基于S7-200 PLC与MCGS组态的隧道照明控制系统设计

基于PLC与组态的隧道照明控制系统课题名称：基于PLC与组态的隧道照明控制系统班级学生姓名指导老师完成日期2016.12

摘要本课题是基于PLC和组态的隧道照明控制系统的设计，通过分析高速公路隧道照明控制系统的工艺要求，选择西门子PLCS7－224PLC为下位机，组态软件MCGS为上位机，设计了可以选择手动和自动模式进行隧道照明控制。手动方式，根据当前情形进行手动控制。自动操作采用春夏秋冬不同的季节，设定不同的分段时序，进行控制。同时考虑了突发事件，例如车祸或者火灾情形。设计主电路图，分配输入和输出点，设计接线图，PLC梯形图和MCGS监控画面。控制系统具有简单，稳定，容易操作。关键词：隧道照明MCGS梯形图全套图纸加V信153893706或扣3346389411

AbstractThistopicisthedesignoftunnellightingPLCandconfigurationcontrolsystembasedon,throughtheanalysisofthetechnologyofhighwaytunnellightingcontrolsystem,SIEMENSPLCS7224PLCaslowermachine,MCGSconfigurationsoftwareforthePC,thedesigncanchoosemanualandautomaticmodeoftunnellightingcontrol.Manualcontrolaccordingtothecurrentsituation.Automaticoperationofthespringandsummer,autumnandwinterseasons,setdifferenttimesequence,control.Atthesametime,takingintoaccounttheemergency,suchasacaraccidentorfire.Thedesignofthemaincircuitdiagram,thedistributionofinputandoutputpoints,designwiringdiagram,PLCladderdiagramandMCGSmonitorscreen.Thecontrolsystemissimple,stableandeasytooperate.Keywords:TunnelLightingMCGSLadderDiagram

目录第一章绪论 5第二章控制要求 6第三章硬件设计 83.1主电路设计 83.2I/O口分配表 93.3PLC接线图 10第四章软件设计 114.1PLC内部使用地址 114.2PLC梯形图 114.3语句表程序 26第五章组态画面设计 345.1通信设定 345.2组态变量的建立 365.3建立画面 395.4运行 40设计总结 42参考文献 43

第一章绪论隧道作为高等级公路的特输路段，当车辆在驶入、通过和驶出隧道的过程中，会出现一系列的视觉问题，为适应视觉的变化，当汽车驾驶员驶车进入隧道入口时，在白天，突然面对一个亮度相对很低的光环境入口，视觉需要尽快调整以适应光环境由明到暗的变化，会出现“黑洞效应”；在驶出隧道时情况正好相反，面对一个白亮的洞口视觉需要尽快调整以适应光环境由暗到明的变化，会出现“白洞效应”；在夜晚，同样需要清楚地看到前方路况。因此需在隧道内设置附加电光照明。需采用自动控制系统使洞内亮度随洞外亮度完全同步变化，以消除司机的“暗适应”与“明适应”的视觉问题，并且最大限度的节省能源。同时，如何在隧道内各段采用不同强度的照明来改善隧道内的光照及其分布，创造洞内良好的工作视觉环境，确保在白天和夜间行驶的车辆以设计速度能够安全地接近、穿越和通过隧道，预防隧道内交通事故的发生，保证隧道的正常运营，就是隧道照明控制系统要解决的问题。同时隧道照明也是隧道运营费用中最大的日常开支项目之一，安全、舒适又经济节能的照明技术也是研究的目标。

第二章控制要求照明器分为以下类型：A基本照明 B基本照明C加强照明覆盖全面D加强照明覆盖引入段和过渡段E加强照明覆盖引入段L隧道路灯照明控制方式分自动和手动模式。手动模式:分为下面五级照明控制模式，分别为“晴天”、“多云”、“阴天”、“夜间”和“更夜”。表2-1手动模式控制表手动模式照明器手动晴天运行ABCDE手动多云运行ABCD手动阴天运行ABC手动夜间运行ABL手动更夜运行(A或B）L自动模式：分段时序控制方式主要根据不同地区的季节的不同和一天中不同的时段来改变不同照明回路的工作状态。可以通过对隧道地理位置和气候状况的调查表2-2自动控制时序表

