基于PLC的教室智能照明系統(tǒng)設計摘要本文闡述了教室智能照明的控制方法以及PLC在教室智能照明控制系統(tǒng)中的應用，并對西門子S7-200系列PLC進行了詳細的介紹，然后在此基礎上，提出了以S7-200系列PLC為主要器件設計教室智能照明控制系統(tǒng)的方法，其基本原理是采用西門子公司的S7-200系列的PLC作為核心控制部件，采用熱釋紅外人體傳感器檢測人體的存在，采用光敏三極管構成的電路檢測環(huán)境光的強度;根據(jù)教室合理開燈的條件，系統(tǒng)通過對人體的存在信號和環(huán)境光信號的識別和智能判斷，完成對教室照明回路的智能控制，避免了教室用電的大量浪費。最后，提出了系統(tǒng)的梯形圖程序設計，并進行了仿真。本設計具有經(jīng)濟性好、可靠性高、實用性強等優(yōu)點，可以滿足各院校教室燈光照明控制的要求，很大程度的達到節(jié)能目的。關鍵詞:教室智能照明；PLC；梯形圖程序

InteriorIntelligentLightingDesignbasedonPLCAbstractThispaperdescribestheclassroomintelligentlightingcontrolmethodandPLCapplicationsintheclassroomintelligentlightingcontrolsystem,adetailedintroductionofSiemensS7-200seriesPLC.Then,onthisbasis,S7-200seriesPLCasthemaindevicedesignclassroomintelligentlightingcontrolsystem,thebasicprincipleistheuseofSiemensS7-200seriesPLCasthecorecontrolunit,theuseofinfraredhumanbodythesensordetectsthepresenceofahumanbody,usingthephototransistorcircuitconstituteddetectedambientlightintensity;underclassroomreasonablylightsconditions,throughtheidentificationandsmartAnalyzinghumanpresencesignalandambientlightsignal,thecompletionoftheclassroomlightingcircuitsmartcontrol,toavoidwastingalotofelectricityclassroom.Finally,itproposedthedesignofladderprogram,andsimulationiscarriedout.Thisdesignhasagoodeconomy,highreliability,andpracticaladvantagestomeettherequirementsoftheinstitutionsclassroomlightingcontrol,toalargeextent,tosaveenergy.Keywords:Classroomintelligentlighting；PLC；Ladderprogr

目錄摘要 IAbstract II1．緒論 51.1本課題研究的目的和意義 51.2國內外研究狀況和相關成果 51.3本課題研究的主要內容 61.4本課題需要解決的問題 72．系統(tǒng)控制方案的設計 82.1系統(tǒng)設計的可行性分析 82.1.1設計方案的可行性 82.1.2知識能力的可行性 82.1.3實驗條件的可行性 82.2系統(tǒng)控制方案的分析 82.3分區(qū)和分時控制方案的構想 92.4系統(tǒng)的功能組成 103.硬件系統(tǒng)設計 113.1選擇PLC類型 113.1.1PLC的定義 113.1.2PLC的基本組成及各部分作用 113.1.3．PLC的特點 143.1.4S7-200PLC 153.2數(shù)據(jù)采集電路 193.3環(huán)境光采集電路 193.4人體存在傳感器的工作原理 203.5PLC外圍連線圖 214軟件設計 234.1程序流程圖 234.2STEP7-Micro/WINV4.0編程軟件 244.2.1STEP7-Micro/WINV4.0編程軟件主界面及基本組成 244.2.2梯形圖的編寫 254.3輸入輸出地址 254.4梯形圖程序設計 265系統(tǒng)仿真 295.1 S7-200V4.0的仿真軟件 295.2仿真測試 30結論 36參考文獻 37附錄A:程序清單 39致謝 411．緒論1.1本課題研究的目的和意義。例如樓道燈光的自動控制等等。所有這些使得教1.2國內外研究狀況和相關成果進一步擴大監(jiān)控系統(tǒng)點位，自動實時監(jiān)控和遠程控制照明設施的開關燈，具有重要的現(xiàn)實意義。而可編程控制器（ProgrammableLogicalController，簡稱PLC）作為自動控制的重要組成部分，已成為大多數(shù)自動化系統(tǒng)的設備基礎?？删幊炭刂破魇且环N以微處理器為核心，綜合了計算機技術、自動控制技術、通信技術和繼電器控制技術而發(fā)展起來的新型工業(yè)控制裝置，具有編程容易、體積小、使用靈活方便、抗干擾能力強、可靠性高等一系列優(yōu)點，其功能越來越強大，應用范圍越來越廣闊，如冶金、機械、電力、石油、煤炭、化工、輕紡、交通、食品、環(huán)保、輕工、建材等工業(yè)部門都有廣泛應用。它不但可以很容易地完成順序邏輯、運動控制、定時控制、計數(shù)控制、數(shù)字運算、數(shù)據(jù)處理等功能，而且可以通過輸入/輸出接口建立與各類生產(chǎn)機械數(shù)字量和模擬量的聯(lián)系，從而實現(xiàn)對系統(tǒng)過程的自動控制[4]?？删幊炭刂破魇橇甏l(fā)展起來1.3本課題研究的主要內容作為一名即將畢業(yè)的學生，在校期間，對學校的教室以及圖書館的照明設計不太滿意。本人認為有很多可以改進的地方。試舉一下幾種不太好的現(xiàn)象：一是在不需要開燈的情況下，燈長亮；二是人走燈長明，以至于管理員很辛苦的一個教室挨一個教室的去關燈。因為這些情況都造成了很多不必要的浪費。這樣下來，無形中所浪費的電能是非常驚人的。據(jù)測算，這種現(xiàn)象的耗電占其單位所有耗電的40%

