基于PLC的校园照明智能控制系统设计(4)

基于PLC的校园照明智能控制系统设计

4.软件设计

4.1 程序流程

程序首先对时间进行冬春、夏秋时制判别，然后判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的输出。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。

开始时制判别冬、春夏、秋时段判别时段判别第一时段所有灯具全部开放第二时段关闭一半灯具第三时段公共绿地景观灯全熄道路灯开启1/4第一时段所有灯具全部开放第二时段关闭一半灯具第三时段公共绿地景观灯全熄道路灯开启1/4是执行程序 否结束 图2 控制系统流程图

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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系列可编程控制器的标准工具。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的。它功能强大，主要为用户开发控制程序使用，同时也可实时监控用户程序的执行状态。为了生成用户所写程序，STEP7提供了标准的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组成

（1）STEP7-Micro/WIN V4.0编程软件，它的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项目包括下列基本组件：

? 程序块:由可执行的代码和注释组成，可执行的代码由主程序、可选子程序和中断程序组成。

? 数据块:由数据（变量存储器的初始值）和注释组成。

? 系统块:用来设置系统的参数，例如存储器的断电保持范围、PLC的输出状态、模拟量与数字量输入滤波值等。

? 符号表:允许程序员用符号来代替存储器的地址，符号地址便于记忆，使程序更容易理解。

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? 状态表:用来观察程序执行时指定的内部变量的状态，状态表并不下载到

PLC，仅仅是监控用户程序运行情况的一种工具[14]。 4.2.2 梯形图的编写

（1）打开项目

执行“文件”→“新建”命令，可以新建一个项目。可以保存为扩展名为“.mwp”的新建项目。或执行“文件\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。指令树中包含了几乎所有的指令，或在工具条上直接放常用的指令。或用快捷键F4、F6、F9键进行操作。

（3）创建逻辑网络

用梯形图编写的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“？？？”显示的，表示参数未赋值，可以用绝对值或者符号标明程序中的指令操作数。绝对引用是指使用内存区的位或者字节位置标识地址，符号引用则是指使用数字、字母的字符组成标识地址。如果有未赋值的参数，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”菜单中的“编译”命令，或者工具栏上的“编译”按钮，编译当前被激活的编辑器中的程序。若选择“PLC”菜单中的“全部编译”命令，则按照顺序编译程序块（主程序、全部子程序、全部中断程序）、数据块、系统块等全部块。使用“全部编译”，与哪一个窗口是活动的无关。编译结束后，输出窗口显示编译信息。可以通过工具栏的“保存”按钮、“文件”菜单中的“保存”命令及“另存为”进行保存。 4.2.3 时钟设置及读写

（1）实时时钟 S7-200的硬件实时时钟可以提供年、月、时、分、秒的日期/时间数据。

CPU221、CPU222没有内置的实时时钟，需要外插“时钟/电池卡”才能获得此功能。CPU224、CPU226和CPU226 XM都有内置的实时时钟[15]。

S7-200的时钟精度典型值是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。实际上可读取的最小时间单位是1秒，可每秒读取一次（使用SM0.5上升沿触发读取指令）。

使用程序读取的实时时钟数据为BCD格式，可在状态图中使用十六进制格式查看。

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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。

要设置日期、时间值，使之开始走动，可以：

用编程软件（Micro/WIN）的菜单命令PLC > Time of Day Clock...，通过与CPU的在线连接设置，完成后时钟开始走动

编用户程序使用Set_RTC（设置时钟）指令设置 Micro/WIN可以通过任何编程连接实现实时时钟的设置。

（2）用Micro/WIN设置时钟 通过编程软件Micro/WIN设置CPU的时钟，必须先建立编程通信连接。

在Micro/WIN菜单中选择“PLC>实时时钟”命令，打开“PLC时钟操作”对话框：

图4 PLC 实时时钟设置界面

图中参数设置如下：

要设置时钟的CPU网络地址，取决于在“通信”界面中的选择。

设置日期：选择需要修改的数据字段，直接输入数字，或者使用输入框右侧的上下按钮调整。

设置时间：选择需要修改的数据字段，直接输入数字，或者使用输入框右侧的上下按钮调整。

读取PC时钟：按此按钮可以读取安装Micro/WIN的PC机的本机时间[16]。 读取PLC时钟：按此按钮读取PLC内部的实时时钟数据。

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根据需要选择夏时制调整选项。

按“设置”按钮，将上面的时钟日期数据写入PLC。 时钟读写指令缓冲区格式

Read_RTC（读时钟）和Set_RTC（设置时钟）指令靠数据缓冲区在用户程序与硬件芯片间交换数据，它们的缓冲区格式相同。

表2 时钟缓冲区

地址偏移 数据内容 T 年 T+1 T+2 T+3 T+4 T+5 T+6 T+7 月 日 小时 分钟 秒 0 星期 0 0-7* 数值范围 00-901-101-300-200-500-5BCD 9 2 1 3 9 9 （16进制） * 1 = 星期日，7 = 星期六，0 = 表示禁止计星期 T 就是缓冲区的起始字节地址，可以由用户自由设置（在CPU允许的V存储区范围内）。如果设置T为VB100，那么读取时钟后，“年”的信息就会保存在VB100中，“月”保存在VB101中。

4.3 系统的控制程序

校园照明系统电气控制原理图比较复杂，但经由PLC控制后，程序简单可行，这样即满足了任务要求，又能保证其稳定运行。 4.3.1 分时控制方案

在设计前，对大学生的活动规律、道路照明的亮度进行了统计和测量，掌握了一手资料。大部分学生在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。根据这个特点把控制分为3个时段：第1个时段为21点之前，所有灯具全部开启；第2时段为21点至23点，活动人员较少，可以关闭1/2的灯具；而到23点之后为第3时段，只要留有1/4的灯具工作，高于道路照明的最低要求。为了最大限度地节能，设计时还考虑了季节的因素：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采用第1、第2时段全开，第3时段全熄的控制方式，控制简单易行，节能效果显著。

节假日多也是学校的特点之一，寒暑假加在一起有3个月左右。制定的控制方案是：寒暑假期间景观灯手动控制，根据需要临时或少量开启；而路灯每天只开启1/4，满足最低照明要求。

4.3.2 分时智能控制程序编制

正如前面所述，每天的照明控制分3个时段，为了最大限度地节约能源，在具体编制程序时还考虑了不同季节的因素，一般在冬、春季，天黑得较早，18点左右自然光线

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