基于S7-200PLC教室智能照明系统控制设计

X X 大大 学学 电气控制与电气控制与 PLC 技术技术 课课 程程 设设 计计 （ 级本科）级本科） 题题 目：目： 基于基于 S7-200S7-200PLC 教室智能照明系统控制设计教室智能照明系统控制设计 院院 系：系： 专专 业：业： 作者姓名作者姓名 ： 指导教师指导教师 ： 职称：职称： 完成日期完成日期 ： 年年 月月 日日 电气控制与 PLC 技术课程设计任务书 论文题目基于 S7-200PLC 教室智能照明系统的控制 作 者 姓 名专业、年级 指导教师任务下达日期 一.设计的主要内容 根据实际要求，以S7-200型PLC为核心，设计出教室智能照明系统。设计系统控制硬件电路， 编写软件控制系统程序，实现对灯的亮灭的控制。 二.设计报告要求 （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的时间， 自动关闭讲台对应的灯以达到较佳的视觉效果。 三. 课程(设计)进度安排 周次日期时间内容备注 说明：课程设计说明书不超过 5000 字。 指导老师签字： 基于基于 S7-200 PLC 教室智能照明系统教室智能照明系统 摘要摘要 从节约电能的角度出发，针对传统教室照明控制系统的不足以及 PLC 在控制领域中的广泛应 用，提出了一种基于 S7-200 的教室照明智能控制系统的设计方法并对系统的软件、硬件和程序 作了重点介绍。该系统以 PLC 为核心，由红外探测器和光照传感器组成控制系统，能达到节能、 智能的目的。 关键字关键字：S7-200 教室照明教室照明 智能控制智能控制 目录目录 第第 1 章、章、PLC 概述概述-1 第第 2 章、设计任务及要求章、设计任务及要求 -1 2.1.设计任务-1 2.2.设计要求-1 第第 3 章、硬件设计章、硬件设计-2 3.1.选 PLC 类型-2 3.2.输入输出编址 -3 3.3.PLC 外部连线图-4 第第 4 章、软件设计章、软件设计-4 4.1、程序流程图-4 4.2.梯形图程序设计-5 4.3.程序分析-7 第第 5 章、程序调试章、程序调试-8 5.1、 7:00-19:00 光线不足，教室有人-9 5.2、 7:00-19:00 光线充足，教室有人 -9 5.3、 19:00-23:00 光线不足，教室有人 -10 5.4、 19:00-23:00 光线不足，教室无人 -11 5.5、 23:00-7:00 光线不足，教室无人-11 第第 6 章、设计总结章、设计总结 -12 参考文献参考文献 -12 第第 1 章、章、PLC 概述概述 PLC 具有控制能力强、可靠性高、使用灵活方便和易于编程、扩张、通信等一系列优点，是 当今及今后工业控制的主要手段和控制核心，因此 PLC 技术、数控计数、计算机辅助设计、计算 机辅助生产以及机器人技术、已并列为现代工业生产自动化的四大支柱。 西门子是中国多个业务领域的领先工业解决方案供应商，在制造业自动化、流程工业自动化、 运动控制、驱动、低压控制以及电气安装技术方面提供了各类创新、可靠、高效和优质的产品。 并全面提供系统的解决方案和服务，产品涵盖范围广，在信息、通信、自动化与控制、电力、交 通医疗、照明等各个行业领域处于优势。 本设计以德国西门子公司的 S7200 系列为主，主要介绍了 PLC 的产生定义及分类，具体 介绍了 S7200 系列的组成、性能特点及基本功能，主要性能指标和输入输出系统，通过 S7 200 CPU224 型 PLC 介绍了本设计的全过程，从而实现了教室照明的控。 第第 2 章、设计任务及要求章、设计任务及要求 2.1.设计任务设计任务 根据大学教室中日光灯的利用情况，现在大多数教室的照明控制系统都采用的是传统的手动 控制方式，浪费现象比较严重。教室中的开关虽然有分区域控制的功能，不过没有人关心哪排灯 由哪个开关控制，因而也就出现了所谓的长明灯现象。针对这种现象，为了能既满足学生学习照 明的主要功能，又要尽量节约能源，就需要用科学的管理和控制，使两者完美统一。因而提出以 下智能控制系统。 教室智能照明控制系统的作用是在保证教室正常照明的前提条件下，利用 PLC 自动控制的方 法对日光灯的亮灭实行智能控制从而达到节能的效果，同时也有效地延长了灯具的使用寿命。 2.2.设计要求设计要求 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， 仅以河西学院三号教学楼某一教室为例进行分析，如 A302。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讲台灯光，放影完毕时 打开教室讲台灯光，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。