基于PLC智能照明控制系统设计 - 图文

郑州电力职业技术学院毕业生论文

题目：＿＿PLC智能照明控制系统＿＿

系 别＿＿ 电力工程系 ＿＿＿ 姓 名＿＿ ＿赵耀祖 ＿＿＿ 学 号 ＿＿09401010152 ＿＿ 班 级＿ 09级供一班 ＿ 联系方式＿＿ 15090331699 ＿

论文成绩 答辩成绩 综合成绩

指导教师 主答辩教师 答辩委员会主任 李全胜

2012年6月5日

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文章摘要：

随着社会的发展人们对生活质量的要求越来越高，为方便生活人们越来越多的在各个场所引入照明设备，照明在能耗中所占的比例日益增加。为了达到方便生活的目的，这些照明设备有时会彻夜开着，从而造成了大量电力能源的浪费。据统计，在楼宇能量消耗中，仅照明就占33%，因此照明节能日显重要。现在国内外普及使用的节能开关基本有声控型、触摸型、感光型等。这几种开关各有自己的弊端，如声控型不适合环境嘈杂场所、触摸型虽然能自动关闭但不能自动打开、感光型开关在无人期间不能自动关闭??由此研究设计一种既智能又节能的控制系统来替代现有的产品是一件极其有意义的工作。

智能照明控制系统在确保灯具能够正常工作的条件下，给灯具输出一个最佳的照明功率，既可减少由于过压所造成的照明眩光，使灯光所发出的光线更加柔和，照明分布更加均匀，又可大幅度节省电能，智能照明控制系统节电率可达20%-40%。智能照明控制系统它可在照明及混合电路中使用，适应性强，能在各种恶劣的电网环境和复杂的负载情况下连续稳定地工作，同时还将有效地延长灯具寿命和减少维护成本。

通过对照明智能控制系统的分析，进而没计出整个控制系统中各时段的运行时序。系统硬件设计。根据不同时段照明的需求，设计硬件线路连接控制。应用PLC编程软件设计出程序。通过PLC控制不同路段照明灯及景观灯，使其能够按预先设计的时序运行。

关键词 可编程控制器（PLC） 智能照明 节能

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目录

引言 ............................................................................................................ 4 第一章 概论 ............................................................................................. 5

1.1 课题主要涉及问题： ............................................................................................................................ 5

1.2 国内外研究现状 .................................................................................................................................... 5 1.3 课题的目的和任务要求： .................................................................................................................... 5 1.4 课题的可行性分析 ................................................................................................................................ 6 1.5 智能照明控制系统设计步骤 ................................................................................................................ 6

第二章 PLC的简介与选择 .................................................................... 8

2.1 PLC的国内外状况 ................................................................................................................................. 8 2.2 PLC未来展望 ......................................................................................................................................... 9 2.3 PLC的分类及特点 ................................................................................................................................. 9 2.4 PLC的应用领域 ................................................................................................................................ 11 2.5 PLC的结构与工作原理 ....................................................................................................................... 12 2.6 PLC的工作原理 ................................................................................................................................... 14 2.7 PLC梯形图概述 ................................................................................................................................... 14

第三章 照明智能控制 ........................................................................... 15

3.1 照明智能其主要特点为： .................................................................................................................. 15 3.2 使用智能照明系统的效果 .................................................................................................................. 16

第四章 照明智能控制方案 ................................................................... 17

4.1 灯具布置方案 ...................................................................................................................................... 17 4.2 分时控制方案构想 .............................................................................................................................. 18 4.3 供电系统及控制原理设计 .................................................................................................................. 18 4.4 分时智能控制程序编制 ...................................................................................................................... 19 4.5 节能计算 .............................................................................................................................................. 20

结束语...................................................................................................... 21 致谢 .......................................................................................................... 22 参考文献： ............................................................................................. 23 附录1 ....................................................................... 错误！未定义书签。 附录2 ....................................................................... 错误！未定义书签。 附录3 ....................................................................... 错误！未定义书签。

