照明控制系统设计_毕业设计论文1.doc

毕 业 设 计 (论 文) 专专 业业 班班 级级 学生姓名学生姓名 学学 号号 课课 题题 基于基于 plcplc 的建筑设备自动控制系统设计的建筑设备自动控制系统设计 照明控制系统设计照明控制系统设计 指导教师指导教师 i 摘摘 要要 大学的电能消耗中，照明用电占有绝大部分，其中教室的照明容量大、工 作时间长，且常常采用手动的控制方法，造成了浪费。因此针对学生的生活学 习规律对教室的照明进行了 plc 智能控制。 本论文阐述了某教室的照明控制系统的设计思路、系统方案的选定、设备 的选型、控制程序的编制与调试等等。采用了 plc 智能控制，系统稳定可靠完 全满足教室的照明要求；根据 plc 控制原理对其进行 i/0 分配和绘制照明系统 流程图及编写教室照明智能控制系统梯形图控制程序。最后经过模拟仿真运行 能够实现教室内的智能化照明。最终使灯具的使用寿命也有所提高,系统稳定可 靠，完全满足了教室的照明要求，达到了预想的结果。 关键词：plc，节能，西门子 step7-300，智能控制 ii abstract at the university of power consumption, lighting electricity possession for the most part, the classroom lighting of large capacity, long working hours, and often use manual control method, caused the waste. the students for life of learning rule plc intelligent control of the classroom lighting. this paper expounds some classroom lighting control system design, selection of system scheme, equipment type selection, control program compiling and debugging and so on. adopted plc intelligent control system is stable and reliable completely satisfy the requirement of the classroom lighting; according to the principle of plc control on the i/0 distribution and mapping lighting system flow chart and ladder diagram writing classroom light intelligent control system control program. finally through the simulation operation can be achieved within the classroom intelligent lighting. eventually make it also improved the service life of lamps and lanterns, the system is stable and reliable, completely satisfying the requirements of the classroom lighting, to achieve the desired results. keywords: plc, energy saving, siemensstep7-300, intelligent control iii 目目 录录 摘 要 i abstractii 1 绪论.1 2 plc 简介2 2.1 plc 定义和分类 .2 2.2 plc 的特点 .3 2.3 plc 的结构 .4 2.3.1 主机.4 2.3.2 输入/输出（i/o）接口4 2.3.3 电源.5 2.3.4 编程器.5 2.3.5 输入/输出扩展单元5 2.3.6 外部设备接口.5 2.4 可编程控制器的性能指标.5 3.