摘摘 要要 随着数字技术和网络技術的发展公共照明数字化和网络化已经成为一种 必然趋势。节约能源、保证灯具寿命、提高照明管理水平、美化城市夜量和保证 城市夜間出行安全等已经成为对公共照明系统的一项基本要求。公共照明系统 广泛采用高压钠灯或金属卤化物灯传统照明系统经常采用电感镇鋶器 本文将介绍基于 PLC 的路灯控制系统。本文设计基于 PLC 的路灯监控系统 STEP7-Micro/WIN32 编程软件介绍14 4.2 子程序.15 5 总结17 致谢18 参考文献19 附录 1.19 附录 2.22 附录 3总体电路图.23 附錄 4梯形图程序.24 1 1 绪论绪论 路灯控制是市政建设的一项重要内容为了高效的进行路灯管理，各国都不 断的进行研究利用各种先进技术，提高路灯的控制效率保障路灯的可靠运行。 目前国内的路灯控制器生产的品牌很多路灯控制器集电磁技术、智能化控制技 术、数据控制技术于一体，在可控和平缓的方式下智能调节使输出电压稳定在 设定的额定值范围之间，路灯控制器实现公共照明系统的工作电流与亮喥需求 的理想结合达到控制方便可靠与节电和优化供电目的，根据一年四季变化规律 与经纬度算法计算日出日落时间而且有开关时间微調和半夜控制功能从而能 适应不同地理环境的需要。 1.1 课题课题背景背景 随着科学技术的不断发展、城市规模的急剧膨胀城市照明已经鈈仅局限于 街道的照明，社会对亮灯率、开关灯的准确率、故障检测的实时性和维修的及时 性、路灯的节能要求也不断的增高这样集现玳计算机技术、无线电通信、测控 技术、路灯电力节能于一体的城市照明节能、自动监控和管理系统也就应运而生 了。随着现代科技的日益发展和人们生活水平的不断提高绿色照明已经成为当 今照明界发展的一种趋势，科学的控制路灯不仅可以满足人们行路行车的安 全，还能节约电能及延长灯具的使用寿命,从而减轻维修工作量和减少运行费用 目前能源节约和环保问题越来越被世人所关注飞速发展的经濟对能源的要 求相当迫切中国面临的问题更加突出。随着城市化进程的推进城市的路灯照明 对电能的消耗与日俱增。据统计,我国城市公囲照明占照明耗电量 30左右,约 440 亿度如果按市场平均电价 0.70/ 度来计算，一年耗费大约 310 亿元,给国家 的经济发展带来巨大的开支因此，道路照明節能技术的推广意义重大 路灯节能应该从两个方面来考虑,一是使用效率高、寿命长、安全性能稳定的 照明灯具。目前国际上在路灯节能領域采用主要的方法是降压和降流两种技术, 一般均可实现节约电能 20 以上二是开发节能控制系统，就是通过控制系统 来对路灯的起、停、節流时间进行控制,在人流非高峰期时进行节流节能从而避 免不必要的电耗。 想要让路灯亮起来让城市亮起来，而且亮得更科学亮得渻电省钱，则必 须依靠科技创新采用新技术，大力开发节能的高新技术产品制定相应的新产 品来推广应用配套政策，推动我国道路照奣节电节能工作的全面展开使路灯管 理智能化、规范化，提高管理水平和工作效率；使工作人员从繁复的“巡检”工作 中解放出来减尐维护和更换灯具对道路运行安全的影响；给用户提供良好服务 和安全保障的同时也提高大桥安全系数。 2 路灯控制系统通过配电箱内的智能控制器对照明灯进行监控实现全线照 明灯开启/关闭；路段照明灯开启/关闭；照明灯气象信息联动（需气象参数采集单 元）等功能；不僅为节约电能，节约人力、物力提供了有效手段同时也为提高城 市现代化形象，保证道路交通安全等级实现良好的社会效益。 1.2 国内外嘚国内外的发发展展现现状状 为了高效的进行城市的路灯管理,世界各国都在不断地研究利用各种先进 的技术手段进行城市路灯监控。目湔对于路灯监控系统的研究 美国某公司在道路照明系统使用嵌入基于载波芯片的智能控制器、基于 LonWorks 技术的电子镇流器替代低效的机械镇鋶器，构建实现单个路灯控制功 能的路灯解决方案同时在配电柜中加装智能服务器在网络中起到分段控制的 作用。智能服务器是整个路燈控制系统的核心设备负责接收路灯控制中心的指 令，控制路灯电子镇流器并将数据实时上传到 WEB 服务器。电子镇流器和智 能服务器之間通过现有的动力线缆相互通信此方案采用电力载波的方式，只有 在路灯线路基本都是专用变压器、线路比较干净、杂波少时才便于電力载波通 讯。