左右。因此，有必要在保證照明質量的前提下，實施照明節(jié)能措施。這不僅可以節(jié)約能源，而且會產(chǎn)生明顯的經(jīng)濟效益。當然說經(jīng)過教導，相信肯定可以減少這些浪費能源的情況發(fā)生，但從技術上完全可以解決這個問題。廉價實用的PLC就是為此而生的。可編程序控制器簡稱為PLC.是近年發(fā)展迅速的工業(yè)控制裝置，已廣泛應用于工業(yè)企業(yè)的各個領域。PLC是以微處理器為基礎，綜合了現(xiàn)代計算機技術、自動控制技術和通信技術發(fā)展起來的一種新型的通用工業(yè)自動控制裝置。它具有控制功能強、可靠性高、環(huán)境適應性好、配置靈活、編程簡單、使用方便、易于擴展等優(yōu)點。因此，近年來在工業(yè)自動控制、機電一體化、改造傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)等方面得到了廣泛的應用。針對生活中這種照明中電能浪費的現(xiàn)象設計一套使用PLC控制的智能照明系統(tǒng)。本設計的主要應用范圍也是教室、圖書館和辦公室等公共場所。本設計采用S7-200系列的PLC控制器控制照明系統(tǒng)，根據(jù)教室照明系統(tǒng)的工作特點PLC實現(xiàn)對照明系統(tǒng)的控制，總體設計主要包括硬件線路的設計I/0分配，此系統(tǒng)的工作原理是將采集的信號通過傳輸電路傳輸給

PLC

控制系統(tǒng)。經(jīng)過控

制系統(tǒng)的分析處理以后,將控制信號輸出給執(zhí)行機構中的接觸器。通過控制接觸

器的接通與斷開來控制教室中的每一盞照明燈的接通與斷開。該系統(tǒng)應用了兩種傳感器，人體紅外傳感器和自然光線傳感器，對現(xiàn)場的自然照明情況和人員情況，實現(xiàn)實時自動檢測與控制的功能，從而實現(xiàn)節(jié)能降耗的目的。具體功能如下：第一，系統(tǒng)設計人體紅外檢測電路，有進入探測范圍時輸出信號。第二，系統(tǒng)設計自然光檢測電路，對照明現(xiàn)場的亮度進行自動檢測。雖在工作時間，但現(xiàn)場的亮度如果能夠滿足設定要求時，系統(tǒng)同樣關閉照明設備。第三，設計按鍵電路，設定強制開燈和強制關燈按鍵。如有需要人為開燈或滅燈，可按相應鍵。比如在教室內，晚上要演示幻燈片，現(xiàn)實條件是室內有人，自然照度不滿足工作要求，按照系統(tǒng)的自動控制程序，是不會滅燈的，但本人們確實需要燈滅，這時就可以按下強制關燈按鍵[8]。1.4本課題需要解決的問題本課題通過各種試驗來研究教室燈光的各種控制,主要解決如下關鍵問題:1.環(huán)境光感采集問題。2.紅外傳感器采集以及輻射區(qū)域的問題。3.傳感器與教室照明燈的合理安裝問題。4.控制系統(tǒng)總圖以及程序的設定。2．系統(tǒng)控制方案的設計本章主要講述了系統(tǒng)控制方案的設計，其中主要內容包括對課題可行性的分析、系統(tǒng)控制方案的分析以及對分區(qū)分時控制方案的構想。2.1系統(tǒng)設計的可行性分析PLC2.1.1設計方案的可行性研究將硬件線路設計、PLC控制應用于教室照明智能控制系統(tǒng)，從而提高多段分時系統(tǒng)的穩(wěn)定性、可靠性、精確性。設計自動和手動兩種調節(jié)系統(tǒng)的啟停，以便在系統(tǒng)出現(xiàn)故障時可以人工控制照明系統(tǒng)。2.1.2知識能力的可行性通過平時所掌握硬件設計能力和實際的專業(yè)，近幾年的大學學習使得我掌握PLC2.1.3實驗條件的可行性2.2系統(tǒng)控制方案的分析所研制的智能控制器以自然光強度和人體存在作為控制器的主要輸入?yún)?shù)。112.3分區(qū)和分時控制方案的構想講臺區(qū)域1（前排左）前排右)3（后排左）后排右）講臺區(qū)域1（前排左）前排右)3（后排左）后排右）圖1傳感器在教室的分區(qū)控制圖紅外探測器安裝在五個區(qū)域的上方或能有效的覆蓋該區(qū)域探測范圍的地方,1個控制按鈕以手動的方式給PLC2.4系統(tǒng)的功能組成 通過輸出單元來控制各負載回路，各種形式的單元簡述如下：（1）系統(tǒng)單元：主系統(tǒng)對各區(qū)域實施相同的控制和信號采樣的網(wǎng)絡，子系（2）輸入單元：用于將外部控制信號變換成控制系統(tǒng)上傳輸?shù)男盘枺缈删幊痰亩喙δ?開//軟關斷等)輸入開關、紅外線接收開關及紅外線遙控器(實現(xiàn)燈光調光或開/關功能)。各種型式及多功能的控制板，可進行多點控制、時序控制等，調整照明，以達到使周圍環(huán)境保持適宜的照度，節(jié)約電能。（3）輸出單元：智能控制系統(tǒng)的輸出單元是用于接受來自控制器的定時信號，控制相應回路的輸出以實現(xiàn)實時控制。輸出單元有各種型式的繼電器。/關狀態(tài)，手動控制開關可在異常情況下采取處理措施[5]。采用智能照明控制系統(tǒng)的優(yōu)越性：（1）（2）延長光源的壽命延長光源壽命不僅可以節(jié)省大量資金，而且大大減少更換燈管的工作量，降低了照明系統(tǒng)的運行費用，管理維護也變得簡單了。（3）。3.硬件系統(tǒng)設計本章主要講述了PLC類型的選擇和其CPU的選型以及人體存在傳感器、光照傳感器等硬件的工作原理，最后設計出了PLC的外圍連線圖。3.1選擇PLC類型3.1.1PLC的定義根據(jù)國際電工委員會1987年對PLC作了如下定義:PLC是一種專門為在工作環(huán)境下應用而設計的數(shù)字運算操作的電子設備?？梢跃幹瞥绦虻拇鎯ζ?用來在其內部存儲器,執(zhí)行邏輯運算,順序操作,計算,操作指令,并且可以是數(shù)字或模擬的輸入和輸出,控制各種類型的機械或生產(chǎn)過程?？删幊炭刂破鲗嶋H上就是一種工業(yè)控制類的計算機,它的硬件結構與一般微機控制系統(tǒng)的結構基本上非常相似。可編程序控制器主要由中央處理單元、存儲器、輸入/輸出模塊、編程器和電源五大部分組成。近年來發(fā)展的速度非?？?已經(jīng)成為了應用極為廣泛的工業(yè)控制類裝置。它按照成熟的繼電器控制設計理念和設計思想,利用不斷發(fā)展的新技術、新電子器件,已經(jīng)形成了適應各種應用場合的各種系列產(chǎn)品[12]。3.1.2PLC的基本組成及各部分作用PLC控制系統(tǒng)的硬件主要由中央處理單元(CPU)、存儲(RAM、

