基于plc校园照明智能控制系统设计毕业论文

基于plc校园照明智能控制系统设计毕业论文内容摘要：

PLC的输出有 2种型号：晶体管和继电器。 继电器能够支持 AC220V的电压。 也就是说继电器的型号能够控制 AC220V的回路，但并不推荐直接用于 AC220V的回路中，尤其是频繁动 作的回路中，故此在设计过程中增加中间继电器来实现 [11]。 本设计所选用的断路器用照明保护用，选用 DZ4763 小型断路器 DZ4763/3 C 型DZ4763 高分断小型断路器是一种具有过载与短路保护的限流型断路器，适用于交流50Hz，单极电压 230V 及以下，二、三、四极电压 400V 及以下的工业和商业照明配电系统的过地短路保护，亦可在正常情况下作线路的不频繁通断转换之用。 该断路器外型美观，体积小，重量轻，分断能力高，脱扣迅速，导轨安装，壳体和部件采用高阻燃及耐冲击塑料，性能优良可靠。 接触器 (Contactor)在工业电中利用线圈流过电流产生磁场，使触头闭合，以达到控制负载的电器。 接触器分为交流接触器和直流接触器，交流接触器又可分为电磁式和真空式 两种。 7 交流接触器的选择： （ 1）持续运行的设备。 接触器按 67～ 75%算 ， 即 100A 的交流接触器，只能控制最大额定电流是 67～ 75A 以下的设备。 （ 2）间断运行的设备。 接触器按 80%算。 即 100A 的交流接触器，只能控制最大额定电流是 80A 以下的设备。 （ 3）反复短时工作的设备。 接触器按 116～ 120%算 ， 即 100A 的交流接触器，只能控制最大额定电流是 116～ 120A 以 下的设备 [12]。 中间继电器 (intermediate relay)的工作原理和交流接触器一样，都是由固定铁芯、动铁芯、弹簧、动触点、静触点、线圈、接线端子和外壳组成。 线圈通电，动铁芯在电磁力作用下动作吸合，带动动触点动作，使常闭触点分开，常开触点闭合；线圈断电，动铁芯在弹簧的作用下带动动触点复位。 JZ21H、 22H系列断电延时中间继电器 (以下简称继电器 ),用于交、直流操作的各种保护或自动控制回路中 [13]。 JZ2IH 为单路延时继电器， JZ22H 为双路延时继电器。 PLC 的设计 PLC 在控制系统 中 的要求 （ 1）用 PLC进行照明控制系统改造时遵循原则  完备性 :包括了常规的照明系统的全部功能，同时还考虑了校园综合自动化改造后对照明系统信息量、信息格式的要求。  可靠性 :在满足完备性的前提下，尽量简化附加的前后向通道。 通过自动和和人工两种控制方式，使照明系统在发生故障时可以灵活控制照明系统。  适应性 :系统脉冲起动电流可调，以适应老式的白炽灯和新型的发光二极管脉冲电流的不同特点。 （ 2） PLC 控制的优点  前后向通道简单。 前向通道除脉冲形成回路稍许复杂外，其他都是简单的光耦电路。 后向通道更加 简单，直接由 PLC 输出。  抗干扰性能好。 除 PLC的 I/O 本身进行隔离外，对前向通道又进行隔离，有效地抑制了共模干扰。 同时系统的功能全部由 PLC 按照预定的程序完成，避免了由于某个继电器损坏造成的误动或拒动。  灵敏度高，过载能力强。 PLC 控制照明系统的脉冲形成和响应在物理上是独立的，能够做到具有很高的灵敏度和承受较大的过负荷能力。  维护简单。 PLC 程序采用继电保护人员熟悉的梯形图编制，直观明了。 可直接利用 PLC编程器对自动复归时间等定值进行修改。 同时由于 PLC 的高可靠性，基本上可做到免维护。 8 PLC 选型 在 PLC日益成为工厂自动化基本技术平台的时代，如何选用一部适用的 PLC 以达到真正需要，而又能符合经济效益，是一个重要问题。 PLC 本身的特点是：体积小、功能高、性能强、操作简便、程序设计简易、模块扩充有弹性、联机容易等。 针对上述说明，选择符合功能需求与经济效益的 PLC 是十分必要的。 一般选择机型要以满足系统功能需要为宗旨，不要盲目贪大求全，以免造成投资和设备资源的浪费。 机型的选择可以从以下几个方面来考虑： (1)对输入 /输出点数的选择 要先弄清楚控制系统的 I/O 总点数，再按实际所需总点数的 15～ 20%留 出备用量（为系统的改造等留有余地）后确定所需 PLC 的点数。 (2)对存储容量的选择 PLC 存储器容量的估算方法：对于仅有开关量输入 /输出信号的电气控制系统，将所需的输入与输出点数之和乘以 8，就是所需 PLC 存储器的存储容量（单位为 bit）。 (3)对 I/O 响应时间的选择 PLC 的 I/O 响应时间包括输入电路延迟、输出电路延迟和扫描工作方式引起的时间延迟（一般在 2～ 3个扫描周期）等。 对开关量控制的系统， PLC 的 I/O 响应时间一般都能满足实际工程的要求，可不必考虑 I/O 响应问题。 但对模拟量控制的系统，特别是闭环控制 系统就要考虑这个问题。 (4)根据是否联网通信选型 若 PLC控制的系统需要联入校园自动化网络，则 PLC 需要有通信联网功能，即要求PLC 应具有连接其他 PLC、上位计算机及 CRT 等的接口。 大、中型机都有通信功能，目前大部分小型机也具有通信功能。 (5)对 PLC 结构形式的选择 在相同功能和相同 I/O 点数的情况下，整体式比模块式价格低。 但模块式具有功能扩展灵活，维修方便（换模块），容易判断故障等优点，要按实际需要选择 PLC 的结构形式。 目前， PLC 产品大致可分为美国、欧洲国家、日本三大主流。 经过反复比较及对系统控 制规模和控制要求的分析，选用了目前较流行的、有较高性价比的西门子 S7200系列小型 PLC。 该型号的 PLC 指令丰富、功能强大，其占有率在国内市场正处于上升趋势。 而且该机型的指令及编程运作与计算机通用编程语言更加接近，易学易懂。 S7200 系列 PLC S7200 系列 PLC 是德国西门子公司生产的一种小型 PLC。 其许多功能能够达到大、中型 PLC 的水平，而价格却和小型 PLC 的一样，因此，它一经推出，即受到了广泛关注。 它可以单机运行，也可以进行输入 /输出和功能模块的扩展。 其价格低廉、结构小巧、 9 可靠性高 、运行速度快，继承和发展了它在大、中型 PLC 领域的技术优势，有极丰富的指令集，具有强大的多种集成功能和实时特性，其性价比非常高，所以它在各行各业中的应用得到迅速推广，在规模不太大的控制领域是较为理想的控制设备。 S7200 有五种 CPU，其性能差异很大。 这些性能直接影响到 PLC 的控制规模和 PLC系统的配置。 目前 S7200系列 PLC主要有 CPU221， CPU222， CPU224， CPU224XP 和 CPU226五种 CPU。 本课题设计使用 CPU224，本机集成 14 输入 /10输出共 24 个数字量 I/O 点。 可连接 7个 扩展模块，最大扩展至 248 路数字量 I/O 点或 35 路模拟量 I/O 点。 13K 字节程序和数据存储空间。 6个独立的 30kHz 高速计数器， 2路独立的 20kHz 高速脉冲输出，具有 PID 控制器。 2个 RS485 通讯 /编程口，具有 PPI通讯协议、 MPI 通讯协议和自由方式通讯能力。 I/O 端子排可容易地整体拆卸。 用于较高要求的控制系统，具有更多的输入 /输出点，更强的模块扩展能力，更快的运行速度和功能更强的内部集成特殊功能。 可完全适应于一些复杂的中小型控制系统。 S7200 的 STEP7Micro/WIN 编程软件可以方 便地在 Windows 环境下对 PLC 编程、调试、监控，使得 PLC 的编程更加方便、快捷。 可以说， S7200 可以满足各种小规模控制系统的要求。 I/O 地址分配 本设计对象为校园智能照明系统，首先对校园照明系统所有设备进行分类统计，道路信号输出 4个，分别为左侧单数灯、左侧双数灯、右侧单数灯、右侧双数灯；公共绿地信号输出 2个，景观灯信号输出 2 个。 根据对分时控制信号和照明输出信号分类统计，估计 PLC 输入开关量个数，由此可知信号总个数为 13 个。 本设计以道路、公共绿地、景观灯的控制为例，在工程实际或产品设计 生产中，可根据实际需求进行扩展，其梯形图程序的修改非常方便。 I/O 地址输入 /输出分配如表 1所示。 表 1 I/O地址输入 /输出分配表 分类 名称 地 址 分类 名称 地 址 输入信号 实时时钟输入 输出信号 1花坛 启动开关 2花坛 停止开关 3花坛 冬春启动开关 4花坛 夏秋启动开关 右侧双数灯 输出信号 1草坪 右侧单数灯 2草坪 左侧单数灯 3草坪 左侧双数灯 4草坪 10 程序流程 程序首先对时间进行冬春、夏秋时制判别，然后判别各个时段从而进行输出。 