图书馆智能建筑灯光照明系统设计.doc

图书馆智能灯光照明控制系统设计
图书馆智能灯光照明控制系统设计
摘 要

本文主要介绍了PLC在图书馆智能照明中的应用。该图书馆属于小型图书馆，其主要功能有自习室、阅览室、办公室、会议室、书库等。通过对这些地方的灯光的具体控制，对比突出了PLC在智能建筑照明中的优势。在以PLC为主的照明控制系统中，通过各类传感器的铺设、PLC的信号分析、总线的通信和组态的控制等对其进行智能灯光控制，从而进一步说明了基于PLC的智能照明的综合优势。

关键词 智能照明 控制系统 PLC

LIBRARY INTELLIGENT lIGHTING CONTROL
SYSTEM DESIGN BASED ON PLC

ABSTRACT

This paper introduces the PLC in the library of intelligent lighting applications. The library is a small library, and its main function has study room, reading room, offices, conference rooms, stacks etc.By means of specific controls of these places light, the contrast highlights the advantages of the PLC in the intelligent building lighting. In the PLC-based lighting control system, by the laying of the various types of sensors, signal analysis of the PLC, the bus communication and configuration control to its intelligent lighting controls, which further illustrates the integrated PLC based intelligent lighting advantage.

KEY WORDS Intelligent Lighting Control system PLC

36

目 录

中文摘要 I
英文摘要 II
1 引言 1
1.1 智能照明理念 1
1.2 图书馆智能照明的发展现状及意义 2
1.2.1 国内外发展现状 2
1.2.2 智能照明的意义 3
1.3 本文主要研究内容 3
2 基于PLC控制的图书馆照明系统设计 4
2.1 设计方案的提出 4
2.1.1 自习室设计方案 4
2.1.2 办公室设计方案 4
2.1.3 阅览室设计方案 4
2.1.4 公共区域设计方案 5
2.2 图书馆照明系统设计的基本方法 5
2.2.1 自习室照明系统设计 5
2.2.2 办公室、阅览室照明系统设计 6
2.2.3 公共区域照明系统设计 6
2.3 照度的计算 6
3 系统硬件设计 7
3.1 系统硬件的选型 7
3.1.1 PLC模块的选型 7
3.1.2 传感器的选型 8
3.2 系统各部分模块的连接方式 9
3.2.1 整体结构图 9
3.2.2 PLC模块与各传感器的连接图 10
3.2.3 PLC与总线之间的连接图 11
3.3 电源模块 12
3.4 自习室灯光控制 13
4 系统软件设计 14
4.1 系统程序设计 14
4.1.1 主程序流程图 15
4.1.2 地址的分配 15
4.2 自习室灯光控制程序 16
4.2.1 自习室灯光控制程序流程图 16
4.2.2 自习室灯光控制程序 16
5 系统通信与组态 17
5.1 PLC与上位机组态王之间的通信 17
5.2 系统组态 21
6 结论 25
致谢 27
参考文献 28
附录 29