安装在每个区域的红外探测器和光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719 点需要照度计工作，1923点不需要照度计工作。 讲台区域 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 第第 3 章、硬件设计章、硬件设计 表 1 使用器件表 序号名称型号规格数量备注 1红外探测器4无 2光照传感器4无 3.1.选选 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 S7-200PLC 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、红外探测器和光照传感器；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 CPU224 模块，此模块有 14 个输入，10 个输出。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。运用扩展模块 EM235 将信号输入到 PLC 中，控制系统的框图如图 2 所示。 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 3.2.输入输出编址输入输出编址 系统输入点及地址：启动 I0.0 停止 I0.1、红外探测器 I1.0I1.3、光照传感器 I0.4I0.7。T37 为定时器。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。EM235 为模拟量模块，有 4 路输入，一路输出。 表 2 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 启动开关I0.0 红外探测器（区域 1）I1.0 停止开关I0.1 红外探测器（区域 2）I1.1 投影开关I0.2 红外探测器（区域 3）I1.2 讲台开关I0.3 红外探测器（区域 4）I1.3 光照探测器 （区域 1）I0.4区域 1 灯Q0.1 光照探测器（区域 2）I0.5区域 2 灯Q0.2 光照探测器（区域 3）I0.6区域 3 灯Q0.3 光照探测器（区域 4）I0.7区域 4 灯Q0.4 3.3.PLC 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。 照明智能控制外部接线图如图 3 所示。 220V L1 L2 L3 L4 I0.0 I0.2 I0.3 AC Q0.1 Q0.2 Q0.0 Q0.3 Q0.4 CPU224 启动开关 停止开关 投影开关 讲台开关 I0.1 光照度传感器 红外线探测器 ML EM235 RA A+RBA-B+ B- RC C+RD D+ D-C- RAA+ A- RBB+B- RCC+C-RDD+D- ML I0.4I0.5I0.6I0.7 I1.0I1.2I1.1I1.3 M L EM235 图 3 PLC 外部接线图 第第 4 章、软件设计章、软件设计 4.1、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： 开始 Y 关闭多媒体和 所有照明 07：0019：0019：0023：00多媒体和讲台 灯通电 N 开灯不开灯 N Y 不开灯 是否是 23：00 07：00 光照是否充足是否有人 是否有人 不开灯开灯 N Y YN 图 4 程序流图 4.2.梯形图程序设计梯形图程序设计 用 SETP7 软件语句表编写的控制程序如下： 此程序通过软件模拟仿真可以达到期望的控制要求。 4.3.程序分析程序分析 按下 I0.0 按钮，线圈 M0.0 通电并自锁，同时定时器 T37 开始定时，每定时 300s 计数器 C1 计数 一次，共计 288 次。在计数工程中，当前计数值在 0-144 范围内时，即在 7:00-19:00 内，内部 标志位存储器 M0.1 接通，此时分为两种情况，一是若教室光线不足，则对应光照传感器的按钮 I0.4，I0.5，I0.6，I0.7 接通，同时默认此时间段教室一直有人，故线圈 Q0.1 ,Q0.2 ,Q 0.3 , Q0.4 接通，灯亮；二是教室光线充足，则对应光照传感器的按钮 I0.4，I0.5，I0.6，I0.7 断开，同时默 认此时间段教室一直有人，故线圈 Q0.1 ,Q0.2 , Q0.3 , Q0.4 断电，灯灭。