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引言

进入二十一世纪，我国经济高速发展，我们的生活质量也在不断提高。近些年来越来越提倡环保，能源问题逐渐成为人们关注的焦点，因为能源的消耗除了其直接的经济损失外，还会带来碳排放量的增加，恶化环境，所以，节约能源一直是生活、生产中的一个主题．提到节能人们往往忽视了照明用电，因为它单体容量较小，安装比较分散，所以，看起来无关紧要，其实照明用具数量最多，分布最广，随着城市的扩张和道路的延伸，无论是单体容量还是总容量都在大幅增加，美化环境的长明灯更是越来越耀眼．现在很多大学都坐落在郊区，建筑容积率较低，因此，诸如道路、广场、景观等公共照明占的比重相当高，且路灯和景观灯的单体容量大，工作时间长，绝对是学校能源消耗的主体．要说学校节能，只要把这些公共照明控制得当，就抓住了能耗的牛鼻子．至于教室灯光的控制，只要按时或定时关灯就可以了，没必要采用复杂的控制方式，如果采用有人则灯亮，人走则灯熄的控制方式，往往是投入大，收效微．

现代建筑中的照明不仅要求能为人们的工作、学习、生活提供良好的视觉条件，利用灯具造型和光色协调营造出具有一定风格和美感的室内环境以满足人们的心理和生理要求，而且还要考虑到管理智能化和操作简单化以及灵活应用未来照明布局和控制方式、变更要求等。采用智能照明控制系统不仅可以提升照明环境品质，营造有层次、变化的灯光环境，还可以充分利用能源，分析能耗，使建筑物更加节能、环保。

智能照明系统是计算机技术、通讯技术、控制技术相结合、相渗透的产物，是现代高新技术的结晶。与以往的照明控制相比，它从人工控制、单机控制过渡到整体性控制，从普通开关过渡到智能化开关，其最突出的特点是能够预置场景的变化，不同的照明回路强度组合形成不同的场景，场景可预置并存储在控制器里，调用时只需按一键就能选择场景和通过预设的程序自动变换场景（可按时顺序、时间、事件等），操作十分方便。

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第一章 概论

1.1 课题主要涉及问题：

通过所做课题,设计主要采用PLC智能控制. 来实现对智能照明的自动控制，系统中的照明灯开关通过PLC所设定的定时器、计数器参数进行动作，从而完成智能照明系统的控制。

1.2 国内外研究现状：

新社会的建设要适应网络时代的发展，应引入智能化的概念。在传统的楼字自控系统中，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。但近年来，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。而在新社会的建设热潮中，各大高校和他们的建设者也应意识到智能照明的重要性。相对商业楼字而言，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更多。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。

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。

1.3 课题的目的和任务要求：

1.3.1目的

本论文以PLC为基础来设计一套智能照明控制系统，以此来实现节约能源的目的。此论文内容与本专业及工作紧密相关，把从学校学到的理论知识运用到实际工作当中，在实际工作中不仅能检验自己所学的知识，而且还能学到书本上没有的知识与经验，补充自己的专业知识。在实际工作中让理论与实际相结合，使所学知识掌握的更加牢固，并能不断提高自己的学习能力与工作能力。此论文就是对所学知识与工作综合运用后的一个总结与

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心得。

1.3.2任务要求

1、通过对校园照明系统的分析，进而没计出整个控制系统中各运行设备的运行时序。 2、系统硬件设计，包括由计算机、照明线路、控制装置等的设计。

3、应用PLC编程软件设计出程序。通过PLC控制，各运行设备能够按预先设计的时序运行。

1.4 课题的可行性分析：

1.4.1研究的必要性：

PLC在校园照明自动控制中的应用及其实现，对提高校园管理的自动化控制水平有着重大的意义。在大力提倡节约能源的今天，研究这种高性能、经济节约型的分时控制系统，对于降低能耗、加快建设节约型社会，促进我国经济社会全面协调可持续发展具有重要的现实意义。

1.4.2设计原理可行性：

研究将硬件线路设计、PLC控制应用于校园照明智能控制系统，从而提高多段分时系统的稳定性、可靠性、精确性。设计自动和手动两种调节系统的启停，以便在系统出现故障时可以人工控制照明系统。

