基于PLC的教室智能灯光系统设计
摘要
摘要：从二十世纪到二十一世纪各国的科学技术的飞速发展，社会不断地进步，资源的不断被开发，人们的生活也越来越好，但是伴随而来的是环境的恶化，许多能源的日渐减少。而在这其中最为重要也是最为紧迫的问题就是能源问题，要从根本上解决能源问题，除了寻找新的能源，节能的关键的也是目前最直接并且最有效的重要措施。节能是我国可持续发展的一项长远发展战略，是我国的基本国策。而电能是节能战略中占很大比重的一块，据统计全世界20%的电力消耗在照明上。其中教室是照明用电量比较大的地方，目前，我国基本上所有教室都是采用人工对灯光照明的管理控制，所以经常出现教室空无一人却还亮着灯的“长明灯”现象，虽然学校专门雇人检查灯光照明状况，但是这又占了许多的人力资源和物力资源。所以在智能化越来越普及的今天，采用智能化系统管理教室灯光照明系统是十分有现实意义的。而采用PLC来控制系统是非常适用且方便的手段。
关键词： 节能; 智能; PLC
Classroom Intelligent lighting system Based on PLC
Abstract
Abstract: From the twentieth century to the twenty-first century, the rapid development of science and technology in various countries, the continuous progress of society, the continuous development of resources and the improvement of people's lives have been accompanied by the deterioration of the environment. The most important and urgent problem among them is the energy problem. Energy conservation is a long-term development strategy for China's sustainable development and a basic national policy. Electricity is a large part of the energy-saving strategy. According to statistics, 20% of the world's electricity is consumed in lighting. Among them, classrooms are places where the electricity consumption for lighting is relatively large. At present, basically all classrooms in our country adopt manual management and control of lighting, so there is often a phenomenon of "Bright lamp" in which there is no one in the classroom but the lights are still on. Although schools specially hire people to check the lighting conditions, it takes up a lot of human and material resources. Therefore, with the increasing popularity of intelligence, it is of great practical significance to adopt intelligent systems to manage classroom lighting systems. PLC is a very suitable and convenient method to control the system.
Keywords：Energy-saving ,intelligent ,PLC
目 录
第一章 序言 1
1.1 课题来源及研究意义 1
1.1.1 教室智能灯光系统的国内外研究现状 2
1.1.2 教室智能灯光系统的目的和任务要求 3
1.2教室智能灯光系统的设计步骤 3
第二章 系统硬件的选择与设计 4
2.1 PLC的概述 4
2.1.1 PLC的特点及优点 4
2.1.3 PLC的选择 5
2.2 系统所需传感器的选择 5
2.2.1光照传感器的介绍及选型 6
2.2.2热释电红外传感器的介绍及原理 7
2.3硬件的布局 9
第三章 系统程序的设计 10
3.1 系统控制程序流程图 10
3.1.1 输入输出的地址 11
3.2 梯形图程序设计 11
第四章 毕业设计小结 19
参考文献 21
毕业设计附录目录 22
第一章 序言
1.1 课题来源及研究意义
从二十世纪到二十一世纪各国的科学技术的飞速发展，社会不断地进步，资源的不断被开发，人们的生活也越来越好，但是伴随而来的是环境的恶化还有许多能源的日渐减少等问题。在诸多环境问题中最为重要也是最为紧迫的问题就是能源问题，要从根本上解决能源问题，除了寻找新的能源，节能的关键的也是目前最直接并且最有效的重要措施。节能是我国可持续发展的一项长远发展战略，是我国的基本国策。在诸多日常使用的能源中，电能是最重要的能源之一，特别是在当今社会，电能越发显得重要，所以电能是节能战略中占很大比重的一块。据统计全世界20%的电力消耗在照明上。随着我国财政支出在教育事业上财政不断增大，高等教育大众化水平进一步提高。据统计小学学龄儿童净入学率99.95%，比上年提高0.04个百分点；初中阶段毛入学率100.9%；高中阶段毛入学率88.8%，比上年提高0.5个百分点。随着毛入学率的逐级递增，学校实体建筑规模必将扩大，电力功耗也必将相应增加。