图书馆智能灯光照明控制系统设计
1 引言
1.1 智能照明理念
智能照明是指利用计算机、无线通讯数据传输、扩频电力载波通讯技术、计算机智能化信息处理及节能型电器控制等技术组成的分布式无线遥测、遥控、遥讯控制系统，来实现对照明设备的智能化控制。具有灯光亮度的强弱调节、灯光软启动、定时控制、场景设置等功能；并达到安全、节能、舒适、高效的特点其具体特性表现如下：
(1)智能照明系统可以有效的抑制电网的浪涌电压，避免了过电压和欠电压对光源的损害。采用软启动和软关断技术，避免了冲击电流对光源的损害，延长了光源的使用寿命，节省了大量耗资以及更换电光源而产生的巨大工作量。
(2)智能照明系统对照明的控制是以模块式的自动控制为主，手动控制为辅，借助红外遥感装置、手动操作控制面板等各种不同的控制元件，根据需要，按照不同时间、不同用途以及不同的照明效果预先设置不同的照明场景，用户可以通过场景切换实现灵活、方便的照明控制，各类参数的设置和变换非常方便，可以获得多种的照明效果。同时，还可以设置必需的应急照明控制方案，满足处于事故状态时的照明需要。
(3)通过应用调光模块和照度检测器等元件，智能照明系统可以针对不同的区域进行照度的动态调节，使得该区域内的照度始终保持在设定的范围之内，不会因为日照等外因的变化而变化，也不会因为电光源的使用时间过长而降低照明强度，从而提高了照度的均匀性。同时，这种控制方式所采用的电气元件也解决了频闪效应，不会使人产生不舒适、头昏脑胀、眼睛疲劳的感觉。此外，智能照明控制系统中对荧光灯等光源进行调光控制，采用有源滤波技术的可调光电子镇流器，降低了谐波的含量，提高了功率因数，降低了低压无功损耗。
(4)智能照明系统充分利用了室外的自然光，对光照度进行精确设置和合理管理，只有必需时才把灯点亮或点到要求的亮度，利用最少的能源保证了要求的照度水平，减少了由于人员不在却仍将灯全部点亮而造成的能源浪费，节电效果十分明显，一般可节约30％以上，使照明管理和设备维护变得更加简单，经济投入减少。
1.2 图书馆智能照明的发展现状及意义
1.2.1 国内外发展现状
随着科技的发展，国内照明系统也发生了巨大的变化。由以前的传统的开关单一控制转为现在的智能的网络化、系统化控制。而一些跨国企业的加入，更是推动了国内智能照明系统的发展。索博、瑞朗、九州易居是较早进军智能照明行业的企业，在产品研发、市场拓展、技术培训与服务方面投入较大，尤其索博是国际型智能家居产品生产企业，拥有亚洲最大的产品研发中心和生产基地，以高端智能安防系统和智能微型控制模块在国际上处于绝对的领先地位。天津瑞朗在2002年就开始启动了智能照明技术培训，用户对这些品牌的认知度较高。上海奇胜公司推出了智能化系统，通过对C-Bus智能控制系统、安防控制系统、无线网络技术等的结合，实现了灯光控制、家电控制(电动窗帘、空调、AV设备等)、综合安防控制的各种控制功能产品，在较短的时间内就树立起了品牌形象。这些企业的大力投资，更加带动了国内智能照明系统发展的市场。
而国外的发展远高于我们。照明行业是80年代首先由美国兴起并得以迅速发展。90年代后期，由于现代计算机技术、自动控制技术、现代通信技术、现代信息处理技术在世界范围内的广泛应用，进入了信息时代并对各行各业都带来了巨大的影响，照明行业也随之发生了巨大的革新，提出了照明智能化的要求。
进入21世纪后，大量的新产品、新设备、新技术的出现，使智能照明技术向着系统一体化集成的方向发展。例如：各种智能化断路器将微电子技术、传感技术、控制技术、电力电子技术等新技术结合起来，实现了功能多样化、结构模块化，使断路器从基本保护功能发展到智能化的保护功能，工作更可靠，性能更安全。另一方面，网络技术的渗透使不同控制方式的系统之间相互结合，实现了资源共享、远程监视、设定、控制及对系统异常信息进行一体化管理。控制技术的发展使许多控制功能从由较高层的控制室移至现场的低层设备，使信号的采集和处理更加快捷便利，而且工程技术人员还开发了一些控制管理软件，用户只要通过界面上各个控制键，就可以实现对各种照明设备的监视和控制，操作更加简单、直观。各类智能照明产品的生产和技术实现也随着行业标准及规范的制定和逐步的完善进入成熟、实用、可靠阶段。
继美国、德国、英国、日本、新加坡之后，其他各国的智能照明产业也陆续开始发展，并且不断趋于成熟。先后涌现出许多国际知名企业：国际知名的半导体制造商法国PERFECT公司开发出灯光控制专用的、结合无线射频功能的芯片。PHILIPS、OSRAM、GE公司推出了双端球形HED是目前世界上最先进的大功率LED灯，奇胜公司的C-BUS系统、ABB公司的i-BUS系统以及邦奇公司的Dynalite、LUTRON公司的GRAFIK系列智能照明控制系统均已广泛应用到照明控制系统中。此外路创、WIELAND、美国的奥莱斯、英国索思、德国欧斯朗、NATIONAL、BPI等企业都创建了诸多知名品牌，推动了智能照明行业的普及和发展。
1.2.2 智能照明的意义
经济的快速增长使得人们对能源的需求也日益提升，由于长时期人们对煤、石油、天然气等天然资源的开采，使得能源储备非常有限，能源短缺的问题逐步突显出来，同时也导致了环境和生态平衡的破坏，严重威胁着人类的生存，如何节能和保护环境成为世界范围普遍关注的社会问题。在此背景之下，人们对照明的要求不仅仅是停留在能够“看见”的层次上，而是对照明技术提出了更高的要求：希望利用有限的资源保证照明强度的需要，并能够获得良好的照明效果，实现“绿色照明”。在各种自然科学和工程技术的不断发展过程中，促使照明技术也得以飞速成长。围绕“绿色照明”的主题，各类节能高效的电光源陆续出现并广泛使用：激光、光纤、发光二极管以及各种玻璃和PC透光材料也被应用到照明技术中；同时，在传统的照明设计理念中还充分利用了现代计算机、通信等技术，实现了更为节能、安全、灵活和舒适的智能化照明控制技术，将城市的每个角落在夜色中装扮的光彩熠熠。