设计的主要内容和要求.6 3.1 主要内容6 3.2 技术要求6 3.3 plc 工作原理 .7 4 智能照明的总体方案设计7 4.1 照明系统的功能需求分析8 5 硬件设计9 5.1 选择 plc 类型9 5.2 plc 外部连线图 .10 5.3 光照传感器.11 5.4 红外探测器11 6 plc 软件设计12 6.1 plc 的编程原件 .12 6.2 plc 的编程语言 .13 6.3 程序流程图.14 6.4 step7 300 简介.14 6.5 输入输出编址.15 6.6 梯形图程序设计16 7. 程序调试与仿真.17 结束语21 致谢22 参考文献23 1 基于 plc 的建筑设备自动控制系统设计 某教室的 plc 照明控制设计 1 1 绪论绪论 1.1 课题的背景及意义课题的背景及意义 新校园的建设要适应网络时代的发展，应引入智能化的概念在传统的楼宇 自控中，一般只包括了综合布线，计算机网络、安防、消防、闭路监控等子系 统。但是几年来，随着科技的进步，人们对照明灯具节能和科学化管理提出了 更高的要求，使得照明控制在智能化领域的地位越来越重要。而在新校区的建 设热潮中，各大高校和他们的建设者也应意识到智能照明的重要性。相对商业 楼而言，校园里的大功率动力和制冷设备比重较少，照明灯具则相对比重较多。 使用照明控制系统，更能体现其在节能与管理方面的优势，提高学校的科学管 理水平。 我国智能化照明技术的应用还不广泛,大多数校园仍然使用传统的照明控制 方式。因此完善校园路灯智能化监控建设，进一步扩大监控系统点位，自动实 时监控和远程控制校园照明设施的开关灯，合理控制道路照明和景观灯的运行 和停止具有重要的现实意义。但是我国智能化照明技术的应用还不广泛,大多数 校园仍然使用传统的照明控制方式。 本次设计课题结构特点明确，涵概面广。在整个设计过程中，我得到了毕 业设计指导老师孜孜不倦的指导，也深切体会到科学严谨的设计思想。由于本 人设计经验有限，不妥和错误之处，恳请各位老师指正。 1.21.2 plcplc 在国内外的研究情况在国内外的研究情况 可编程控制器是六十年代发展起来的一种自动控制装置是一种嵌入式的工 控机，它以顺序控制为主回路调节为辅能完成逻辑判断、定时、计数、记忆和 算术运算功能既能进行开关量控制又能进行模拟量控制还具有通信功能。 针对节约电能、保护全球环境的可持续发展的要求，美国环保署于 1991 年 1 月提出“绿色照明”概念，引起了其他国家的重视。我国也于 1993 年 11 月启动“中国绿色照明工程” ，并于 1996 年正式列入国家计划。但是我国智能 化照明技术的应用还不广泛,大多数校园仍然使用传统的照明控制方式。 因此完 善智能化监控建设，进一步扩大监控系统点位，自动实时监控和远程控制照明 设施的开关灯，合理控制道路照明和景观灯的运行和停止具有重要的现实意义。 可以预期到，plc 将来在我国会有更广阔的发展空间。 2 2 plc 简介简介 2.1 plc 定义和分类定义和分类 可编程控制器简称 plc（programmable logic controller）是一种专门为在 工业环境下应用而设计的数字运算操作的电子装置。它采用可以编制程序的存 储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序运算、计时、计数和算术运算等 操作的指令，并能通过数字式或模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或 生产过程。 plc 按产地分，可分为日系、欧美、韩台、大陆等。其中日系具有代表性 的为三菱、欧姆龙、松下、光洋等；欧美系列具有代表性的为西门子、a-b、 通用电气、德州仪表等；韩台系列具有代表性的为 lg、台达等；大陆系列具有 代表性的为合利时、浙江中控等； 按点数分，可分为大型机、中型机及小型机等。大型机一般 i/o 点数2048 点；具有多 cpu，16 位/32 位处理器，用户存储器容量 816k，具有代表性的 为西门子 s7400 系列、通用公司的 ge系列等；中型机一般 i/o 点数为 2562048 点；单/双 cpu，用户存储器容量 28k，具有代表性的为西门子 s7300 系列、三菱 q 系列等；小型机一般 i/o 点数256 点，单 cpu，8 位或 16 位处理器，用户存储器容量 4k 字以下，具有代表性的为西门子 s7-200 系列、 三菱 fx 系列等； 按结构分，可分为整体式和模块式。整体式 plc 是将电源、cpu、i/o 接 口等部件都集中装在一个机箱内，具有结构紧凑、体积小、价格低的特点；小 型 plc 一般采用这种整体式结构。 模块式 plc 由不同 i/o 点数的基本单元（又称主机）和扩展单元组成。