照明控制系统设计_毕业设计论文(编辑修改稿)

照明控制系统设计_毕业设计论文(编辑修改稿)内容摘要：

统，实现工厂自动化。 PLC 的特点 （ 1） 可靠性高，抗干扰能力强 高可靠性是电气控制设备的关键性能。 PLC 由于采用现代大规模集成电路技术，采用严格的生产工艺制造，内部电路采取了先进的抗干扰技术，具有很高的可靠性。 一些使用冗余 CPU 的 PLC 的平均无故障工作时间则更长。 从 PLC 的机外电路来说，使用 PLC 构成控制系统，和同等规模的继电接触器系统相比，电气接 线及开关接点已减少到数百甚至数千分之一，故障也就大大降低。 此外， PLC带有硬件故障自我检测功能，出现故障时可及时发出警报信息。 在应用软件中，应用者还可以编入外围器件的故障自诊断程序，使系统中除 PLC 以外的电路及设备也获得故障自诊断保护。 这样，整个系统具有极高的可靠性也就不奇怪了。 （ 2） 配套齐全，功能完善，适用性强 PLC 发展到今天，已经形成了大、中、小各种规模的系列化产品。 可以用于各种规模的工业控制场合。 除了逻辑处理功能以外，现代 PLC 大多具有完善的数据运算能力，可用于各种数字控制领域。 近年来 PLC 的功能 单元大量涌现，使 PLC 渗透到了位置控制、温度控制、 CNC 等各种工业控制中。 加上 PLC 通信能力的增强及人机界面技术的发展，使用 PLC 组成各种控制系统变得非常容易。 易学易用，深受工程技术人员欢迎 PLC 作为通用工业控制计算机，是面向工矿企业的工控设备。 它接口容易，编程语言易于为工程技术人员接受。 梯形图语言的图形符号与表达方式和继电器电路图相当接近，只用 PLC 的少量开关量逻辑控制指令就可以方便地实现继电器电路的功能。 为不熟悉电子电路、不懂计算机原理和汇编语言的人使用计算机从事工业控制打开了方便之门。 （ 3） 系统 的设计、建造工作量小，维护方便，容易改造 4 PLC 用存储逻辑代替接线逻辑，大大减少了控制设备外部的接线，使控制系统设计及建造的周期大为缩短，同时维护也变得容易起来。 更重要的是使同一设备经过改变程序改变生产过程成为可能。 这很适合多品种、小批量的生产场合。 （ 4） 体积小，重量轻，能耗低 以超小型 PLC 为例，新近出产的品种底部尺寸小于 100mm，重量小于 150g，功耗仅数瓦。 由于体积小很容易装入机械内部，是实现机电一体化的理想控制设备。 PLC 的结构 PLC 的类型繁多，功能和指令系统也不尽相同，但结构与工 作原理则大同小异，通常由主机、输入 /输出接口、电源、编程器扩展器接口和外部设备接口等几个主要部分组成。 主机 主机部分包括中央处理器（ CPU）、系统程序存储器和用户程序及数据存储器。 CPU 是 PLC 的核心，它用以运行用户程序、监控输入 /输出接口状态、作出逻辑判断和进行数据处理，即读取输入变量、完成用户指令规定的各种操作，将结果送到输出端，并响应外部设备（如编程器、电脑、打印机等）的请求以及进行各种内部判断等。 PLC 的内部存储器有两类，一类是系统程序存储器，主要存放系统管理和监控程序 及对用户程序作编译处理的程序，系统程序已由厂家固定，用户不能更改；另一类是用户程序及数据存储器，主要存放用户编制的应用程序及各种暂存数据和中间结果。 输入 /输出（ I/O）接口 I/O 接口是 PLC 与输入 /输出设备连接的部件。 输入接口接受输入设备（如按钮、传感器、触点、行程开关等）的控制信号。 输出接口是将主机经处理后的结果通过功放电路去驱动输出设备（如接触器、电磁阀、指示灯等）。 I/O 接口一输入模块C P U模块输出模块可编程序控制器编程装置接触器电磁阀指示灯电源 电源 限位开关选择开关按钮 5 般采用光电耦合电路，以减少电磁干扰，从而提高了可靠性。 I/O 点数即输入 /输出端子数是 PLC 的一项主要技术 指标，通常小型机有几十个点，中型机有几百个点，大型机将超过千点。 电源 图中电源是指为 CPU、存储器、 I/O 接口等内部电子电路工作所配置的直流开关稳压电源，通常也为输入设备提供直流电源。 编程器 编程器是 PLC 的一种主要的外部设备，用于手持编程，用户可用以输入、检查、修改、调试程序或监示 PLC 的工作情况。 除手持编程器外，还可通过适配器和专用电缆线将 PLC 与电脑联接，并利用专用的工具软件进行电脑编程和监控。 输入 /输出扩展单元 I/O 扩展接口用于连接扩充外部输入 /输出端子数的扩展 单元与基本单元（即主机）。 外部设备接口 此接口可将编程器、打印机、条码扫描仪等外部设备与主机相联，以完成相应的操作。 