1.3 本文主要研究内容
该图书馆是小型图书馆，其控制对象主要是自习室、办公室、阅览室、书库、会议室等的灯的亮度和开关的状态。在整体要求上要实现智能控制，即可以根据外界光线的变化来调节室内灯光的亮度；能根据该区域是否有人来控制灯的开关，并能通过监控上位机控制整座楼的灯光状态。另外，为实现智能化控制，要求用四个PLC分别控制不同楼层的自习室、办公室、阅览室、其他公共区域这四个地方。PLC与上位机可以实现时时通信，以太网实现PLC的信息传递，组态王实现楼层的时时监控等。进而达到节约电能，美化学习环境，降低控制成本等要求。
2 基于PLC控制的图书馆照明系统设计
2.1 设计方案的提出
图书馆的阅览室、办公室、自习室以及书库等地是出入人数较多的地方。因此，这些地方的灯光照明几乎是从上班开始直到下班为止，不管这些地方是否有人，有多少人，当日照满足照度要求时，把灯熄灭，一旦自然光难以满足人的需求时，不能及时打开灯光，给人的视力带来损害。显然这种照明方式，从照明的角度上来说是非节能的；从人的角度上来说，是不能满足人的基本要求的；从管理的角度上来说，是繁琐且很不方便的。所以我们要充分考虑到人的需要：在有人的地方必须有足够的照度（不论是日光照明还是人工照明）；没人的区域应该熄灭灯光，以节约能源；还要能够实现智能控制，从而达到节能、舒适、方便的效果。
2.1.1 自习室设计方案
自习室是学生学习的主要场所，对灯光的要求应该很高，必须提供足够的亮度，以保护学生的眼睛和给学生们营造一个明亮的学习环境。这里根据自习室的大小，在自习室的不同地方分别装上照度传感器和双鉴传感器，通过它们感知外界环境变化，来控制室内灯光的变化。进而实现自习室的灯光智能控制。
2.1.2 办公室设计方案
在办公室的设计方案中，也要重点考虑光线是否充足。现代的人们由于工作压力大，对外界环境的变化很敏感，不好的环境会影响人们的心情，进而影响正常的工作，在对办公室的灯光控制中，我们要营造一个有艺术氛围的环境，用灯光来改变人们的心情，因此，智能化的灯光控制是必须的。它不仅能节约能源，还能提高人们的工作效率，实现金钱和好心情的双丰收。
2.1.3 阅览室设计方案
阅览室也是图书馆人流量比较大的地方，对于光亮度的要求同样很高。但是此区域的人员比较集中，我们可以重点控制人员集中的地方，给这些地方营造一个良好的看书环境。在人员集中的地方我们安装照度传感器和双鉴传感器，用它们来感知外界光线的变化，然后再通过PLC的控制，实现灯光的智能控制。
2.1.4 公共区域设计方案
对于这些区域，灯光控制要求不是太高，像卫生间、走廊、楼梯等，在有人的时候灯亮一段时间，没人后灯自动灭掉。对于灯光的亮度也要求不高，一般的设计都可以达到标准，这里不再赘述。
2.2 图书馆照明系统设计的基本方法
2.2.1 自习室照明系统设计
由于是小型图书，这里只有三个自习室，对这三个自习室编号为1.0、1.1、1.2。采用一个PLC对这些区域实行集中控制，找到输入输出点。每个自习室根据灯光照度的要求分别装了三个双鉴传感器和两个照度传感器。双鉴传感器分布在房间的前中后区域内，分别控制该区域的灯的开关；而照度传感器装在向阳的窗户上，用来感知外界光线的变化来控制室内灯光的亮度。当外界光线变弱时，照度传感器的输出端口输出一个为1的开关量，该开关量可以直接接在PLC的I/O口上，在PLC的输出端口向四路调光器输出一个为1的开关量，调光器接收到这个信号后提高对其控制的灯的电能的供给，进而调亮灯的亮度；当外界光线变亮时，照度传感器的输出端口输出一个为0的开关量，该开关量经PLC后传递给四路调光器，调光器接收到这个信号后降低对其控制区域内灯的电能的供给，进而调暗等的亮度。
双鉴传感器当感知到该区域有人时向PLC发送一个为1的开关量，该开关量可以直接接在PLC的I/O口上，而PLC的继电器输出的电压可以满足荧光灯的额定电压，进而在该双鉴传感器控制下的灯亮；当双鉴传感器感知到该区域没人时，向PLC发送一个为0的开关量，PLC的输出端口向继电器输出连接点送0，该区域控制下的灯灭掉。另外可以添加以太网通信，用组态软件监控该区域灯的状态，进一步实现灯光的智能控制。
2.2.2 办公室、阅览室照明系统设计
办公室、阅览室照明设计的基本方法与自习室基本相同，四个办公室采用一个PLC控制，四个办公室分别编号为2.0、2.1、2.3、2.4。三个阅览室采用一个PLC控制，三个阅览室分别编号为3.0、3.1、3.2。它们的具体设计方法参照自习室。
2.2.3 公共区域照明系统设计
对于楼梯、走廊、卫生间等公共区域，我们采用声光控制就行了，声光控制电路图如下图2-1所示。其控制原理：在白天，光敏二极管2CU受光照呈低阻态，引脚13为低电平，不受白天楼梯内声音的控制，引脚8也为低电平，灯泡不亮。在晚上，光敏二极管在无光照时呈高阻态，13仍为低电平，但只要有声音后，压电陶瓷片HTD拾取的微弱声音经引脚1、2反相器作线性放大，引脚10为高电平，二极管IN4148给电容充电，引脚6为0，引脚8为1，可控硅有触发电压导通，灯泡点亮。一段时间后灯泡自动熄灭。