ROM)、輸人/輸出(I/O)接口單元、電源單元等組成。不同型號的PLC可能使用不同的CPU部件，制造廠商使用CPU部件的指令系統(tǒng)編寫系統(tǒng)程序，并固化在只讀存儲器(ROM)中。存儲器主要用于存儲程序及數(shù)據(jù)，是PLC不可缺少的組成單元。中央處理器(CPU)一般是由都集成在塊芯片上的控制電路、運算器和寄存器組成的。CPU通過地址總線、數(shù)據(jù)總線和控制總線與存儲器單元、輸入/輸出(1/0)接口電路連接。

1.中央處理器(CPU)(1)CPU的作用CPU是PLC的核心，起神經(jīng)中樞的作用，每臺PLC至少有一個CPU。CPU按照系統(tǒng)程序賦予的功能指揮PLC進行工作。其主要任務如下:1)接收與存儲用戶由編程器輸人的用戶程序與數(shù)據(jù)。2)檢查編程過程中的語法錯誤，診斷電源及PLC內部的工作故障。3)用掃描方式工作，接收來自現(xiàn)場的輸人信號，并輸人到輸人映象寄存器與和數(shù)據(jù)存儲器中。4)在進人運行方式后，從存儲器中逐條讀取并執(zhí)行用戶程序，完成用戶程場序所規(guī)定的邏輯運算、算術運算及數(shù)據(jù)處理等操作。5)根據(jù)運靠結果，更新有關標志位的狀態(tài)，刷新輸出映象寄存器的內容，再經(jīng)輸出部件實現(xiàn)輸出控制.打印制表或數(shù)據(jù)通信等功能。

(2)CPU的組成CPU一般由控制器、運算器和寄存器組成，這些電路都集成在一個芯片內。1）控制器控制CPU的工作，由它讀取指令、解釋指令及執(zhí)行指令，但工作節(jié)奏由振蕩信號控制。2)運算器用于進行數(shù)字或邏輯運算，在控制器指揮下工作。3)寄存器參與運算，并存儲運算結果，它也是在控制器指揮下工作。CPU的控制器是用來統(tǒng)一指揮和控制PLC的工作部件。運算器則定輯、算術等運算的部件。PLC在CPU的指揮下使整個機器有條不紊地協(xié)調工作，以實現(xiàn)對現(xiàn)場設備的控制。

2.存儲器PLC中的存儲器主要用于存放系統(tǒng)程序、用戶程序和工作狀態(tài)數(shù)據(jù)等。常用的存儲器主要有PROM、EPROM、EEPROM、

