基于PLC的校园智能照明系统设计
摘要：现在，很多学校的照明控制都还是采用人工控制，而在学校的能源消耗中，照明系统的耗电占了很大的比例，并且平时运行的时间特别长，更何况还是用的人力的方法去控制，所以十分的浪费电能。而且这种控制方法还存在着许多问题，比如它的控制方式就十分的繁琐，并且如果发生了故障，想要修复就十分的困难。所以为了防止出现以上的问题，此次方案采用了PLC的控制方式。PLC控制系统已经成为了现在的主流方式，在众多的自动化企业，它已经取代了人工控制的方式。校园的整个照明系统包括各种路边的路灯、教学区的照明灯、宿舍楼的照明设施等等。以上所有提到的控制方式都可以用PLC去取缔，首先得有完整并且详细的设计，只要功能的设计够详细，后续整个系统功能的完成就不会有太大的问题。所以整套系统是十分的智能化的，可以大大的减少人力的投入。使用了PLC去控制后还能运用科学的技术去节省部分不需要的能源消耗。
关键词：校园照明；智能化；PLC
Campus intelligent lighting system based on PLC
Abstract: Now, many schools are still using artificial lighting control to control, in the school's energy consumption, power consumption accounts for a high proportion of lighting system, and long time running at ordinary times, let alone or with the method of human control, so very wasteful. Moreover, there are many problems in this control method, such as its control mode is very tedious, and if there is a failure, it is very difficult to fix it. Therefore, in order to avoid the above problems, this scheme adopts PLC control mode. The PLC control system has become the mainstream way now. In many automation enterprises, it has replaced the manual control mode. The whole lighting system of the campus includes various street lamps, lighting of teaching areas, lighting facilities of dormitory buildings and so on. All the above mentioned control mode can use PLC to clamp down on, first of all have to have a complete and detailed design, as long as the function of the design is detailed, following the completion of the whole system function will not have too much of an issue. Of course, when this control system fails, it can also be controlled by manpower, avoiding the failure of the system. So the whole system is very intelligent, can greatly reduce the input of manpower. After using PLC to control, it can also use scientific technology to save energy consumption.
Key words: Campus lighting; Intelligence;PLC
第一章、引言
1.1 课题的选择背景及意义