图2-1 声光控制电路
2.3 照度的计算
照度计算时，可采用单位容量法。单位容量法适用于均匀的一般照度计算，它主要计算每单位被照面积所需灯具安装功率：W=P/S(P为全部灯具安装功率，单位：瓦；S为被照面积，单位：平方米)。具体计算方法如下：一层库房为单独一回路，面积S=9.9×8.4=83.16㎡，查表得照明功率密度ρ=5 W/㎡，因此该库房总功率P=83.16×5=415.8W，若选择100W的双管荧光灯，则灯数N=P/S=415.8/100=4.158，即选用4盏100W的灯，考虑节能的问题，选用100W节能荧光灯（计算中都用此方法）。图书馆中所用灯具数量如下表2-1所示。
表2-1 灯具统计
灯具名称
功率(W)
数量(盏)
单管荧光灯
50
90
单管荧光灯
100
127
双管荧光灯
80
60
双管荧光灯
100
42
球星节能灯
80
18
防水防尘吊灯
80
35
半嵌入式吸顶灯
80
16
3 系统硬件设计
3.1 系统硬件的选型
3.1.1 PLC模块的选型
(1)CPU模块的选型
在该系统中，分区域控制，图书馆里的自习室、阅览室、办公室这三个地方分别用一个PLC控制，而会议室、书库等其他地方用一个PLC控制，由于处理点数较多，又涉及到PLC与上位机的通信，所以应选择一个有利于扩展I/O输入，且具备较强通信功能（比如自由端口通信）的CPU模块。在该系统中选择西门子的CPU224CN作为CPU模块，本身提供24VDC电源，这个模块具备14个数字输入点，10个数字输出点，一个RS485串行通信接口。
(2)输入输出点的计算与I/O模块的选型
该图书馆是小型图书馆，本设计主要针对了图书馆的主要活动场所：自习室、阅览室、会议室、办公室、书库等。会议室两个，每个会议室装有两个照度传感器。办公室四个，每个办公室装有两个照度传感器和三个双鉴传感器。自习室有三个，每个自习室装有两个照度传感器和三个双鉴传感器。阅览室有三个，每个阅览室装有两个照度传感器和四个双鉴传感器。书库两个，每个装有两个双鉴传感器。以办公室为例，而自习室、阅览室、会议室、书库等大都如这样分布传感器的。另外，系统加一个七天定时器和四个四路数字调光器。统计得输入点62个，输出点49个。而四个PLC中，只有前三个PLC的输入输出点不够用，而前三个的输入点为53个，输出点为43个。这里根据要求选择一个16DI的EM221和两个8DO的EM222。额定电压24VDC，输入“1”时，对应电压为15～30VDC；输入“0”时，对应电压为0～5VDC。输出特性：额定负载电压为24～230VAC，“1”信号时，额定电流2A，“0”信号时，额定电流0A 。
(3)通信模块的选择
在该系统中选择CP243-1以太网通信模块。该模块支持S7-200PLC与上位机进行以太网通信。
3.1.2 传感器的选型
(1)照度传感器的选型
GZD系统光照度传感器采用对弱光也有较高灵敏度的硅兰光伏探测器作为传感器，具有测量范围宽、线形度好、防水性能好、使用方便、便于安装、传输距离远等特点，适用于各种场所，尤其适用于室内灯光、城市照明等场所。根据不同的测量场所，配合不同的量程，线性度好、防水性能好 、可靠性高、 结构美观、安装使用方便、抗干扰能力强。其输出是开关量，可以和PLC直接连接。通过感知外界光线与内部设定值比较，调整光源的亮度与分布。亮度感知范围：20～3000Lux；亮度控制范围：40～1600Lux；感测角；供电电压：12VDC～20VDC，建议工作在12V
(2)双鉴传感器
双鉴传感器选用微波加红外的DT6360STC吸顶式双鉴传感器，微波视区可调、抗辐射干扰、自动温度补偿、360°探测范围、探测直径10米。工作电压是12VDC。输出继电器开关量，可以直接连接PLC。
(3)七天定时器
ETC-12A 七天定时器可以设定一周的时间状态即工作段的时间早八点到中午十二点下午两点到晚上九点的时间。有手动控制按钮，可以调整一天中时间的设定段，也可以通过程序控制时间段的设定。本身就是一个智能的模块，有自己的处理器和存储器，可以手动复位置位，有两路RS232通讯端口，可以与PLC通信，工作电压12VDC。
(4)四路数字调光器
ITLC4 -四路调光器是一款大功率白炽灯调光设备，支持RS-232通讯方式，支持与可编程控制主机及第三方可编程控制主机配套使用。支持4路白炽灯亮度同时或分开调节，支持环境照度预设，系统应用中常用与完成环境照度场景的存储于调用。电源：220V、50Hz，载入容量：单路功率≤1200W，总功率4000W ，接线端口如下图3-1所示。

