目錄頁共=numpages38-335頁第一章引言1.1課題來源及研究意義現如今科技為社會帶來許多便利，同樣的也是一把“雙刃劍”。社會的快速發展意味著地球能源急劇消耗，不可再生資源的儲備的也會隨之下降，目前能源問題已經引起人們足夠的認識。而在人們生活中，由于照明設備功率普遍較低，人們往往忽視照明用電的耗電體量。諸多高校由于校區面積較廣，校園綠化程度高，照明設備分散較廣，不像小區建筑利用率高，人口密度大，經常造成電能大量浪費。傳統的校園照明控制系統多采用人力操控，依靠人眼判斷學校所在地域日落時間和學校智能監控攝像頭實時畫面來控制學校某個或多個區域的照明設備。有些時候還因管理員的疏忽和節假日管理員未在崗現象造成照明設備開關的滯后。現如今科技快速發展，人類對科技產品和智能化產品的需求越發依賴，大學校園這種龐大的如同小型社會的學習機構，對其建設的要求也會追求智能化和科技感。因此，對于校園照明設備的節能高效和智能化管理也成為校園建設的重要標準之一。本課題是基于可編程邏輯控制器(PLC)設計的大學校園智能照明控制系統，因其系統穩定可靠，產品成熟度高，結構簡單，成本低廉，便于維護，在校園普及應用方面具有良好的適配能力，為研究和應用智能化照明系統方案提供良好的參考。1.2國內外智能照明控制系統發展與應用概況智能照明控制系統是指利用物聯網、節能系統和節能燈光科技等具有創新性和創意性的科技，對照明設備進行實時監控和分析，并將功能相仿的照明設備連接在一起，對照明設備開關時長和照明設備通斷狀態具有智能化控制的功能，來達到節能高效、低碳環保的目的。1.2.1國外智能照明控制系統發展與現狀二零一四年四月，國際電工委員會技術委員會為了發展智能照明控制系統，特此成立了國際電工委員會下屬機構照明系統咨詢小組，為國際上照明系統的咨詢事宜提供技術參考和幫助。二零一四年九月，照明系統咨詢小組在德國柏林召開研討會，首次提出了照明系統的概念和范疇。隨之，在德國漢堡,于二零一五年五月試運行了全球首條智慧路線,該路線將引入智慧燈光管理系統,通過設置在路燈桿上的人體紅外傳感器,可以監測到是否有行人通過,從而實現了節電的功效。1.2.2國內智能照明控制系統發展與現狀就目前國內而言，有關智能照明控制系統的產品推廣力度遠遠不夠，市場沒有成型，所以仍沒有形成大的消費市場。國內消費觀念對新鮮產品具有抵抗心理，廠家開發智能照明系統具有較高的門檻，因此國內智能照明控制系統發展緩慢。在國家政策方面，國家明確提出了“加快建設資源節約型和環境友好型社會”的議題。推動建立資源節約型和環境友好型學校,是中國高等教育系統為實現這一重大目標的關鍵措施。二零一三年二月,國家有關部門頒發《關于勤儉節約辦教育建設節約型校園的通知》。據不完全數據統計,校園燈光耗電量大約占全國總耗電量的百分之四十。所以,燈光節電管理已成為構建節能學校的關鍵內容。1.3本課題的主要研究內容本課題以普通高校面積較廣，學生流動性強，造成高校照明設備利用率低，導致電力能源的極大浪費為背景，在總結現階段校園照明系統現狀的前提下，研究出本課題所描述的基于西門子S7-200PLC的校園智能照明控制系統，以達到節能環保的目的。本課題主要包括以下方面：1.校園智能照明控制系統的功能分析。通過查閱照明系統相關資料，以現階段校園智能照明控制系統為前提，吸取相關系統優點，彌補現階段不足，由此制定出本課題的總體功能設計方案。其中包括對該系統總體結構概述，設計系統的功能組成部分。系統功能設計的部分包括教室和校園路燈智能照明控制系統的兩部分功能，兩部分獨立設計，獨立分析。2.校園智能照明控制系統硬件設計。在教室智能照明控制系統中用人體紅外傳感器和光照強度傳感器判斷教室是否有學生學習和是否光照昏暗，傳遞給PLC，控制照明設備。在校園路燈智能照明控制系統為了更大程度的利用路燈，設計了校園路燈燈具布置方案。