基于PLC的教室照明自控系统设计讲解.doc

泰泰 山山 学学 院院 本本科科毕毕业业 论论文文 基于 PLC 的教室照明自控系统设计 所 在 学 院 机械与工程学院 专 业 名 称 机械设计制造及其自动化 申请学士学位所属学科 工 学 年 级 二〇一一级（3+2） 学 生 姓 名 、 学号 丁晓忠 2011170270 指导教师姓名 、职称 陈宏圣 副教授 完 成 日 期 二〇一三年五月三十日 摘要 I 摘 要 本文的教室照明自动控制系统是利用红外感应接收器来准确感知每位同学在 教室的位置，将采集的信号通过传输电路传输给PLC控制系统经过控制系统的 分析处理以后，将控制信号输出给执行机构中的接触器通过控制接触器的接通 与断开来控制教室中的每一盏照明灯的接通与断开从而使整个教室的照明实现 智能控制避免了因不能及时关闭开关导致电能的大量浪费，达到节能的目的 充分体现了当代的节能减排的创新理念 该系统具有控制方便，可靠性高，专用性强，安全，节能等优点，可以满足 各类大、中专院校教室灯光控制的要求，很大程度的达到节能目的。

关键词：关键词：红外感应，智能控制，PLC，节能 Abstract II ABSTRACT This classroom lighting control system is the use of infrared sensors to accurately perceive the receiver each student in the classroom location, the collected signals transmitted through the transmission circuit to the PLC control system. After the analysis of the control system after treatment, the control signal is output to the actuator of the contactor. By controlling the contactor turned on and off to control the classroom each lamp lights turned on and off. So that the entire classroom lighting intelligent control. Avoided because they can not turn off switch causes wasting a lot of energy to achieve energy-saving purposes. Fully embodies the contemporary energy saving innovative ideas. The system is easy to control, high reliability, dedicated and strong, safety, energy conservation, etc., to meet the various large, colleges classroom lighting control requirements, to a large extent to save energy. Keywords: infrared sensors, intelligent control, PLC, energy-saving 目录 III 目录 1 引言1 1.1 教室灯光控制器研究的现状及其存在的问题1 1.2 研究的内容及意义1 1.3 本课题需要解决的问题2 2 教室照明控制器简介3 2.1 系统控制器简介3 2.2 控制方案分析3 3 照明系统控制模块的硬件设计4 3.1 控制按钮4 3.2 人体红外传感器4 3.2.1 人体红外传感器简介4 3.2.2 主动红外传感器工作原理5 3.2.3 主动人体红外传感器功能特点：5 3.2.4 主动红外探测器的安装使用要点：6 3.3 光敏传感器7 3.3.1 光敏电阻工作原理8 3.3.2 光敏电阻的主要功用8 3.4S7-200PLC 概况.9 3.4.1 PLC 的定义9 3.4.2 S7-200PLC 的特点.10 3.4.3 PLC 的基本组成及各部分作用.11 3.4.4 S7-200PLC 的工作原理.13 4 照明系统控制模块的程序设计.15 5 照明系统调试运行及问题分析.22 目录 IV 5.1PLC 系统调试方法及步骤22 5.2 出现的主要问题及分析解决.23 总结 24 参考文献 25 致谢 26 附录 27 泰山学院本科毕业论文 1 1 引言 1.1 教室灯光控制器研究的现状及其存在的问题 随着国民经济的快速发展和社会进步，高等教育在全社会愈加被关注和重视， 高校作为受教育者主要场合，数量在不断地增加规模也在不断扩大。

为了使师生 有更加舒适的教学和学习环境，这就需要我们在力所能及的范围内对教室的面积、 设施和照度等进行一系列的改进[1] 然而，由于现在大学开放式的管理风格，节能意识十分淡薄，在教室内无人 或人数很少的情况下，开启了教室中绝大部分的照明灯夜晚离开教室不关灯导 致长明灯现象比比皆是这种有形和无形的浪费，大大增加了电力支出的负担 以泰山学院为例，经初步统计我校教照明灯数量约 6000 余盏，以每天仅亮灯 8 小时来计算，一年中扣除假期后，教室灯的耗电量约为 50 万度，学校在教室用 电的经费上就得支出约为 30 万元人民币而以每天浪费 2 小时用电来计算，一 年大约要浪费 13 万度的电量，占教室照明用电经费的四分之一依此计算，放 眼我省，乃至全国，随着高校不断扩招，教室不断扩大，如果有更多的电力设备， 虽然提高了课堂管理设备，然而用电负荷可想而知，更多的能源浪费不可估量[2-4] 出于这些原因，提高教室电能利用率变得重要，学校节能措施也变得十分必 要，因此 PLC 课堂教学为主的自动照明控制系统的设计无疑将成为研究的重要课 题之一 1.2 研究的内容及意义 此系统的工作原理是将采集的信号通过传输电路传输给PLC控制系统。