1.4.3知识能力的可行性：

通过平时所掌握硬件设计能力和实际的专业，近几年的大学学习使得我掌握PLC自动控制知识，培养扎实了软硬件设计能力，运用所学专业知识并查阅相关资料解决实际设计、控制问题。

1.4.4实验条件的可行性：

学院具备该方面的实验室与试验测试设备，毕业设计试验器件，并且在老师的精心指导下，按照研究课题设计要求经过设计、调试与测试分析，一定能够按计划完成研究任务的系统设计指标的要求，理论与实际相结合起来。

1.5 智能照明控制系统设计步骤

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第二章 PLC的简介与选择

2.1 PLC的国内外状况

世界上公认的第一台PLC是1969年美国数字设备公司（DEC）研制的。限于当时的元器件条件及计算机发展水平，早期的PLC主要由分立元件和中小规模集成电路组成，可以完成简单的逻辑控制及定时、计数功能。20世纪70年代初出现了微处理器。人们很快将其引入可编程控制器，使PLC增加了运算、数据传送及处理等功能，完成了真正具有计算机特征的工业控制装置。为了方便熟悉继电器、接触器系统的工程技术人员使用，可编程控制器采用和继电器电路图类似的梯形图作为主要编程语言，并将参加运算及处理的计算机存储元件都以继电器命名。此时的PLC为微机技术和继电器常规控制概念相结合的产物。

20世纪70年代中末期，可编程控制器进入实用化发展阶段，计算机技术已全面引入可编程控制器中，使其功能发生了飞跃。更高的运算速度、超小型体积、更可靠的工业抗干扰设计、模拟量运算、PID功能及极高的性价比奠定了它在现代工业中的地位。20世纪80年代初，可编程控制器在先进工业国家中已获得广泛应用。这个时期可编程控制器发展的特点是大规模、高速度、高性能、产品系列化。这个阶段的另一个特点是世界上生产可编程控制器的国家日益增多，产量日益上升。这标志着可编程控制器已步入成熟阶段。

20世纪末期，可编程控制器的发展特点是更加适应于现代工业的需要。从控制规模上来说，这个时期发展了大型机和超小型机；从控制能力上来说，诞生了各种各样的特殊功能单元，用于压力、温度、转速、位移等各式各样的控制场合；从产品的配套能力来说，生产了各种人机界面单元、通信单元，使应用可编程控制器的工业控制设备的配套更加容易。目前，可编程控制器在机械制造、石油化工、冶金钢铁、汽车、轻工业等领域的应用都得到了长足的发展。我国可编程控制器的引进、应用、研制、生产是伴随着改革开放开始的。最初是在引进设备中大量使用了可编程控制器。接下来在各种企业的生产设备及产品中不断扩大了PLC的应用。目前，我国自己已可以生产中小型可编程控制器。上海东屋电气有限公司生产的CF系列、杭州机床电器厂生产的DKK及D系列、大连组合机床研究所生产的S系列、苏州电子计算机厂生产的YZ系列等多种产品已具备了一定的规模并在工业产品中获得了应用。此外，无锡华光公司、上海乡岛公司等中外合资企业也是我国比较著名的PLC生产厂家。可以预期，随着我国现代化进程的深入，PLC在我国将有更广阔

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的应用天地。

2.2 PLC未来展望

21世纪，PLC会有更大的发展。从技术上看，计算机技术的新成果会更多地应用于可编程控制器的设计和制造上，会有运算速度更快、存储容量更大、智能更强的品种出现；从产品规模上看，会进一步向超小型及超大型方向发展；从产品的配套性上看，产品的品种会更丰富、规格更齐全，完美的人机界面、完备的通信设备会更好地适应各种工业控制场合的需求；从市场上看，各国各自生产多品种产品的情况会随着国际竞争的加剧而打破，会出现少数几个品牌垄断国际市场的局面，会出现国际通用的编程语言；从网络的发展情况来看，可编程控制器和其它工业控制计算机组网构成大型的控制系统是可编程控制器技术的发展方向。目前的计算机集散控制系统DCS（Distributed Control System）中已有大量的可编程控制器应用。伴随着计算机网络的发展，可编程控制器作为自动化控制网络和国际通用网络的重要组成部分，将在工业及工业以外的众多领域发挥越来越大的作用。

