基于PLC的校园照明智能控制系统设计样本.doc

l * * * 学 院

本科生毕业设计（论文）

学院（系）： 电子与电气工程学院
专　　 业： 电气工程及其自动化
学　　 生：
指引教师：

完毕日期 年 5 月

****学院本科生毕业设计（论文）

基于PLC校园照明智能控制系统设计

Intelligent Control of Campus Lighting Based on
Programmable Logical Controller

总 计： 27 页
表 格： 2 个
插 图： 15 幅

***** 学 院 本 科 毕 业 设 计（论文）

基于PLC校园照明智能控制系统设计

Intelligent Control of Campus Lighting Based on
Programmable Logical Controller

学 院（系）： 电子与电气工程学院
专 业： 电气工程及其自动化
学 生 姓 名：
学 号： 10409112
指 导 教 师（职称）：
评 阅 教 师：
完 成 日 期：

****学院
Nan yang Institute of Technology

基于PLC校园照明智能控制系统设计
电气工程及其自动化 * * *
［摘 要］当前，大多数校园照明系统依然使用人工控制，其缺陷是控制复杂、修理困难、容易发生误动作。针对这种状况，本设计使用西门子S7-200PLC代替老式人工控制校园照明系统。采用了PLC智能控制，系统稳定可靠，完全满足学校照明规定，校园照明系统重要有道路控制输出信号、景观灯输出信号、公共绿地输出信号，依照PLC控制原理对其进行I/0分派和绘制照明系统流程图及编写校园照明智能控制系统梯形图控制程序。最后通过模仿仿真运营，可以实现当设备发生故障或浮现某些不正常运营状况时，由自动控制变换人工控制，在排除故障后再次实现自动控制满足照明智能控制系统规定。
［核心词］照明系统；西门子S7-200；输出信号；智能控制
Intelligent Control of Campus Lighting Based on
Programmable Logical Controller
Electrical Engineering And Automation Specialty　* * *
Abstract：At present the illumination system of the majority of our campus is still using the traditional manual control system，whose disadvantages are complex control，difficult to repair，prone to malfunction. For this situation，this paper uses the Siemens S7-200 and designs the system to control the campus lighting system instead of traditional artificial control，Programmable Logical Controller intelligent control system was adopted on the new campus，the control system is reliable enough to meet the requirement of campus lighting，The system mainly includes incident the output signal of the road、the decorative lights and the green fields. Which composes the I/0 allocation tables and flowing diagram and the ladder diagram control programs of the illumination system of the campus. Through the simulation，it is able to turn to manual control from the automatic system when the facilities generate the phenomenon of the malfunction and abnormal,the automatic system turn on after people to find and orderly deal with the malfunction ,and fulfills the requirements of the system of the intelligent control.
Key words：The illumination system；Siemens S7-200；the output signal；intelligent control
目 录
1 引 言 3
1.1 选题背景和意义 3
1.2 PLC在国内外发展状况 2
1.3 设计重要内容及技术规定 2
1.3.1 重要内容 2
1.3.2 详细技术规定 2
2 智能照明控制系统总体方案设计 3
2.1 照明系统功能需求分析 3
2.2 系统设计基本环节及功能构成 3
2.2.1 智能照明控制系统设计过程简述 3
2.2.2 智能照明控制系统设计基本环节和办法 4
2.2.3 智能照明控制系统设计功能构成 4
3 硬件设计 5
3.1 线路构造设计 5
3.1.1 控制线路设计 5
3.1.2 控制器件选型 6
3.2 PLC设计 7
3.2.1 PLC在控制系统中规定 7
3.2.2 PLC选型 8
3.2.3 S7-200系列PLC 9
3.2.4 I/O地址分派 9
4.软件设计 10
4.1 程序流程 10
4.2 STEP7-Micro/WIN V4.0编程软件 11
4.2.1 STEP7-Micro/WIN V4.0编程软件主界面及基本构成 12
4.2.2 梯形图编写 12
4.2.3 时钟设立及读写 13
4.3 系统控制程序 15
4.3.1 分时控制方案 15
4.3.2 分时智能控制程序编制 15
4.3.3 三时段控制程序 15
4.3.4 季节自动选取程序 16
5 控制程序调试与仿真 16
5.1 程序调试 16
5.2 系统仿真 17
结束语 21
参照文献 22
附录 23
道谢 28

