【文章內(nèi)容簡介】 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(shè)計過程中增加中間繼電器來實現(xiàn) [11]。 本設(shè)計所選用的斷路器用照明保護(hù)用，選用 DZ4763 小型斷路器 DZ4763/3 C 型DZ4763 高分?jǐn)嘈⌒蛿嗦菲魇且环N具有過載與短路保護(hù)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(hù)，亦可在正常情況下作線路的不頻繁通斷轉(zhuǎn)換之用。該斷路器外型美觀，體積小，重量輕，分?jǐn)嗄芰Ω?，脫扣迅速，?dǎo)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。 接觸器 (Contactor)在工業(yè)電中利用線圈流過電流產(chǎn)生磁場，使觸頭閉合，以達(dá)到控制負(fù)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。 7 交流接觸器的選擇： （ 1）持續(xù)運行的設(shè)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(shè)備。 （ 2）間斷運行的設(shè)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(shè)備。 （ 3）反復(fù)短時工作的設(shè)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(shè)備 [12]。 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(fù)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(hù)或自動控制回路中 [13]。 JZ2IH 為單路延時繼電器， JZ22H 為雙路延時繼電器。 PLC 的設(shè)計 PLC 在控制系統(tǒng) 中 的要求 （ 1）用 PLC進(jìn)行照明控制系統(tǒng)改造時遵循原則 ? 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。 ? 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)。 ? 適應(yīng)性 :系統(tǒng)脈沖起動電流可調(diào)，以適應(yīng)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。 （ 2） PLC 控制的優(yōu)點 ? 前后向通道簡單。前向通道除脈沖形成回路稍許復(fù)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。 ? 抗干擾性能好。除 PLC的 I/O 本身進(jìn)行隔離外，對前向通道又進(jìn)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(yù)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。 ? 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(yīng)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(fù)荷能力。 ? 維護(hù)簡單。 PLC 程序采用繼電保護(hù)人員熟悉的梯形圖編制，直觀明了?？芍苯永?PLC編程器對自動復(fù)歸時間等定值進(jìn)行修改。同時由于 PLC 的高可靠性，基本上可做到免維護(hù)。 8 PLC 選型 在 PLC日益成為工廠自動化基本技術(shù)平臺的時代，如何選用一部適用的 PLC 以達(dá)到真正需要，而又能符合經(jīng)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(shè)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(jīng)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(shè)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(shù)的選擇 要先弄清楚控制系統(tǒng)的 I/O 總點數(shù)，再按實際所需總點數(shù)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(shù)。 (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(guān)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(shù)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(yīng)時間的選擇 PLC 的 I/O 響應(yīng)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(guān)量控制的系統(tǒng)， PLC 的 I/O 響應(yīng)時間一般都能滿足實際工程的要求，可不必考慮 I/O 響應(yīng)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(jù)是否聯(lián)網(wǎng)通信選型 若 PLC控制的系統(tǒng)需要聯(lián)入校園自動化網(wǎng)絡(luò)，則 PLC 需要有通信聯(lián)網(wǎng)功能，即要求PLC 應(yīng)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(jié)構(gòu)形式的選擇 在相同功能和相同 I/O 點數(shù)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(jié)構(gòu)形式。 目前， PLC 產(chǎn)品大致可分為美國、歐洲國家、日本三大主流。經(jīng)過反復(fù)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(nèi)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(xué)易懂。 S7200 系列 PLC S7200 系列 PLC 是德國西門子公司生產(chǎn)的一種小型 PLC。其許多功能能夠達(dá)到大、中型 PLC 的水平，而價格卻和小型 PLC 的一樣，因此，它一經(jīng)推出，即受到了廣泛關(guān)注。它可以單機運行，也可以進(jìn)行輸入 /輸出和功能模塊的擴展。