根據本課題的實際設計要求，選用西門子S7-200PLC作為可編程邏輯控制器。分析設計PLC外部接線圖，制定PLC所需I/O分配表。3.校園智能照明控制系統的軟件設計。用STEP7-Micro/WINV4.0編程軟件編寫本課題中的PLC梯形圖程序，再用S7-200仿真軟件調試仿真。完善系統功能，使系統功能符合現階段高校校園實際使用的要求，為以后校園智能照明系統的發展和研究提供有利參考。第二章基于PLC的校園智能照明控制系統功能分析2.1校園智能照明控制系統概述因普通高校學生上課教室不固定，高校面積較廣，導致人口流動面積大，人口聚集區域不固定，學校后勤處無法統一管理校園照明設備，造成電力資源和人力資源的浪費。基于此，本課題設計基于PLC的校園智能照明控制系統以解決目前校園照明設備所產生的諸多問題。本課題經過大量學校的實地考察和走訪，決定選取學校人流量較大的兩個區域來研究校園智能照明控制系統，使該系統分為兩個重要部分：教室智能照明控制系統部分和校園路燈智能照明控制系統部分。2.2校園智能照明控制系統的功能組成校園智能控制系統選取校園最重要的兩個部分：教室、校園路燈。2.2.1教室智能照明控制系統功能組成目前高校為了提高教室利用率，多采用不固定教室授課的模式，合理利用空閑教室，滿足更多學生同時學習上課的需要。但許多教室沒有課程安排時仍有少量學生在里面自習，若教室內學生人數較少，教室燈光全部打開會造成電能極大浪費。再者，教室對光照度的舒適性要求很高，穩定適合的光照度可以使學生在學習當中身心愉悅，提高學生的學習效率。反之，如果長期處于光照度較低或較高的教室，很大概率會使學生產生用眼過度，更有甚者會影響學生學習效率。本課題根據實際教室使用情況出發，想象出三種在實際使用教室時所可能出現的情況，通過教室智能照明控制系統來控制各個區域的照明設備。教室智能照明控制系統功能設計流程圖如圖2-1所示。具體功能設計如下：1、教室光照不足，教室有人時。當教室光照不足，光照傳感器感知到教室光照度發生變化，并將光照度轉換成電信號后，經過EM235擴展模塊轉換成一串范圍為0~32000的數字信號。若教室光照不足，即教室平均光照度值低于450lx時，經過A/D轉換輸出數字信號。當有人出現在教室某塊區域時，人體紅外傳感器探測到人體發出的一種特殊的10微米紅外線源，經人體紅外傳感器將光源信號轉變成電路信號，再經過EM235轉換成數字信號后，輸出數字信號。即教室光照不足，且教室有人，教室智能照明控制系統控制該區域照明設備開啟。2、教室光照充足，教室有人時。當教室光照充足時，即指教室平均光照度值大于或等于450lx，與上述原理相似，光照強度傳感器通過光—電信號轉換，電信號經A/D轉換輸出數字信號。當教室有人時，即探測到人體發出的特定波長為10UM的紅外線光源，人體紅外傳感器通過光—電信號轉換，電信號經A/D轉換輸出數字信號。此時，教室照明設備為關閉狀態。3、教室無人時，教室光照度值無需判斷。當教室無人時，即未探測到人體發出的特定波長為10UM的紅外線光源，人體紅外傳感器通過光—電信號轉換，電信號經A/D轉換輸出數字信號。因為教室智能照明系統照明設備打開條件為人體紅外傳感器和光照強度傳感器均均滿足設定條件，所以教室無人時，教室光照度值無論多少時，教室照明設備均無需打開。圖2-1教室智能照明控制系統功能設計流程圖2.2.2校園路燈智能照明控制系統功能組成本課題通過對大學校園特殊生活模式的研究，根據最大化的滿足日常大學生的正常生活需要，以節能環保為目的，做出包含兩種不同的校園路燈智能照明控制系統的功能。校園路燈智能照明控制系統功能流程圖如圖2-2所示。具體功能設計如下：1、分時控制功能為了節約能源，低碳環保，本課題通過大量的校園實地調查與走訪，基本掌握了大學生在校園的活動規律。