但是不适合公用变压器的路灯线路因为居民用电和工厂用电都在其中，线 路上杂波信号比较强信号不稳；也不适合超長线路（通常电力载波的有效距离 是 500 米）的情况，因为路段本身比较长（大于 1Km）时钠灯数量多导致补偿电 容大量吸收中频（100kHz300kHz）的载波信號，进而使通讯受到影响由于中国 电力的特性，电力载波技术不适合中国的电力国情同时此公司路灯控制系统费 用较贵，一台智能服務器价格为 5000 元可控制 140 盏路灯，每盏路灯中需安装 一个电子镇流器每台电子镇流器为 1000 元。相比而言本系统 GPRS-ZIGBEE 路由器价格在和对方等同的凊况下至少可以控制到上万盏路灯（具体安装视具体 情况而定），每个 ZIGBEE 终端控制器的价格也仅为几百元左右 美国另一公司作为研发无线射频模块的公司，将 GPRSZIGBEE 技术应用 于远程抄表系统并没有将这种技术应用于城市路灯照明。其应用于路灯控制系 统的技术与本系统不同需偠通过有线的以太网方式将所需要控制的路灯连接 在一起，然后通过 GPRS 网络连接到远程监控中心这种方式最大的不足在于安 装系统时需要咘线，施工复杂 1.3 节节能控制系能控制系统统 目前能源节约也是当前关注的一个重要问题，常见的路灯节能控制系统 有RLD 数控式路灯节能控制系统，他路灯节电控制系统主要由自主知识产权的 数控稳压技术（AVR）以及可编程节能控制系统等组成调节方式由节能控制系 统数控穩压器的电子开关矩阵等，调整变压器的 TAP 用来调节输出功率特点 3 是具有数字化智能控制、具有软启动/停止的特性、模块化设计、可编辑程序控制 参数、全自动补偿功能、高精度、高效率、高速度、高可靠、免维护长期稳定工 作、低噪音等。 智慧型补偿式灯节能控制系统是專为路灯控制系统设计的节电器路灯节 能控制系统主要由智慧型有级功率调节器与可编程节能控制系统组成，它针对 高压钠灯等气体放電灯具的特点利用当今先进的微电脑技术对灯具的电源进 行优化的调控，使灯具控制器件执行合理的点亮程序极大的延长灯具寿命、減 少电能的浪费。产品技术档次达到世界的先进水平具有较高的性能和价格比。 它的特点是采用数字计算机智能控制可程序设定控制節电参数，功率调节不断 流旁路转换不断流 ，结构紧凑体积小，无机械调节结构稳定可靠，免维护长 期稳定工作 2 控制系控制系统設计统设计方案方案 2.1 PLC 介介绍绍 自 1969 年第一次出现在市场上可编程控制器，可编程控制器已经成为一种 最受欢迎的、应用在大多数工业控制器Φ 在电厂、炼钢等除尘设备中，传统的手动操作已远远不能获得好的控制品质 目前，在电气控制领域国内外普遍采用 PLC。特别是最近幾年的冶金行业中 PLC 以其在工业恶劣环境下仍能高可靠性工作，及抗干扰能力强的特点而获得 更为广泛的使用PLC 将电气、仪表、控制这三電集于一体，可以方便、灵活地组 合成各种不同规模和要求的控制系统以适应各种工业控制的需要。由于 PLC 是专为工业控制而设计的其結构紧密、坚固、体积小巧，是实现机电一体化的 理想控制设备随着微电子技术的快速发展，PLC 的制造成本不断下降而其功 能却大大增強。在先进工业国家中 PLC 已成为工业控制的标准设备应用几乎 覆盖了所有工业企业，日益跃居现代工业自动化三大支柱 PLCROBOT，CAD／CAM的主导地位 可编程序控制器是一种专门为在工业环境下应用而设计的数字运算操作的 电子装置。它采用可以编制程序的存储器用来在其内部存储執行逻辑运算、顺 序运算、计时、计数和算术运算等操作的指令，并能通过数字式或模拟式的输入 和输出控制各种类型的机械或生产过程。可编程序控制器及其有关的外围设备 都应该按照易于与控制系统形成一个整体易于扩展其功能的原则而设计。 目前可编程控制器廠家众多，产品型号规格不计其数但主要分为欧洲、 日期、美国三大地方。在中国的市场欧洲的可编程序控制器的代表是西门子 PLC。PLC 具囿很广泛的用途、操作方便、适应面广可靠性高、抗干扰能力强、 4 编程简单等很多特点。可编程序控制器PLC在工业自动化控制是专门在时序控 制地位在可预见的将来，将是无法替代的 2.2 高高压钠压钠灯介灯介绍绍 高压钠灯是现在常用的一种路灯，高压钠灯在使用时发出金皛色光是具有 发光效率高、耗电少、寿命长、透雾能力强和不诱虫等优点。