模式春季夏季秋季冬季A+B+C6—8,16—195—7,17—196—8,17—187—8,16—17A+B+C+D9—10,14—158—10,14—169—10,14—169—10,14—15A+B+C+D+E11—1311—1311—1311—13(A或B)+L0—50—40—50—6A+B+L19—2320—2319—2318—23另外，当隧道内发生火灾时，无论照明现状如何，在照明控制系统没有失效的前提下，将隧道内所有照明开启，以利于司乘人员的疏散和救援；当隧道内发生交通事故时，避灾引导灯和事故位置前后各回路的照明灯全部开启，使该位置照度达到最好程度，为驾驶人员提供良好的视觉环境，以免事故扩大；因火灾、事故或其他原因使用人行或车行横洞时，相应横洞的照明灯开启。

第三章硬件设计3.1主电路设计外部交流220V电源经L，N供设备使用。QF1是总设备断路器，起到接通断开设备电源作用。FU1是总的熔断器，起到过流保护作用。QF2是控制电路断路器，可以通断控制电路电源作用。A1是直流电源，将交流220V变成24V直流电，供PLC和后续电路使用。FU2是控制电路熔断器，起到过流保护作用。QF3是A类照明灯回路断路器，可以通断A类照明灯回路电源作用。FU3是A类照明灯回路熔断器，起到过流保护作用。KM1是A类照明灯启动接触器。HL1是A类照明灯。QF4是B类照明灯回路断路器，可以通断B类照明灯回路电源作用。FU4是B类照明灯回路熔断器，起到过流保护作用。KM2是B类照明灯启动接触器。HL2是B类照明灯。图2-1主电路图QF5是C类照明灯回路断路器，可以通断C类照明灯回路电源作用。FU5是C类照明灯回路熔断器，起到过流保护作用。KM3是C类照明灯启动接触器。HL3是C类照明灯。QF6是D类照明灯回路断路器，可以通断D类照明灯回路电源作用。FU6是D类照明灯回路熔断器，起到过流保护作用。KM4是D类照明灯启动接触器。HL4是D类照明灯。QF7是E类照明灯回路断路器，可以通断E类照明灯回路电源作用。FU7是E类照明灯回路熔断器，起到过流保护作用。KM5是E类照明灯启动接触器。HL5是E类照明灯。QF8是L类照明灯回路断路器，可以通断L类照明灯回路电源作用。FU8是L类照明灯回路熔断器，起到过流保护作用。KM6是L类照明灯启动接触器。HL6是L类照明灯。3.2I/O口分配表PLC输入和输出分配表见表3-1和3-2所示表3-1数字量输入分配表功能作用内部地址外部编号手动控制I0.0SB1自动控制I0.1SB2手动晴天运行模式I0.2SB3手动多云运行模式I0.3SB4手动阴天运行模式I0.4SB5手动夜间运行模式I0.5SB6手动更夜运行模式I0.6SB7火灾或者车祸模式I0.7SB8表3-2数字量输出分配表功能作用内部地址外部编号开启A类照明器Q0.0KM1开启B类照明器Q0.1KM2开启C类照明器Q0.2KM3开启D类照明器Q0.3KM4开启E类照明器Q0.4KM5开启L类照明器Q0.5KM63.3PLC接线图PLC接线图见图3-2所示。图3-2PLC接线图