據統計，大多數學生在晚上九點之前就會回到寢室準備休息，晚上9點到夜里11點只有少量學生進行室外活動，而且由于宿舍夜里11點之后關門，深夜11點到12點已經幾乎沒有學生在外面活動。針對學生活動規律，制定以下三種分時控制方案：第一種方案為晚上九點之前，此時大量學生由于學習或者室外活動，仍未返回宿舍，所有路燈全部開啟；第二種方案為晚上9點之后到11點之前，針對少量活動的學生，每間隔一盞路燈都會關閉一盞路燈，使道路路燈打開數量只有全部開啟狀態的一半；第三種方案為深夜11點之后到12點，間隔式的關閉3/4路燈，打開1/4路燈，滿足道路最低的光照度要求即可。超過12點，校園智能照明控制系統會自動識別時間，全部校園路燈自動關閉。2、季節自動選擇控制功能通過查閱資料，發現學校所在地區具有明顯的季節分明情況，這會導致不同季節白天和黑夜時間長短不一。由于季節不同會導致的日落時間不同，每天開啟路燈設備時間也應不同，這樣才能達到節能環保的目的。據分析顯示，春冬季節18點左右進入黑夜，夏秋季節19點左右才會進入黑夜。根據這一現象，為了最大程度的節能環保，設計季節自動選擇控制功能。根據S7-200PLC具有日期設定和識別時間功能，可以設定春冬季節路燈開啟時間為18時，夏秋季節路燈開啟時間為19時，其他時段功能春冬季節和夏秋季節不發生改變。如果在寒假或者暑假期間，由于學生大多數都會回家不在學校生活，但仍有少量的學生會申請假期留校科研或者學習。針對此類情況，本設計特別設計了系統關閉按鈕，在假期期間可以關閉本校園智能照明控制系統，采用人工操作的模式控制校園路燈。圖2-2校園路燈智能照明控制系統功能流程圖第三章基于PLC的校園智能照明控制系統硬件設計3.1校園智能照明控制系統PLC的選型可編程邏輯控制器(PLC)目前是工業自動化行業的三大產品之一，與CAD/CAM、工業機器人齊名，是一種具有編譯運算的控制器。PLC由于其操作便捷、產品成熟度高、成本低廉、程序設計較方便成為本課題首選控制器。而如何選用一臺可以完美提供本課題所需要的功能且經濟效益高的PLC，成為本課題首要考慮的難題之一。通過大范圍的查閱相關資料，結合本人實際所學的PLC基礎，決定從西門子S7-200、S7-300、S7-400、S7-1200等系列中選用S7-200PLC作為本課題運算控制器。S7-200PLC結構簡單、產品案例出眾、便于編程成為本課題首選可編程邏輯控制器。3.1.1西門子S7-200系列PLCS7-200系列PLC基于其強大的串聯控制能力使其無論在獨立控制設備自動化運行或者是連成自動化操作控制系統皆能完美操作控制復雜的功能。S7-200系列PLC主要有CPU221、222、224、224XP、226的5種CPU類型，不同種類基本型號的性能和接口均有所差異。本課題選用CPU224，可以適用本課題使用的模擬量擴展模塊。CPU224型S7-200PLC實物圖如圖3-1所示。圖3-1CPU224型S7-200PLC實物圖3.2校園智能照明控制系統硬件選型3.2.1教室智能照明控制系統數據采集單元設計教學樓教室智能照明控制系統數據采集單元分為光照強度傳感器和人體紅外傳感器。光照強度傳感器和人體紅外傳感器共同工作，由光照強度傳感器檢測出教室光照度值，光照度值低于450lx，就會發出電路信號；而人體紅外傳感器部分可以識別教室座位上是否存在學生。兩者均滿足條件時，教室智能照明控制系統才會控制部分或者全部照明設備開啟。1、光照強度傳感器引用新修訂的中華人民共和國國家標準《建筑照明設計標準》（GB50034-2013），其中明確指出教育建筑的普通教室的采光不應低于采光等級Ⅲ級的采光標準值，側面采光的采光系數不應低于3.0％，室內天然光照度不應低于450lx。本設計采用HA2003光照強度傳感器（電流型）。