随着国家对教育方面的越来越重视，教室不断扩建，教室的用电负荷不断加大，随着国家对教育方面的越来越重视，教学设施也越来越全面，国家规定中小学教室为200-300勒克斯，高中300勒克斯以上，大学的教室为300-500勒克斯，大学的这个照度水平做到尚有困难，但大学最低应达到300勒克斯。以某校教楼为例，全教学楼共有120间教室，每个教室有8组16盏灯具，共1920盏40W的日光灯，所以可得出全年教室自习时间消耗的电能为： 消耗电能=日光灯数*单盏电灯功率*5小时（每天平均自习时间）*275天（学生在校时间）=105600KWh 。 以每度电0.52元计算，仅公教楼全年花费电力资金就高达54912元。所以教室是照明用电量比较大的并且占很大经济比重的地方，并且在学校经常会出现忘关灯和没必要照明时却还照明等过度照明的现象。并且目前，我国基本上所有教室都是采用人工对灯光照明的管理控制，所以经常出现教室空无一人却还亮着灯的“长明灯”现象，虽然学校专门雇人检查灯光照明状况，但是这又占了许多的人力资源和物力资源。所以在智能化越来越普及的今天，采用智能化系统管理教室灯光照明系统是十分有现实意义的。而采用PLC来控制系统是非常适用且方便的手段，所以设计一个基于PLC的教室灯光控制系统是十分有现实意义的。我们的系统利用现代技术进行教室智能灯光控制，不仅实用性特别强，而且很大程度上节省了能源。系统紧扣国家的国策和构建和谐社会的理念，将会有效促进环保型和谐社会的建立。
1.1.1 教室智能灯光系统的国内外研究现状
目前对灯光的智能控制，国内外已经开始采用，因为节电可较快缓解电力紧张的局面，同时还可能从根本上减少CO2等污染的排放，改善地球生态环境。并且灯光智能控制用途十分广泛，能够用于很多的空间，诸如，娱乐，办公，移动等空间，为我们的生活工作提供很多方便。同时也能够响应现在节能减排的号召，从根本上杜绝浪费。因此它具有很好的社会发展前景，相信一定能够带来很好的经济效益为社会做出贡献。但是对教室灯光的控制，尤其是我国教室灯光的智能控制是特别缺乏和不完善的，依然是采用传统式的人工来管理。仅有个别的智能管理系统是在教室天花板中央安装旋转云台，使传感器扫描室内，从而统计人数和位置。或者采用光敏三极管构成的电路去检测环境光的强度，然后采用单片机控制灯管的亮灭，这些普遍存在着管理不易，技术难度高，成本高等缺点，对于学校教室灯光的管理没有很高的针对性，不适合用在普通高等院校来推广。目前在中国,利用远红外技术实施对照明系统的智能化细化控制.经过在扬州大学,山东大学,华东理工大学,西安建筑科大等许多高校的实践,受到了非常令人满意的节电效果,照明节电率高达40%。一些高校已经采用了教室智能化照明系统,在方便学生的同时,也减少了电力资源的浪费.在国外，他们并没有将智能照明产品单独进行推广，而是将其作为智能化技术发展的一部分去发展，这就意味着在国外智能灯光系统并不受重视。但在近几年,欧美国家,政府投入大量的人力和资力用于节能减排.目前已取得较好的成绩，并且一些高校已经采用了教室智能化照明系统。对国内来说，智能灯光系统还在发展的初期阶段，虽然智能照明行业逐渐兴起，瑞郎、海尔、清华同方、百分百照明等各大企业都如雨后春笋般在智能化照明技术的开发领域快速发展，但是受限于我国国民的消费观念以及国内的市场，这就难以将产品推广出去，销售渠道也难以开拓，所以这就不利于我国智能照明市场的发展。而教育领域一直是国家发展的重点与基础，如果智能照明技术能结合在教育领域中，那么我国的智能照明市场就将会很快被拓展开来，所以，综合以上信息，我觉得对于教室智能灯光系统的研究与设计是非常可行的。
1.1.2教室智能灯光系统的目的和任务要求
系统的目的是利用PLC对照明实行智能化开关，通过红外传感技术,利用人体的红外光谱作为检测目标,当人进入探测区域时,红外传感器将人体红外光谱传递给信号处理系统,从而实施对控制电路的驱动与否,实现对控制对象的具体控制,在控制电路中加入自锁电路以及调控装置,用于实现在室内亮度达标的情况下灯不开,室内无人时灯自灭。并且根据光敏传感器所得到的信息，即该区域的光照强度是否达标，光线是否充足，来综合判断该区域是否需要照明，以避免出现忘关灯和一些不必要照明等费电现象。任务要求：按照教室的实际情况将教室划分为几个区域，各个区域上安装对应的传感器，分时段检测区域的人员状况和光照照度的状况；当区域无人或者照度充足的情况下，灯光关闭；当检测到区域有人或光照强度不足时，灯光打开。并且设计手自动转换程序，在教室讲台上安装一个手动开关，来根据实际情况做出调整。系统还设计了灯具故障检测和灯管使用寿命记录的功能。当灯具出现故障时，首先负责人输入密码登录检测系统，操作触摸屏检测具体哪个灯具有故障，然后登录运行界面查看灯具的使用时间。
一、选题简介、意义
教室是学校照明用电的主要部分。教室灯光照度设计标准为室内平均照度300 lx，这样高的照度要求，如果没有合理控制方案，能源上将造成巨大的浪费。因此将智能照明控制系统应用于普通教室、阶梯教室具有相当的实际意义。对于学校而言，使用调光控制方式显然造价过高，难以接受，而且教学楼的灯具大多选择了日光灯，调光控制需要专用的调光镇流器，比较烦琐。因此，开关控制是学校教室照明主要的控制方式。
智能灯光系统利用PLC对照明实行智能化开关，根据传感器所得到的信息来判断某区域是否需要照明，以避免出现忘关灯和一些不必要照明等费电现象。
二、课题综述（课题研究，主要研究的内容，要解决的问题，预期目标，研究步骤、方法及措施等）
1、研究内容
本课题的目标是设计一套智能照明的教室灯光系统。系统通过传感器传来的信息判断是否需要照明，需要则打开灯光，不需要则不开。根据设定的时间定时检测区域是否需要照明。这样就避免了许多浪费电现象。系统还具有故障报警和监测灯具使用寿命的功能。
2、主要解决的问题
1、智能灯光系统的工作流程
2、传感器类型和LED节能灯的选择
3、各种传感器的安装位置选择
3、计划实施步骤
1、首先设计总体方案
2、安装传感器等其他相关组件
3、编写plc控制程序
4、调试。
参考文献
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毕业设计附录目录
附录一：PLC外部接线图
附录二：系统整体程序文件
附录三：外文翻译