RAM等，多數(shù)都集成在CPU單元內。根據(jù)PLC的工作原理，其存儲空間一般包括系統(tǒng)程序存儲區(qū)、系統(tǒng)RAM存儲區(qū)、用戶程序存儲區(qū)。1)系統(tǒng)程序存儲區(qū)。該存儲區(qū)用于存放著相當于計算機操作系統(tǒng)的系統(tǒng)程序，包括監(jiān)控程序、管理程序、命令解釋程序、功能子程序、系統(tǒng)診斷程序等。這些程序由制造廠商將各程序固化在EPROM中，用戶不能直接讀取，它決定了PLC的各項性能。系統(tǒng)程序是用來控制和完成PLC各種功能的程序。2)用戶程序存儲區(qū)。用戶程序存儲區(qū)用來存放由編程設備輸人的用戶針對具體控制任務自行編寫的用戶程序。

用戶程序是指使用者根據(jù)工程現(xiàn)場的生產(chǎn)過程和工藝要求編寫的控制程序，可通過編程設備修改或增刪。3)系統(tǒng)RAM存儲區(qū)。系統(tǒng)RAM存儲區(qū)也稱工作數(shù)據(jù)存儲區(qū)。工作數(shù)據(jù)是指PLC工作過程中經(jīng)常變化、需要經(jīng)常存取的數(shù)據(jù)，如參數(shù)測量結果、運算結果、設定值等數(shù)據(jù)一般都在RAM中。在工作數(shù)據(jù)存儲區(qū)中開辟有元件映象寄存器和數(shù)據(jù)表，包括Ivo數(shù)據(jù)映象區(qū)、定時器/計數(shù)的預置值和當前值的數(shù)據(jù)。

3.輸入/輸出接口單元PLC主要通過各類接口模塊的外接線，實現(xiàn)對工業(yè)設備和生產(chǎn)過程的檢測與控制。為了使PLC有很好的信號適應能力和抗干擾性能，在輸入/輸出接口單元中，一般均配有電子變換電路、光耦合器及阻容濾波電路等，以實現(xiàn)外部現(xiàn)易的各種信號與PLC內部信號的匹配和信號的正確傳遞。在接口上一般還有狀態(tài)指示，工作狀態(tài)直觀，便于維護。PLC提供了多種操作電平和驅動能力的I/O接口，供用戶選用。I/O接口的主要類型有數(shù)字量(開關量)輸入/輸出、模擬量輸人/輸出等。1)輸人接口模塊。輸人接口模塊用來接收和采集現(xiàn)場的信號。一種現(xiàn)場信號是指由按鈕、選擇開關、數(shù)字撥碼開關、限位開關、接近開關、光電開關、壓力繼電器或速度繼電器等提供的開關量輸人信號;另一種是指由電位器、熱電偶、測速發(fā)電機或各種變送器等提供的連續(xù)變化的模擬量信號。2)輸出接口模塊。輸出接口模塊用來連接被控對象中的各種執(zhí)行元件，如

按觸器電密網(wǎng)、指示燈或調節(jié)閥(模報量)、調速裝置(模擬量)等。其作用是把PC的內部信號轉換成現(xiàn)場執(zhí)行機構的各種開關信號或模擬信號。常用的開關量輸出接口按輸出開關器件不同有三種類型:繼電器輸出、晶體營輸出和雙向品閘管輸出。PLC的I/O接口所能接受的輸人信號個數(shù)和輸出信號個數(shù)稱為PLC輸人批出(I/O)點數(shù)。I/O點數(shù)是選擇PLC的重要依據(jù)之一。當系統(tǒng)的I/O點數(shù)不夠時，可通過PLC的I/O擴展接口對系統(tǒng)進行擴展。4.電源單元PLC一般使用220V的交流電源。內部的開關電源將交流電轉換成PLC的中央處理器、存儲器等電子電路工作所需的5V、12V、24V直流電源，使PLC能正常工作。

5.I/0擴展接口1/0擴展接口用于將擴展單元以及功能模塊與基本單元相連，使PLC的配

置更加靈活以滿足不同控制系統(tǒng)的需要。3.1.3．PLC的特點可編程控制器

PLC對用戶來說,是一種無觸點的設備,改變程序即可改變生產(chǎn)工藝。目前,可編程控制器已經(jīng)成為工廠自動化的強有力工具,得到了廣泛的應用。可編程控制器是面向用戶的專用工業(yè)控制計算機,具有許多明顯的特點。1.可靠性高,抗干擾的能力強PLC因為采用現(xiàn)代較先進的大規(guī)模集成電路技術,制造時運用嚴格的先進的生產(chǎn)過程和工藝步驟,由于內部的設計電路電路采用了較為先進的抗干擾技術,使其具有了較高可靠性。PLC以外的電路,在構成控制系統(tǒng)中,繼電器系統(tǒng)和PLC同等規(guī)模相比,開關接點及電氣接線已大大較小。除此之外,PLC還具有故障自我檢測等功能,出現(xiàn)故障時PLC會及時發(fā)出警報信息,作為提示。應用者還可以將自行編好的外圍器件的故障診斷程序輸入到所使用應用軟件中。這樣,整個系統(tǒng)具有極高的可靠性。2.配套齊全,功能完善,適用性強多數(shù)PLC具有完善的數(shù)據(jù)運算能力,可用于控制數(shù)字領域?？捎糜诟鞣N規(guī)模的工業(yè)控制應用。近年來PLC的功能單元也大量涌現(xiàn),從而使PLC滲透到了溫度實時控制、位置精確控制、CNC等各種工業(yè)控制中。再加上增強的通信能力的PLC