該光照強度傳感器工作電壓范圍為直流12~24V,量程為200~200000lx，輸出信號為4~20mA，符合本課題使用需求。其兼容性較好，采用光電轉換，將光照強度值轉換為4～20mA電流值信號。HA2003光照強度傳感器實物圖如圖3-2所示。圖3-2HA2003光照強度傳感器實物圖2、人體紅外傳感器由于人體的特殊性質，人體正常體溫一般在36~37攝氏度左右。人們通過研究發現人類這種恒溫動物通常會發出一種波長為10微米左右的紅外線光源。本課題選用人體紅外傳感器HC-SR501，工作電壓為DC4.5~20V，輸出信號為高電平輸出3.3V，低電平輸出為0V。該紅外傳感器通過被動式紅外探頭探測人體所發出的特定波長的紅外線源，再通過菲涅爾濾光片增強，發射到熱釋電元件后，熱釋電元件由于人體溫度與空氣溫度具有溫差，此時溫度發生波動，從而使熱感元件失去電荷平衡，檢測電路監測到熱感元件發出的電荷就會發生變化信號。該人體紅外傳感器采用兩種感應模式，當有人進入人體紅外傳感器感應范圍時，人體紅外傳感器輸出高電平為3.3V電壓信號；人一旦離開或者感應范圍內無人時，人體紅外傳感器輸出低電平為0V電壓信號，并自動延時關閉。人體紅外探測過程如圖3-3所示，菲涅爾濾光片及熱釋元件實物圖如圖3-4所示。圖3-3人體紅外探測過程圖3-4菲涅爾濾光片及熱釋元件實物圖3.2.2校園路燈智能照明控制系統燈具布置方案學校道路不像外面標準道路，通行主要以行人居多，其次通行少量車輛。所以為了滿足行人的需求，校園道路兩側路燈數量應多于正常道路數量。通過查閱資料可知，夜間路面光照度值應不低于15lx，本課題為了滿足行人通行多的需求，設計路燈照明光照度值不低于25lx。為了滿足分時控制的構思和行人的需求，本課題設計縮短兩燈之間的距離為25米，采用80W左右的較為節能環保的太陽能LED路燈，通過智能化充放電控制器設備控制，可以根據天氣的變化需要，合理規劃校園路燈使用蓄電池儲存的化學能還是使用國家電網交流電提供電力能源。并且路燈兩側采用錯位分布的方式，爭取減少燈光輻射盲區，為學生在夜晚走夜路時提供穩定照明。3.3I/O地址分配3.3.1教室智能照明控制系統I/O地址分配根據功能設計要求，首先對教室智能照明控制系統所需設備進行分類，將教室空間分為5個部分：講臺部分照明設備、區域1照明設備、區域2照明設備、區域3照明設備、區域4照明設備。該系統輸入地址將啟動開關SB1設置為I0.0，將停止開關SB2設置為I0.1。為了方便設計，本課題需要減少I/O地址分配，將一個區域的所有人體紅外傳感器作為一個模擬量輸入，將一個區域的所有光照強度傳感器作為另一個模擬量輸入，將所設計的同一個地方區域的全部照明設備作為一個輸出地址。例如：在講臺部分，我們將講臺部分人體傳感器作為EM235模擬量模塊一個模擬量輸入地址，將講臺部分光照強度傳感器作為EM235的另一個模擬量輸入地址，將Q0.0作為講臺部分照明設備的輸出地址。具體各區域I/O地址輸入/輸出分配如表1所示，教室智能照明控制系統設備分布如圖3-5所示。表1各區域I/O地址輸入/輸出分配表輸入點輸出點元件名稱地址元件名稱地址啟動開關I0.0講臺區域燈Q0.0停止開關I0.1區域1燈Q0.1區域2燈Q0.2區域3燈Q0.3區域4燈Q0.4圖3-5教室智能照明控制系統設備分布3.3.2校園路燈智能照明控制系I/O地址分配根據本課題對校園路燈智能照明控制系統的功能設計，同樣使用CPU224型S7-200PLC，兩種智能照明控制系統各自獨立運行，同時使用各自獨立的兩臺PLC設備進行分別控制操作。將系統的I/O輸入地址I0.0設置為系統的啟動按鈕SB1，I0.1設置為停止按鈕SB2。為了使校園路燈在系統關閉時仍能通過手動控制校園路燈的通斷，對不同數量的路燈控制分別設置了啟動按鈕和停止按鈕。