1 引 言
1.1 选题背景和意义
随着工业化高速发展，能源问题成为人们关注焦点，由于能源消耗除了其直接经济损失外，还会带来碳排放量增长，恶化环境，因此节约能源始终是生活、生产中一种主题。提到节能人们往往忽视了照明用电，由于它单体容量较小，安装比较分散，因此，看起来无关紧要，其实照明用品数量最多，分布最广，随着都市扩张和道路延伸，无论是单体容量还是总容量都在大幅增长，美化环境长明灯更是越来越耀眼。当前诸多大学都坐落在郊区，建筑容积率较低，因而，诸如道路、广场、景观等公共照明占比重相称高，且路灯和景观灯单体容量大，工作时间长，绝对是学校能源消耗主体。要说学校节能，只要把这些公共照明控制得当即可。
校园建设要适应网络时代发展，应引入智能化概念。在老式楼字自控系统中，普通只涉及了综合布线、计算机网络、安防、消防、闭路监控等子系统。但近年来，随着科技进步，人们对照明灯具节能和科学化管理提出了更高规定，使得照明控制在智能化领域地位越来越重要[1]。在新校区建设热潮中，各大高校和她们建设者也应意识到智能照明重要性。相对商业楼字而言，校园里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优势，提高学校科学管理水平。而可编程控制器（Programmable Logical Controller，简称PLC）作为自动控制重要构成某些，已成为大多数自动化系统设备基本。可编程控制器是一种以微解决器为核心，综合了计算机技术、自动控制技术、通信技术和继电器控制技术而发展起来新型工业控制装置，具备编程容易、体积小、使用灵活以便、抗干扰能力强、可靠性高等一系列长处，其功能越来越强大，应用范畴越来越辽阔，如冶金、机械、电力、石油、煤炭、化工、轻纺、交通、食品、环保、轻工、建材等工业部门均有广泛应用。它不但可以很容易地完毕顺序逻辑、运动控制、定期控制、计数控制、数字运算、数据解决等功能，并且可以通过输入/输出接口建立与各类生产机械数字量和模仿量联系，从而实现对系统过程自动控制。而校园具备当代化气息，道路宽且长，绿地和景观用地也有相称比例。在进行道路和景观绿地照明设计时，在节能和延长光源寿命方面获得了明显效果。
本设计研究项目属于采用西门子S7-200PLC代替老式人工控制照明系统，在校园智能照明系统中装置PLC，可以达到线路简朴、易于安装、便于维护、编程简朴、工作可靠、抗干扰能力强，实现对照明系统综合自动化控制[2]。
1.2 PLC在国内外发展状况
可编程控制器是六十年代发展起来一种自动控制装置，是一种嵌入式工控机，它以顺序控制为主，回路调节为辅，能完毕逻辑判断、定期、计数、记忆和算术运算功能，既能进行开关量控制，又能进行模仿量控制，还具备通信功能。而新校园建设要适应网络时代发展，应引入智能化概念。在老式楼字自控系统中，普通只涉及了综合布线、计算机网络、安防、消防、闭路监控等子系统。但近年来，随着科技进步，人们对照明灯具节能和科学化管理提出了更高规定，使得照明控制在智能化领域地位越来越重要。而在新校区建设热潮中，各大高校和她们建设者也应意识到智能照明重要性。相对商业楼字而言，校园里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[3]。使用照明控制系统，更能体现其在节能与管理方面优势，提高学校科学管理水平。
针对节约电能、保护全球环境可持续发展规定，美国环保署于1991年1月提出“绿色照明”概念，引起了其她国家注重。国内也于1993年11月启动“中华人民共和国绿色照明工程”，并于1996年正式列入国家筹划[4]。但是国内智能化照明技术应用还不广泛,大多数校园依然使用老式照明控制方式。 因而完善校园路灯智能化监控建设，进一步扩大监控系统点位，自动实时监控和远程控制校园照明设施开关灯，合理控制道路照明和景观灯运营和停止具备重要现实意义。可以预期，随着国内当代化进程进一步，PLC在国内将有更辽阔应用天地。
1.3 设计重要内容及技术规定
1.3.1 重要内容
