【文章內容簡介】 時控制。 第三步 選擇附件及集成方式 。 控制系統(tǒng)如需與其它相關智能系統(tǒng)集成，可選用相應的附件 。 第四步 施工圖紙設計及設備配置清單編制 。 (1)施工圖紙設計，該部分內容可見智能照明系統(tǒng)電氣設計相關教程。 (2)編制系統(tǒng)配置清單，如系統(tǒng)中各產品型號、數量、使用區(qū)域、備注等相關 性。 畢業(yè)設計（論文） 8 第三章 智能照明控制系統(tǒng)的硬件設計 控制線路設計 燈具布置方案 學校的道路是以步行者為多，人員比較密集，當然也有少量車輛通過，可以說是人車混合的道路 。 在設計時采用高于一般居住區(qū)而低于商業(yè)區(qū)的標準 。 為了便于分時控制，在燈具布置時采用雙側交錯布置，桿距定 為 25m，較標準桿距略小，有利于分時控制時減少燈光死角。 路燈采用雙側交錯布置，每一側的路燈由 2個單獨的控制回路進行間隔控制，如： 1回路控制左側的單編號燈具， 2回路控制同一側的雙編號燈具。 4回路則分別控制右側的單、雙編號燈具。當進入第 2時段后，每側關閉 1個回路，也就是 1/2的燈具熄滅，由于燈的桿距不是很大，且學校道路不是很寬，燈光可以全覆蓋，滿足最低照明需求即可。當進入第 3時段時， 4個回路中 3個回路分斷，也就是只有 1/4的燈具點亮，對于學校內部道路而言，完全可以滿足要求。 由于燈具容量較大，采用 了兩級母線供電方式，每段小母線為一部分路燈供電。采用兩級母線制比較靈活，同時也降低了母線和開關的容量，便于安裝和維護。每個回路由一個接觸器控制，接觸器的動作受控于 PLC的程序。圖中僅畫出了 1條道路 1個景觀區(qū)域和 1個公共綠地的供電系統(tǒng)圖。供電系統(tǒng)示意圖 ， 如圖 31所示 ： 畢業(yè)設計（論文） 9 圖 31 供電系統(tǒng)示意圖 控制器的選型 在校園智能照明系統(tǒng)中由人工和自動兩種控制方式，人工控制需要能夠關合、承載和開斷正常回路條件下的電流的開關裝置即斷路器。自動控制因學校照明電路多總功率較大，因此自動控 制開關器件選用接觸器。 目前 PLC的輸出有 2種型號：晶體管和繼電器。繼電器能夠支持 AC220V的電壓。也就是說繼電器的型號能夠控制 AC220V的回路，但并不推薦直接用于 AC220V的回路中，尤其是頻繁動作的回路中，故此在設計過程中增加中間繼電器來實現。 本設計所選用的斷路器用照明保護用，選用 DZ4763 小型斷路器 DZ4763/3 C型 DZ4763 高分斷小型斷路器是一種具有過載與短路保護的限流型斷路器，適用于交流 50Hz，單極電壓 230V 及以下，二、三、四極電壓 400V 及以下的工業(yè)和商業(yè)照明配電系統(tǒng)的過地 短路保護，亦可在正常情況下作線路的不頻繁通斷轉換之用。該斷路器外型美觀，體積小，重量輕，分斷能力高，脫扣迅速，導軌安裝，殼體和部件采用高阻燃及耐沖擊塑料，性能優(yōu)良可靠。 畢業(yè)設計（論文） 10 接觸器 (Contactor)在工業(yè)電中利用線圈流過電流產生磁場，使觸頭閉合，以達到控制負載的電器。接觸器分為交流接觸器和直流接觸器，交流接觸器又可分為電磁式和真空式 兩種。 交流接觸器的選擇： （ 1）持續(xù)運行的設備。接觸器按 67～ 75%算 ， 即 100A 的交流接觸器，只能控制最大額定電流是 67～ 75A 以下的設備。 （ 2）間斷運行的設備。接觸器按 80%算 。 即 100A 的交流接觸器，只能控制最大額定電流是 80A 以下的設備。 （ 3）反復短時工作的設備。接觸器按 116～ 120%算 ， 即 100A 的交流接觸器，只能控制最大額定電流是 116～ 120A 以下的設備。 