其價格低廉、結(jié)構(gòu)小巧、 9 可靠性高 、運行速度快，繼承和發(fā)展了它在大、中型 PLC 領(lǐng)域的技術(shù)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(yīng)用得到迅速推廣，在規(guī)模不太大的控制領(lǐng)域是較為理想的控制設(shè)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(shè)計使用 CPU224，本機集成 14 輸入 /10輸出共 24 個數(shù)字量 I/O 點?？蛇B接 7個 擴展模塊，最大擴展至 248 路數(shù)字量 I/O 點或 35 路模擬量 I/O 點。 13K 字節(jié)程序和數(shù)據(jù)存儲空間。 6個獨立的 30kHz 高速計數(shù)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(nèi)部集成特殊功能?？赏耆m應(yīng)于一些復(fù)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(diào)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)模控制系統(tǒng)的要求。 I/O 地址分配 本設(shè)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(shè)備進(jìn)行分類統(tǒng)計，道路信號輸出 4個，分別為左側(cè)單數(shù)燈、左側(cè)雙數(shù)燈、右側(cè)單數(shù)燈、右側(cè)雙數(shù)燈；公共綠地信號輸出 2個，景觀燈信號輸出 2 個。根據(jù)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(guān)量個數(shù)，由此可知信號總個數(shù)為 13 個。 本設(shè)計以道路、公共綠地、景觀燈的控制為例，在工程實際或產(chǎn)品設(shè)計 生產(chǎn)中，可根據(jù)實際需求進(jìn)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(guān) 2花壇 停止開關(guān) 3花壇 冬春啟動開關(guān) 4花壇 夏秋啟動開關(guān) 右側(cè)雙數(shù)燈 輸出信號 1草坪 右側(cè)單數(shù)燈 2草坪 左側(cè)單數(shù)燈 3草坪 左側(cè)雙數(shù)燈 4草坪 10 程序流程 程序首先對時間進(jìn)行冬春、夏秋時制判別，然后判別各個時段從而進(jìn)行輸出。本設(shè)計輸出為繼電器形式輸出即高低電平的輸出。通過程序判斷輸出高低電平，控制照明燈具。 校園照明控制程序流程圖如圖 2 所示。 開 始時 制 判 別冬 、 春時 段 判 別第 一時 段所 有燈 具全 部開 放第 二時 段關(guān) 閉一 半燈 具第 三 時 段公 共 綠 地景 觀 燈 全熄 道 路 燈開 啟 1 / 4夏 、 秋時 段 判 別第 一時 段所 有燈 具全 部開 放第 二時 段關(guān) 閉一 半燈 具第 三 時 段公 共 綠 地景 觀 燈 全熄 道 路 燈開 啟 1 / 4執(zhí) 行 程 序結(jié) 束 否是 圖 2 控制系統(tǒng)流程圖 11 STEP7Micro/WIN 編程軟件 S7200 可編程控制器使用 STEP7Micro/WIN 編程軟 件進(jìn)行編程。 SIMATIC 工業(yè)軟件 STEP7 是用于西門子 S M C7 系列可編程控制器的標(biāo)準(zhǔn)工具。STEP7Micro/WIN 是西門子公司專門為 S7200 系列可編程控制器設(shè)計開發(fā)的。它功能強大，主要為用戶開發(fā)控制程序使用，同時也可實時監(jiān)控用戶程序的執(zhí)行狀態(tài)。為了生成用戶所寫程序， STEP7 提供了標(biāo)準(zhǔn)的 PLC 編程語言：語句表（ STL）、梯形圖（ LAD）、順序功能流程圖（ SFC）、功能塊圖（ FBD）。 STEP7Micro/WIN 編程軟件主界面及基本組成 （ 1） STEP7Micro/WIN 編程軟件，它的主界面窗口組件如圖 3 所示 。 圖 3 STEP7Micro/WIN （ 2） STEP7 項目包括下列基本組件： ? 程序塊 :由可執(zhí)行的代碼和注釋組成，可執(zhí)行的代碼由主程序、可選子程序和中斷程序組成。 ? 數(shù)據(jù)塊 :由數(shù)據(jù)（變量存儲器的初始值）和注釋組成。 ? 系統(tǒng)塊 :用來設(shè)置系統(tǒng)的參數(shù)，例如存儲器的斷電保持范圍、 PLC 的輸出狀態(tài)、模擬量與數(shù)字量輸入濾波值等。 ? 符號表 :允許程序員用符號來代替存儲器的地址，符號地址便于記憶，使程序更容易理解。 12 ? 狀態(tài)表 :用 來觀察程序執(zhí)行時指定的內(nèi)部變量的狀態(tài)，狀態(tài)表并不下載到PLC，僅僅是監(jiān)控用戶程序運行情況的一種工具 [14]。 梯形圖的編寫 （ 1）打開項目 執(zhí)行 “ 文件 ”→“ 新建 ” 命令，可以新建一個項目?？梢员４鏋閿U展名為 “.mwp”的新建項目?；驁?zhí)行 “ 文件 打開 命令 可以打開項目。 （ 2）輸入指令 輸入梯形圖指令可以通過指令樹、工具條按鈕等方式進(jìn)行。指令樹中包含了幾乎所有的指令，或在工具條上直接放常用的指令?；蛴每旖萱I F F F9 鍵進(jìn)行操作。 （ 3）創(chuàng)建邏輯網(wǎng)絡(luò) 用梯形圖編寫的程序就是將組件排列成邏輯網(wǎng)絡(luò) ?？梢酝ㄟ^工具欄或者右鍵快捷菜單進(jìn)行程序編輯，形成程序網(wǎng)絡(luò)。 （ 4）輸入地址 在梯形圖輸入指令時，參數(shù)最初是由 “ ？？？ ” 顯示的，表示參數(shù)未賦值，可以用絕對值或者符號標(biāo)明程序中的指令操作數(shù)。絕對引用是指使用內(nèi)存區(qū)的位或者字節(jié)位置標(biāo)識地址，符號引用則是指使用數(shù)字、字母的字符組成標(biāo)識地址。如果有未賦值的參數(shù)，程序?qū)⒉荒苷＞幾g。 （ 5）編譯與保存 編譯可以通過工具欄按鈕或者 PLC 菜單進(jìn)行?？赏ㄟ^ “PLC” 菜單中的 “ 編譯 ” 命令，或者工具欄上的 “ 編譯 ” 按鈕，編譯當(dāng)前被激活的編輯器中的程序。若選擇 “PLC”菜單中的 “ 全 部編譯 ” 命令，則按照順序編譯程序塊（主程序、全部子程序、全部中斷程序）、數(shù)據(jù)塊、系統(tǒng)塊等全部塊。使用 “ 全部編譯 ” ，與哪一個窗口是活動的無關(guān)。編譯結(jié)束后，輸出窗口顯示編譯信息?？梢酝ㄟ^工具欄的 “ 保存 ” 按鈕、 “ 文件 ” 菜單中的 “ 保存 ” 命令及 “ 另存為 ” 進(jìn)行保存。 時鐘設(shè)置及讀寫 （ 1）實時時鐘 S7200 的硬件實時時鐘可以提供年、月、時、分、秒的日期 /時間數(shù)據(jù)。 CPU22 CPU222 沒有內(nèi)置的實時時鐘，需要外插 “ 時鐘 /電池卡 ” 才能獲得此功能。CPU22 CPU226 和 CPU226 XM 都有內(nèi)置 的實時時鐘 [15]。 S7200 的時鐘精度典型值是 2分鐘 /月（ 25176。C ），最大誤差 7分鐘 /月（ 0～ 55176。C ）。 為了提高運算效率，應(yīng)當(dāng)避免每個程序周