和人機界面技術,采用PLC控制系統(tǒng)組成多種變得非常容易。3.編程方便,易于使用PLC工業(yè)控制儀表是面向工礦企業(yè)。

PLC接口容易,工程技術人員是很容易接受它的編程語言。梯形圖的圖形符號及表達和繼電器電路非常相似,只有少量的開關,PLC邏輯控制指令可以方便地實現(xiàn)繼電器電路。不熟悉電子電路,計算機原理和匯編語言的人使用工業(yè)控制計算機,打開了方便之門。4.功能強，擴展能力強現(xiàn)代PLC不僅具有邏輯運算、定時、計數(shù)、順序控制等功能的類似繼電器的軟元件，而且還具有A-D轉換、D-A

轉換、數(shù)值

運算和數(shù)據(jù)處理等功能。PLC還具有通信接口，可與計算機和其他PLC聯(lián)網(wǎng)，

與它們交換信息，以形成單機所不能有的更大的、地城更廣

的控制系統(tǒng)。它不僅可以控制一臺單機、一條生產(chǎn)線，還可以控制個機群及

多條生產(chǎn)線。它不僅可以控制進行現(xiàn)場控制，還可以遠程監(jiān)控。5.PLC控制系統(tǒng)設計、安裝、調試方便PLC中相當于繼電器接觸器控制系統(tǒng)中的中間繼電器、時間繼電器、計數(shù)器等的編程元件數(shù)量巨大，又用程序(軟接線)代替硬接線，安裝接線工作量出的兒只發(fā)現(xiàn)可以進行空置系統(tǒng)設計，并可在實驗密進行極權調試.而推電器接觸器控制系統(tǒng)的河試是靠在現(xiàn)場改變接線進行的，十分繁瑣。6.維修方便，維修工作量小由于PLC具有自診斷功能，因此對維修人員技能的要求降低了。當系統(tǒng)發(fā)

生故障時，通過硬件和軟件的自診斷，維修人員可根據(jù)有關故障信號燈的提示和故障代碼的顯示，或通過編程器和CRT屏幕的顯示，很快地找到故障部位，為迅速排除故障和修復節(jié)省了時間。PLC的面板和結構的設計也考慮了維修的方便性。例如，對需維修的部件

設置在便于維修的位置、信號燈設置在易觀察的部件、接線端子采用便于接線與更換的類型等，這些設計使維修工作能方便地進行，

從而大大節(jié)省維修時間.7.體積小、重量輕、能耗低，易于實現(xiàn)機電一體化PLC采用箱體式結構，體機及單就只有通常的接觸器大小，易于安裝在控制箱中或安裝在運動物體中。采用PLC的控制系統(tǒng)功能強大，調速、定位等功能都可以通過電氣控制方式實現(xiàn)，可以大大減少機械結構設計，有利于實現(xiàn)機電一體化。3.1.4S7-200PLCS7-200PLCPLC作為控制。圖2S7-200PLC外形S7-200PLC是德國西門子公司生產(chǎn)的一種小型PLC。其許多功能能夠達到大、中型PLC的水平，而價格卻和小型PLC的一樣，因此，它一經(jīng)推出，即受到了廣泛關注[7]。它可以單機運行，也可以進行輸入/輸出和功能模塊的擴展。其價格低廉、結構小巧、可靠性高、運行速度快，繼承和發(fā)展了它在大、中PLC領域的技術優(yōu)勢，有極豐富的指令集，具有強大的多種集成功能和實時S7-200PLC的工作原理：PLC采用“順序掃描,不斷循環(huán)”的工作方式。每次掃描過程,集中采集輸入信號,集中對輸出信號進行刷新。PLC有RUN與STOP兩種基本工作模式,在運行模式,PLC通過反復執(zhí)行用戶的程序來實現(xiàn)控制功能。為了使PLC的輸出及時地響應隨時可能變化的輸入信號,用戶程序不是只執(zhí)行一次,而是不斷地反復執(zhí)行,直至PLC停機或切換到STOP模式。PLC的工作過程大致上可以分為三個階段,即輸入采樣,用戶程序執(zhí)行和輸出刷新三個階段。完成這三個階段稱為完成一個掃描周期。整個操作過程中,PLC的CPU以恒定的掃描速度重復上述的三個階段。（1）輸入采樣階段在輸入采樣階段中,PLC順序掃描讀取所有輸入狀態(tài)和數(shù)據(jù),并將其存儲在I