本设计采用S7-200控制器控制照明系统，依照校园照明系统工作特点,采用PLC实现对照明系统控制，总体设计重要涉及硬件线路设计和软件设计。硬件线路设计重要涉及线路图设计和排线布线设计。软件设计依照控制规定，对事道路、宿舍、公共绿地、景观灯等进行I/0分派，同步编制了系统梯形图控制程序，最后进行仿真与调试，达到校园照明系统规定。
1.3.2 详细技术规定
（1）学生是一种特殊群体，活动时间性、规律性非常突出，因而对道路和其她公共照明实行智能分时控制。
（2）寒暑假期间景观灯手动控制，依照需要暂时或少量启动；而路灯每天只启动1/4，满足最低照明规定。
（3）景观和公共绿地照明采用第1、第2时段全开,第3时段全熄控制方式。
（4）为了保证PLC事故状况下道路照明，在设计时考虑手动和自动两种工作制，手动时可以人为启动或关闭任何一路照明。
（5）在设计时考虑夏、秋时制和冬、春时制辨认。
2 智能照明控制系统总体方案设计
智能照明控制系统由可编程控制器、中间继电器、各种照明灯和刀开关构成。通过软件编程软件编写分时段程序控制校园道路、公共绿地和景观灯等照明设备，使各照明设备在规定期间工作。道路照明重要作用是保证行人安全和以便，绿地和景观照明重要是给人们营造温馨、和谐、美丽环境。既要满足照明重要功能，又要尽量节约能源，只能是采用科学管理和控制，使两者完美统一。
2.1 照明系统功能需求分析
（1）节能 据专业资料记录，智能建筑照明用电占整个校园用电85%左右。其实在大多数状况下诸多区域并不需要把灯所有打开或者开到最亮，过度照明不但形成光污染还会导致能源挥霍。在当今能源紧张、国家大力倡导节能形势下，使用智能照明管理系统最大限度地节能具备非常实际意义。校园照明回路数量较多，容量较大，如何在保证所需照度前提下，综合运用各种控制手段，减少不必要电能挥霍，是个极其重要问题。
（2）高效管理 如何提高运营稳定性和可靠性，使控制和操作更加简朴、以便、灵活，使管理更加自动化、高效化，减少大量简朴重复劳动，是咱们在设计时考虑重点。咱们依照不同区域特点进行设计，保证使用以便灵活，管理高效。智能照明控制系统将普通照明人为开与关转换成了智能化管理，不但使管理者能将其高素质管理意识运用于照明控制系统中去，并且将大大减少照明系统运营维护费用，并带来较大投资回报[5]。
（3）人性化 使用智能照明管理系统，不但要实现基本灯光控制，还应通过场景、自动控制等手段，努力提高照明环境品质，使人们在一种舒服温馨、高品质光环境中高兴高效地工作和学习，真正做到“科技以人为本”。
2.2 系统设计基本环节及功能构成
2.2.1 智能照明控制系统设计过程简述
校园照明控制系统配备设计普通都在控制时间和照明电气部份设计之后进行，依照校园照明规定结合电气设计图进行系统配备。一方面依照校园道路、景观灯等照明分布状况，设计硬件线路；另一方面根据照明灯具大小、数量计算出总电压、电流等电气参数，通过计算出参数进行电器元件选型；再此就是软件编程，依照设计规定编写软件程序；最后通过仿真调试不断修改设计，直至满足校园照明智能控制规定。在实际设计过程中，也可根据实际状况对设计方案进行修改。
2.2.2 智能照明控制系统设计基本环节和办法
第一步 编制照明回路负载清单，核对照明回路中灯具和光源性质，进行整顿[6]。
(1)每条照明回路上光源应当是同一类型光源，不要将不同类型光源如白炽灯，日光灯，景观灯混在一种回路内。
(2)分清照明回路性质是普通供电还是节能供电。
(3)每条照明回路最大负载功率应符合开关控制器容许额定负载容量，不应超过额定负载容量运营。
(4)依照灯光设计师对照明场景规定，对照明回路划分进行审核，如不符合照明场景所规定回路划分。可作些恰当回路调节，使照明回路划分能适应灯光场景效果需要，能达到灯光与室内装璜在空间层次，光照效果和视觉体现力上密切融合，从而使各路灯光组合构成一种优美照明艺术环境。
第二步 依照照明控制规定选取控制面板和其他控制部件
控制面板是控制照明系统重要部件，也是操作者直接操作使用界面，选取不同功能控制面板应满足操作者对控制规定[7]，控制系统普通有如下几种控制输入方式：
(1)采用时间管理器控制方式，依照不同步间自动控制。