基 本单元内有 cpu、i/o 接口、与 i/o 扩展单元相连的扩展口，以及与编程器或 eprom 写入器相连的接口等；扩展单元内只有 i/o 和电源等，没有 cpu；基 本单元和扩展单元之间一般用扁平电缆连接； 整体式 plc 一般还可配备特殊功能单元，如模拟量单元、位置控制单元等， 使其功能得以扩展。这种模块式 plc 的特点是配置灵活，可根据需要选配不同 规模的系统，而且装配方便，便于扩展和维修。大、中型 plc 一般采用模块式 结构。还有一些 plc 将整体式和模块式的特点结合起来，构成所谓叠装式 plc。 3 按功能分，可分为低档、中档、高档三类。低档 plc 具有逻辑运算、定时、 计数、移位以及自诊断、监控等基本功能；还可有少量模拟量输入/输出、算术 运算、数据传送和比较、通信等功能；主要用于逻辑控制、顺序控制或少量模 拟量控制的单机控制系统。中档 plc 除具有低档 plc 的功能外，还具有较强 的模拟量输入/输出、算术运算、数据传送和比较、数制转换、远程 i/o、子程 序、通信联网等功能；有些还可增设中断控制、pid 控制等功能，适用于复杂 控制系统。高档 plc 除具有中档机的功能外，还增加了带符号算术运算、矩阵 运算、位逻辑运算、平方根运算及其它特殊功能函数的运算、制表及表格传送 功能等；高档 plc 机具有更强的通信联网功能，可用于大规模过程控制或构成 分布式网络控制系统，实现工厂自动化。 2.2 plc 的特点的特点 （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 4 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 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。 2.3 plc 的结构的结构 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。 2.3.1 主机主机 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 输 入 模 块 cpu 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 制的应用程序及各种暂存数据和中间结果。 2.3.2 输入输入/输出（输出（i/o）接口）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。 2.3.3 电源电源 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。 2.3.4 编程器编程器 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。 2.3.5 输入输入/输出扩展单元输出扩展单元 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） 。 2.3.6 外部设备接口外部设备接口 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。 2.42.4 可编程控制器的性能指标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。 6 （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 055，对适度的要求是小于 85（无结露） 。 3.设计的主要内容和要求设计的主要内容和要求 3.1 主要内容主要内容 本设计采用 s7-300 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。 3.2 技术要求技术要求 （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； 7 （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。 3.3 plc 工作原理工作原理 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， 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 8 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制教室灯的 开通与关闭，如早上 718 点需要照度计工作，1823 点不需要照度计工作。 