图3-1 四路调光器接线端口
3.2 系统各部分模块的连接方式
3.2.1 整体结构图
这里以自习室、阅览室、办公室为主要设计对象，楼梯、走廊、卫生间为次要对象，其设计简单，用声控开关控制灯的状态，在这里不再赘述。如4-3所示，七天定时器控制自习室、办公室、阅览室等其他区域在整体时间上的灯的状态即工作日的灯光时间控制可以手动修改时间设置，也可以通过程序设置时间，在工作时间内，灯的总状态是开，而每个房间里的灯的状态则是由房间里的传感器决定的。由图4-3可知，A号PLC控制整个图书馆的办公室，B号PLC控制整个图书馆的自习室，C号PLC控制整个图书馆的阅览室，而D号PLC则主要控制会议室、书库等其他区域。以办公室举例来说，首先照度传感器感知外界光线的强弱，当外界光线弱时，传感器的开关动作，对应的输入端给PLC一个标准高电压信号，信号给PLC后经总线、以太网传送给上位监控机，上位机通过程序对四路调光器进行控制，调大该区域灯光的亮度；当外界光线亮时，传感器的开关动作，对应的输入端给PLC一个标准低电压信号，信号给PLC后经总线、以太网传送给上位监控机，上位机通过程序使对四路调光器进行控制，调小该区域灯的亮度。