2.3 PLC的分类及特点

可编程控制器简称PLC（Programmable Logic Controller），在1987年国际电工委员会（International Electrical Committee）颁布的PLC标准草案中对PLC做了如下定义：PLC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及其有关的外围设备都应该按易于与工业控制系统形成一个整体，易于扩展其功能的原则而设计。

2.3.1 PLC的分类

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8～16K，具有代表性的为西门子S7－400系列、通用公司的GE－Ⅳ系列等；中型机一般I/O点数为256～2048点；单/双CPU，用户

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存储器容量2～8K，具有代表性的为西门子S7－300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。

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。 2.3.2 PLC的特点

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

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就不奇怪了。

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。

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。

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。

2.4 PLC的应用领域

目前，PLC在国内外已广泛应用于钢铁、石油、化工、电力、建材、机械制造、汽车、轻纺、交通运输、环保及文化娱乐等各个行业，使用情况大致可归纳为如下几类。

2.4.1 开关量的逻辑控制

这是PLC最基本、最广泛的应用领域，它取代传统的继电器电路，实现逻辑控制、顺序控制，既可用于单台设备的控制，也可用于多机群控及自动化流水线。如注塑机、印刷机、订书机械、组合机床、磨床、包装生产线、电镀流水线等。

2.4.2 模拟量控制

在工业生产过程当中，有许多连续变化的量，如温度、压力、流量、液位和速度等都

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是模拟量。为了使可编程控制器处理模拟量，必须实现模拟量（Analog）和数字量（Digital）之间的A/D转换及D/A转换。PLC厂家都生产配套的A/D和D/A转换模块，使可编程控制器用于模拟量控制。

2.4.3 运动控制

PLC可以用于圆周运动或直线运动的控制。从控制机构配置来说，早期直接用于开关量I/O模块连接位置传感器和执行机构，现在一般使用专用的运动控制模块。如可驱动步进电机或伺服电机的单轴或多轴位置控制模块。世界上各主要PLC厂家的产品几乎都有运动控制功能，广泛用于各种机械、机床、机器人、电梯等场合。

2.4.4 过程控制

过程控制是指对温度、压力、流量等模拟量的闭环控制。作为工业控制计算机，PLC能编制各种各样的控制算法程序，完成闭环控制。PID调节是一般闭环控制系统中用得较多的调节方法。大中型PLC都有PID模块，目前许多小型PLC也具有此功能模块。PID处理一般是运行专用的PID子程序。过程控制在冶金、化工、热处理、锅炉控制等场合有非常广泛的应用。

2.4.5 数据处理

现代PLC具有数学运算（含矩阵运算、函数运算、逻辑运算）、数据传送、数据转换、排序、查表、位操作等功能，可以完成数据的采集、分析及处理。这些数据可以与存储在存储器中的参考值比较，完成一定的控制操作，也可以利用通信功能传送到别的智能装置，或将它们打印制表。数据处理一般用于大型控制系统，如无人控制的柔性制造系统；也可用于过程控制系统，如造纸、冶金、食品工业中的一些大型控制系统。

2.4.6 通信及联网

PLC通信含PLC间的通信及PLC与其它智能设备间的通信。随着计算机控制的发展，工厂自动化网络发展得很快，各PLC厂商都十分重视PLC的通信功能，纷纷推出各自的网络系统。新近生产的PLC都具有通信接口，通信非常方便。

2.5 PLC的结构与工作原理

2.5.1 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

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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

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按 钮选择开关限位开关电 源可编程序控制器输入模块输出模块接触器电磁阀指示灯电 源CPU模块编程装置

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。

2.6 PLC的工作原理

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。

2.7 PLC梯形图概述

梯形图是使用得最多的图形编程语言，被称为PLC的第一编程语言。梯形图与电器控制系统的电路图很相似，具有直观易懂的优点，很容易被工厂电气人员掌握，特别适用于开关量逻辑控制。梯形图常被称为电路或程序，梯形图的设计称为编程。