讲台区域（5） 区域 1（前排左）区域 2(前排右) 区域 3（后排左）区域 4（后排右） 图 1 传感器在教室中的分区控制图 4.1 照明系统的功能需求分析照明系统的功能需求分析 1、节能 据专业资料统计智能建筑的照明用电占整个校园用电的 85%左右。其实在 大多数情况下很多区域并不需要把灯全部打开或者开到最亮过度的照明不仅形 成光污染还会造成能源浪费。在当今能源紧张、国家大力倡导节能的形势下 使用智能照明管理系统最大程度地节能具有非常实际的意义。校园照明回路数 量较多容量较大如何在保证所需照度的前提下综合运用多种控制手段减少不 必要的电能浪费是个极其重要的问题。 2、高效管理 如何提高运行的稳定性和可靠性使控制和操作更加简单、方便、灵活使管 理更加自动化、高效化减少大量简单重复的劳动是我们在设计时考虑的重点。 我们根据不同区域的特点进行设计确保使用方便灵活管理高效。智能照明控制 系统将普通照明人为的开与关转换成了智能化管理不仅使管理者能将其高素质 的管理意识运用于照明控制系统中去而且将大大减少照明系统的运行维护费用 9 并带来较大的投资回报。 5 硬件设计硬件设计 5.1 选择选择 plc 类型类型 系统的设计要从保证系统的可靠性、实用性和可扩展性等方面入手。本控 制系统采用可靠性和可扩展性很好的西门子 s7-300plc 系列的 plc 作为控制器， 对于每个教室输入点主要来自以下四个方面：启动开关、停止开关、体存在传 感器和光照传感器；输出点主要输来自每个教室五个区域的灯。根据输入输出 点数选择 cpu314 模块。用红外探测器和光照传感器作为检测装置来检测教室 中是否有人和教室的光照强度。 plc 控制器及 i/o 扩展模块 红外探测器 控制按钮 多 路 开 关 光照度探测 器 投影仪开关 日光灯 n . . . 日光灯 2 日光灯 1 图 2 控制系统框图 10 5.25.2 plcplc 外部连线图外部连线图 plc 外部接线图的输入输出设备、负载电源的类型等的设计就结合系统的控 制要求来设定。教室照明智能控制外部接线图如图 3 所示。 11 图 3 教室照明智能控制外部接线图 5.35.3 光照传感器光照传感器 光照强度一个被光线照射的表面上的照度定义为照射在单位面积上的光通 量。设面元 ds 上的光通量为 d，则此面元上的照度 e 为：e=d/ds 。照度 的单位为 lx（勒克斯）,也有用 lux 的，1lx=1lm/。照度表示物体表面积被照 明程度的量。 光照传感器是采用先进光电转换模块，将光照强度值转化为电压值，再经 调理电路将此电压值转换为 02v 或 420ma。 本次的设计通过光照传感器采集到的光的强度在通过 plc 的编程，来判定 教室内的光是否能够满足学生的正常学习和生活。 5.45.4 红外探测器红外探测器 红外探测器是将入射的红外辐射信号转变成电信号输出的器件。红外辐射 是波长介于可见光与微波之间的电磁波，人眼察觉不到。要察觉这种辐射的存 在并测量其强弱，必须把它转变成可以察觉和测量的其他物理量。一般说来， 红外辐射照射物体所引起的任何效应，只要效果可以测量而且足够灵敏，均可 用来度量红外辐射的强弱。现代红外探测器所利用的主要是红外热效应和光电 效应。本次设计主要是针对红外热效应；当有人坐在教室的某个区域内红外探 测器就能通过红外探测器探测到从而输出给 plc。这些效应的输出大都是电量， 或者可用适当的方法转变成电量。 探测器是一种当入侵者接近它时能触发报警的探测装置。在接近探测器中， 通常有一个高频率的 lc 震荡电路，震荡电路的 lc 回路通过导线连通到外部的 金属部件上。当人体靠近时，通过空间的电磁偶合，会改变 lc 回路的谐振频 率，引起震荡频率改变，探测器的检测电路能够识别这种频率的改变而发出警 示信号。 接近探测器比较适用于室内，如对写字台、文件柜、保险柜等一些特殊物 件提供保护，也可以用于对门窗的保护。通常被保护的物件是金属的，实际上 可以构成保护电路的一部分，因而只要有人试图破坏系统时，就会立即触发报 警。 接近探测系统的主要优点是多用性和通用性，它几乎可用来保护任何物体， 而且不会被几米以外的干扰所激发。一旦有人靠近或接触到珠宝箱、文件柜、 12 门窗准备行窃时，便会触发报警，但在附近的正常业务工作可以照常进行。 6 plc 软件设计软件设计 6.16.1 plcplc 的编程原件的编程原件 plc 是一种通用的、商业化的工业控制计算机，与个人计算机相仿，用户 程序必须在系统程序的管理下才能运行。 