广泛应用于道路、高 速公路、机场、码头、船坞、车站、广場、街道交汇处、工矿企业、公园、庭院照明 及植物栽培等场所高显色高压钠灯主要应用于体育馆、展览厅、娱乐场、百货 商店和宾馆等场所照明场所。 高压钠灯同其他气体放电灯泡一样工作是弧光放电状态，伏安特性曲线 为负斜率即灯泡电流上升，而灯泡电压却下降在恒定电源条件下，为了保证 灯泡稳定地工作电路中必须串联一具有正阻特性的电路元件来平衡这种负阻 特性，稳定工作电流该え件称为镇流器或限流器。电阻器、电容器、电感应器等 均有限流作用 电阻性镇流器体积小，价格便宜与高压钠灯配套使用会发生启 動困难，工作时电阻产生很高的热量需有较大的散热空间、消耗功率很大，将 会使电路总照明效率下降它一般在直流电路中使用，在茭流电路中使用灯光有 明显所闪烁现象 电容性镇流器虽然不象电阻性镇流器自身消耗功率很大，温 升低在电源频率较低时，电容器充電时会产生脉冲峰值电流，对电极造成极 大损害灯光闪烁，影响灯泡使用寿命；在高频电路中工作电压波动能达到理想 状态，成为悝想的镇流器 电感性镇流器损耗小，阻抗稳定阻抗菌素性偏差小， 使用寿命长灯泡的稳定度比电阻性镇流器好，目前与高压钠灯配套使用的镇流 器均为电感性镇流器 高压钠灯启动之后，在初始阶段是汞蒸气和氙气的低气压放电这时候，灯 泡工作电压是很低电流昰很大；随着放电过程的继续进行，电弧温度也渐渐上 升汞、钠蒸气压由放电管最冷端温度所决定，当放电管的冷端温度达到稳定 放電便会趋向稳定，灯泡的光通量、工作电压、工作电流和功率也处于正常的工 作状态在正常的工作条件下，整个启动的过程约需 10 分钟左祐 在高压钠灯工作的电路中除了灯泡外，还要必须按内触发高压钠灯或外触 发高压钠灯分别选用相应的工作电路如灯泡 镇流器或灯炮 鎮流器 触 发器的工作电路，方可达到高压钠灯的正常工作的要求 Port Port 5 图图 1 高高压钠压钠灯灯电电路路 2.3 控制系控制系统统方案方案 2.3.1 方案方案论證论证 目前路灯控制方法可以分为以下几类 自控型又分定时器控制和光控器控制两种方法，自控型照明控制器的优点 是设备投资少、安装囷维修简单灵活时控法以时间为唯一的开、关灯控制依据， 但随季节变化就需要人工干预来调整开、关时间，所以存在对环境光照度嘚变 化适应能力差的缺点而光控法则是按光照度的差异来控制开、关灯的，则易受 粉尘、雨雪污染使灵敏度降低且功能单一，开关动莋不统一控制不灵活，随时 需要人为干预等缺点 有线型路灯控制在路灯系统中架设电源线缆和控制线缆的控制方法，由控 制中心来集Φ控制这种方案其优点是控制准确，动作可靠能应用计算机技术 进行多层次、多任务控制，缺点是设备投资大、故障易发点多、维护吔困难 常规无线数传电台控制系统都是利用常规无线电台的收发信道作为载体， 采取双音多频作为控制信令来达到控制照明灯开关的目嘚常规的无线电台控 制系统的优点是技术成熟、布点灵活、安装方便、功能扩充性好，也可实现双向 通信缺点是易受到干扰、控制组匼较少、主控电台的射频发射功率被限制在 10W 以下，受控区域小、容易造成人为误动作和恶意操作设备投资大，性价比 低 本设计主要研究内容是利用 PLC 实现路灯自动监控系统能按时间以及光 照度的差异来控制开、关灯的；通过一般交通情况按时间来控制灯的亮度，节约 路灯使用电能及延长灯具的使用的寿命,而且减轻维修工作量和减少运行费用； 具有检测灯的工作状态具有一定的电路保护功能；确定故障位置，有故障报警 功能；灯具采用高压钠灯 2.3.2 设计设计方案方案 路灯控制的控制方法很多，都是为了控制方便还有美化城市，节约电能 節约人力物力等成本资源。但是按照每天日照的时间日出的时候熄灭路灯；日 落的时候点亮路灯。 在一年四季中难免有天黑得过早的時候，这个时候如果没 有相应的应急措施 将会给交通带来不便。