(2)采用按键式手动控制面板，随时对照明进行调节控制。
(3)采用电脑集中进行控制。
(4)采用PLC实时时钟进行不同步段分时控制。
第三步 选取附件及集成方式
控制系统如需与其他有关智能系统集成，可选用相应附件。
第四步 施工图纸设计及设备配备清单编制
(1)施工图纸设计，该某些内容可见智能照明系统电气设计有关教程。
(2)编制系统配备清单，如系统中各产品型号、数量、使用区域、备注等有关信息。
2.2.3 智能照明控制系统设计功能构成
（1）智能照明控制系统构造和构成
普通智能照明控制系统都为数字式照明管理系统，它由系统单元，输入单元和输出单元三某些构成。除电源设备外，每一单元设立唯一单元地址，并用软件设定其功能。
通过输出单元来控制各负载回路，各种形式单元简述如下：
l 系统单元：主系统对各区域实行相似控制和信号采样网络，子系统则对各分区实行不同详细控制网络。主系统和子系统之间通过信息等元件连接，实现数据传播。
l 输入单元：用于将外部控制信号变换成控制系统上传播信号，如可编程多功能(开/关、调光、定期、软启动/软关断等)输入开关、红外线接受开关及红外线遥控器(实现灯光调光或开/关功能)。各种型式及多功能控制板，可进行多点控制、时序控制等，调节照明，以达到使周边环境保持适当照度，节约电能[8]。
l 输出单元：智能控制系统输出单元是用于接受来自控制器定期信号，控制相应回路输出以实现实时控制。输出单元有各种型式继电器。系统普通采用集中控制和管理、分散执行方式，亦即配备智能控制照明柜，智能控制柜内装有可编程控制器关于自动及手动控制开关，空中灯具开/关状态，手动控制开关可在异常状况下采用解决办法。
（2）采用智能照明控制系统优越性
l 良好节能效果 采用智能照明控制系统重要目是节约能源，智能照明控制系统借助各种不同预设立控制方式和控制元件，对不同步间不同环境光照度进行精准设立和合理管理，实现节能。运用至少能源保证所规定照度水平，节电效果十分明显，普通可达30%以上。
l 延长光源寿命 延长光源寿命不但可以节约大量资金，并且大大减少更换灯管工作量，减少了照明系统运营费用，管理维护也变得简朴了。
l 改进工作环境，提高工作效率 良好工作环境是提高工作效率一种必要条件。良好设计，合理地选用光源、灯具及优良照明控制系统，都能提高照明质量[9]。
l 实现各种照明效果 各种照明控制方式，可以使同一建筑物具备各种艺术效果，为建筑增色不少。当代建筑物中，照明不单纯地为满足人们视觉上明暗效果，更应具备各种控制方案，使建筑物更加生动，艺术性更强，给人丰富视觉效果和美感。以某工程为例，建筑物内展厅、报告厅、大堂、中庭等，如果配以智能照明控制系统，按其不同步间、不同用途、不同效果，采用相应预设立场景进行控制，可以达到丰富艺术效果。
3 硬件设计
3.1 线路构造设计
3.1.1 控制线路设计
灯具布置方案 学校道路是以步行者为多，人员比较密集，固然也有少量车辆通过，可以说是人车混合道路。在设计时采用高于普通居住区而低于商业区原则。为了便于分时控制，在灯具布置时采用双侧交错布置，杆距定为25m，较原则杆距略小，有助于分时控制时减少灯光死角。
路灯采用双侧交错布置，每一侧路灯由2个单独控制回路进行间隔控制，如：1#回路控制左侧单编号灯具，2#回路控制同一侧双编号灯具。3#、4#回路则分别控制右侧单、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灯具熄灭，由于灯杆距不是很大，且学校道路不是很宽，灯光可以全覆盖，满足最低照明需求即可。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灯具点亮，对于学校内部道路而言，完全可以满足规定。
由于灯具容量较大，采用了两级母线供电方式，每段小母线为一某些路灯供电。采用两级母线制比较灵活，同步也减少了母线和开关容量，便于安装和维护[10]。每个回路由一种接触器控制，接触器动作受控于PLC程序。供电系统示意图如图1所示。图中仅画出了1条道路1个景观区域和1个公共绿地供电系统图。