现在是工业化的时代，所有的工业生产都需要能源，所以能源问题也成了近年来备受人们关注的问题。所以开采那些天然资源就要消耗大量的人力，物力，钱力，当燃烧木材和煤炭的同时，会排放大量的二氧化碳，这是一种严重的碳污染，这对环境是有很大的危害的！所以，节约能源是十分重要的。而学校中的照明系统用到的电能也是能源，虽然人们觉得这么点的电能消耗算什么，但是它的规模和数量一旦成型，它所消耗的能源这个是不能忽视的。学校中的照明灯具的数量还是不小的。而且学校中的众多路灯和照明大灯是整晚整晚的开着的，这是十分的耗电的，所以单单从节能的角度来说设计一套PLC控制的照明系统也是很有必要的！
在学校中设计一套PLC控制的照明系统更是顺应了时代的发展 ，现在是网络化的时代，是智能化的时代，所以设计这样一套系统是很有必要的。可能人们的思维还停留在智能化的系统只有监控系统啊，计算机系统啊，这些已经十分普遍的系统。但是，时代是在进步的，科技是在发展的，智能化的系统早已经不仅限于传统的方面，就连照明系统都已经可以实现智能化的要求了。并且智能化的系统更加能实现现在人们节能的要求，更加符合人们的理想的方式。那些老旧的校区也许已经无法安装智能化的灯光照明系统，但是那些扩建或是在建的学校或者校区，设计并安装一套智能化的，自动化的照明系统绝对是可以实现的。所以设计一套全新的智能化的照明系统既能节约能源还可以增强学校的管理水准。那为什么选用PLC呢，因为PLC的全称叫可编程控制器，从名字就可以看出，可以编程，可以控制，而这里的控制主要是自动控制，而自动控制正是现在十分重要的一门技术。是工业控制的核心部分。PLC（Programmable logic controller)，即可编程逻辑控制器，是现在市场上集成度十分高的多功能小型计算机。而正如前文所讲的，校园内的照明设施是占很大的比例的，所以用PLC的控制系统对于节能和智能控制的角度来说是十分有必要的。
而本次的方案设计是使用PLC去控制照明系统的方式。这是一种全新的尝试，PLC本身可以说就是非常高科技含量的产品，所以它将发挥重大的作用。
1.2 PLC控制照明系统的特点
PLC（Programmable logic controller)，即可编程逻辑控制器，是现在市场上性价比比较高的多功能控制器，功能强劲。主要特点有：
（1）功能多样，具备抗干扰能力。
PLC在整个控制系统中占据着极其重要的作用，一旦PLC发生了故障或是受到了影
响，导致其无法正常的运行发挥作用，那么这对于整个系统来说是十分不利，对于运用PLC的工厂来说也会导致一定的损失。这是生产厂家所不愿看见的，因此他们在生产的时候赋予了PLC较强的自诊断功能，自检功能和自我保护功能。这样，在PLC出现问题时，首先它会启用自检功能和自诊断功能，准确的找出问题所在，以便于后续的修理和维护，加上较强的自我保护功能，这使得它的抗干扰能力也 十分的好。
（2）使用简便。
PLC它本身自带所必需的硬件设备，所以在使用时，只需编写程序，完成通信，将
程序输入即可工作，如果要修改PLC的工作要求，只要修改程序就可以了，不需要对PLC本身进行什么操作，可以说是十分的简便。
（3）集成度高，适应面广。
现在的PLC已经发展成为了一个高度集成化的系统部件，诸多的所需功能都可以集成在一台PLC上，大大节约了设备成本。
（4）编程简单，容易掌握。
现在，被大多人所熟悉和使用的编程方式是仍然是梯形图，梯形图的编程特点十分明显，一个图字就能看出来，它并不用太费脑筋的去理解，它是图形式的程序语言，十分的简单易懂，一眼看上去简洁明了。所以用梯形图的编程方式可以更快，更简单的编写完程序。并且图形式的方式更容易被人们所掌握。
目前，还有一种编程也为人们所用，那就是汇编语言，但是汇编语言的逻辑结构比较复杂，可能有些电气方面的工作人员无法很好的掌握它，所以还是选用简便，易懂的梯形图编程方式。
1.3 PLC控制照明系统的发展现况
生产工艺的进步，科学技术的飞速发展，这些都直接导致了PLC技术的越来越成熟，也使得PLC的性价比越来越高。同时为了适应大中小企业是发展需要，需要进一步扩大PLC在工业自动化领域的应用范围。虽然问世的时间并不长，但PLC无论在国内还是国外，发展都非常的迅速，有强大的生命力和高速的增长模式，成为现在十分重要的自动化设备。而现在PLC所涉及的领域已经不仅仅是工业了，它的应用范围正渐渐扩大到日常人们的生活中，民用和工业都逐渐的离不开PLC的功能。而此次智能化的照明系统所用到的最重要的核心部分就是PLC，因为校园照明系统中最多的就是各种照明设施，这些照明设施相对于工厂的中各种大型设施是更加容易去管理，并且是更加节约成本的，所以在校园中设计并使用这样一套系统是比较容易的。