由于S7-200PLC可以自主識別時間和日期，所以就無需設置其他I/O輸入地址。對于系統的I/O輸出地址，為了方便設計和規劃，我們將全部校園路燈開啟狀態設置為輸出地址Q0.0，開啟校園路燈數量的1/2狀態設置為輸出地址Q0.1，僅開啟校園路燈數量的1/4狀態設置為輸出地址Q0.2。具體校園路燈I/O輸入地址/輸出地址分配如表2。表2校園路燈I/O輸入地址/輸出地址分配表輸入地址輸出地址元件名稱地址元件名稱地址啟動按鈕SB1I0.0全部路燈Q0.0停止按鈕SB2I0.11/2路燈Q0.1全部路燈啟動I0.21/4路燈Q0.2全部路燈停止I0.31/2路燈啟動I0.41/2路燈停止I0.51/4路燈啟動I0.61/4路燈停止I0.73.4PLC外部接線圖設計3.4.1教室智能照明控制系統PLC外部接線圖設計1、EM235擴展模塊應用本課題使用S7-200系列PLC的模擬量擴展模塊EM235，該模塊具有4個輸入模塊和1個輸出模塊，可以解決各傳感器和PLC工作電源供電不同問題和數字量信號的轉換。使用EM235擴展模塊可以通過A/D轉換將模擬量轉換成數字信號。本課題使用單極性電壓（電流）輸入范圍，其中對于人體紅外傳感器，選用單極性電壓輸入范圍為0~10V；對于光照強度傳感器，選用單極性電流輸入范圍為0~20mA，單極性輸入的全量程為0~32000。一個EM235模擬量擴展模塊只能設置一種測量范圍，本課題每種傳感器均有5個，一個EM235擴展模塊只能接入4個輸入信號，且兩種傳感器不能同時接入同一個EM235擴展模塊，所以一共需要4個EM235擴展模塊。對于電流模擬量信號，需要串聯一個電阻，將RX與X的“+”短接即可。對于未連接傳感器的信號通道，需要將每個信號通道的X+和X-短接。EM235模擬量擴展模塊實物圖如圖3-6所示。圖3-6EM235模擬量擴展模塊實物圖2.PLC外部接線圖設計根據教室智能控制系統I/O地址輸入/輸出表，設計PLC外部接線圖。由于光照強度傳感器HA2003工作電壓為12~24V，人體紅外傳感器HC-SR501工作電壓為DC4.5~20V，模擬量模塊EM235工作電壓為DC24V，所以我們將每個傳感器采用獨立電源供電。人體紅外傳感器PLC外部接線圖包括S7-200PLC和4個EM235擴展模塊的外部接線圖設計。教室智能照明控制系統PLC外部接線圖如圖3-6所示。其中PS為各傳感器獨立電源。圖3-6教室智能照明控制系統PLC外部接線圖3.4.2校園路燈智能照明控制系統PLC外部接線圖設計根據校園路燈智能照明控制系統I/O地址輸入/輸出表，設計PLC外部接線圖。校園路燈智能照明控制系統PLC外部接線圖如圖3-7所示。圖3-7校園路燈智能照明控制系統PLC外部接線圖第四章基于PLC的校園智能照明控制系統軟件設計4.1STEP7-Micro/WINV4.0編程軟件西門子STEP7-Micro/WINV4.0編程軟件是由德國西門子公司開發，軟件主要可以幫助用戶完成梯形圖的編寫，實現自動化控制產品的功能。使用西門子STEP7-Micro/WINV4.0編程軟件，用戶可以直接調用S7-200PLC標準指令庫中大多數指令，方便使用者進行梯形圖編寫。1.本課題使用STEP7-Micro/WINV4.0編程軟件V5版本，它的初始界面如圖4-1所示。圖4-1STEP7-Micro/WINV4.0編程軟件初始界面2.STEP7-Micro/WINV4.0編程軟件基本組件（1）程序塊：是STEP7編程軟件主要功能塊，使用者可以自己編寫所需要的程序塊，再通過調用進行使用，在調用時要設計一個具體參數給到程序塊才可以使用。所以程序塊就類似于主程序中的子程序，可以進行直接調用，但不夠靈活簡潔，需要有主程序才能使用。