图1 供电系统示意图
3.1.2 控制器件选型
在校园智能照明系统中由人工和自动两种控制方式，人工控制需要可以关合、承载和开断正常回路条件下电流开关装置即断路器。自动控制因学校照明电路多总功率较大，因而自动控制开关器件选用接触器。当前PLC输出有2种型号：晶体管和继电器。继电器可以支持AC220V电压。也就是说继电器型号可以控制AC220V回路，但并不推荐直接用于AC220V回路中，特别是频繁动作回路中，故此在设计过程中增长中间继电器来实现[11]。
本设计所选用断路器用照明保护用，选用DZ47-63小型断路器DZ47-63/3 C型DZ47-63高分断小型断路器是一种具备过载与短路保护限流型断路器，合用于交流50Hz，单极电压230V及如下，二、三、四极电压400V及如下工业和商业照明配电系统过地短路保护，亦可在正常状况下作线路不频繁通断转换之用。该断路器外型美观，体积小，重量轻，分断能力高，脱扣迅速，导轨安装，壳体和部件采用高阻燃及耐冲击塑料，性能优良可靠。
接触器(Contactor)在工业电中运用线圈流过电流产生磁场，使触头闭合，以达到控制负载电器。接触器分为交流接触器和直流接触器，交流接触器又可分为电磁式和真空式两种。
交流接触器选取：
（1）持续运营设备。接触器按67～75%算，即100A交流接触器，只能控制最大额定电流是67～75A如下设备。
（2）间断运营设备。接触器按80%算。即100A交流接触器，只能控制最大额定电流是80A如下设备。
（3）重复短时工作设备。接触器按116～120%算，即100A交流接触器，只能控制最大额定电流是116～120A如下设备[12]。
中间继电器(intermediate relay)工作原理和交流接触器同样，都是由固定铁芯、动铁芯、弹簧、动触点、静触点、线圈、接线端子和外壳构成。线圈通电，动铁芯在电磁力作用下动作吸合，带动动触点动作，使常闭触点分开，常开触点闭合；线圈断电，动铁芯在弹簧作用下带动动触点复位。JZ-21H、22H系列断电延时中间继电器(如下简称继电器),用于交、直流操作各种保护或自动控制回路中[13]。JZ-2IH为单路延时继电器，JZ-22H为双路延时继电器。
3.2 PLC设计
3.2.1 PLC在控制系统中规定
（1）用PLC进行照明控制系统改造时遵循原则
l 完备性:涉及了常规照明系统所有功能，同步还考虑了校园综合自动化改造后对照明系统信息量、信息格式规定。
l 可靠性:在满足完备性前提下，尽量简化附加先后向通道。通过自动和和人工两种控制方式，使照明系统在发生故障时可以灵活控制照明系统。
l 适应性:系统脉冲起动电流可调，以适应老式白炽灯和新型发光二极管脉冲电流不同特点。
（2）PLC控制长处
l 先后向通道简朴。前向通道除脉冲形成回路稍许复杂外，其她都是简朴光耦电路;后向通道更加简朴，直接由PLC输出。
l 抗干扰性能好。除PLCI/O自身进行隔离外，对前向通道又进行隔离，有效地抑制了共模干扰。同步系统功能所有由PLC按照预定程序完毕，避免了由于某个继电器损坏导致误动或拒动。
l 敏捷度高，过载能力强。PLC控制照明系统脉冲形成和响应在物理上是独立，可以做到具备很高敏捷度和承受较大过负荷能力。
l 维护简朴。PLC程序采用继电保护人员熟悉梯形图编制，直观明了。可直接运用PLC编程器对自动复归时间等定值进行修改。同步由于PLC高可靠性，基本上可做到免维护。
3.2.2 PLC选型
在PLC日益成为工厂自动化基本技术平台时代，如何选用一部合用PLC以达到真正需要，而又能符合经济效益，是一种重要问题。PLC自身特点是：体积小、功能高、性能强、操作简便、程序设计简易、模块扩充有弹性、联机容易等。针对上述阐明，选取符合功能需求与经济效益PLC是十分必要。
普通选取机型要以满足系统功能需要为宗旨，不要盲目贪大求全，以免导致投资和设备资源挥霍。机型选取可以从如下几种方面来考虑：
(1)对输入/输出点数选取
要先弄清晰控制系统I/O总点数，再按实际所需总点数15～20%留出备用量（为系统改造等留有余地）后拟定所需PLC点数。