PLC梯形图中的某些编程元件沿用了继电器这一名称，如输入继电器、输出继电器、内部辅助继电器等，但是它们不是真实的物理继电器，而是一些存储单元（软继电器），每一软继电器与PLC存储器中映像寄存器的一个存储单元相对应。该存储单元如果为“1”状态，则表示梯形图中对应软继电器的线圈“通电”，其常开触点接通，常闭触点断开，称这种状态是该软继电器的“1”或“ON”状态。如果该存储单元为“0”状态，对应软继电器

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的线圈和触点的状态与上述的相反，称该软继电器为“0”或“OFF”状态。使用中也常将这些“软继电器”称为编程元件。

开关量：按电压水平分，有220VAC、110VAC、24VDC，按隔离方式分，有继电器隔离和晶体管隔离。

模拟量：按其精度可分为12bit、14bit、16bit等；按信号类型可分为电流型(4-20mA,0-20mA)、电压型(0-10V,0-5V,-10-10V)等。

除了上述通用I/O外，还有特殊I/O模块，如热电阻、热电偶、脉冲等模块。 梯形图两侧的垂直公共线称为母线(Bus bar)，。在分析梯形图的逻辑关系时，为了借用继电器电路图的分析方法，可以想象左右两侧母线（左母线和右母线）之间有一个左正右负的直流电源电压，母线之间有“能流”从左向右流动。右母线可以不画出。

根据梯形图中各触点的状态和逻辑关系，求出与图中各线圈对应的编程元件的状态，称为梯形图的逻辑解算。梯形图中逻辑解算是按从左至右、从上到下的顺序进行的。解算的结果，马上可以被后面的逻辑解算所利用。逻辑解算是根据输入映像寄存器中的值，而不是根据解算瞬时外部输入触点的状态来进行的。

PLC与电气回路的接口，是通过输入输出部分（I/O）完成的。I/O模块集成了PLC的I/O电路，其输入暂存器反映输入信号状态，输出点反映输出锁存器状态。输入模块将电信号变换成数字信号进入PLC系统，输出模块相反。I/O分为开关量输入（DI），开关量输出（DO），模拟量输入（AI），模拟量输出（AO）等模块。

开关量：按电压水平分，有220VAC、110VAC、24VDC，按隔离方式分，有继电器隔离和晶体管隔离。

模拟量：按其精度可分为12bit、14bit、16bit等；按信号类型可分为电流型(4-20mA,0-20mA)、电压型(0-10V,0-5V,-10-10V)等。

除了上述通用I/O外，还有特殊I/O模块，如热电阻、热电偶、脉冲等模块。

第三章 照明智能控制

3.1 照明智能其主要特点为：

1．系统可控制任意回路连续调光或开关。

2 ．场景控制：可预先设置多个不同场景，在场景切换时淡入、淡出。

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3 ．可接入各种传感器对灯光进行自动控制。

4 ．移动传感器：对人体红外线检测达到对灯光的控制；如人来灯亮，人走灯灭（暗）。 5 ．光亮照度传感器：对某些场合可根据室外光线的强弱调整室内光线，如学校教室的恒照度控制。 6．时间控制：某些场合可以随上下班时间调整亮度。 7 ．红外遥控：可用手持红外遥控器对灯光进行控制。

8．系统联网：可系统联网，利用上述控制手段进行综合控制或与楼宇智能控制系统联网。

9. 可由声.光.热.人及动物的移动检测达到对灯光的控制.

