種、小批量的生產(chǎn)場合。 （ 4） 體積小，重量輕，能耗低 以超小型 PLC 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械內部，是實現(xiàn)機電一體化的理想控制設備。 PLC 的結構 PLC 的類型繁多，功能和指令系統(tǒng)也不盡相同，但結構與工 作原理則大同小異，通常由主機、輸入 /輸出接口、電源、編程器擴展器接口和外部設備接口等幾個主要部分組成。 主機 主機部分包括中央處理器（ CPU）、系統(tǒng)程序存儲器和用戶程序及數(shù)據(jù)存儲器。 CPU 是 PLC 的核心，它用以運行用戶程序、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，將結果送到輸出端，并響應外部設備（如編程器、電腦、打印機等）的請求以及進行各種內部判斷等。 PLC 的內部存儲器有兩類，一類是系統(tǒng)程序存儲器，主要存放系統(tǒng)管理和監(jiān)控程序 及對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)存儲器，主要存放用戶編制的應用程序及各種暫存數(shù)據(jù)和中間結果。 輸入 /輸出（ I/O）接口 I/O 接口是 PLC 與輸入 /輸出設備連接的部件。輸入接口接受輸入設備（如按鈕、傳感器、觸點、行程開關等）的控制信號。輸出接口是將主機經(jīng)處理后的結果通過功放電路去驅動輸出設備（如接觸器、電磁閥、指示燈等）。 I/O 接口一輸入模塊C P U模塊輸出模塊可編程序控制器編程裝置接觸器電磁閥指示燈電源 電源 限位開關選擇開關按鈕 5 般采用光電耦合電路，以減少電磁干擾，從而提高了可靠性。 I/O 點數(shù)即輸入 /輸出端子數(shù)是 PLC 的一項主要技術 指標，通常小型機有幾十個點，中型機有幾百個點，大型機將超過千點。 電源 圖中電源是指為 CPU、存儲器、 I/O 接口等內部電子電路工作所配置的直流開關穩(wěn)壓電源，通常也為輸入設備提供直流電源。 編程器 編程器是 PLC 的一種主要的外部設備，用于手持編程，用戶可用以輸入、檢查、修改、調試程序或監(jiān)示 PLC 的工作情況。除手持編程器外，還可通過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行電腦編程和監(jiān)控。 輸入 /輸出擴展單元 I/O 擴展接口用于連接擴充外部輸入 /輸出端子數(shù)的擴展 單元與基本單元（即主機）。 外部設備接口 此接口可將編程器、打印機、條碼掃描儀等外部設備與主機相聯(lián)，以完成相應的操作。 可編程控制器的性能指標 （ 1） I/O 點數(shù) I/O 點數(shù)是評價一個系列的 PLC 可用于何等規(guī)模的系統(tǒng)的重要參數(shù)，通常廠家的技術手冊都會給出相應的 PLC 的最大數(shù)字 I/O 點數(shù)，以反映該類型 PLC 的最大輸入、輸出規(guī)模。 （ 2）存儲器的容量 廠家提供的存儲容量指標一般均指用戶程序存儲器容量，體現(xiàn)了用戶程序可以達到的規(guī)模。一般以 KB（千字節(jié)）、 MB（百萬字節(jié)）表示，有些 PLC 的用戶程序存儲器需要另外外插的存儲器卡，或者可以存儲卡擴充。 （ 3）掃描速度 掃描速度指標體現(xiàn)了 PLC 指令執(zhí)行速度的快慢，是對控制系統(tǒng)實時性能的評價指標。一般用 ms/k 單位來表示，即執(zhí)行 1K 步所需時間。 （ 4）內部寄存器 內部寄存器用于存放中間結果、中間變量、定時計數(shù)等數(shù)據(jù)，其數(shù)量的多少 6 及容量的大小直接關系到編程的方便、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)功能強弱的重要指標，指令越豐富，用戶編程越方便，越容易實現(xiàn)負載功能，說明 PLC 的軟件系 統(tǒng)功能越強。 （ 6）特殊功能及模塊 除基本功能外，評價 PLC 技術水平的指標還可看一些特殊功能，如自診斷功能、通信聯(lián)網(wǎng)功能、遠程 I/O 能力等，以及 PLC 所能提供的特殊功能模塊。例如，高速計算模塊、位置控制模塊、閉環(huán)控制模塊等。 （ 7）工作環(huán)境 PLC 對工作環(huán)境有一定的要求，應盡量避免安裝在有大量粉塵和金屬屑的場所，避免陽光直射，避免有腐蝕性氣體和易燃氣體的場所，盡量避免連續(xù)的震動和沖擊， PLC 適宜的溫度范圍通常為 0~55℃ ，對適度的要求是小于 85％ （無結露）。 主要內容 本設計采用 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 ,采用PLC 實現(xiàn)對照明系統(tǒng)的控制總體設計主要包括硬件的設計和軟件的設計。硬件設計主要包括 PLC 的選型和 PLC 外部連線。軟件設計根據(jù)控制的要求對教室的不同區(qū)域、照度的不同等進行 I/0 分配同時編制了系統(tǒng)梯形圖控制程序最后進行仿真與調試達到教室照明系統(tǒng)的要求。 技術要求 （ 1）當教室無人時所有的燈都自動關閉； （ 2）當教室有人且照度達不到設定的要求時自動打開人所在區(qū)域的燈； （ 3）當教室有人且照度達到設 定的要求時自動關閉人所在區(qū)域的燈； （ 4）對于使用投影儀的多媒體教室，可以實現(xiàn)在投影儀開啟后延時一定時間，自動關閉講臺區(qū)域對應的燈以達到較佳的視覺效果。 PLC 工作原理 PLC 是采用“順序掃描，不斷循環(huán)”的方式進行工作的。即在 PLC 運行時， 7 CPU 根據(jù)用戶按控制要求編制好并存于用戶存儲器中的程序，按指令步序號（或地址號）作周期性循環(huán)掃描，如無跳轉指令，則從第一條指令開始逐條順序執(zhí)行用戶程序，直至程序結束。然后重新返回第一條指令，開始下一輪新的掃描。在每次掃描過程中，還要完成對輸入信號的采 樣和對輸出狀態(tài)的刷新等工作。 PLC 的掃描一個周期必經(jīng)輸入采樣、程序執(zhí)行和輸出刷新三個階段。 PLC 在輸入采樣階段：首先以掃描方式按順序將所有暫存在輸入鎖存器中的輸入端子的通斷狀態(tài)或輸入數(shù)據(jù)讀入，并將其寫入各對應的輸入狀態(tài)寄存器中，即刷新輸入。隨即關閉輸入端口，進入程序執(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)寄存器中所有的內容隨著程序的執(zhí)行而改變。 輸出刷新階段：當所有指令執(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，并通過一定的方式（繼電器、晶體管或晶閘管）輸出，驅動相應輸出設備工作。 4 智能照明的總體方案設計 在設計前，對教室的采光情況以及教室的使用情況進行了實地調查和分析，掌握的一手資料，僅以教學樓某一教室為例進行分析，由于該教室為單面采光，所以教室中會有不同區(qū)域光照程度差別很大的現(xiàn)象，而且由于教室學生的流動性大以及就坐位置的不確定性，故設想將教室分為不同的區(qū)域，利用紅外探測器以及光照傳感器對整個教室進行分區(qū)控制，以最大程度地達到節(jié)能目的。 紅外探測器 安裝在門口或能有效的覆蓋該區(qū)域探測范圍的地方， 光照傳感器安裝在每個區(qū)域光照較暗的地方。對于有時候需要用多媒體教室播放教學影片的情況，可以 在 講臺區(qū)域方便的地方安裝 1 個控制按鈕以手動的方式給 PLC 提供信號使開始放影時關閉教室燈光，放影完畢時打開教室燈光，以適應實際的要求。每個區(qū)域分別安裝一個 紅外探測器 和一個 光照傳感器 且設置 其 動作。安裝在每個區(qū)域的 體存在傳感器 和 光照傳感器 是獨立工作的，它們之間互不影響，一個故障不影響其它的工作。 同時還需要設置一些時間段去控