(2)对存储容量选取
PLC存储器容量估算办法：对于仅有开关量输入/输出信号电气控制系统，将所需输入与输出点数之和乘以8，就是所需PLC存储器存储容量（单位为bit）。
(3)对I/O响应时间选取
PLCI/O响应时间涉及输入电路延迟、输出电路延迟和扫描工作方式引起时间延迟（普通在2～3个扫描周期）等。对开关量控制系统，PLCI/O响应时间普通都能满足实际工程规定，可不必考虑I/O响应问题。但对模仿量控制系统，特别是闭环控制系统就要考虑这个问题。
(4)依照与否联网通信选型
若PLC控制系统需要联入校园自动化网络，则PLC需要有通信联网功能，即规定PLC应具备连接其她PLC、上位计算机及CRT等接口。大、中型机均有通信功能，当前大某些小型机也具备通信功能。
(5)对PLC构造形式选取
在相似功能和相似I/O点数状况下，整体式比模块式价格低。但模块式具备功能扩展灵活，维修以便（换模块），容易判断故障等长处，要按实际需要选取PLC构造形式。
当前，PLC产品大体可分为美国、欧洲国家、日本三大主流。通过重复比较及对系统控制规模和控制规定分析，选用了当前较流行、有较高性价比西门子S7-200系列小型PLC。该型号PLC指令丰富、功能强大，其占有率在国内市场正处在上升趋势。并且该机型指令及编程运作与计算机通用编程语言更加接近，易学易懂。
3.2.3 S7-200系列PLC
S7-200系列PLC是德国西门子公司生产一种小型PLC。其许多功能可以达到大、中型PLC水平，而价格却和小型PLC同样，因而，它一经推出，即受到了广泛关注。它可以单机运营，也可以进行输入/输出和功能模块扩展。其价格低廉、构造小巧、可靠性高、运营速度快，继承和发展了它在大、中型PLC领域技术优势，有极丰富指令集，具备强大各种集成功能和实时特性，其性价比非常高，因此它在各行各业中应用得到迅速推广，在规模不太大控制领域是较为抱负控制设备。
S7-200有五种CPU，其性能差别很大。这些性能直接影响到PLC控制规模和PLC系统配备。当前S7-200系列PLC重要有CPU221，CPU222，CPU224，CPU224XP和CPU226五种CPU。本课题设计使用CPU224，本机集成14输入/10输出共24个数字量I/O点。可连接7个扩展模块，最大扩展至248路数字量I/O点或35路模仿量I/O点。13K字节程序和数据存储空间。6个独立30kHz高速计数器，2路独立20kHz高速脉冲输出，具备PID控制器。2个RS485通讯/编程口，具备PPI通讯合同、MPI通讯合同和自由方式通讯能力。I/O端子排可容易地整体拆卸。用于较高规定控制系统，具备更多输入/输出点，更强模块扩展能力，更快运营速度和功能更强内部集成特殊功能。可完全适应于某些复杂中小型控制系统。
S7-200STEP7-Micro/WIN V4.0编程软件可以以便地在Windows环境下对PLC编程、调试、监控，使得PLC编程更加以便、快捷。可以说，S7-200可以满足各种小规模控制系统规定。
3.2.4 I/O地址分派
本设计对象为校园智能照明系统，一方面对校园照明系统所有设备进行分类记录，道路信号输出4个，分别为左侧单数灯、左侧双数灯、右侧单数灯、右侧双数灯；公共绿地信号输出2个，景观灯信号输出2个。依照对分时控制信号和照明输出信号分类记录，预计PLC输入开关量个数，由此可知信号总个数为13个。
本设计以道路、公共绿地、景观灯控制为例，在工程实际或产品设计生产中，可依照实际需求进行扩展，其梯形图程序修改非常以便。I/O地址输入/输出分派如表1所示。
表1 I/O地址输入/输出分派表
分类
名称
地 址
分类
名称
地 址
输入信号
实时时钟输入
I0.0
输出信号
1#花坛
Q0.2
启动开关
I0.1
2#花坛
停止开关
I0.2
3#花坛
Q0.3
冬春启动开关
I0.3
4#花坛
夏秋启动开关
I0.4
右侧双数灯
Q0.4
输出信号
1#草坪
Q0.0
右侧单数灯
Q0.5
2#草坪
左侧单数灯
Q0.6
3#草坪
Q0.1
左侧双数灯
Q0.7
4#草坪