（2）數據塊：數據塊在使用STEP7編程軟件進行編寫梯形圖時占據了主要地位，使用者編寫的梯形圖程序大部分都儲存在了數據塊中，所以理解數據塊可以幫助使用者更快的了解梯形圖指令，也可以說理解數據塊就幾乎了解STEP7編程軟件的使用方式。（3）系統塊：儲存系統參數的功能塊，可以設置系統參數，例如設置I/O輸入地址或者輸出地址、存儲器參數等等。（4）符號表：可以讓使用者自己設計編寫代碼，并將代碼寫入儲存器，達到代替梯形圖中的地址目的，使梯形圖地址更容易理解和設計，便于使用和學習該編程軟件。（5）狀態表：可以監控梯形圖程序的運行情況，是否符合功能需求，若不符合功能需求，可以通過修改符號表來實現程序的設計。3.梯形圖(LAD)的編寫（1）新建項目執行菜單欄中“文件”下的“新建”命令，可以新建出一個梯形圖項目。再單擊“文件”下的“保存”指令，可以將自己編寫好的梯形圖程序保存到指定文件夾當中，此時保存文件類型為“.mwp”項目。（2）輸入梯形圖從左側指令樹中找到“指令”工具條，單擊“指令”工具條左側加號可以看到S7-200所用到所有指令。拖拽或雙擊即可寫入進梯形圖，也可以用快捷鍵F4、F6、F9進行快捷操作更為便捷。（3）輸入地址和輸出地址每一次輸入梯形圖指令時，輸入地址或者輸出地址欄會顯示“？？？”紅色字符，表示地址未賦值。根據自己編寫的I/O輸入地址/輸出地址分配表寫入梯形圖輸入地址和輸出地址。輸入地址大多數為大寫字母“I”開頭，例如I0.0、I0.1等；輸出地址為大寫字母“Q”開頭，例如Q0.1、Q0.2等。（4）編譯通過一系列的編程梯形圖程序，設計完成后，單擊菜單中“編譯”命令，可以彈出編譯窗口，輸出窗口會顯示梯形圖編譯信息，再進行下一步的修改。4.2PLC梯形圖程序設計4.2.1教室智能照明控制系統PLC梯形圖程序設計基于上述教室智能照明控制系統功能設計和I/O輸入地址/輸出地址分配表，本課題為了方便梯形圖的編寫將人體紅外傳感器監測模塊和光照強度傳感器監測模塊設計成梯形圖中的常開開關,僅將人體紅外傳感器和光照強度傳感器作為PLC輸入地址信號判斷條件，控制教室智能照明控制系統。本課題僅討論一間教室智能照明控制系統的梯形圖設計情況，多間教室的情況可以用一個主PLC控制多間教室中的子PLC。據教室智能照明控制系統I/O輸入地址/輸出地址分配可知，打開系統開關SB1對應的I0.0，若講臺有老師講課且教室光照度不足時，該區域人體傳感器所對應的輸出信號為3.3V，經EM235輸出數字信號10650;光照強度傳感器對應的輸出信號為4~20mA，經EM235輸出數字信號6400~6450。講臺部分照明設備對應的Q0.0輸出信號為“1”，代表講臺照明設備開啟，將系統停止開關對應的常閉指令I0.1輸入信號為“1”，代表系統電路斷開，系統停止工作。其他教室四部分梯形圖設計原理與講臺部分類似，本課題不再做具體闡述。教室智能照明控制系統PLC梯形圖程序如圖4-2所示。圖4-2教室智能照明控制系統PLC梯形圖程序4.2.2校園路燈智能照明控制系統PLC梯形圖程序設計根據本課題上述的校園路燈系統功能設計和PLC中I/O輸入地址/輸出地址分配表設計，采用S7-200PLC可以識別日期和時間，用梯形圖指令中的數據處理指令READ_RTC將CPU識別日期和時間讀取出來，用8進制數字寫入到PLC中的時間緩沖區，用賦值指令MOV_B將8進制數字的時間字符串轉換成16進制的時間字符串再傳遞給轉換指令B_I和BCD_I，轉換成整數進行輸出，在PLC中成功輸出當前時間的“年”、“月”、“日”、“時”、“分鐘”、“秒”的具體整數值。具體時間梯形圖程序設計如圖4-3所示。圖4-3時間梯形圖程序設計對于季節和時間段的判斷，本設計采用梯形圖的比較指令來進行判斷。根據本設計的功能要求，本設計只需要判斷月份和小時即可。根據學校所在地區實際季節變化時間的要求，本課題將每年的5月份到10月份設置為夏季、秋季時段，將每年的11月份到12月份和每年的1月份到4月份設置為春季、冬季時段。