3.2 使用智能照明系统的效果

3.2.1 照明的自动化控制

系统最大的特点是场景控制，在同一室内可有多路照明回路，对每一回路亮度调整后达到某种灯光气氛称为场景；可预先设置不同的场景（营造出不同的灯光环境），切换场景时的淡入淡出时间，使灯光柔和变化。时钟控制，利用时钟控制器，使灯光呈现按每天的日出日落或有时间规律的变化。利用各种传感器及遥控器达到对灯光的自动控制。

3.2.2 美化环境

室内照明利用场景变化增加环境艺术效果，产生立体感、层次感，营造出舒适的环境，有利人们的身心健康，提高工作效率。 3.2.3延长灯具寿命

影响灯具寿命的主要因素主要有过电压使用和冷态冲击，它们使灯具寿命大大降低。LT系列智能调光器具有输出限压保护功能：即当电网电压超过额定电压220V后调光器自动调节输出在220V以内。 当灯泡冷态接电瞬间会产生额定电流5－10倍的冲击电流，大大影响灯具寿命。智能调光控制系统采用缓开启及淡入淡出调光控制，可避免对灯具的冷态冲击，延长灯具寿命。系统可延长灯泡寿命2－4倍，可节省大量灯泡，减少更换灯泡的工作量。

3.2.4 节约能源

采用亮度传感器，自动调节灯光强弱，达到节能效果。 采用移动传感器，当人进入传感器感应区域后渐升光，当人走出感应区域后灯光渐渐减低或熄灭，使一些走廊、楼道的\长明灯\得到控制，达到节能的目的。 例如：某饭店为了节电，将全部走廊灯换为5W节

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能灯，以减少能耗，但带来的问题是节能灯光照舒适度很差，照度降低，使饭店档次降低。建议采用移动传感器控制。

3.2.5 照度及照度的一致性

采用照度传感器，可以达到室内的光线保持恒定

。例如：在学校的教室，要求靠窗与靠墙光强度其本相同，可在靠窗与靠墙处分别加装传感器，当室外光线强时系统会自动将靠窗的灯光减弱或关闭及根据靠墙传感器调整靠墙的灯光亮度；当室外光线变弱时，传感器会根据感应信号调整灯的亮度到预先设置的光照度值。 新灯具会随着使用时间发光效率逐渐降低，新办公楼随着使用时间墙面的反射率将衰减，这样新旧会产生照度的不一致性，通过智能调光器系统的控制可调节照度达到相对的稳定，且可节约能源。 3.2.6 综合控制

可通过计算机网络对整个系统进行监控，例如了解当前各个照明回路的工作状态；设置、修改场景；当有紧急情况时控制整个系统及发出故障报告。 可通过网关接口及串行接口与大楼的BA系统或消防系统、保安系统等控制系统相连接 LT-net智能照明控制系统通常由调光模块、开关功率模块、场景控制面板、传感器及编程器、编程插口、PC监控机等部件组成，将上述各种具备独立控制功能的模块连接在一根计算机数据线上，即可组成一个独立的照明控制系统，实现对灯光系统的各种智能化管理及自动控制。

第四章 照明智能控制方案

道路照明的主要作用是保证行人安全和方便，绿地和景观照明主要是给人们营造温馨、和谐、美丽的环境．既要满足照明的主要功能，又要尽量节约能源，只能是采用科学的管理和控制，使两者完美统一．学生是一个特殊群体，活动的时间性、规律性非常突出，因此决定对道和其他公共照明实行智能分时控制．

4.1 灯具布置方案

学校的道路是以步行者为多，人员比较密集，当然也有少量车辆通过，可以说是人车混合的道路．在设计时采用了高于一般居住区而低于商业区的标准，正常情况保持路面照度不小于15lx．为了便于分时控制，在灯具布置时采用了双侧交错布置，杆距定为25m，

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较标准杆距略小，有利于分时控制时减少灯光死角．根据这些数据，就可以计算光通量和光源功率了．计算出光通量，通过查阅光源手册可知，应选用150W的金属卤化物灯具。我校占地面积约60万平方，主要道路长约10000米。因此，需要安装150W的路灯400盏，用电容量为60kW．其次景观和其他公共场地照明的用电容量约为15kW．