中間繼電器 (intermediate relay)的工作原理和交流接觸器一樣，都是由固定鐵芯、動鐵芯、彈簧、動觸點、靜觸點、線圈、接線端子和外殼組成。線圈通電，動鐵芯在電磁力作用下動作吸合，帶動動觸點動作，使常閉觸點分開，常開觸點閉合；線圈斷電，動鐵芯在彈簧的作用下帶動動觸點復位。 JZ21H、 22H 系列斷 電延時中間繼電器 (以下簡稱繼電器 ),用于交、直流操作的各種保護或自動控制回路中。 JZ2IH 為單路延時繼電器， JZ22H為雙路延時繼電器。 PLC 的設計 PLC 在控制系統(tǒng)中的要求 1． 用 PLC進行照明控制系統(tǒng)改造時遵循原則 （ 1） 完備性 :包括了常規(guī)的照明系統(tǒng)的全部功能，同時還考慮了校園綜合 自動化改造后對照明系統(tǒng)信息量、信息格式的要求。 （ 2） 可靠性 :在滿足完備性的前提下，盡量簡化附加的前后向通道。通過 自動和和人工兩種控制方式，使照明系統(tǒng)在發(fā)生故障時可以靈活控制照明系統(tǒng)。 （ 3） 適應性 :系統(tǒng)脈沖起動電流可調，以適應老式的白熾燈和新型的發(fā)光 二極管脈沖電流的不同特點。 控制的優(yōu)點 （ 1） 前后向通道簡單。前向通道除脈沖形成回路稍許復雜外，其他都是 簡單的光耦電路 。后向通道更加簡單，直接由 PLC輸出。 （ 2） 抗干擾性能好。除 PLC 的 I/O 本身進行隔離外，對前向通道又進行 隔離，有效地抑制了共模干擾。同時系統(tǒng)的功能全部由 PLC 按照預定的程序完成，避免了由于某個繼電器損壞造成的誤動或拒動。 畢業(yè)設計（論文） 11 （ 3） 靈敏度高，過載能力強。 PLC控制照明系統(tǒng)的脈沖形成和響應在物理 上是獨立的，能夠做到具有很高的靈敏度和承受較大的 過負荷能力。 （ 4） 維護簡單。 PLC程序采用繼電保護人員熟悉的梯形圖編制，直觀明了。 可直接利用 PLC 編程器對自動復歸時間等定值進行修改。同時由于 PLC 的高可靠性，基本上可做到免維護。 PLC 選型 在 PLC 日益成為工廠自動化基本技術平臺的時代，如何選用一部適用的 PLC以達到真正需要，而又能符合經濟效益，是一個重要問題。 PLC本身的特點是：體積小、功能高、性能強、操作簡便、程序設計簡易、模塊擴充有彈性、聯(lián)機容易等。針對上述說明，選擇符合功能需求與經濟效益的 PLC 是十分必要的。 一般選擇機型要以滿足系 統(tǒng)功能需要為宗旨，不要盲目貪大求全，以免造成投資和設備資源的浪費。機型的選擇可以從以下幾個方面來考慮： (1)對輸入 /輸出點數的選擇 要先弄清楚控制系統(tǒng)的 I/O 總點數，再按實際所需總點數的 15～ 20%留出備用量（為系統(tǒng)的改造等留有余地）后確定所需 PLC 的點數。 (2)對存儲容量的選擇 PLC 存儲器容量的估算方法：對于僅有開關量輸入 /輸出信號的電氣控制系統(tǒng)，將所需的輸入與輸出點數之和乘以 8，就是所需 PLC 存儲器的存儲容量（單位為 bit）。 (3)對 I/O 響應時間的選擇 PLC 的 I/O 響應時間包括輸入電路延遲、 輸出電路延遲和掃描工作方式引起的時間延遲（一般在 2～ 3 個掃描周期）等。對開關量控制的系統(tǒng)， PLC 的 I/O響應時間一般都能滿足實際工程的要求，可不必考慮 I/O 響應問題。但對模擬量控制的系統(tǒng)，特別是閉環(huán)控制系統(tǒng)就要考慮這個問題。 (4)根據是否聯(lián)網通信選型 若 PLC 控制的系統(tǒng)需要聯(lián)入校園自動化網絡，則 PLC 需要有通信聯(lián)網功能，即要求 PLC 應具有連接其他 PLC、上位計算機及 CRT 等的接口。大、中型機都有通信功能，目前大部分小型機也具有通信功能。 (5)對 PLC 結構形式的選擇 在相同功能和相同 I/O 點數的情況下， 整體式比模塊式價格低。但模塊式具有功能擴展靈活，維修方便（換模塊），容易判斷故障等優(yōu)點，要按實際需要選擇 PLC 的結構形式。 目前， PLC 產品大致可分為美國、歐洲國家、日本三大主流。經過反復比較及對系統(tǒng)控制規(guī)模和控制要求的分析，選用了目前較流行的、有較高性價比的西畢業(yè)設計（論文） 12 門子 S7200 系列小型 PLC。該型號的 PLC 指令豐富、功能強大，其占有率在國內市場正處于上升趨勢。而且該機型的指令及編程運作與計算機通用編程語言更加接近，易學易懂。 S7200 系列 PLC S7200 系列 PLC 是德國西門 子公司生產的一種小型 PLC。其許多功能能夠達到大、中型 PLC 的水平，而價格卻和小型 PLC 的一樣，因此，它一經推出，即受到了廣泛關注。它可以單機運行，也可以進行輸入 /輸出和功能模塊的擴展。其價格低廉、結構小巧、可靠性高、運行速度快，繼承和發(fā)展了它在大、中型 PLC領域的技術優(yōu)勢，有極豐富的指令集，具有強大的多種集成功能和實時特性，其性價比非常高，所以它在各行各業(yè)中的應用得到迅速推廣，在規(guī)模不太大的控制領域是較為理想的控制設備。 S7200 有五種 CPU，其性能差異很大。這些性能直接影響到 PLC的控制規(guī)模和 PLC 系統(tǒng)的配置。目前 S7200 系列 PLC 主要有 CPU221， CPU222， CPU224，CPU224XP 和 CPU226 五種 CPU。本課題設計使用 CPU224，本機集成 14 輸入 /10輸出共 24 個數字量 I/O 點。可連接 7 個擴展模塊，最大擴展至 248 路數字量 I/O點或 35 路模擬量 I/O點。 13K 字節(jié)程序和數據存儲空間。 6個獨立的 30kHz 高速計數器， 2 路獨立的 20kHz 高速脈沖輸出，具有 PID 控制器。 2 個 RS485 通訊 /編程口，具有 PPI 通訊協(xié)議、 MPI 通訊協(xié)議和自由方式通訊能力。 I/O 端子排可容易地整體拆卸。用于 較高要求的控制系統(tǒng)，具有更多的輸入 /輸出點，更強的模塊擴展能力，更快的運行速度和功能更強的內部集成特殊功能?？赏耆m應于一些復雜的中小型控制系統(tǒng)。 S7200 的 STEP7Micro/WIN 編程軟件可以方便地在 Windows 環(huán)境下對PLC 編程、調試、監(jiān)控，使得 PLC 的編程更加方便、快捷?？梢哉f， S7200 可以滿足各種小規(guī)?？刂葡到y(tǒng)的要求。 I/O 地址分配 本設計對象為校園智能照明系統(tǒng)，首先對校園照明系統(tǒng)所有設備進行分類統(tǒng)計，道路信號輸出 4個，分別為左側單數燈、左側雙數燈、右側單 數燈、右側雙數燈；公共綠地信號輸出 2 個，景觀燈信號輸出 2個。根據對分時控制信號和照明輸出信號分類統(tǒng)計，估計 PLC 輸入開關量個數，由此可知信號總個數為 13個。 本設計以道路、公共綠地、景觀燈的控制為例，在工程實際或產品設計生產畢業(yè)設計（論文） 13 中，可根據實際需求進行擴展，其梯形圖程序的修改非常方便。 I/O 地址輸入 /輸出分配如表 1所示。 表 1 I/O地址輸入 /輸出分配表 分類 名稱 地 址 分類 名稱 地 址 輸入信號 實時時鐘輸入 輸出信號 1花壇 啟動開關 2花壇 停止開關 3花壇 冬春啟動開關 4花壇 夏秋啟動開關 右側雙數燈 輸出信號 1草坪 右側單數燈 2草坪 左側單數燈 3草坪 左側雙數燈 4草坪 畢業(yè)設計（論文） 14 第四章 智能照明控制系統(tǒng)的軟件設計