当前计数值在 144-192 范围内时， 即在 19:00-23:00 内，内部标志位存储器 M0.2 接通，此时分为两种情况，一是若教室有人呢， 则对应红外探测传感器的按钮 I1.0，I1.1，I1.2，I1.3 接通，同时默认此时间段教室光线不充足， 故线圈 Q0.1 ,Q0.2 , Q 0.3 , Q0.4 接通，灯亮。二是教室无人，则对应光照传感器的按钮 I1.0，I1.1，I1.2，I1.3 断开，同时默认此时间段教室光线不足，故线圈 Q0.1 ,Q0.2 , Q 0.3 , Q0.4 断电，灯灭。当前计数值在 192-288 范围内时，即在 23:00-7:00 内，内部标志位存储器 M0.3 接 通，教室无人，光线不足，灯灭。 第第 5 章、程序调试章、程序调试 现场程序调试接线图 5.1、 7:00-19:00 光线不足，教室有人光线不足，教室有人 7:00-19:00 光线不足，教室有人。此时光照探测器所对应的触点闭合（即 I0.4 ,I0.5，I0.6，I0.7 闭合）且红外探测器所对应的触点也闭合（即 I1.0 ,I1.1 ,I1.2 ,I1.3 闭合） ，线圈通电（Q0.1 ,Q0.2 ,Q0.3 ,Q0.4） ，灯亮。 5.2、 7:00-19:00 光线充足，教室有人光线充足，教室有人 7:00-19:00 光线充足，教室有人。此时光照探测器所对应的触点闭合（即 I0.4 ,I0.5，I0.6，I0.7 断开）且红外探测器所对应的触点闭合（即 I1.0 ,I1.1 ,I1.2 ,I1.3 闭合） ，线圈不通电（Q0.1 ,Q0.2 ,Q0.3 ,Q0.4） ，灯不亮。 5.3、 19:00-23:00 光线不足，教室有人光线不足，教室有人 19:00-23:00 光线不足，教室有人。此时光照探测器所对应的触点闭合（即 I0.4 ,I0.5，I0.6，I0.7 闭合）且红外探测器所对应的触点闭合（即 I1.0 ,I1.1 ,I1.2 ,I1.3 闭合） ，线圈通电 （Q0.1 ,Q0.2,Q0.3,Q0.4） ，灯亮。 5.4、 19:00-23:00 光线不足，教室无人光线不足，教室无人 19:00-23:00 光线不足，教室无人。此时光照探测器所对应的触点闭合（即 I0.4 ,I0.5，I0.6，I0.7 闭合）且红外探测器所对应的触点闭合（即 I1.0 ,I1.1 ,I1.2 ,I1.3 断开） ，线圈不通 电（Q0.1 ,Q0.2 ,Q0.3 ,Q0.4） ，灯不亮。 5.5、 23:00-7:00 光线不足，教室无人光线不足，教室无人 23:00-7:00 光线不足，教室无人。此时光照探测器所对应的触点闭合（即 I0.4 ,I0.5，I0.6，I0.7 闭合）且红外探测器所对应的触点闭合（即 I1.0 ,I1.1 ,I1.2 ,I1.3 断开） ，与此同时 M0.3 线圈通电， 使得它的常闭触点断开，本网络运行不下去，故线圈不通电（Q0.1 ,Q0.2 ,Q0.3 ,Q0.4） ，灯不亮。 第第 6 章、设计总结章、设计总结 通过本次 PLC 课程设计，使我明白了自己在学习这门课时在方法上存在的不足，让我对 PLC 梯形图，指令表，外部接线图有了更好的了解，也让我了解了关于 PLC 的设计原理，有很 多设计理念来源于实际，从中找到正确的设计方法。本次课程设计是要求小组完成，所以遇到问 题要求和同学互相交流互相讨论。我们在做课程设计的过程中要不断的讨论问题，这样，我们可 以尽可能的统一思想，这样就不会使自己在做的过程中没有方向，并且这样也是为了方便之后设 计能更加完善，讨论不仅仅是一些思想的问题，还可以深入讨论一些技术的问题，这样可以使自 己处理问题要快一些，少走弯路，多改变自己的设计方法，在设计过程中最好要不停的改善自己 解决问题的方法，这样可以方便自己解决问题。总之，这次设计对我真的很有好处，给我弥补了 很多我欠缺的知识，像梯形图电路的自锁，以及 PLC 电路的硬件连接以及相关软件的使用，在今 后的学习过程中，要更加努力的学习自己的专业知识，多多和同学和老师交流，相信不久的将来 可以有点成绩。 在这次设计实践之后，我学会了 PLC 的基本编程方法，对 PLC 的工作原理和使用方法也有 了更深刻的理解。在读理论的运用中，提高了我们的工程素质，在没有做实践设计以前，我们对 知道的掌握都是思想上的，对一些细节不加重视。在课程设计过程中我了解到，PLC 并不是一门 单一的编程技术，它是一门系统专业课程。PLC 可以广义的认为是一台背嵌入操作系统的高可靠 性 PC 机。首先需要精深 PLC 本身的编程语言梯形图、语句表语言。然后根据程序在实验室进行 调试，使其达到预期的程度。最后，依照调试结果写论文。不断地锻炼自己的动手和思维能力。 最后也要感谢张晓峰老师的悉心指导，才能使我们的设计得以顺利完成。 参考文献参考文献 1 廖常初.PLC 编程及应用.北京