/

O映象區(qū)相應的單元。輸入采樣結束后,用戶程序執(zhí)行和輸出刷新階段。在這兩個階段中,即使輸入數(shù)據(jù)的變化狀態(tài),I/

O映象區(qū)中的單元格對應的狀態(tài)和數(shù)據(jù)不會改變。因此,如果輸入的是一個脈沖信號,該信號的脈沖寬度必須大于一個掃描周期中,為了確保在任何情況下,可以讀取輸入。（2）用戶程序執(zhí)行階段在用戶程序執(zhí)行階段,PLC用戶程序總是自上而下順序掃描的(階梯)。在掃描每一個階梯時,總是掃描梯子的左側的控制電路的聯(lián)系信息,根據(jù)第一個左和右,第一下列構成的順序控制電路的觸點的邏輯運算,邏輯運算處理的結果RAM

刷新線圈系統(tǒng)邏輯記憶狀態(tài)的相應位,刷新輸出線圈,或I/O映象區(qū)中的相應位狀態(tài),或確定是否執(zhí)行所需命令的特殊功能的階梯。換句話說,用戶程序執(zhí)行,只有進入I/O狀態(tài)和圖像區(qū)域的數(shù)據(jù)不會改變,而其他輸出設備和軟件的I/O映象區(qū)或系統(tǒng)RAM的內存區(qū)域的狀態(tài)和數(shù)據(jù)可能會改變,來到在梯子的頂部,程序執(zhí)行的結果將在下面的梯形線圈或工作中使用這些數(shù)據(jù),與此相反,排在下面的入水口,刷新邏輯的線圈的狀態(tài)或數(shù)據(jù)只能到下一個掃描周期的應用上線。在程序執(zhí)行過程中,如果你使用立即I/O指令,你可以直接訪問I/O點。使用I/O指令,然后輸入過程映像寄存器的值是不更新,程序直接從I/O模塊值,輸出過程映像寄存器將被立即更新,立即輸入一定的差異。（3）輸出刷新階段當PLC用戶程序的掃描結束后,進入輸出刷新階段。在此期間,依照CPU的I

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O相對應的圖像區(qū)域的狀態(tài)和數(shù)據(jù)刷新所有的輸出鎖存器電路,然后輸出電路的驅動器,最后輸出到相應的外部設備。這時,才是PLC的真正輸出。S7-200CPU，其性能差異很大。這些性能直接影響到PLC的控制規(guī)模和PLCS7-200系列PLC主要有CPU22CPU22CPU22，CPU226XMCPU226CPU。下圖簡要的比較了CPU的性能。圖3CPU22X系列PLC的主要性能指標本課題設計使用CPU224，本機集成14輸入，24個數(shù)字量I/O7248I/O35I/O點。13K字節(jié)程序和數(shù)據(jù)存儲空間。630kHz高20kHzPID2RS485通訊編程口，具有PPI通訊協(xié)議、MPI通訊協(xié)議和自由方式通訊能力。I/O端子排可容易地整體拆卸[8]。用于較高要求的控制系統(tǒng)，具有更多的輸入/輸出點，更強根據(jù)第1章的圖1傳感器在教室的分區(qū)控制圖可知，本系統(tǒng)的輸入點包括11155個光照傳感135個區(qū)域的燈，由于CPU22414個輸入，10個輸出正好滿足要求。用紅外探測器和光照傳感器作為檢測裝置來檢測教室中是否有人和教室的光照強度?？刂葡到y(tǒng)的框圖如圖4所示?？刂瓢粹o控制按鈕日光燈1PLC紅外探測器1—5多路開關控制器及I/O擴展模塊日光燈2光照度探測器1—5投影儀開關日光燈N圖4控制系統(tǒng)框圖3.2數(shù)據(jù)采集電路HP-208HP-208-N-L人體感應模塊(低電平輸出)基于紅外線技術的自動控產(chǎn)品,靈敏度高，可靠性強，廣泛應用于各類自動感應電器,如自動門、自動洗手機、自動滴液器、感應沖水器、各類智1.全自動感應:人進入其感應范圍則2.3.不可重復觸發(fā)方式:即感應輸出低電平后，延時時間段一結束，輸出將自動從低電平可重復觸發(fā)方式：即感應輸出低電平后，在延時時間段內，如果（感應模塊檢測到人體的每一次活動后會自動順延一個延時時間段，并且以最后一次活動的時間為延時時間的起始點4.具有感應封鎖時間：感應模塊在每一次感應輸出后，待延時時間一結束可以緊跟著設置一個封鎖時間段，在此時間段內感應器不接受任何感應信號[9]。此功能可以實現(xiàn)“感應輸出時間”和“封鎖時間”兩者的間隔工作，可應用于間隔探測產(chǎn)品；同時此功能可有效抑制負載切換過程中產(chǎn)生的各種干擾。3.3環(huán)境光采集電路Iceo。有光照時，產(chǎn)生的Ib增大，成為光電流Ie5管D61K歐，三極管Q12的基極電壓升高，Q12管飽和導通，集電極輸出低電平。當自然光強小于一定程度時，光敏三極管D6呈現(xiàn)高阻態(tài)狀態(tài)，100kQ12R26R26Q12三極管受環(huán)境光影響在適當?shù)牧炼认聦āD5環(huán)境光采集電路原理圖3.4人體存在傳感器的工作原理自然界中存在的各種物體，如人體、木材、石頭、火焰、冰等都會發(fā)出不同37度，所以會發(fā)出特定波長10左右的紅外線，被動紅外探頭就靠探測人體發(fā)射的10左右的紅外線而進行工作的。人體發(fā)射的10左右的紅外線通過菲尼爾濾光片增強后聚集到紅外感應源上[10]。紅外感應源采用熱釋電元件，這種元件在接收到人（1）這種探頭是以探測人體輻射為目標的，所以熱釋電元件對波長10左右的紅外輻射非常敏感。（2）為了僅僅對人體的紅外輻射敏感，在它的照射面覆蓋有特殊的菲尼爾濾光片，使環(huán)境的干擾受到明顯的抑制作用。（3）人體存在的探測，其傳感器包含兩個互相串聯(lián)的熱釋電元，而且制成的兩（4）一旦有人進入探測區(qū)域內，人體紅外輻射通過部分鏡面聚焦，并被人體存在傳感器的熱釋電元接收，但是兩片熱釋電元接收的熱量不同，熱釋電也不同，6所示最不敏感方向方向最敏感方向最不敏感方向最不敏感方向方向最敏感方向最不敏感方向傳感器圖6信號采集敏感區(qū)示意圖3.5PLC外圍連線圖PLC7所示。圖7PLC外圍連線圖4軟件設計4.1程序流程圖8所示。圖8程序流程圖如圖8所示程序設計，智能系統(tǒng)先是通過時間來判斷的，例如如果時間段在23點到6點之間，智能系統(tǒng)控制燈光的功能會進入休眠狀態(tài)，此時教室燈光的236點之間，系統(tǒng)60秒后，不管講臺區(qū)域的燈是否開啟，智能系統(tǒng)都會關閉講臺區(qū)域的燈。4.2STEP7-Micro/WINV4.0編程軟件S7-200可編程控制器使用STEP7-Micro/WINV4.0編程軟件進行編程。SIMATIC工業(yè)軟件STEP7S7M7C7系列可編程控制器的STEP7-Micro/WINV4.0S7-200系列可編程控制器設計開發(fā)的[11]。它功能強大，主要為用戶開發(fā)控制程序使用，同時也可實時監(jiān)控用戶程序的執(zhí)行狀態(tài)。為了生成用戶所寫程序，STEP7PLC編程語言：語句表（STL）、梯形圖（LAD、順序功能流程圖（SFC）、功能塊圖（FB。4.2.1STEP7-Micro/WINV4.0編程軟件主界面及基本組成STEP7-Micro/WINV4.09STEP7項目包括下列基本組件：程序塊數(shù)據(jù)塊、系統(tǒng)塊、符號表、狀態(tài)表。圖9STEP7-Micro/WINV4.0編程軟件主界面窗口