然后，先比較月份，判斷季節時段。若判斷季節時段為春冬季節時段，則校園路燈在每天的18時全部開啟；若判斷季節時段為夏秋季節時段，則校園路燈在每天的19時全部開啟。對于三個時間段的判斷，就是比較時間是否符合哪一時間段，具體開啟不同數量的校園路燈。季節和時間判斷方案梯形圖設計如圖4-4所示。圖4-4季節和時間判斷方案梯形圖設計當處于寒暑假期間，學生在校人數明顯減少，我們可以關閉校園路燈智能照明控制系統，采用人工方式控制校園路燈。本課題對不同數量的校園路燈分別使用起保停程序。寒暑假期間校園路燈控制梯形圖程序如圖4-5所示。圖4-5寒暑假期間校園路燈控制梯形圖程序4.3基于PLC的校園智能照明控制系統調試與仿真4.3.1程序調試1.調試條件（1）執行菜單欄選項中的“PLC”下的“類型”命令，將CPU類型修改成224CPU型；（2）打開STEP7-Micro/WINV4.0編程軟件，將S7-200PLC連接到電腦，使編程軟件可以監控PLC實時功能；（3）在PLC菜單欄選項中單擊的“操作”選項頁下的“編譯”按鈕，驗證PLC梯形圖程序是否編寫正確。2.程序調試步驟（1）在STEP7-Micro/WINV4.0編程軟件下，點擊PLC菜單的“操作”區域中的“RUN”按鈕；（2）在RUN模式下，將自己編程設計的系統程序語言輸入到命令欄中;（3）若輸入的系統程序存在錯誤，系統會發出警告，提示無法進行下一步運行；若沒有出現錯誤就可以執行PLC菜單中的“STOP”按鈕退出RUN模式。（4）若提示系統無法運行，不斷修改自己編寫的系統程序語句并輸入到命令欄中，直到系統可以正常運行，然后執行PLC菜單中的“STOP”按鈕，取消復選，程序調試完成。4.3.2系統仿真為了進一步驗證梯形圖程序是否符合功能需求，本課題采用目前自動化行業的軟件仿真技術驗證梯形圖程序是否符合功能設計要求。本課題系統采用S7-200系列對應的S7-200仿真軟件進行仿真。1.在STEP7-Micro/WINV4.0編程軟件中根據本課題功能要求編寫梯形圖程序，并完成編譯調試后，保存“.awl”格式的文件；2.打開S7-200系列仿真軟件，點擊菜單欄選項中中“配置”命令下的“CPU型號”命令，選擇S7-200系列的CPU224型號PLC，與課題中的梯形圖程序型號相同；3.點擊軟件菜單欄選項中中的“程序（P）”功能下的“載入程序”菜單命令，將從STEP7軟件中保存的“.awl”文件打開；4.單擊菜單下“RUN”按鈕使PLC進入模擬運行狀態，并單擊菜單欄下“程序狀態監控”按鈕，可以監控PLC實時功能運行狀態。5.在左側PLC實物模型圖中，根據程序I/O輸入地址/輸出地址分配表，在實物模型圖中打開對應的開關，觀察監控窗口輸出地的輸出狀態，判斷梯形圖程序是否滿足系統功能需求。以校園路燈智能照明控制系統為例，使S7-200仿真軟件進入運行狀態，并啟動“程序狀態監控”按鈕。手動打開啟動按鈕I0.0，I0.1，由于目前為北京時間2022年4月5日22：39分，可以根據系統功能設計看出處于功能設計的21使到23時階段，此時全部校園路燈的1/2為開啟狀態，再按一次I0.1，是系統進入關閉狀態。S7-200仿真軟件PLC實物模型和梯形圖仿真狀態圖分別如附錄圖1、圖2所示。通過大量的調試與仿真，不斷完善基于PLC的校園智能照明控制系統，最終設計完畢，已經基本滿足本課題設計的功能要求。結論結論本課題通過西門子S7-200PLC為核心可編程邏輯控制器，設計了校園路燈和教室智能照明控制系統。對于教室智能照明控制系統，本課題采用人體紅外傳感器和光照強度傳感器分別監測教室多個區域的學生和光照度，接收到信號后做出判斷，發送給PLC二進制數字信號控制該區域照明設備開啟或者斷開狀態，完成