4.软件设计
4.1 程序流程
程序一方面对时间进行冬春、夏秋时制鉴别，然后鉴别各个时段从而进行输出。本设计输出为继电器形式输出即高低电平输出。通过程序判断输出高低电平，控制照明灯具。
校园照明控制程序流程图如图2所示。

图2 控制系统流程图
4.2 STEP7-Micro/WIN V4.0编程软件
S7-200可编程控制器使用STEP7-Micro/WIN V4.0编程软件进行编程。
SIMATIC工业软件STEP7是用于西门子S7、M7、C7系列可编程控制器原则工具。STEP7-Micro/WIN V4.0是西门子公司专门为S7-200系列可编程控制器设计开发。它功能强大，重要为顾客开发控制程序使用，同步也可实时监控顾客程序执行状态。为了生成顾客所写程序，STEP7提供了原则PLC编程语言：语句表（STL）、梯形图（LAD）、顺序功能流程图（SFC）、功能块图（FBD）。
4.2.1 STEP7-Micro/WIN V4.0编程软件主界面及基本构成
（1）STEP7-Micro/WIN V4.0编程软件，它主界面窗口组件如图3所示。

图3 STEP7-Micro/WIN V4.0编程软件主界面窗口
（2）STEP7项目涉及下列基本组件：
l 程序块:由可执行代码和注释构成，可执行代码由主程序、可选子程序和中断程序构成。
l 数据块:由数据（变量存储器初始值）和注释构成。
l 系统块:用来设立系统参数，例如存储器断电保持范畴、PLC输出状态、模仿量与数字量输入滤波值等。
l 符号表:容许程序员用符号来代替存储器地址，符号地址便于记忆，使程序更容易理解。
l 状态表:用来观测程序执行时指定内部变量状态，状态表并不下载到PLC，仅仅是监控顾客程序运营状况一种工具[14]。
4.2.2 梯形图编写
（1）打开项目
执行“文献”→“新建”命令，可以新建一种项目。可以保存为扩展名为“.mwp”新建项目。或执行“文献"打开"命令"可以打开项目。
（2）输入指令
输入梯形图指令可以通过指令树、工具条按钮等方式进行。指令树中包括了几乎所有指令，或在工具条上直接放惯用指令。或用快捷键F4、F6、F9键进行操作。
（3）创立逻辑网络
用梯形图编写程序就是将组件排列成逻辑网络。可以通过工具栏或者右键快捷菜单进行程序编辑，形成程序网络。
（4）输入地址
在梯形图输入指令时，参数最初是由“？？？”显示，表达参数未赋值，可以用绝对值或者符号标明程序中指令操作数。绝对引用是指使用内存区位或者字节位置标记地址，符号引用则是指使用数字、字母字符构成标记地址。如果有未赋值参数，程序将不能正常编译。
（5）编译与保存
编译可以通过工具栏按钮或者PLC菜单进行。可通过“PLC”菜单中“编译”命令，或者工具栏上“编译”按钮，编译当前被激活编辑器中程序。若选取“PLC”菜单中“所有编译”命令，则按照顺序编译程序块（主程序、所有子程序、所有中断程序）、数据块、系统块等所有块。使用“所有编译”，与哪一种窗口是活动无关。编译结束后，输出窗口显示编译信息。可以通过工具栏“保存”按钮、“文献”菜单中“保存”命令及“另存为”进行保存。
4.2.3 时钟设立及读写
（1）实时时钟 S7-200硬件实时时钟可以提供年、月、时、分、秒日期/时间数据。
CPU221、CPU222没有内置实时时钟，需要外插“时钟/电池卡”才干获得此功能。CPU224、CPU226和CPU226 XM均有内置实时时钟[15]。
S7-200时钟精度典型值是2分钟/月（25°C），最大误差7分钟/月（0～55°C）。
为了提高运算效率，应当避免每个程序周期都读取实时时钟。事实上可读取最小时间单位是1秒，可每秒读取一次（使用SM0.5上升沿触发读取指令）。
使用程序读取实时时钟数据为BCD格式，可在状态图中使用十六进制格式查看。
CPU靠内置超级电容（＋外插电池卡）在失去供电后为实时时钟提供电源缓冲；缓冲电源放电完毕后，再次上电后时钟将停止在缺省值，并不开始走动。
要设立日期、时间值，使之开始走动，可以：
用编程软件（Micro/WIN）菜单命令PLC > Time of Day Clock...，通过与CPU在线连接设立，完毕后时钟开始走动
编顾客程序使用Set_RTC（设立时钟）指令设立
Micro/WIN可以通过任何编程连接实现实时时钟设立。
（2）用Micro/WIN设立时钟 通过编程软件Micro/WIN设立CPU时钟，必要先建立编程通信连接。
在Micro/WIN菜单中选取“PLC>实时时钟”命令，打开“PLC时钟操作”对话框：