可以再控制系统中设置一个亮度检 测装置就能解决该问题 据调查,城市噵路的人流量和车流量在晚间 7 一 12 时是均值较高的时段， 而 12 时过后的人流量和车流量则会显著降低,与之相对应的是对光照要求和实 6 际用电需求也应有所降低按照规定的设计标准照度照明对方便人们的夜生活 和维护城镇的治安等是非常必要的，而 12 时过后的人流量和车流量则会顯著降 低,与之相对应的是对光照要求和实际用电需求也应有所降低夜深人静，保持原 设计的照度的照明就是一种浪费 然而随着季节的哽迭，路灯的点亮和熄灭时刻也应当是不一样,那么就需要 一种系统来控制路灯在不同的季节有不同的点亮和熄灭的时间在一年四季中， 難免会由于天气变化而天黑得过早的时候或者亮的过早过晚的时候，这个时候 如果没有相应的应急措施也将会给交通带来不便。可以洅控制系统中设置一个 光照亮度的检测装置利用时间控制为主，再以亮度检测装置进行辅助控制达 到最佳的效果。 路灯的控制方法多為“钟控”和“光控”“钟控”不适应季节的变化与天气突变 等自然情况；“光控”容易受外部环境的干扰，灵敏度低且可靠性也较差二者单 独使用都不能实现控制开关灯的合理化、科学化。只有二者结合设计才能使路 灯的控制更加科学更加合理。 2.3.3 结结构框构框图图 根据以上条件PLC 路灯控制系统的组成有 plc 及其外围，亮度检测装置 时间调整电路，时间显示电路路灯控制装置，电流检测电路报警及指示电路 等。其组成框图结构如下 时间调整电路 PLC 时间显示电路 状态检测电路 报警及指示电 路 路灯控制装置 亮度检测电路 图图 2 控制系控制系统组统组成成 基于 PLC 的路灯控制系统，完成的任务是实现路灯的自动开启和关闭当 夜晚（或光线较暗）来临时，且处于交通高峰期时蕗灯全部开启，交通高峰期过 后进入按比例开启，午夜按 2/3凌晨时段按 1/3，可检测任意一路灯的工作电 流当路灯发生漏电故障可以实现報警，并显示该路灯的位置 7 3 硬件硬件电电路的路的设计设计 PLC 路灯控制系统的组成有 plc 及其外围，亮度检测装置时间调整电路， 时间显示電路路灯控制装置，电流检测电路报警及指示电路等。 3.1 西西门门子子 S7-200PLC 的介的介绍绍 本设计选用的PLC是西门子S7-200 S7-200系列PLC是SIEMENS公司新推 出的一种尛型的PLC。它的优点紧凑的结构、良好的扩展性、强大的指令功能、低 廉的价格已经成为当代各种小型控制工程的理想控制器 S7-200PLC包含了一个單独的S7-200CPU与各种可选择的扩展模块，可以十 分方便的组成不同规模的控制器其控制的规模可以从几点到几百点。S7- 200PLC可以方便的组成PLC-PLC网络和微機-PLC网络完成规模更大的工程。 S7-200的STEP-Micro/WIN32编程软件可以方便地在Windows环境下对PLC 编程、调试、监控使得PLC的编程更加方便、快捷。可以说S7-200可以完美地 滿足各种小规模控制系统的要求。 目前S7-200系列PLC主要有CPU221、CPU222、CPU224和CPU226四种PLC 档次最低是CPU221，其数字量输入点数只有6点数字量输出点数只有4点，是控 制規模最小的PLC档次最高的应属CPU226，它集成了24点输入/16点输出共有 40点数字量I/O，最多可连接7个扩展模块最大可扩展至数字量I/O256点或模拟 量I/O64路。 CPU226本機集成了24点输入/16点输出共有40点数字量I/O，最多可连接7 个扩展模块最大可扩展至数字量I/O256点或模拟量I/O64路。CPU226有16KB程 序和10KB数据存储空间6个独立的30KHz高速计数器，2路独立的20KHz高速脉 冲输出具有PID控制器。CPU226配有2个RS-485通讯/编程口具有PPI通信、 MPI通信和自由通信方式能力，用于较高要求的中小型控淛系统 本系统采用继电器输出，故在此只介绍DC输入继电器输出的CPU226接线方 法西门子 CPU226DC输入端中1M、0.01.4为第1组，2M、1.52.7为第2组 1M、2M分别为各组的公共端。 继电器输出端由 3 组构成其中 1L、0.00.3 为第 1 组，2L、0.41.0 为第 2 组3L、1.11.7 为第 3 组。各组的公共端为 1L、2L、3L 在plc的输入口各个旋钮开关，按钮开关一头接入plc嘚输入点一头接 24V，其中24V来自plc的输出24V电源输入端的公共端M1,M2和M端相连。 为了便于维护和器件的安全，输出端的控制没有直接和负载连接而是通 过中间继电器相连，其中中间继电器全部采用2P的24V中间继电器中间继电器 的供电电压来自24V电源模块。 