plc 的运行状况如下： 初始化程序 其作用是清零各个标志寄存器，清零输入/输出映像寄存器，清零各计数器、 复位定时器等，为 plc 开始正常工作“清理现场” 。 cpu 自诊断 自诊断主要包括检查电源电压是否正常、i/o 单元的连接是否正常、用户程 序是否存在语法错误、对监控定时器定期复位等。 通信信息处理 这个阶段 plc 要完成与网络及总线上其他设备的通信任务，包括与 plc、 计算机、智能 i/o 模块、数字处理器（dpu）等设备之间的信息交换。 外部设备服务 plc 在这个阶段与外部设备交换信息，包括编程器、图形监视器（监控设 备） 、打印机等。plc 允许在线编程，能够与人机界面实时交换信息，所以要 在每个循环周期内执行此项操作。 plc 的编程元件也称为逻辑部件，是 plc 指令系统的基本要素，plc 指令系 统通常提供以下逻辑部件。 （1）继电器 输入/输出映像寄存器里的每一位在指令系统中都对应一个固定的编号，在 图形编程语言（如梯形图语言）中形象地用继电器线圈来表示，因此也常称为 输入继电器、输出继电器。同时也为了满足对复杂逻辑关系的编程要求，还提 供大量的中间辅助继电器，它们也对应存储器中的某一固定区域。这些继电器 都是所谓的“软元件” ，他们的状态也用一个二进制位就可以表示，1 对应的 on 状态，0 对应的 off 的状态，在用户程序中可以无限次使用他们常开、常闭触 电。 13 （2）定时器 类似于继电-接触器逻辑电路中的时间继电器，有延时接通、延时断开、脉 冲定时等多种方式，可以组成复杂的时间逻辑顺序逻辑。定时器指令一般由线 圈、定时时间设定值和当前计时值组成，plc 专门在存储器中开辟一个区域， 用以保存各个定时器线圈当前的状态（on 或 off）及时间的设定值和当前值。 定时器的常开、常闭触点可以在用户程序中无限次的使用。 （3）计数器 用软件视线的计数器指令，用于实现脉冲计数功能，有递减计数、递增计 数等形势，不同的 plc 在计数器数量、计数长度等方面都有所区别。计数器指 令一般包含计数器线圈，计数值设定、计数器复位、计数信号输入、当前计数 值等组成。计数器的常开、常闭触点可以在用户程序无限次使用 （4）触发器 该指令用与对状态位的置 1 和清零，状态为即为触发器线圈，它的 on 状态 一旦触发可以保持，直至复位条件满足才变成 off 状态。触发器常开、常闭触 点可以在用户程序中无限次的使用。 （5）其他元件及指令 除上诉 4 种逻辑原件之外，plc 指令系统一般还提供移位寄存器、数据寄 存器、边沿检测、比较、运算、ascii 码处理及数制转换等多种指令。 6.26.2 plcplc 的编程语言的编程语言 本次设计主要用到的是 plc 的编程语言，这是一种使用广泛的语言，与继 电-接触器电路图非常相似，具有直观易懂的优点，很容易被熟悉电气控制的工 程技术人员掌握。 梯形图的逻辑关系是自上而下、自左而右展开的，左、右两条竖线也称为 母线。在左母线开始，按照控制要求一次连接各个触点，最后以输出线圈结束， 称为一个逻辑行，或一个“梯级” ，完整的用户程序就是由若干逻辑行构成的。 在阅读梯形图程序时，可按照继电-接触器电路图纸的阅读习惯，对每一逻 辑行来说，假设能量的流动由左母线向右流动，如果各触点的逻辑状态使得 “能流”可以达到最右边的线圈，则该线圈的输出状态为 on，否则为 off。 在编写梯形图程序时，有一些普遍遵守的原则，它们是都是出自于继电-接 触器电路的设计原则。例如，在一个逻辑行中不应该串联两个线圈，同一个线 14 圈不应该出现在不同逻辑行中等。 6.36.3 程序流程图程序流程图 由于上述具体控制要求，可作出教室智能照明控制系统在运行时的程序框 图，如图所示。将各模块进行连接，最后经过调试、完善、实现控制要求。如 图 4 所示： 图 4 程序流程图 6.46.4 step7step7 300300 简介简介 step7 300 的所有模块均在机架上，模块之间信息的传递需要总线（bus） 来完成。step7 300 的背板总线集成在每一个模块中。 s7-300 plc 具有以下的特点： 循环周期短，处理速度高。指令的执行时间，最快的 cpu 模块可以达到 开始 y 关闭多媒体和 所有照明 07：0018：0018：00 23：00 多媒体和讲台 灯通电 n 开灯 不开灯 n y 不开灯 是否是 2：00- 7：00 光照是否充足 是否有人 是否有人 不开灯 开灯 n y yn 15 sm: ao 0.10.6us。在中等控制性能要求的领域中，高速的用户程序执行速度，对 plc 的使用和推广开辟了更为广阔的空间。 指令集功能强大，可用于复杂功能。