图3-2 系统结构图
3.2.2 PLC模块与各传感器的连接图
PLC一般接收行程开关、限位开关等输入的开关量信号。CPU224CN提供24VDC电源，可连接各传感器的继电器开关，作为继电器开关量输入，而各传感器的输出信号都能满足这个电压范围。所以可将各传感器继电器开关直接连接到PLC I/O模块的输入端。如图3-3到图3-4，分别为探测器与PLC的接线图。由于输入接线过长会导致输入PLC的信号失真，所以输入接线最好不要超过30m，在干扰较小，电压降不大时，输入接线可是当长一些。因此，为了保证各报警信号不失真，宜将PLC各模块安装在中间楼层的位置。

图3-3 EM221与传感器的连接图

图3-4 CPU224 CN与传感器的连接图
3.2.3 PLC与总线之间的连接图
四个PLC通过自带的RS-485总线与以太网连接，以太网是RS-232总线，需要一个RS232/485转换模块。转换模块见图3-6所示。本产品为非隔离型RS232-RS485/422转换接口装置，可完成RS232-RS422数据通讯接口信号的转换，或用来实现RS232-RS485数据通讯接口信号的转换。内部数据方向侦查控制电路使得RS232-RS485转换模式时不需要RS232侧提供流量控制信号。即可实现3线制得RS232接口与RS485接口的转换。驱动能力强，传输距离远。波特率传播速度从110bps到57.6bps自适应。

图3-5 PLC与总线的连接

图3-6 RS232/485转换模
3.3 电源模块
在该系统中所选传感器的电源供给都有在9V～15V之间的直流电源，可选12V直流电源。但S7-200 PLC的CPU模块能提供的是24VDC电源，所以要添加一个24VDC/12VDC的电源降压器。在该设计中选择的电源降压器的最大输出功率为60W。该转换器的内部原理为自藕变压器工作原理，自藕变压器利用电磁感应原理，从一个电路向另一个电路传递电能或传输信号的一种电器是电能传递或作为信号传输的重要元件。12VDC电源的出线端如3-5所示。

图3-5 电源模块
3.4 自习室灯光控制
图书馆的灯光控制以自习室的灯光控制为例。由图3-6可知，在自习室的灯光控制中PLC的应用。自习室的灯具布置采用混合式布置，此方法有利于灯光的调节。不同的灯具提供不同亮度的灯光，可以实现阶梯式的调控。自习室的传感器有照度和双鉴传感器，照度传感器感知外界光线的变换，当外界光线暗时，向PLC输出1，PLC向监控主机发出信号，监控主机通过对应的通道开起对应区域的灯具；光线亮时，关闭对应区域的灯具。由于后面用到组态，可以对自习室的双鉴传感器编号，一个双鉴传感器可以控制一定区域的灯具，一个房间有三个双鉴传感器，分别控制房间前、中、后区域的灯具。而对于不同楼层上的自习室也可以编号，设自习室为编号1，三个自习室分别编为1.0、1.1、1.2，而对于1.0里的三个双鉴传感器可以编号为1.0.0、1.0.1、1.0.2。在监控主机里利用组态王对系统进行组态。当PLC接收到1.0.0的信号后，PLC通过总线把信号发送给组态王，组态王在设定好的程序下，改变1.0.0感应区域内的灯具状态。比如说，当1.0.0感应到有人在此区域时，向PLC发送高电平，PLC处理信号后，发送信号给组态王，组态王给1.0.0感应区域内的灯具送1，灯亮；当1.0.0感应到区域内无人时，向PLC发送低电平，PLC处理信号后，发送信号给组态王，组态王给1.0.0感应区域内灯具送0，灯灭。阅览室编号为2，办公室编号为3，室内的传感器也像上述自习室内的传感器那样编号，在组态王中有对应的控制程序，可以实现对这些区域内灯具的智能控制。

图3-6 自习室灯光控制简图
4 系统软件设计
4.1 系统程序设计
由于图书馆的房间功能大致相像，在设计程序时，不用设计出整个图书馆的程序。这里我们以自习室为例。在对自习室编程的过程中，一个房间里有5个输入点即三个双鉴传感器和两个照度传感器，输出点有4个。在自习室编号后，对编号1.0的自习室编程。
4.1.1 主程序流程图

图4-1 主程序流程图
图4-1中I8.4是七天定时器的I/O输入端，七天定时器为“1”时，整个系统才能工作，各传感器的开关量输出直接接PLC的I/O口，为“1”、“0”时实现的功能由图4-1可以看出。
4.1.2 地址的分配
以自习室1.0为例，对照度传感器、双鉴传感器分配地址。当外界光线暗时，照度传感器输出“1”，当外界光线亮时，照度传感器输出“0”；当有人时，双鉴传感器输出“1”，当没人时，双鉴传感器输出“0”。