PLC的发展现况可谓是如日中天，这其中也有环境污染越来越严重的原因在里面，现在的环境污染越来越严重，能源的因素占一大半。举个例子，我国东北地区的冬天是家家户户都有供暖的，而这些供应的暖气都是来自于火力发电厂，火力发电最主要是烧煤炭等传统能源，但是同时环境也被破环。所以，为了可持续发展，现在国家已经严禁开采能源，大力支持科技推动发展，大力发展科学技术。所以说，在传统能源正在被逐渐取代的今天，更加节能，更加高效的PLC的发展前景一片大好。
而在现在，仍然大多数学校还用着人工控制的照明方式，用人力去控制，到了时间点就打开开关，这样是十分耗费人力的。而人力控制照明系统只适用于小规模的校区，而大规模的校区的照明系统是不适用于人力控制的，大规模的照明系统十分的复杂，所以用PLC作为控制核心的智能化系统才是日后的发展方向。
1.4 智能照明系统的优点
（1）既然是智能系统那也就意味着整个系统将变的更为的简便，控制方式也更加的方便，快捷。而现在快捷方式多种多样，例如在众多的汽车中控中所使用的一键启动的方式，在此次智能控制的系统中一样可以使用，自由切换，十分的快捷智能。
（2）智能照明系统可以让一般灯具的使用寿命延长3倍左右，不仅能节省灯具消耗量，更加减少了成本的投入，
（3）智能系统还可以使用较为先进的技术，可以使室外的照明度始终维持在一个比较合适的亮度，既不刺眼，还能做到节能的效果。
第二章、系统控制方案的确定
2.1 系统控制方式的选定
因此设计用的是以PLC为核心的控制方式，但是还有其他两种控制方式。
（1）硬件电路控制方式
硬件电路是一种比较老式的电路，它的运行方式比较简单，但是这种方式技术含量比较低，价格也比较低。但是它稳定性不够高，常常会发生故障。不适用在较为复杂的系统上。
（2）单片机控制方式
单片机是一种十分成熟的芯片式的控制方式，它的价格也很低，但是它不是十分的容易理解，想要编写单片机的程序语句不是十分的简便。因此就需要专业的调试人员，或是熟悉单片机的电气设备员进行维护和修理。
（3 ）PLC控制方式
PLC控制器是现在非常主流的控制方式。PLC的各项功能都非常好，并且性价比非常的高，它的后期的维护和修理也十分的方便。更重要的是现在大多数PLC用梯形图即可完成控制，而梯形图是比较容易理解并使用的。
所以，从控制系统的性价比的方面，从编程的简易性方面以及所需的工作量方面，最终还是PLC的控制方式最为合适
2.2 控制方案设计内容及要求
此次控制智能控制照明系统方案是以PLC为核心，用PLC去控制整个照明系统。整个系统只是一个框架，它还需要许多内容来充实。其中最重要的其实就是三大部分，硬件部分的设计、软件部分的设计、整个完整程序功能的调试结果。只需将这三部分一一设计完成，使整个控制系统满足要求即可。
而整个系统得满足一定的要求才能符合整个校园照明系统的条件。
首先，学校双休日是休息的，所以双休日的时候有些教学设施、教学楼、和道路是不需要照明的，因此必须用分时控制的方式去控制。控制整套系统可以在双休日的时候自动的关闭不需要的照明设施。
其次，整个系统还应该设有两种操纵方式，因为智能化的自动照明系统难免会有维护或维修的时候，因为是照明系统，那么肯定不能完全停止工作的。所以就需要设计另一种老式的操纵方式；人工控制。这样一来，即使是在修理故障时，也仍然可以人力去控制系统，进行照明。
当然，还不能忘了特别重要的一个因素，季节。夏季的日落时间大概是19时，而冬季的日落时间大概是17时，这也就意味着当夏季天还大亮的时候冬季天已经伸手不见五指了，所以夏季与冬季的照明时间是大大不同的。如果不将它们分开来，那么只会造成大量电力的浪费，因此季节的因素也必须考虑在内。
2.3 PLC控制系统系统的优点与特点
1.绿色环保
绿色环保与这次的系统设计有什么关系呢，绿色可能关系不大，但是环保与此次的设计关系紧密。举个例子，图书馆往往是一个学校里占地面积很大的一片区域，也是一个学校的门面，所以大多数时候图书馆的灯光照明是一直都开着的，包括室外渲染环境的大灯和室内的许多照明设施。它们中有许多并不需要持续打开的部分，但是却一直保持着工作的状态，这是一种十分浪费电力的行为。而现在的社会大力节约能源才是最重要的，所以设计并使用这样一套智能照明系统是十分有必要的。智能化的系统可以有效的控制必要的和不必要的能源消耗，有效的降低浪费。
2.智能化管理