第四章软件设计4.1PLC内部使用地址为了方便编程和容易阅读，定义了内部使用地址，内部地址如下表3-1所示表3-1内部数据名称内部地址备注自动运行模式M0.0手动晴天运行M1.0ABCDE手动多云运行M1.1ABCD手动阴天运行M1.2ABC手动夜间运行M1.3ABL手动更夜运行M1.4(A或B）L自动晴天运行模式M2.0ABCDE自动多云运行模式M2.1ABCD自动阴天运行模式M2.2ABC自动夜间运行模式M2.3ABL自动更夜运行模式M2.4(A或B）L春M3.0夏M3.1秋M3.2冬M3.3当前年份VB0年(0-99)当前月份VB1月(1-12)当前小时VB3小时(0-23)4.2PLC梯形图读取实时时钟系统运行，使用系统特殊标志SM0.0，一直ON，常开触点一直闭合，使用时钟读取命令，READ_RTC读取当前PLC内部的实时时钟，保存在以VB0开始的字节中。其中：当前年份 VB0 年(0-99)当前月份 VB1 月(1-12)当前小时 VB3 小时(0-23)判断当前季节系统当前月份读取VB1在3-5之间则为春季系统当前月份读取VB1在6-8之间为夏季系统当前月份读取VB1在9-11之间为秋季系统当前月份读取VB1在12,1-2之间为冬季手动自动模式M0.0=0为手动模式，=1为手动模式，预设为自动模式按手动控制按钮SB1，则系统为手动运行，M0.0常开触点闭合。进行自保。按自动模式按钮SB2，I0.1常闭触点断开，则停止手动运行模式，执行自动运行手动运行模式手动模式时，M0.9常开触点闭合，则按晴天模式SB3，I0.2常开触点闭合，则置位M1.0，置位手动晴天模式，复位其他的模式。同样的，按手动多云模式按钮SB4，I0.3常开触点闭合，则置位M1.1，置位手动多云模式，复位其他的模式。同样的，按手动阴天模式按钮SB5，I0.4常开触点闭合，则置位M1.2，置位手动阴天模式，复位其他的模式。同样的，按手动夜间模式按钮SB6，I0.5常开触点闭合，则置位M1.3，置位手动夜间模式，复位其他的模式。同样的，按手动更夜模式按钮SB7，I0.6常开触点闭合，则置位M1.4，置位手动更夜模式，复位其他的模式。自动晴天模式选择自动模式，M0.0常闭触点闭合，当前读取的小时VB3在11点（含11点）和13点（含13点）之间，则置位晴天模式，复位其他的模式。自动多云运行选择自动模式，M0.0常闭触点闭合，当前为春季M3.0常开触点闭合或者冬季M3.3常开触点闭合，则当前读取的小时VB3在9点（含9点）和10点（含10点）之间，则置位多云模式，复位其他的模式；当前为春季M3.0常开触点闭合或者冬季M3.3常开触点闭合，则当前读取的小时VB3在14点（含14点）和15点（含15点）之间，则置位多云模式，复位其他的模式；当前为夏季M3.1常开触点闭合，则当前读取的小时VB3在08点（含08点）和10点（含10点）之间，则置位多云模式，复位其他的模式；当前为秋季M3.2常开触点闭合，则当前读取的小时VB3在09点（含09点）和10点（含10点）之间，则置位多云模式，复位其他的模式；当前夏季M3.1常开触点闭合或者为秋季M3.2常开触点闭合，则当前读取的小时VB3在14点（含14点）和16点（含16点）之间，则置位多云模式，复位其他的模式；自动阴天运行模式选择自动模式，M0.0常闭触点闭合，当前为春季M3.0常开触点闭合，则当前读取的小时VB3在6点（含6点）和8点（含8点）之间，则置位阴天模式，复位其他的模式；当前为春季M3.0常开触点闭合，则当前读取的小时VB3在16点（含16点）和19点（含19点）之间，则置位阴天模式，复位其他的模式；当前为夏季M3.1常开触点闭合，则当前读取的小时VB3在05点（含05点）和7点（含7点）之间，则置位阴天模式，复位其他的模式；当前为夏季M3.1常开触点闭合，则当前读取的小时VB3在17点（含17点）和19点（含19点）之间，则置位阴天模式，复位其他的模式；当前为秋季M3.2常开触点闭合，则当前读取的小时VB3在06点（含06点）和8点（含8点）之间，则置位阴天模式，复位其他的模式；当前为秋季M3.2常开触点闭合，则当前读取的小时VB3在17点（含17点）和18点（含18点）之间，则置位阴天模式，复位其他的模式；当前为冬季M3.3常开触点闭合，则当前读取的小时VB3在07点（含07点）和8点（含8点）之间，则置位阴天模式，复位其他的模式；当前为冬季M3.3常开触点闭合，则当前读取的小时VB3在17点（含17点）和18点（含18点）之间，则置位阴天模式，复位其他的模式；自动夜间运行模式自动模式：春季，19点到23点为自动夜间运行模式。夏季，20点到23点为自动夜间运行模式。秋季，19点到23点为自动夜间运行模式。冬季，18点到23点为自动夜间运行模式。自动更夜运行模式自动模式：春季，0点到5点为自动更夜运行模式。夏季，0点到4点为自动更夜运行模式。秋季，0点到5点为自动更夜运行模式。冬季，0点到6点为自动更夜运行模式。开启A类照明器:Q0.0手动模式，M0.0常开触点闭合，则手动晴天模式，手动多云模式，手动阴天模式，手动夜间模式，手动更夜模式，开启A类照明灯。自动模式，M0.0常闭触点闭合，则自动晴天模式，自动多云模式，自动阴天模式，自动夜间模式，自动更夜模式，开启A类照明灯。或者检测到火灾或者车祸，开启A类照明开启B类照明器:Q0.1手动模式，M0.0常开触点闭合，则手动晴天模式，手动多云模式，手动阴天模式，手动夜间模式，开启B类照明灯。自动模式，M0.0常闭触点闭合，则自动晴天模式，自动多云模式，自动阴天模式，自动夜间模式，开启B类照明灯。或者检测到火灾或者车祸，开启B类照明开启C类照明器:Q0.2手动模式，M0.0常开触点闭合，则手动晴天模式，手动多云模式，手动阴天模式，开启C类照明灯。自动模式，M0.0常闭触点闭合，则自动晴天模式，自动多云模式，自动阴天模式，开启C类照明灯。或者检测到火灾或者车祸，开启C类照明手动模式，M0.0常开触点闭合，则手动晴天模式，手动多云模式，开启D类照明灯。自动模式，M0.0常闭触点闭合，则自动晴天模式，自动多云模式，开启D类照明灯。或者检测到火灾或者车祸，开启D类照明开启E类照明器:Q0.4手动模式，M0.0常开触点闭合，则手动晴天模式，开启E类照明灯。自动模式，M0.0常闭触点闭合，则自动晴天模式，开启E类照明灯。或者检测到火灾或者车祸，开启E类照明开启L类照明器:Q0.5手动模式，M0.0常开触点闭合，则手动更夜模式，开启L类照明灯。自动模式，M0.0常闭触点闭合，则自动更夜模式，开启L类照明灯。或者检测到火灾或者车祸，开启L类照明4.3语句表程序ORGANIZATION_BLOCK主程序:OB1TITLE=BEGINNetwork1//读取实时时钟LDSM0.0TODRVB0Network2//判断当前季节//3-5春季//6-8夏季//9-11秋季//12,1-2冬季LDSM0.0LPSAB>=VB1,16#03AB<=VB1,16#05=M3.0LRDAB>=VB1,16#06AB<=VB1,16#08=M3.1LRDAB>=VB1,16#09AB<=VB1,16#11=M3.2LPPLDB=VB1,16#12OB=VB1,16#1OB=VB1,16#02ALD=M3.3Network3//手动自动模式//M0.0=0为手动模式，=1为手动模式，预设为自动模式LDI0.0OM0.0ANI0.1=M0.0Network4//手动运行模式LDM0.0LPSAI0.2SM1.0,1RM1.1,4LRDAI0.3SM1.1,1RM1.0,1RM1.2,3LRDAI0.4SM1.2,1RM1.0,2RM1.3,2LRDAI0.5SM1