表4-1 1.0自习室地址分配
标号
地址
标注
前厅双鉴1.0.0
I0.0
1时灯亮，0时灯灭
中厅双鉴1.0.1
I0.1
1时灯亮，0时灯灭
后厅双鉴1.0.2
I0.2
1时灯亮，0时灯灭
照度a 1.0.3
I0.3
1时调亮，0时灯灭
照度b 1.0.4
I0.4
1时调亮，0时灯灭
七天定时器
I8.4
1时正常工作，0时关灯
1.0区域灯1
Q0.0
1时灯亮，0时灯灭
1.0区域灯2
Q0.1
1时灯亮，0时灯灭
1.0区域灯3
Q0.2
1时灯亮，0时灯灭
四路调光器端口1
Q0.3
1时灯调亮，0时灯调暗
4.2 自习室灯光控制程序
4.2.1 自习室灯光控制程序流程图

4-2 自习室子程序程序流图
4.2.2 自习室灯光控制程序
I0.0～I0.2是双鉴传感器，I0.3～I0.4是照度传感器，Q0.0～Q0.2是自习室的灯，Q0.3是四路调光器。I0.3～I0.4为1时调亮自习室的灯光，I0.0～I0.2为1时对应区域的灯亮。

图4-3 自习室灯光控制程序

图4-4 自习室灯光控制程序
5 系统通信与组态
5.1 PLC与上位机组态王之间的通信
传感器动作后，发出信号，由PLC接收，PLC通过RS-485，传输给C-BUS总线，而C-BUS总线是RS-232接口，通信可以通过一个485/232转换模块转换信号，然后C-BUS总线把信号传输给以太网，以太网通过CP241-3通信模块和监控主机通信。PLC与以太网的通信连接如下：
PLC的IP地址设置，即在STEP7-Micro/Win 编程软件中对以太网连接进行设置。
通过PC/PPI将S7-200 PLC连接到装有STEP7 Micro/WIN编程软件的电脑上。打开STEP7 Micro/WIN，新建项目，选择CPU的类型为CPU 224 CN。通讯方式设置为“PC/PPI模式”。然后打开“工具”点击“以态网向导”进行CP243-1的组态连接：选择CP243-1模块的位置为0（位于CPU模块后的第一个位置）；设置CP243-1模板的IP地址为172.16.2.230（子网掩码为255.255.255.0），网络速度选择自适应；选择CP243-1的网络连接数目为1；新建PLC1、PLC2、PLC3、PLC4的地址分别为172.16.2.230、172.16.2.231、172.16.2.232、172.16.2.233。信息的存储区。生成的程序即可下载到对应的PLC内。具体过程如图5-1至图5-9所示。
(1)打开STEP 7，打开“工具”点击“以态网向导”。

图5-1 以太网向导
(2)选择模块位置为“0”，点击“下一步”。

图5-2 模块位置选择
(3)模块地址分配：IP地址为172.16.2.230，子网掩码地址为255.255.255.0，网关地址为172.16.2.1。模块连接类型为自动检测通信。

图5-3 地址分配
(4)点击“下一步”，确定模块命令字节QB为“2”，模块配置的连接数目为“1”。

图5-4 模块连接数量
(5)点击“下一步”，配置连接为“客户机连接”服务器IP地址为172.16.2.230。点击“数据传输”，选择“新传输”添加一个新的数据传输。

图5-5 配置连接
(6)选择“将数据写入远程服务器”，数据为四个字节，依次建立四个PeerMessage连接配置。

图5-6 数据传输
(7)点击“确认”，选择“客户机连接”，选择IP地址为PLC1的地址，点击“确认”。

图5-7 客户机选择
(8)点击“确认”默认设置，点击“下一步”。

图5-8 存储地址
(9)点击“下一步—完成”，选择“是”。到此，PLC与以太网的通信建立。

图5-9 连接配置完成
5.2 系统组态
(1)打开组态王，点击“新建”。

图5-10 新建工程
(2)点击“下一步”，选择存放工程的目录，再点击“下一步”。

图5-11 输入工程名称和描述
(3)输入工程名称、工程描述，点击“完成”，点击“是”。

图5-12 完成工程建立
(4)点击“设备”，新建设备，选择S7-200PLC。

图5-13 新建设备
(5)点击“下一步”，给设备指定逻辑名称为PLC1，点击“下一步”。

图5-14 指定是设备逻辑名称
(6)连接串口选择COM2，点击“下一步”，设定地址为172.16.2.230：0，再点击“下一步”。

图5-15 指定地址
(7)默认通信参数，点击“完成”。然后依次新建设备PLC2、PLC3、PLC4。

图5-16 设备建立完成
(8)点击“数据词典”，新建变量。

图5-17 新建变量
(9)变量名为双鉴传感器1，变量类型为I/O离散，连接设备PLC1,寄存器为Q,数据类型为Bite，点击确认，依次新建双鉴传感器2、3和照度传感器1、2。PLC2、PLC3、PLC4的变量名也是像这样建立的。