4.2 分时控制方案构想

在设计前，对大学生的活动规律、道路照明的亮度进行了统计和测量，掌握了一手资料．大部分学生在21点钟之前回到寝室，21点至23点之间只有少量学生在室外活动，23点钟之后基本上没有学生活动，学校进入安静状态．根据这个特点把控制分为3个时段：第1个时段为21点之前，所有灯具全部开启；第2时段为21点至23点，活动人员较少，可以关闭1／2的灯具；而到23点之后为第3时段，只要留有1／4的灯具工作，路面照度达3lx以上，高于道路照明的最低要求．为了最大限度地节能，设计时还考虑了季节的因素：夏季夜短昼长，开灯晚，熄灯早；冬季则相对开灯较早，熄灯则相对较晚．景观和公共绿地照明采用第1、第2时段全开，第3时段全熄的控制方式，控制简单易行，节能效果显著．节假日多也是学校的特点之一，寒暑假加在一起有3个月左右．制定的控制方案是：寒暑假期间景观灯手动控制，根据需要临时或少量开启；而路灯每天只开启1／4，满足最低照明要求．

4.3 供电系统及控制原理设计

路灯采用双侧交错布置，每一侧的路灯由2个单独的控制回路进行间隔控制，如：1#回路控制左侧的单编号灯具，2#回路控制同一侧的双编号灯具。3#、4#回路则分别控制右侧的单、双编号灯具．当进入第2时段后，每侧关闭1个回路，也就是1／2的灯具熄灭，由于灯的杆距不是很大，且学校道路不是很宽，灯光可以全覆盖，最低照度点也可以在5lx以上．当进入第3时段时，4个回路中3个回路分断，也就是只有1／4的灯具点亮，对于学校内部道路而言，完全可以满足要求．由于灯具容量较大，采用了两级母线供电方式，每段小母线为一部分路灯供电．采用两级母线制比较灵活，同时也降低了母线和开关的容量，便于安装和维护．每个回路由一个接触器控制，接触器的动作受控于PLC的程序．供电系统示意图如图1所示．（附录1）

图中仅画出了1条道路和1个景观区域的供电系统图，其实全校的照明共有8段小

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母线，30个回路．

4.4 分时智能控制程序编制

正如前面所述，每天的照明控制分3个时段，为了最大限度地节约能源，在具体编制程序时还考虑了不同季节的因素，一般在冬、春季，天黑得较早，17点左右自然光线就很弱了，而在夏天阳光可以维持到18点．因此，把一年四季分为2个区间，在设计时考虑了夏、秋时制和冬、春时制的识别，使节能效果更加明显．

4.4.1 三时段控制程序编制

在编制时段程序时，用了数据比较功能指令，相对普通指令而言，程序较短，使程序大为简化．把5月1日至10月1日定义为夏、秋时制，它的3个时段划分为：18点至21点、2l点至23点、23点至凌晨5点．把10月1日至来年4月30日定义为冬、春时制，它的3个时段划分为：17点至21点、21点到23点、23点至凌晨6点．道路照明的PLC程序就是要实现这些不同季节的时段控制要求．道路照明的程序梯形图如图2所示（附录2）．在此需要说明的是，根据学校供电质量好、少停电的特点，下面的程序中没有编制时间自动校正程序，因此，第1次投入运行的时刻必须是中午12点，之后就会自动控制照明，不需要人工干预．

图中X0为启动开关的信号，当选择到自动工作制时，X0就处于使能状态，使PLC投入程序运行，X0闭合以后，计数器CO开始计数．M100是不同时制的识别控制信号，当M100为高电平时程序进人夏、秋时制工作状态，M100为低电平时程序进入冬、春季节的工作状态．YO，Y1，Y2，Y3分别控制道路两侧的灯具．从程序中可以看出：第1时段Y0，Y1，Y2，Y3全部为“1”，灯具全部点亮；第2时段Yo，Y2被复位为“0”，道路的两侧各有1／2灯具点亮；第3时段就只有Y1控制的回路工作了．M200是寒暑假控制接点，当进入寒暑假期问，M200断开，Yo，Y2，Y3不能得电．

4.4.2 季节自动选择程序

为了最大限度地节能，不同季节亮灯的时间有所不同，季节选择程序主要是为夏、秋季和冬、春季节的不同时段控制而设置的．PLC有日期设定与识别功能，利用它可以完成季节的转换控制，实现不同季节的不同时段控制方案．程序中的M100是控制季节程序转换的信号，当M100使能时程序进入冬、春季控制，反之，程序为夏、秋时制控制方式．夏、秋时制的时间定为每年的5月1日0点至10月30日的24点，不同地区应适当调整．如图