经过 控制系统的分析处理以后，将控制信号输出给执行机构中的接触器通过控制接 触器的接通与断开来控制教室中的每一盏照明灯的接通与断开 该系统实现了对教室里每一盏照明灯的单一智能控制 ，从而实现了对教室 里每一个地点的照明控制这样能更加合理的利用电能对教室照明系统实现智 能控制后，当同学进入教室后照明灯会自动开启同学不会再因为晚上看不见照 明开关而烦恼，同时当同学离开教室的时候也不会因为忘记关灯而发生教室一整 泰山学院本科毕业论文 2 晚上都亮着灯的事件从而方便了同学们进入教室，同时此设计增加了控制的安 全性，节约了电能 1.3本课题需要解决的问题 本课题通过各种试验来研究教室灯光的各种控制，主要解决如下关键问题: 1.环境光感采集问题 2.红外传感器采集以及辐射区域的问题 3.传感器与教室照明灯的合理安装问题 4.控制系统总图以及程序的设定 泰山学院本科毕业论文 3 2 教室照明控制器简介 2.1 系统控制器简介 教室照明控制器可实现教室灯光智能控制其输入参数主要是人体发出的红 外信号和环境光信号等，当周围环境光的强度达到一定值时灯不亮，当环境光强 度在指定值以下且有人存在时开灯，经试验证明用这种方式来对教室灯进行智能 控制可以实现上述目标。

教室照明控制器尽可能安装在教室内避开照明灯直射的位置，且红外传感器 安置时应使人体活动方向与传感器中两个热释电元连线方向互相垂直，这样可以 更好地采集信号，使控制变得更加灵敏、可靠，同时还要尽可能避免外界风直接 吹向人体传感，达到预期的控制结果[5] 2.2控制方案分析 控制器以自然光强度和人体存在作为主要的输入参数来实现自动与手动控 制相兼容当自然光线较强时，无论人是否存在，都不开灯;当自然环境光较弱 时，有人存在且停留时间超过一定值时，控制器自动打开照明灯，直到人离开后 再延时一定时间后关灯，而针对需要开启照明灯的数目，本课题提出了一种结合 了人体红外感应传感器探测器和人数探测模型的综合判断的方法 本文所研究的教室照明控制器主要由硬件和软件两大部分组成硬件部分是 前提，是整个控制系统执行的基础，它为软件程序运行提供了平台而软件部分， 是对硬件端口所体现的信号，加以采集、分析、处理，最终实现控制器所要实现 的各项功能，达到控制教室照明的效果 泰山学院本科毕业论文 4 3 照明系统控制模块的硬件设计 该控制系统是以 PLC 主控模块为核心的，由控制按钮、人体红外感应传感器、 PLC 控制器、光敏传感器、投影仪开启信号等组成。

控制框图如下： 控制按钮 红外传感器 光敏传感器 …… PLC 控制器及 I\O 扩展模块 照明灯 1 照明灯 2 照明灯 3 …… 照明灯 n 投影仪信号 图1 系统控制图 3.1控制按钮 控制按钮是一种结构简单、应用广泛的主令电器 主要功用：白天当我们在教室需要使用投影仪时，我们拉上窗帘时，教室内 的光线会立刻变暗，达到照明灯自动开启的亮度，该按钮主要用于控制此时此刻 照明灯的开启与关闭 3.2人体红外传感器 3.2.1 人体红外传感器简介 人体红外传感器又称红外传感器，它是一种利用探测生物体发射出来的红 外线，而输出电信号的传感器在上世纪四十年代，曾经有人提出利用热释电 效应探测红外辐射，但没有引起各界的高度重视，直到上世纪六七十年代，随 着激光，红外技术的迅速发展，它们也可以有效的促进热释电效应，热释电晶 泰山学院本科毕业论文 5 体的研发和应用热释电晶体已被广泛用于红外光谱仪等设备，红外遥感和热 辐射探测器，它可以作为一个理想的红外激光探测器它作为应用目标，正被 广泛地应用到各种自动化控制装置除了在我们熟知的居民楼防盗报警以及教 室楼道自动开关等场合上得到应用外，在更多的领域当中应用前景亦被看好。

比如：在房间无人时会自动停机的空调机、饮水机等电视机能判断无人观看 或观众已经睡觉后自动关机的机构开启监视器或自动门铃上等应用[6-7]目前， 红外传感器可以分为主动红外传感器和被动红外传感器此设计我们选用主动 红外传感器 3.2.2 主动红外传感器工作原理 主动红外传感器的发射机发出一束经调制的红外光束，被红外接收机接收， 从而形成一条红外光束组成的警戒线当被探测目标侵入该警戒线时，红外光束 被部分或全部遮挡，此时接收机接收的信号就会发生变化，它经放大与信号处理 后，即控制发出报警信号 主动红外的发射光源，通常用红外发光二极管，其特点是体积小、重量轻、 寿命长、功耗小，交直流供电都能工作，晶体管、集成电路都能直接驱动还有 一些半导体激光器，如砷鎵铝双异质结半导体激光器等，也工作在红外波段，因 而也是一种主动红外传感器主动红外传感器的光源通常采用脉冲调制的脉冲波 形，其发射机采用自激多谐振荡器作为调制电源，使它产生很高占空比的脉冲波 形，去调制红外二极管发光，以发射出红外脉冲调制光谱这样，就降低了电源 的功耗，提高了灵敏度，和系统抗杂散光的干扰能力 对光束遮挡型的探测器，要适当选取有效的报警最短遮光时间。

因为遮光时 间选得太短，会引起不必要的噪声干扰，如小鸟飞过、小动物穿过都会引起报警； 而遮光时间选得太长，又可能导致漏报因此，通常以 10m/s 的速度通过镜头的 遮光时间，来定最短遮光时间如人的最小宽度为 20cm，则最短遮断时间为 20cm/(10m/s)=20ms所以，最短遮光时间大于 20ms，系统报警；遮光时间小于 20ms，则不报警 3.2.3 主动人体红外传感器功能特点： 泰山学院本科毕业论文 6 主动红外传感器多采用双光路，可提高其抗干。