图5-18 变量建立完成
(10)左击选中“画图”，点击“新建”。

图5-19 新建画图
(11)点击工具箱里的图标，绘制图如下5-20、5-21。

图5-20 自习室、阅览室组态

图5-21 办公室、书库组态
由组态控制画面可以看到，自习室、办公室、阅览室有三组灯光，分别为前、中、后区域。而下面的对应有绿、红、黄三个按钮，分别控制前、中、后区域的灯的状态。具体控制如下：当PLC接收到传感器发出的信号时，PLC经总线、以太网，把控制信号发送给组态软件，通过前面的通信设置，把相应的PLC对应组态相应的地址，在接收到相应的信号后，组态通过动画定义，点击相应的按钮即可以控制该区域内灯的开关了。而书库只有两组灯光和两个按钮，其控制方法和自习室等的一样。通过组态的连接可以实现一个人控制整栋楼的灯的状态，方便了灯光控制，节省了人力、财力。

结论

从节能、环保、管理、运行、维护等方面考虑，本设计具有前瞻性，基于PLC的现代智能照明控制方式成为图书馆照明控制的主流。
综合分析，基于PLC的智能照明控制系统在现代智能建筑中的应用效果有以下几个方面：
1、照明智能控制。采用智能照明控制系统，可以通过编程预先设置各区域的光照度，以适应各种场合、不同场景的要求。智能照明可将照度自动调整到工作最适合的水平。无论在什么场合或天气怎么变化，系统均能保证各区域照度维持在预先设置的水平。
2、改善工作环境。智能照明系统中的可调光电子镇流器工作在很高频率，克服了频闪，消除了起辉时的亮度不稳定，为人们提供了舒适的工作环境。
3、可观的节能效果。智能照明控制系统使用了先进的电子技术，能对多数灯具进行智能调光。当室外光较强时，室内照度自动调暗，室外光较弱时，室内照度自动调亮，使室内的照度始终保持在恒定值附近，从而能够充分利用自然光实现节能的目的。
4、减少维护费用。运用智能化的照明控制系统，大大提高了灯具等设备的平均寿命，减少运行维护费用，带来较大的投资回报。
与传统的照明控制系统相比，智能照明控制系统在布线方式、照明方式、管理方式以及节能方面均有不少优点：传统照明控制采用手动开关，只有开和关，而且只能一路一路的开和关。而智能照明控制采用智能调光模块，通过灯光的调光在不同的使用场合产生不同的灯光效果，营造出不同的舒适的视觉氛围。智能照明控制系统采用低压二次小信号控制，控制方式多、功能强、范围广、自动化程度高。一台计算机就可对整个图书馆的照明实现智能化管理；另外，在智能照明控制系统中，通过设置电压限制，可以避免或降低电网电压以及浪涌电压对灯具的冲击，从而起到保护灯具，延长灯具使用寿命的作用。智能照明控制系统更是一个开放式的系统，通过标准网络接口可方便地与其他系统连接。
综上所述，采用智能照明控制系统不仅可以满足便捷控制、灯光效果等要求，而且具有可观的节能效果及延长灯具寿命，还能降低运行维护费用，大大简化穿管布线工作量。智能照明控制系统是办公大楼、宾馆酒店、娱乐场所、商场、体育场馆、公寓别墅等理想的照明控制系统。
致 谢

在此答辩之际，我首先要感谢指导老师。因为无论从论文选题，到编写过程，直到完成，姜老师无不倾注着心血和辛劳。从与老师的探讨中，老师认真的求学精神、严谨的治学态度、渊博的专业学识、敏锐的学术眼光、深邃的学术思想、勤勉塌实的治学作风、诲人不倦的精神无不让人感动。我在这里说一声，老师，你辛苦了！
四年大学生活转眼即逝。在这四年学习期间，老师们无私耕耘、孜孜教诲，让我们学到了很多书里和书外的知识。为我们即将进入社会打下了良好的基础。在这里我向所有老师们表示深深得谢意和崇高的敬意。老师，你们辛苦了！
最后，衷心地感谢在百忙之中评阅论文和参加答辩的各位老师、教授！忠心地祝愿各位身体健康、工作顺利。

参考文献

[1] 王永华.现代电气控制