可编程控制器的性能指标 （ 1） I/O 点数 I/O 点数是评价一个系列的 PLC 可用于何等规模的系统的重要参数，通常厂家的技术手册都会给出相应的 PLC 的最大数字 I/O 点数，以反映该类型 PLC 的最大输入、输出规模。 （ 2）存储器的容量 厂家提供的存储容量指标一般均指用户程序存储器容量，体现了用户程序可以达到的规模。 一般以 KB（千字节）、 MB（百万字节）表示，有些 PLC 的用户程序存储器需要另外外插的存储器卡，或者可以存储卡扩充。 （ 3）扫描速度 扫描速度指标体现了 PLC 指令执行速度的快慢，是对控制系统实时性能的评价指标。 一般用 ms/k 单位来表示，即执行 1K 步所需时间。 （ 4）内部寄存器 内部寄存器用于存放中间结果、中间变量、定时计数等数据，其数量的多少 6 及容量的大小直接关系到编程的方便、灵活与否。 （ 5）指令系统 指令种类的多少是衡量 PLC 软件系统功能强弱的重要指标，指令越丰富，用户编程越方便，越容易实现负载功能，说明 PLC 的软件系 统功能越强。 （ 6）特殊功能及模块 除基本功能外，评价 PLC 技术水平的指标还可看一些特殊功能，如自诊断功能、通信联网功能、远程 I/O 能力等，以及 PLC 所能提供的特殊功能模块。 例如，高速计算模块、位置控制模块、闭环控制模块等。 （ 7）工作环境 PLC 对工作环境有一定的要求，应尽量避免安装在有大量粉尘和金属屑的场所，避免阳光直射，避免有腐蚀性气体和易燃气体的场所，尽量避免连续的震动和冲击， PLC 适宜的温度范围通常为 0~55℃ ，对适度的要求是小于 85％ （无结露）。 主要内容 本设计采用 S7300 控制器控制照明系统根据教室照明系统的工作特点 ,采用PLC 实现对照明系统的控制总体设计主要包括硬件的设计和软件的设计。 硬件设计主要包括 PLC 的选型和 PLC 外部连线。 软件设计根据控制的要求对教室的不同区域、照度的不同等进行 I/0 分配同时编制了系统梯形图控制程序最后进行仿真与调试达到教室照明系统的要求。 技术要求 （ 1）当教室无人时所有的灯都自动关闭； （ 2）当教室有人且照度达不到设定的要求时自动打开人所在区域的灯； （ 3）当教室有人且照度达到设 定的要求时自动关闭人所在区域的灯； （ 4）对于使用投影仪的多媒体教室，可以实现在投影仪开启后延时一定时间，自动关闭讲台区域对应的灯以达到较佳的视觉效果。 PLC 工作原理 PLC 是采用“顺序扫描，不断循环”的方式进行工作的。 即在 PLC 运行时， 7 CPU 根据用户按控制要求编制好并存于用户存储器中的程序，按指令步序号（或地址号）作周期性循环扫描，如无跳转指令，则从第一条指令开始逐条顺序执行用户程序，直至程序结束。 然后重新返回第一条指令，开始下一轮新的扫描。 在每次扫描过程中，还要完成对输入信号的采 样和对输出状态的刷新等工作。 PLC 的扫描一个周期必经输入采样、程序执行和输出刷新三个阶段。 PLC 在输入采样阶段：首先以扫描方式按顺序将所有暂存在输入锁存器中的输入端子的通断状态或输入数据读入，并将其写入各对应的输入状态寄存器中，即刷新输入。 随即关闭输入端口，进入程序执行阶段。 PLC 在程序执行阶段：按用户程序指令存放的先后顺序扫描执行每条指令，执行的结果再写入输出状态寄存器中，输出状态寄存器中所有的内容随着程序的执行而改变。 输出刷新阶段：当所有指令执行完毕，输出状态寄存器的通断状态在输 出刷新阶段送至输出锁存器中，并通过一定的方式（继电器、晶体管或晶闸管）输出，驱动相应输出设备工作。 4 智能照明的总体方案设计 在设计前，对教室的采光情况以及教室的使用情况进行了实地调查和分析，掌握的一手资料，仅以教学楼某一教室为例进行分析，由于该教室为单面采光，所以教室中会有不同区域光照程度差别很大的现象，而且由于教室学生的流动性大以及就坐位置的不确定性，故设想将教室分为不同的区域，利用红外探测器以及光照传感器对整个教室进行分区控制，以最大程度地达到节能目的。 红外探测器 安装在门口或能有效的覆盖该区域探测范围的地方， 光照传感器安装在每个区域光照较暗的地方。 对于有时候需要用多媒体教室播放教学影片的情况，可以 在 讲台区域方便的地方安装 1 个控制按钮以手动的方式给 PLC 提供信号使开始放影时关闭教室灯光，放影完毕时打开教室灯光，以适应实际的要求。 每个区域分别安装一个 红外探测器 和一个 光照传感器 且设置 其 动作。 安装在每个区域的 体存在传感器 和 光照传感器 是独立工作的，它们之间互不影响，一个故障不影响其它的工作。 同时还需要设置一些时间段去控。