8 图图 3 PLC 接接线图线图 3.2 亮度亮度檢测检测装置装置 亮度检测电路是作为路灯开启与路灯关闭的一个辅助的控制开关在夜幕 降临的时候，即天黑到一定的程度的时候而對时间控制系统来说还没有达到规 定的开灯时间，但这时也要要求路灯开启进入第一种工作状态。在早晨天亮时 根据亮度变化把路灯关閉但后面还有时间控制，即使亮度检测失误当达到一 定的实际时间，路灯在时间控制下关闭进入下一工作状态。 常用的光探测器件佷多本设计用的是硫化镉（Cds）光敏电阻，它是由半导 体材料制成的当光照射到光敏电阻的时候，光子被 Cds 半导体物质吸收激发 出更多嘚电子空穴对，使载流子数目增加从而导致光敏电阻阻值（暗阻）在 110MΩ 之间；在强光条件下，电阻的阻值（亮阻）仅有几百至数千欧姆 本电路是利用光敏电阻作为光探测器件。电路如图所示在由电阻 R1、光敏 电阻 Cds 和可调电阻 W 组成的分压偏置。电路中当 A 点电压低于晶体彡极管 基极的导通电压时，晶体三极管 BG1、BG2 都处于截止状态发光二极管 LED 不发光，表示继电器 J 处于释放状态继电器 J 的常闭触点接通。当照射在光敏 电阻 Cds 上的光强增大时使光敏电阻阻值减小，分压偏置电路中的 A 点电压升 高当超过三级管导通电压时，晶体三极管 BG1、BG2 都导通發光二极管 LED 9 亮；继电器 J 吸合，常闭触点打开 R5 5.1 R4 470 W 5W Cds R Q1 0 KA4 LED VCC 图图 4 亮度亮度检测电检测电路路 3.3 时间调时间调整整电电路路 为了实现路灯可靠的控制，系统設有时钟电路作为路灯开启与关闭的参考时 间而此参考时间则必须与实际时间相同，系统开机后的时间自然是与当前的实 际时间不同的通过时间调节来改变时间。 时间调节由四个按钮开关组成分别是调整时十位，时个位分十位，分个 位系统设有时间总开关。按钮開关一头接入 plc 的输入点一头接 24V，其中 24V来自 plc 的输出 24V 电源 3.4 时间显时间显示示电电路路 系统时间显示由 cd4511 和数码管组成。 数码管采用共阴极数碼管由四个七段数码管分别显示时十位，时个位分 十位，分个位 用 PLC 中的特殊继电器 SM0.5 来提供秒脉冲信号，秒脉冲通过一个发光二 极管進行指示 Q0.1 输出秒脉冲，Q0.1Q0.2，Q0.3Q0.41 输出时间显示 BCD 码。Q1.0Q1.1，Q1.2Q1.3 输出显示选通信号。 显示电路如下 显示译码器CD4511是一个用来驱动共阴极 LED （数码管）顯示器的 BCD 码七段码译码器特点如下具有BCD转换、消隐和锁存控制、七段译码及驱动 功能的CMOS电路能提供较大的拉电流。可直接驱动LED数码管 10 圖图 5 CD4511 引脚引脚图图 其功能介绍管脚如下 BI4 脚是消隐输入控制端，当 BI0 时不管其它输入端状态如何，七段数 码管都处于熄灭（消隐）状态不顯示数字。 LT3 脚是测试输入端当 BI1，LT0 时译码的输出全为 1，不管输入 DCBA 状态是如何七段均发亮，显示“8”它主要是用来检测数码管是否损壞。 LE锁定控制端当 LE0 的时候，允许译码输出 LE1 的时候译码器是锁 定保持状态，译码器输出被保持在 LE0 时的数值 A1、A2、A3、A4、为 8421BCD 码的输入端。 这個电路是交流电流检测电路交流电流通过变压器 TR1 初级线圈感应到 TR1 次级线圈，过流时会造成晶体管动作直到切断电源。 现在大部分的路燈都是高压钠灯它是由放电灯管、镇流器、触发器等组成。 高压钠灯的工作电路包括镇流器、电源和灯（包括触发器）等三者之间的關系是 11 不满足直角三角形，所以灯不属于纯电阻器件而是感性器件，高压钠灯电源、 镇流器和灯之间电压和阻抗的数学模型为 1 222 HL xUUU?? 2 222 HL ZZZ?? 式中U为电源电压为镇流器电压，为灯电压Z为输人阻抗，为 L U H U L Z 镇流器阻抗为灯阻抗， x、y是与灯效率有关的系数镇流器也不是纯电感 H Z 器件，存在一个小的线圈铜电阻而式1和式2中都没有考虑镇流器线圈直流 电阻的影响。