图4 PLC 实时时钟设立界面
图中参数设立如下：
要设立时钟CPU网络地址，取决于在“通信”界面中选取。
设立日期：选取需要修改数据字段，直接输入数字，或者使用输入框右侧上下按钮调节。
设立时间：选取需要修改数据字段，直接输入数字，或者使用输入框右侧上下按钮调节。
读取PC时钟：按此按钮可以读取安装Micro/WINPC机本机时间[16]。
读取PLC时钟：按此按钮读取PLC内部实时时钟数据。
依照需要选取夏时制调节选项。
按“设立”按钮，将上面时钟日期数据写入PLC。
时钟读写指令缓冲区格式
Read_RTC（读时钟）和Set_RTC（设立时钟）指令靠数据缓冲区在顾客程序与硬件芯片间互换数据，它们缓冲区格式相似。
表2 时钟缓冲区
地址偏移
T
T+1
T+2
T+3
T+4
T+5
T+6
T+7
数据内容
年
月
日
小时
分钟
秒
0
星期
数值范畴
BCD
（16进制）
00-99
01-12
01-31
00-23
00-59
00-59
0
0-7*
* 1 = 星期日，7 = 星期六，0 = 表达禁止计星期
T 就是缓冲区起始字节地址，可以由顾客自由设立（在CPU容许V存储区范畴内）。如果设立T为VB100，那么读取时钟后，“年”信息就会保存在VB100中，“月”保存在VB101中。
4.3 系统控制程序
校园照明系统电气控制原理图比较复杂，但经由PLC控制后，程序简朴可行，这样即满足了任务规定，又能保证其稳定运营。
4.3.1 分时控制方案
在设计前，对大学生活动规律、道路照明亮度进行了记录和测量，掌握了一手资料。大某些学生在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。依照这个特点把控制分为3个时段：第1个时段为21点之前，所有灯具所有启动；第2时段为21点至23点，活动人员较少，可以关闭1/2灯具；而到23点之后为第3时段，只要留有1/4灯具工作，高于道路照明最低规定。为了最大限度地节能，设计时还考虑了季节因素：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