4.2.2梯形圖的編寫梯形圖的編寫包括以下步驟：一、打開項目執(zhí)行文件”→“新建“.mwp”的新建項目?；驁?zhí)行“文件打開命令可以打開項目。二、輸入指令F4、、F9鍵進行操作。三、創(chuàng)建邏輯網(wǎng)絡四、輸入地址“？？？”顯示的，表示參數(shù)未賦值，可五、編譯與保存編譯可以通過工具欄按鈕或者PLC菜單進行?？赏ㄟ^“PLC”菜單中的“編譯”命令，或者工具欄上的“編譯”按鈕，編譯當前被激活的編輯器中的程序。若選擇菜單中的全部編譯”（“全部編譯“保存”按鈕、文件”菜單中的“保存命令及“另存為”進行保存。4.3輸入輸出地址系統(tǒng)輸入點及地址：啟動開關I0.0I0.1I1.0～I1.4、I0.3～I0.7I0.2。T37T38為定時器。為了減少輸出點數(shù)，一個區(qū)域作為一個輸出點，其地址Q0.0～Q0.41I/O地址分配表。表1I/O地址分配表輸入點輸出點元件名稱地址編碼元件名稱地址編碼啟動開關I0.0講臺區(qū)域燈Q0.0停止開關I0.1區(qū)域1燈Q0.1投影開關I0.2區(qū)域2燈Q0.2光照探測器I0.3~I0.7區(qū)域3燈Q0.3紅外探測器I1.0~I1.4區(qū)域4燈Q0.44.4梯形圖程序設計用SETP7軟件語句表編寫的控制程序如圖10所示。圖10梯形圖網(wǎng)絡1I0.0M0.0通電并自鎖，只有當停止開關I0.1按下后，M0.0才斷開。網(wǎng)絡2和網(wǎng)絡3M0.0T37計時3000*100ms=5分鐘后，其常開觸點閉合，計數(shù)器C1計數(shù)一次，同時網(wǎng)絡2中T37的常閉觸點斷開，等其T37重新開始計時，如此重復，當計數(shù)器C1計數(shù)288288*5min=1440min24小時，計數(shù)器復位并重新開始計數(shù)。4、56：為分時控制梯形圖程序，系統(tǒng)在仿真運行時，設定其初始時6:00C1>=0C10~14412個小時M0.16.00—18.00保持18.00—23.00代表在時間段23.00—6.00M0.1、M0.2、M0.33個時間段的繼電器，在任何時候只有一個能保持導通狀態(tài)。7I0.3I0.7代表光照探測器的控制觸點，I1.0I1.4為紅外探測器的控制觸點，Q0.0Q0.45個區(qū)域的燈。1）6.00—18.00時，常開觸點M0.15個區(qū)域都有人體存在，各個區(qū)域的紅外探測器會感應到相應區(qū)域的人體，并使常開觸點I1.0I1.4閉合導通，如果教室中個區(qū)域光線很充足，光照探測器會使常開觸點I0.3I0.7保持斷開，反之，若光線不足，光線探測器會使其閉合，從而使整個回路導通，各個區(qū)域的8中投影儀開關I0.2開啟后，定時器T38開始計時，當其計時到600*100ms60s72）當時間段在18.00—23.00時，此時M0.2處于導通狀態(tài)，因為此時一般光線比較暗，已不需要光照探測器工作，只需紅外探測器來感應人體的存在與否來控制教室相應區(qū)域的燈光開關情況。23.00—6.00M0.35系統(tǒng)仿真5.1 S7-200V4.0的仿真軟件S7-200V4.0仿真軟件可以仿真大量的S7-200（支持常用的位觸點指令、LED輸出顯示，仿真程序同時還支持對TD-200文本顯示器的仿真，在實驗條件尚不具備的情況下，完全可以作為學習S7-200的一個輔助工具。另外，仿真軟件還有讀取CPU和擴展模塊的信息、設置PLC實時時鐘、控制循環(huán)掃描次數(shù)等功能。軟件的主界面如圖11所示。