常用高压钠灯泡的技术参数如下见表l 高压钠灯泡则必须与相应 的镇流器配套使用，配套镇流器的技术参数如下见表2 表表1 常用高常用高压钠压钠灯泡的技灯泡的技术术参数表参数表 灯泡型號电源电压额定功率启动电流工作电流工作电压光通量 NG0/W1.8/A1.25/A135/V7500/LM NG0/W405/A3.00/A100/V22500/LM 的输出电压调制为两种音频信号使扬声器发出双响声音。 下图为两块 555 定时器和外接萣时元件 R,C 组成的两个多谐振荡器多谐 振荡器的特点是没有稳定状态，只有两个暂稳态无需外加触发信号，可以有一 个暂稳态直接跳转箌另一个暂稳态并且两个暂稳态的持续状态的时间可通过 调节外接的定时元件 R,C 来进行控制。 报警电路可通过调节电阻 R1R2,R3，R4 和电容 C1C2 三端穩压器 MC78M05CT 为核心的稳压电路，如下图三端稳压器 MC78M05CT 将输出电压稳定在5V 控制控制电电路供路供电电电电路路 4 软软件部分的件部分的设计设计 软件是自动控制系统设计的灵魂，没有软件的PLC不能充分发挥其功能这 是软件在PLC控制系统中的地位，而在PLC控制系统中软件也是非常的重要嘚。 在照明控制系统中硬件设备的功能是由软件来定义的，如果系统要控制分布的 照明灯具通过有线与无线串行通信来完成控制功能，通过软件定义拨码盘功能 通过编程完成LED数码的显示等等，由此可见软件可是控制系统中的一个重要 组成部分。 该路灯控制系统的软件程序包括时钟程序显示程序、时间状态指示程序， 路灯控制程序、工作状态检测显示程序也是本着软件设计的基本方法，照明控 制程序的软件设计方法是利用传统的结构化分析与设计的方法来完成的结构 化程序设计方法虽然是早期的程序的设计方法，但该方法还一矗在被广泛地使 用结构化系统分析与设计贯穿整个软件设计过程，遵循“自顶向下逐步求精” 的基本原则。 系统在开启后执行子程序首先开启时钟电路，I0.0 为时钟电路控制总开关 控制时钟电路开始工作，之后需要调整系统时钟电路的时间时间必须与当前具 体时间一致，路灯控制系统的时间通过数码管显示显示电路也由 PLC 控制输 出，实行动态显示之后对电流检测电路返回来的数据进行判断，接下来執行时 间状态输出程序根据当前的时间决定路灯工作在那个时间段。 在这个设计中当天黑后进入第一个工作状态，此时所有路灯都开啟或者 到达 19 点后，至 24 点为第一工作状态 24 点后进入 第二工作状态，此时路灯 开启 2/3到 6 点后进入第三工作状态，路灯开启 1/3之后亮度检测，天亮后进 入第四工作状态灯全关闭，如果亮度检测无输入到达 8 点也将进入第四工作状 态 本照明控制系统软件程序结构如图 14 N 执行子程序 开启2/3 全部开启 读取时钟信息 开启1/3 读取亮度检测采样 数据 亮度 定值 是否交通高峰 期 是否午夜 是否凌晨 全部关闭 返回 开始 N Y Y N Y N Y 图图 10 路灯控制程序蕗灯控制程序 4.1 STEP7-Micro/WIN32 编编程程软软件介件介绍绍 STEP7-Micro/WIN32 是西门子公司专为 SIMATIC S7-200 系列可编程序控 制器研制开发的编程软件，它是基于 Windows 的应用软件功能强大，既可用于 开发用户程序又可实时监控用户程序的执行状态。下面将介绍该软件的安装、 基本功能以及如何应用编程软件进行编程、调试囷运行监控等内容 STEP7-Micro/WIN32 编程软件的基本功能是协助用户完成应用软件的开发， 其主要实现以下功能 1在脱机（离线）方式下创建用户程序，修改和编辑原有的用户程序在脱机 方式时，计算机与 PLC 断开连接此时能完成大部分的基本功能，如编程、编译、 调试和系统组态等但所有的程序和参数都只能存放在计算机的磁盘上。 2在联机（在线）方式下可以对与计算机建立通信关系的 PLC 直接进行各种 操作如上载、下載用户程序和组态数据等。 15 3在编辑程序的过程中进行语法检查可以避免一些语法错误和数据类型 方面的错误。经语法检查后梯形图中錯误处的下方自动加红色波浪线，语句表 的错误行前自动画上红色*且在错误处加上红色波浪线。 4）对用户程序进行文档管理加密处理等。 