.3,1RM1.0,3RM1.4,1LPPAI0.6SM1.4,1RM1.0,4Network5//自动晴天模式LDNM0.0AB<=VB3,16#11AB>=VB3,16#13SM2.0,1RM2.1,4Network6//自动多云运行LDNM0.0LDM3.0OM3.3LDB>=VB3,16#09AB<=VB3,16#10LDB>=VB3,16#14AB<=VB3,16#15OLDALDLDM3.1AB>=VB3,16#08AB<=VB3,16#10LDM3.2AB>=VB3,16#09AB<=VB3,16#10OLDOLDLDM3.1OM3.2AB>=VB3,16#14AB<=VB3,16#16OLDALDSM2.1,1RM2.0,1RM2.2,3Network7//自动阴天运行模式LDNM0.0LDM3.0LDB>=VB3,16#06AB<=VB3,16#08LDB>=VB3,16#16AB<=VB3,16#19OLDALDLDM3.1LDB>=VB3,16#05AB<=VB3,16#07LDB>=VB3,16#17AB<=VB3,16#19OLDALDOLDLDM3.2LDB>=VB3,16#06AB<=VB3,16#08LDB>=VB3,16#17AB<=VB3,16#18OLDALDOLDLDM3.3LDB>=VB3,16#07AB<=VB3,16#08LDB>=VB3,16#16AB>=VB3,16#17OLDALDOLDALDSM2.2,1RM2.0,2RM2.3,2Network8//自动夜间运行模式LDNM0.0LDM3.0AB>=VB3,16#19AB<=VB3,16#23LDM3.1AB>=VB3,16#20AB<=VB3,16#23OLDLDM3.2AB>=VB3,16#19AB<=VB3,16#23OLDLDM3.3AB>=VB3,16#18AB<=VB3,16#23OLDALDSM2.3,1RM2.0,3RM2.4,1Network9//自动更夜运行模式LDNM0.0LDM3.0AB>=VB3,16#0AB<=VB3,16#05LDM3.1AB>=VB3,16#0AB<=VB3,16#04OLDLDM3.2AB>=VB3,16#0AB<=VB3,16#05OLDLDM3.3AB>=VB3,16#0AB<=VB3,16#06OLDALDSM2.4,1RM2.0,4Network10//开启A类照明器:Q0.0LDM1.0OM1.1OM1.2OM1.3OM1.4AM0.0LDM2.0OM2.1OM2.2OM2.3OM2.4ANM0.0OLDOI0.7=Q0.0Network11//开启B类照明器:Q0.1LDM1.0OM1.1OM1.2OM1.3AM0.0LDM2.0OM2.1OM2.2OM2.3ANM0.0OLDOI0.7=Q0.1Network12//开启C类照明器:Q0.2LDM1.0OM1.1OM1.2AM0.0LDM2.0OM2.1OM2.2ANM0.0OLDOI0.7=Q0.2Network13//开启D类照明器:Q0.3LDM1.0OM1.1AM0.0LDM2.0OM2.1ANM0.0OLDOI0.7=Q0.3Network14//开启E类照明器:Q0.4LDM1.0AM0.0LDM2.0ANM0.0OLDOI0.7=Q0.4Network15//开启L类照明器:Q0.5LDM1.4AM0.0LDM2.4ANM0.0OLDOI0.7=Q0.5END_ORGANIZATION_BLOCK

第五章组态画面设计5.1通信设定打开MCGS编辑软件，打开设备窗口，如下图所示。图5-1打开设备窗口双击设备窗口，打开MCGS组态环境，设备组态，设备窗口。从设备工具箱中的设备管理添加同样串口父设备0，添加设备0，西门子S7_200PPI，s图5-2添加父设备和设备0双击串