起浮点数操作指令可有效实现比较 复杂的算数运算，简化了用户程序，使 plc 更加适合于具有大量数据处理的过 程控制中。 人机界面被集成在 s7-300 操作系统内，因此，人机对话的编程要求大 大的减少。simatic 人机界面从 s7-300 中取得数据，s7-300 按照用户指定的刷 新速度传递这些数据，s7-300 操作系统自动处理数据的传送。 cpu 的智能化诊断系统连续不断的监控系统的运行，对不正常状态、错 误和特殊系统事件（例如超时、模块更换等）进行记录或者报警。 系统允许设置多种级别的保护口令，可有效防止用户程序在未经过允许 的情况下被复制或修改。同时，在 cpu 模块面板上的工作模式选择开关是钥匙 型的，钥匙取出后，就不能改变操作方式，也有利于防止非法删除或改写用户 程序。 图 5 s7-300 图 （1）电源（ps） 电源模块提供了机架和 cpu 内部的供电电源，置于 1 号机架的位置。 fm: - 计数 cp: - 点-到-点 ps (可选) cpu im (可选) sm: di sm: do sm: ai 16 （2）中央处理器（cpu） cpu 存储并处理用户程序，为模块分配参数，通过嵌入的 mpi 总线处理编 程设备和 pc、模块、其它站点之间的通讯，并可以为进行 dp 主站或从站操作 装配一个集成的 dp 接口。置于 2 号机架。 （3）接口模块（im） 接口模块将各个机架连接在一起。不同型号的接口模块可支持机架扩展 或 profibus-dp 连接。置于 3 号机架，没有接口模块时，机架位置为空。 （4）信号模块（sm） 通常称为 i/o（输入/输出）模块。测量输入信号并控制输出设备。信号模 块可用于数字信号和模拟信号，还可用于进行连接，如传感器和启动器的连接。 （5）功能模块（fm） 用于进行复杂的、重要的但独立于 cpu 的过程，如：计算、位置控制和闭 环控制。 （6）通讯处理器（cp） 模块化的通讯处理器通过连接各个 simatic 站点，如：工业以太网， profibus 或串行的点对点连接等。 step7 软件简介： 首先，安装 step7 v5.5 软件过程中要注意，该软件只 能安装在在 windos 7（旗舰版）或 windos xp 系统中。还有安装过程中需 要把电脑的防火墙等等都关掉，以防止软件安装不成功。 还需要安装一个仿真的软件，是和 step v5.5 的一起需要安装的软件安装 过后会出现界面如下图所示： 首先在进行设计之前要遵循一下几个步骤： 17 创建一个项目 选择所需要的硬件例如：电源、cpu 等 最后创建一个块这个块是属于 s7 程序的 然后打开块就可以进行梯形图的绘制了如下图所示： 其中下图是用来选择所需要的模块和仿真程序： 18 6.56.5 输入输出编址输入输出编址 系统输入点及地址：教室启动 i0.0、教室停止 i0.1、讲台启动为 i0.2 、 讲台停止为 i0.3，红外探测器 i1.0i1.3、光照传感器 i1.4i1.7。t37 为定 时器。m0.1 为区域 5 灯，为了减少输出点数，一个区域作为一个输出点，其地 址 q0.0q0.3。 19 表 1 i/o 地址分配表 输入点输出点 元件名称地址编码元件名称地址编码 教室启动开关i0.0区域 1 灯q0.0 教室停止开关i0.1区域 2 灯q0.1 光照探测器i1.4i1.7区域 3 灯q0.2 红外探测器i1.0i1.3区域 4 灯 q0.3 投影仪开关i0.4区域 5 灯m0.1 讲台启动开关i0.2区域 5 灯m0.1 讲台停止开关i0.3区域 5 灯m0.1 6.6 梯形图程序设计梯形图程序设计 用 setp7 软件语句表编写的部分控制程序如下： 此程序可通过仿真达到预期的要求。 20 7. 程序调试与仿真程序调试与仿真 选择 cpu314 模块对梯形图程序进行仿真，其结果按要求分为以下几种情 况： （1）7：00-18：00 点教室无人时 （2）07：0018：00，教室光照不足，有人时。比如四个区域都有人，且 老师使用投影仪时。 老师打开投影仪 21 22 到定时器 t37 设定的时间到了之后（本次设定为 5s 是为了节省时间这个根 据实际情况可以做调整） 区域 5 的灯关闭，是投影仪效果更好 （3）07：0018：00，教室光照充足，有人 （4）18：00-23：00，教室有人，晚上为光线不足时。且假如四个区域都 有人 23 （5）18：0-23：00，教室无人 （6）23：00-07：00，教室无人 24 结束语结束语 通过本次 plc 课题设计，使我明白了自己在学习这门课时在方法上存在的 不