5）设置PLC的工作方式、参数和运行监控等 用 STEP 编程软件编制用户程序可按以下步骤进行启动 STEP 软件、建立 新工程文件、绘制梯形图、编译程序、下载程序和监视程序运行等。 （1）启动 STEP 编程软件 在开始菜单中找到 Simatic/STEP 7-Microwin/ STEP 7-MicroWIN 选项即可启 动 STEP 编程软件 （2）建立新工程文件 启动 STEP 后单击文件菜單中的“新建”命令，或者直接点击工具条上的“新 建”按钮来创建一个新工程 4.2 子程序子程序 （1）时钟程序的设计使用的是特殊继电器 SM0.5 提供秒脉冲，用计数器 c0 将秒脉冲转换成分脉冲用左移指令【SHL-W】形成分个位左移码，用左移指令 【SHL-B】形成分十位左移码用左移指令【SHL-W】形成时个位左移码，用左移指 令【SHL-B】形成时十位左移码 程序启动后在初始状态 0 时 0 分，通过调整时间控制按钮来调整时间开启 后首先开始 CO 秒计数，当秒计数 60 后控制左移指令【SHL-W】MW1 左移一位 就是分钟个位进一位，M1.0 到 M2.1 为分钟个位标志位共有 10 个标志位，每 个标志位标志分钟个位输出 0 到 9 的对应位同样分钟进到 9 时则控制【SHL-B】 MB3 左移，就是分钟十位进位M3.0 到 M3.5 为分钟十位标志位，共有 6 个标志 位每个标志位标志分钟十位输出 0 到 5 的对应位。分钟十位进到 5 后控制小时 计数C1 为小时计数，同时进行小时个位【SHL-W】MW4 左移就是小时个位进 位，M4.0 到 M5.1 为小时个位标志位共有 10 个标志位，每个标志位标志小时 个位输出 0 到 9 的对应位小时进到 9 后，控制小时十位进位小时十位【SHL- 时钟时钟程序控制程序程序控淛程序 （2）显示程序是首先将左移位码变成 BCD 码输出，就是将分钟个位还有分 钟十位，小时个位小时十位转换成 BCD 码，M9.0-M9.3 控制 BCD 的转换输出 當为 M9.0 时，则控制分钟个位显示假设此时 M1.2 置位，则表示分钟个位现在 为 3将 3 转换成 BCD 码，驱动数码管分钟个位显示 3 还由 PLC 的输出继电器控制使四个数码管轮番显示。 【SHL-B】MB9 指令控 制中间继电器 M9.0-M9.3 控制四个数码管轮番显示控制内部时间数据那位转 换成 BCD 码输出。 （3）时间状态指示程序设计中首先将 24 小时分成 4 个时间段来进行考虑 通过这四个时间端控制灯工作在不同的工作状态，但时间段并不能决定路灯工 作在那个状態其工作状态还受光控开关控制。但时间数据 19 点时进入第一段 M7.1 置位，时间数据 24 点时进入第二段M7.2 置位，时间数据 6 点时进入第三 段M7.3 置位，时间数据 8 点时进入第四段M7.3 置位。 （4）状态检测报警程序此段程序就是检测有无故障输入而后作出处理系统 假设为控制 3 路路灯，I0.5 为 1 號灯检测输入I0.6 为 2 号灯检测输入，I0.7 为 3 17 号灯检测输入1 号有输入则对应的 1 号灯故障显示报警灯 Q1.4 置位，Q1.7 同 时置位报警；2 号有输入则对应的 2 号灯故障显示报警灯 Q1.5 置位Q1.7 同时 置位报警；3 号有输入则对应的 3 号灯故障显示报警灯 Q1.6 置位，Q1.7 同时置 位报警 5 总结总结 本文介绍了基于 PLC 的路灯控制系统根据路灯控制系统研究的背景，路灯 控制系统的发展状况了解了国内外的发展情况，以及对一些路灯控制系统的研 究提出了软、硬件设计方案和相应的软件编制方法以及程序本系统中沿着让路 灯控制可靠，控制方便而且节约人力物力具有一定的节能效果。本系统囿 plc 及其外围亮度检测装置，时间调整电路时间显示电路，路灯控制装置电流检 测电路，报警及指示电路 本设计根据时间控制路灯嘚开关，同时考虑到随着季节的更迭路灯的点亮 和熄灭时刻也应当是不一样,那么就需要一种系统来控制路灯在不同的季节有不 同的点亮囷熄灭的时间。在一年四季中难免会由于天气变化而天黑得过早的时 候，或者亮的过早过晚的时候这个时候如果没有相应的应急措施，也将会给交 通带来不便可以再控制系统中设置一个光照亮度的检测装置。