圖11 S7-200仿真軟件主界面圖中灰色部分為是CPU224類型的PLC面板可顯示CPU運行狀態(tài)和I/O點的狀態(tài)，燈亮為1，燈滅為0。CPU224的右邊空白方框是擴展模塊的位置，雙擊空白方框即可進行模塊配置選擇，根據(jù)需要可選擇各種數(shù)字量和模擬量的擴展模塊。CPUCPU224對140，1CPU面板上的模擬LED燈對應滅，亮。開關面板下方的SMB28,SMB29是兩個直線電位器，分別是CPU224的兩個8位模擬量輸入電位器對應的特殊存儲器字節(jié)，可左右拖動滑塊來設置它的值，范圍在0-255之間。5.2仿真測試在仿真軟件中點擊工具欄上按鈕，啟動運行，使仿真PLC切換到RUNCPU224

一、06：00—18：00，光照充足，教室無人圖12 6點至18點仿真結果圖12S7—2000代表啟動開關I0.0，此時已向上撥動，且中間的數(shù)字0下方已亮燈，表示I0.0已經(jīng)12I0.1375個光照探測器I0.3I0.7，此時也沒向上撥動，045I1.0045個區(qū)KOP圖，淡紫色小正方形表618點，所以常開觸點M0.1=1，始終保持導通。

二、06：00—18：00，教室光照不足，有人圖13 6點至18點仿真結果圖如圖13所示，下排左數(shù)字3至7的開關都向上撥動，且指示燈亮了，表示教室5個區(qū)域的光線都不足，而右邊的數(shù)字0至4的開關也向上撥動，表示教室5個區(qū)域都有人存在，所以智能控制系統(tǒng)會使教室中5個區(qū)域的燈都會開啟，即04KOPI0.3至Q0.4也相應保持導通狀態(tài)。當教室中某區(qū)域的人都離開時，你可以用手把代三、06：00—18：00，教室光照充足，有人1437的開關都未撥上，表示教室光照充足，故教室內燈光都處于關閉狀態(tài)。圖14 6點至18點仿真結果圖四、6：00--18：00，教室有人，且打開了投影儀，一分鐘后講臺區(qū)域的燈Q0.0熄滅。圖156點至18點仿真結果圖（4）1521分鐘后0處即Q0.0講臺處的燈已經(jīng)熄滅，其他區(qū)域的燈仍然亮著。五、18：00--23：00，教室有人圖16 18點至23點仿真結果圖16KOP5可知，M0.2保持導通狀態(tài)，1823測器已不需要工作，只需紅外探測器檢測人體存在的情況，圖左表示教室5個區(qū)域都有人，于是5個區(qū)域都亮了燈。六、18：0--23：00，教室無人。圖1718點至23點仿真結果圖（2）17所示，由右圖的KOP仿真狀態(tài)圖中M0.2=1182305，3七、23.00--6.00，教室無人 圖18 23點至6點仿真結果圖18KOPM0.3236

結論畢業(yè)PLC梯形圖，指令表，外部接線圖有了更好的了解，也讓我了解了關于PLC的設計原理，有很多設計理念來源于實際，從中找到正確的設計方法。PLC電路的硬件連接以及相關軟件的使用，在今后的學習過程中，要在這次設計實踐之后，我學會了PLC的基本編程方法，對PLC的工作原理和使用方法也有了更深刻的理解。在讀理論的運用中，提高了我們的工程素質，PLCPC機。首先需PLC本身的編程語言梯形圖、語句表語言。然后根據(jù)程序在實驗室進行調試，使其達到預期的程度。最后，依照調試結果寫論文。不斷地鍛煉自己的動手和思維能力。

參考文獻[M]周芳，劉美根．智能照明控制系統(tǒng)在照明節(jié)能設計中的應用[J]．低壓電器，2007，28(16)：20-23．.智能照明系統(tǒng)的模糊控制探討MichelGilles.Pr