本设计输出为继电器形式输出即高低电平的输出。 通过程序判断输出高低电平，控制照明灯具。 校园照明控制程序流程图如图 2 所示。 开 始时 制 判 别冬 、 春时 段 判 别第 一时 段所 有灯 具全 部开 放第 二时 段关 闭一 半灯 具第 三 时 段公 共 绿 地景 观 灯 全熄 道 路 灯开 启 1 / 4夏 、 秋时 段 判 别第 一时 段所 有灯 具全 部开 放第 二时 段关 闭一 半灯 具第 三 时 段公 共 绿 地景 观 灯 全熄 道 路 灯开 启 1 / 4执 行 程 序结 束 否是 图 2 控制系统流程图 11 STEP7Micro/WIN 编程软件 S7200 可编程控制器使用 STEP7Micro/WIN 编程软 件进行编程。 SIMATIC 工业软件 STEP7 是用于西门子 S M C7 系列可编程控制器的标准工具。 STEP7Micro/WIN 是西门子公司专门为 S7200 系列可编程控制器设计开发的。 它功能强大，主要为用户开发控制程序使用，同时也可实时监控用户程序的执行状态。 为了生成用户所写程序， STEP7 提供了标准的 PLC 编程语言：语句表（ STL）、梯形图（ LAD）、顺序功能流程图（ SFC）、功能块图（ FBD）。 STEP7Micro/WIN 编程软件主界面及基本组成 （ 1） STEP7Micro/WIN 编程软件，它的主界面窗口组件如图 3 所示。 图 3 STEP7Micro/WIN （ 2） STEP7 项目包括下列基本组件：  程序块 :由可执行的代码和注释组成，可执行的代码由主程序、可选子程序和中断程序组成。  数据块 :由数据（变量存储器的初始值）和注释组成。  系统块 :用来设置系统的参数，例如存储器的断电保持范围、 PLC 的输出状态、模拟量与数字量输入滤波值等。  符号表 :允许程序员用符号来代替存储器的地址，符号地址便于记忆，使程序更容易理解。 12  状态表 :用 来观察程序执行时指定的内部变量的状态，状态表并不下载到PLC，仅仅是监控用户程序运行情况的一种工具 [14]。 梯形图的编写 （ 1）打开项目 执行 “ 文件 ”→“ 新建 ” 命令，可以新建一个项目。 可以保存为扩展名为 “.mwp”的新建项目。 或执行 “ 文件 打开 命令 可以打开项目。 （ 2）输入指令 输入梯形图指令可以通过指令树、工具条按钮等方式进行。 指令树中包含了几乎所有的指令，或在工具条上直接放常用的指令。 或用快捷键 F F F9 键进行操作。 （ 3）创建逻辑网络 用梯形图编写的程序就是将组件排列成逻辑网络。 可以通过工具栏或者右键快捷菜单进行程序编辑，形成程序网络。 （ 4）输入地址 在梯形图输入指令时，参数最初是由 “。 ” 显示的，表示参数未赋值，可以用绝对值或者符号标明程序中的指令操作数。 绝对引用是指使用内存区的位或者字节位置标识地址，符号引用则是指使用数字、字母的字符组成标识地址。 如果有未赋值的参数，程序将不能正常编译。 （ 5）编译与保存 编译可以通过工具栏按钮或者 PLC 菜单进行。 可通过 “PLC” 菜单中的 “ 编译 ” 命令，或者工具栏上的 “ 编译 ” 按钮，编译当前被激活的编辑器中的程序。 若选择 “PLC”菜单中的 “ 全 部编译 ” 命令，则按照顺序编译程序块（主程序、全部子程序、全部中断程序）、数据块、系统块等全部块。 使用 “ 全部编译 ” ，与哪一个窗口是活动的无关。 编译结束后，输出窗口显示编译信息。 可以通过工具栏的 “ 保存 ” 按钮、 “ 文件 ” 菜单中的 “ 保存 ” 命令及 “ 另存为 ” 进行保存。 时钟设置及读写 （ 1）实时时钟 S7200 的硬件实时时钟可以提供年、月、时、分、秒的日期 /时间数据。 CPU22 CPU222 没有内置的实时时钟，需要外插 “ 时钟 /电池卡 ” 才能获得此功能。 CPU22 CPU226 和 CPU226 XM 都有内置 的实时时钟 [15]。 S7200 的时钟精度典型值是 2分钟 /月（ 25176。 C ），最大误差 7分钟 /月（ 0～ 55176。 C ）。 为了提高运算效率，应当避免每个程序周。