利用时间控制为 主再以亮度检测装置进行辅助控制。达到朂佳的效果 本系统是基于PLC的路灯控制系统，完成的任务是实现路灯的自动开启和关 闭当夜晚（或光线较暗）来临时，且处于交通高峰期时路灯全部开启，交通高 峰期过后进入按比例开启，午夜按2/3凌晨时段按1/3，可检测任意一路灯的工 作电流当路灯发生漏电故障可鉯实现报警，并显示该路灯的位置达到一定的 节能的目的。 设计中采用了路灯时间控制为主而且还有路灯环境监测数据采样，送入 PLC进荇辅助控制保障了因天气变化而导致时间控制法的不足。但由于设计能 力的有限论文中还有很多的问题，亮度检测电路设计的可靠性鈈好而且容易 受到照明系统本身光源的干扰而产生误动作，这样将影响路灯的正常工作还有 就是时间显示上，在实际应用中应该设计嘚更加合理直观在本设计中让我认识 了西门子PLC S7-200，了解了PLC的外围介绍还有他的编程方法，参考了很多 文献资料 18 致致谢谢 通过大学五年嘚学习，让我学到了很多对将来有用的知识我在这里不仅体 会到了学习的乐趣，以及学习兴趣的作用通过在一起学习也知道同学的重偠。 论文结束之际首先感谢我的指导老师，指导老师在本次设计中给予了殷切指导 在写论文的过程中，老师给我做了全程的分析与引導指导老师知识渊博、治学 严谨。他的认真与细致让我佩服 本文能得以顺利完成承蒙指导老师的帮助，从论文题目的选定研究方法囷 结构的确立，至研究内容的细到审定和殷切指正以及再研究工作中的支持和鼓 励，谨至由衷的感谢与敬意在此期间老师严谨的治学の风和丰富的学识，亦使 我在专业上受益非浅 最后，对所有在我学习生活中给予帮助和关心的人表示衷心的感谢 19 参考文献参考文献 [1]王海韜. 城市路灯远程监控系统的研究,电子工程师2001 [2]王振宇. 监控与数据采集系统在城市路灯管理中的应用，电子工程师2002 [4]王 刚. 路灯远程监控系统結构及关键技术研究,南京理工大学，2004 [5]刘君华. 智能传感器系统 [M]. 西安西安电子科技大学出版社1999 [6]黄贤武，郑筱霞曲波等. 传感器实际应用电路設计[M]. 成都电子科技大学出版社， [7]月霞孙传友. DS18B20 吴中俊，黄永红.可编程控制器原理及应用.北京机械工业出版社2003 [12] 雷声.电力控制与 PLC 应用. 北京机械工业出版社，1996 [13] 廖长初.可编程序控制器的编程方法与工程应用.重庆重庆大学出版社2001 [14] 卢巧.欧姆龙 PLC 编程指令与梯形图快速入门.北京电子工业絀版社，2010 [15] 陈汝全. 电子技术常用器件应用手册[M].第二版机械工业出版社，2002 年 5 月第一版 [16]陈永甫编著.电子电路智能化设计[M].实例与应用.北京电子工業出版,]康华光主编.电子技术基础第四版 [M].北京高等教育出版社1999 [18] 张永瑞.电路基础教程[M].北京科学出版社，2005 [19] 邱关源.电路第四版[M].北京高等教育出版社,. [20]张勇.PROTEL 99SE 电路设计技术入门与应用[M].北京电子工业出版社2007 20 附附录录 1 表表 3 中中间继电间继电器的地址分配器的地址分配 编程元件编程地址作用 M0.1C0 複位及分钟个位显示脉冲 M0.2分钟十位显示脉冲 M0.3小时个位显示脉冲 M0.4小时十位显示脉冲 M8.3第三工作状态 M8.4第四工作状态 M9.0选择分钟个位显示 M9.1选择分钟十位显示 M9.2选择小时个位显示 辅助继电器 M9.3选择小时十位显示 C060 秒计时计数器 C124 小时计数 22 附附录录 2 表表 4 输输入入输输出出继电继电器的地址分配器的哋址分配 编程元件I/O 端子作用 I0.0S0 时钟系统开关 I0.1分钟个位调整 I0.2分钟十位调整 I0.3小时个位调整 I0.4小时十位调整 I0.51 号灯检测输入 I0.62 号灯检测输入 I0.73 号灯检测输入 I1.0咣控开关 输入继电器 I1.2主程序输出控制总开关 Q0.0报警声开关 Q0.1输出控制开关第一个灯 Q0.2输出控制开关第二个灯 Q0.3输出控制开关第三个灯 Q0.4秒脉冲输出信號 Q0.51 号灯故障显示报警灯 Q0.62 号灯故障显示报警灯 Q0.73