既然是校园智能照明系统，那么智能二字就是整套系统的核心部分，所以在设计时必须将如何才能最大程度的智能化作为最重要的考虑部分。但是不能单单考虑智能化，其他因素也是必须具备的，在智能化的基础上使整个系统更加的方便，快捷，简便都是也要考虑的。智能化的系统将将人工控制变味自动控制，整个系统的运行效率将大大提升，整个系统的运行开关打开后，后续的控制将不需要外力的干预，更加的高效化。
3.节约成本
为什么智能化技术的发展突飞猛进，一方面是因为科学技术的飞速发展，另一方面因为智能化可以大大的节约人力成本，现在许多智能化工厂已经不在需要那么多的人力投入，大大节省了人力和成本的投入。
2.4 系统的主要构成
系统单元、输入单元和输出单元是智能照明系统的最重要的也是最基本的三个要素。确定了这三个要素之后，再用专门的功能软件进行设置参数，使它们可以实现想要的功能。
每个单元都有不同的任务分配和功能，如下所述：
1.系统单元：它的用处是提供外部工作电源，用于保持运作。
2.输入单元：它的主要功能是把外部传输的控制信号转换成为我们所设计的控制网络中能够传输的信号，包括可以通过软件控制的开关、专门接受红外线的红外开关、可以通过红外线遥控的红外遥控器、各式各样的多功能传感器等等。
3.输出单元：输入单元的功能是转换，而它是功能则是接受，它的主要功能则是专门接收由输入单元转换的各种各样的传感器和控制器所发出的控制信号，当它接受到这些控制信号之后，它就会做出相应的动作，实现相应的功能。
2.5 设计实施步骤介绍
本套系统的基本设计完成步骤如下：
（1）根据智能照明系统的控制要求，以此来确定该系统所需的输入和输出点。
（2）根据系统的控制要求来确定相关硬件设备的选型和系统的输出和输入点。
（3）依据确定好的输入和输出，来确定PLC 和I/O接口的具体连接方法，主电路图，电气原理图等等。
（4）用相应的编程软件来编制控制系统的梯形图以完成控制要求。
（5）将编写完成的程系统序进行仿真调试。
目录
第一章、引言 - 1 -
1.1课题的选择背景及意义 - 1 -
1.2 PLC控制照明系统的特点 - 2 -
1.3 PLC控制照明系统的发展现况 - 3 -
1.4 智能照明系统的优点 - 3 -
第二章、系统控制方案的确定 - 4 -
2.1系统控制方式的选定 - 4 -
2.2控制方案设计内容及要求 - 4 -
2.3系统应具备的主要效果 - 6 -
2.4系统的主要构成 - 7 -
2.5设计实施步骤介绍 - 7 -
第三章、系统的硬件部分设计 - 7 -
3.1所选PLC的性能要求 - 8 -
3.2 PLC的选定 - 9 -
3.3系统的控制回路框图 - 9 -
3.4系统主要硬件的选定 - 9 -
3.4.1 断路器 - 10 -
3.4.2 接触器 - 12 -
3.4.3 继电器 - 12 -
3.5 PLC的I/O分配表 - 14 -
第四章、系统的软件部分设计 - 15 -
4.1系统流程图 - 15 -
4.2 STEP7-Micro/WIN V4.0编程软件 - 16 -
4.2.1 STEP7-Micro/WIN V4.0编程软件主界面及基本组成 - 16 -
4.2.2 梯形图的编写步骤 - 17 -
4.2.3时钟设置 - 18 -
4.3 系统的控制程序 - 19 -
4.3.1 分时控制方案 - 19 -
4.3.2 三时段控制程序 - 20 -
4.3.3 季节控制程序 - 20 -
4.4 梯形图程序 - 21 -
第五章、智能照明系统程序的调试 - 25 -
第六章、结论 - 26 -
第七章、致谢 - 26 -
参考文献 - 27 -
参考文献
[1]郭琼. PLC应用技术[M]. 北京：机械工业出版社，2014.
[2]史国生. 电气控制与可编程控制[M]. 北京：化学工业出版社，2008.
[3]廖常初. PLC编程及应用[M]. 北京：机械工业出版社，2008.
[4]韩相争. 图解西门子S7-200PLC编程快速入门[M]. 北京：化学工业出版社，2013.
[5]程周. 电机与电气控制技术[M]. 北京：电子工业出版社，2014.
[6]王永华. 现代电气控制与PLC应用技术[M]. 北京：北京航空航天大学出版社，2003
[7]周国华. 可编程控制器原路及应用[M]. 北京：中国电力出版社，2009.
[8]黄麟. 交流调速系统及应用[M]. 大连：大连理工大学出版社，2009.
[9]张晓娟. 工厂电气控制设备[M]. 北京：电子工业出版社，2012.
[10]天津电气传动设计研究所. 电气传动自动化技术手册[M]. 北京：机械工业出版社，2005