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3所示．（附录3）

4.4.3寒暑假控制程序

学校的寒假一般是1月中旬到2月中旬，暑假一般是7月初到9月初，共计约3个月的时间．当日期到达寒暑假开始日期时，图2中M200接点断开，使Y0，Y2，Y3都不能得电，这样整个夜间就只有1／4的照度．当寒暑假结束时，M200接点闭合，程序进入正常运行状态，按3个时段运行．寒暑假控制程序的编制方法与季节控制程序完全一样，也是一个日期识别程序。

4.5 节能计算

所谓节能是针对全时段、全负荷运行而言的所以计算节能时，主要有三部分：一是夏、秋季节的晚开灯和早熄灯各1h，大约有3个月的时间．二是一年之中，每天第2、第3时段减少照度的节能；三是寒暑假时间的节能，暑假50d，每天11 h，寒假30d，每天13h，均为 1／4负荷运行．详细计算如下．

4.5.1 夏、秋季节能计算．

夏、秋季共计90d，每天晚开1 h按全负荷计算，早熄灯1h按1／4负荷计算，即夏、秋季节能为(520×150)X(1+3／4)×90=12285 kw·h．

4.5.2 每年第2、第3时段节能计算．

每天第2时段是3h，为1/2负荷运行，第3时段是6 h， 为1/4负荷运行．除去寒暑假，约有9个月，共270d，即第2时段节能为 【(520×150)×1/2】×3×270=31590kW·h．

第3时段节能为【(520×150)×3/4】×6×270=94 770 kW·h．

4.5.3 寒暑假节能计算．

寒暑假期间，每天均为1/4负荷运行，只是工作时间有所不同 故寒暑假节能为：(520×150)(50×11+30X13)×3/4=54 990 kW·h．

4.5.4 总节能计算．

总节能数量为以上各项节能的总和，即12285+31590+94770+54990=193635 kW·h． 按照当地的电价来计算，也是一笔不小的开支，所以用智能照明控制非常的合算。

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结束语

通过校园照明智能控制，节电效果明显．采用PLC做控制元件，相对于市场上出售的智能控制器而言，投资小，故障率低，基本免维护．采用智能控制后，灯具的寿命可延长2～3倍，节省直接投资至少在10万元以上．该系统设计合理、施工方便，适用范围广。

通过本设计，我学习到了很多东西，在工作的细心上也得到了提高。并且，更了解了有关可编程控制器的功能。我选择这个设计，也是为了弥补以前学习上的不足。这次设计，使我了解到老师的用心良苦，并且从老师那学到了很多宝贵的东西。更系统的运用了在大学期间所学习到的内容，让我对自己的所学知识有了更深刻的了解。不论是思维方式还是实际的动手能力都取得了很大的进步。这将在今后的学习和生活中使我受益匪浅。

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致谢

本论文是在导师李全胜老师的悉心指导下完成的。在毕业设计期间，李老师为我创造了良好的学习环境并提供了非常好的研究条件。在整个论文的选题、研究和撰写过程中，始终得到老师的悉心指导、热情的鼓励和支持。在此期间，老师多次提醒我该注意的问题，本论文在初稿完成之际，李老师还给我耐心的指出其中的错误与不足。借此论文的完成之际，谨向我的恩师表达我衷心的感谢和崇高的敬意！老师渊博的知识、严谨的治学态度、崇高的敬业精神与为人师表的风范，使我受益匪浅。在此，谨向李老师表示我最衷心的感谢。

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参考文献：

1. 史国生 电气控制与可编程控制技术 2008 2. 董爱华 可编程控制器原理及应用 2009 3. 北京照明学会 照明设计手册 2006

4. 中华人名共和国建设部 CJJ45-2006 道路照明设计标准 2007 5. 周芳 刘美根 智能照明控制系统在电气照明节能设计中的应用 2007

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