基于PLC的城市照明系统设计

1. 绪论

1.1 选题背景和意义

1.1.1 城市照明系统节能的重要性

• 城市照明用电占比约80%，是现代城市总用电结构中的重要部分。
• 传统城市照明系统存在能源浪费的问题，通过PLC控制可以实现节能。
• PLC控制的照明系统可以提高管理效率，降低运行维护成本。

1.1.2 PLC的特点和应用

• PLC具有灵活性、通用性强，硬件趋于标准化，产品已系列化。
• PLC使用微电子技术，可靠性高、抗干扰能力强，具有故障自诊断能力。
• PLC系统在实际运用中得到迅速推广，适合规模不大，对控制要求不是特别高的领域。

1.2 课题主要涉及问题

1.2.1 城市照明系统设计需求

• 设计需满足节约能源、管理高效、安全可靠等需求。
• 设计需考虑城市居民对照明系统实际需求，确定硬件设备运行顺序。

1.2.2 任务要求

• 设计时序控制，采用分时控制方法应用于道路照明、公共绿地照明和景观照明。
• 设计时考虑夏令时和冬令时。
• 加入城市照明监控系统，使用WinCC flexible进行人机界面的设计。
• 使用STEP7-Micro/WIN V4.0编程软件进行程序编写，实现时序控制。

1.3 课题的目的和任务要求

1.3.1 课题的目的

• 设计基于PLC的城市照明系统，实现灯具最佳照明功率，减少能源浪费。
• 重新规划灯具分布，使灯具分布更加均匀合理，节省电能。
• 系统稳定性好、兼容性强、节能效率高，降低运营维护成本。

1.3.2 任务要求

• 分析城市照明系统需求，确定硬件设备运行顺序。
• 采用分时控制方法，考虑夏令时和冬令时。
• 设计硬件系统，包括控制线路、光强自动控制、PLC。
• 加入城市照明监控系统，使用WinCC flexible设计人机界面。
• 使用STEP7-Micro/WIN V4.0编程软件编写程序，实现时序控制。

1.4 课题的可行性分析

1.4.1 研究的必要性

• 研究设计PLC控制的城市照明系统，提高现代城市管理效率和自动化控制水平。
• 研究设计稳定性好、兼容性强、节能效率高的时序控制系统，降低城市用电消耗。

1.4.2 设计原理可行性

• 硬件线路、PLC控制应用于城市照明控制系统中，提高系统稳定性、可靠性、精确性。
• 自动和手动两种方式调节系统启停，保证系统故障时可人工控制照明系统。

1.4.3 知识能力和实验条件的可行性

• 具备系统和扎实的软硬件设计能力，能够解决实际设计过程中遇到的问题。
• 学校拥有先进的实验室，具备相关研究与试验测试的仪器设备。

1.5 本文结构

1.5.1 章节安排

• 第1章绪论，简要说明选题背景与意义，讨论设计主要涉及的问题和研究意义。
• 第2章PLC的结构与S7-200系列简介，介绍PLC的基本结构和特点，以及S7-200系列PLC。
• 第3章基于PLC的城市照明系统总体方案设计，考虑市居民对照明系统实际需求，给出系统总体方案的设计。
• 第4章硬件设计，基于系统硬件模块，对系统的硬件进行设计。
• 第5章软件设计，将硬件设备与PLC控制结合，进行城市照明实时监控系统的设计。
• 第6章总结，总结整个设计过程，对论文的研究内容和设计过程存在的缺陷进行阐述。

1.6 本章小结

• 本章简要说明选题的背景与意义，讨论了设计主要涉及的问题和研究意义，并详细阐述了课题的目的与任务要求，最后结合实际的情况对课题的可行性进行了分析。

PLC的结构与S7-200系列简介

2. PLC的结构与S7-200系列简介

2.1 PLC的基本结构

2.1.1 PLC的定义

• PLC是一种将微处理器作为核心部件，整合自动控制技术、继电器控制技术、计算机技术和通信技术等研发出来的一种新型工业控制装置。

2.1.2 PLC的基本组成

• PLC的基础构成主要有控制系统、输入系统和输出系统组成，硬件设备主要包括CPU、RAM和ROM等。

2.2 PLC的特点

2.2.1 PLC的优点

• PLC使用微电子技术，使用无触点的电子存储器件替代传统的机械开关动作，使用软件程序替换大部分继电器进行控制，简化了线路，可靠性高、抗干扰能力强，而且具有故障自诊断能力。
• PLC的接口简单，接口电路模块化，具有较强的带负载能力，维修更换十分方便。
• PLC系统相对于普通的继电器系统具有体积小、功耗小、性价比高等优点。

2.2.2 PLC的编程方式

• PLC的编程均采用梯形图方式和简单的指令方式进行功能实现，编程简单、容易掌握。
• 系统采用PLC控制，硬件线路直观简洁，软件编程简单易读，可以进行模块化组建，积木式堆积，可以按性能、容量等进行选择组装。

2.3 西门子可编程控制器S7-200系列介绍

2.3.1 S7-200系列PLC的类型

• S7-200系列的PLC是德国SIEMENS公司生产的一种小型PLC，该系列产品具有4种类型基本单元和6种类型的扩展单元。

2.3.2 S7-200系列PLC的性能

• S7-200系列PLC具有4种基本型号，包括了8种CPU类型供用户进行选择，不同类型之间性能差异很大，而这些性能直接影响在实际使用时PLC的控制规模大小和PLC进行系统配置的不同。

2.4 本章小结

• 通过上面的介绍我们可以了解可编程控制器（PLC）的简介和特点，经过分析讨论可以认定，采用可编程控制器（PLC）来设计城市照明系统的方案是可行的。结合实际情况并参考相关文献，决定选用西门子公司的S7-200系列可编程控制器进行城市照明系统设计。

基于PLC的城市照明系统总体方案设计

3. 基于PLC的城市照明系统总体方案设计

3.1 城市照明系统的功能需求分析

3.1.1 节约能源

• 照明系统控制下的很多区域中的照明灯具并不需要全部打开或者将照度开到最亮，过亮的照度不仅不能营造良好的照明环境，而且会形成光污染，最终导致能源的浪费。

3.1.2 管理高效

• 城市不同区域具有不同的照明特点，设计时应确保使用的方式可行，控制的方法灵活，系统的管理高效便捷。

3.1.3 安全可靠

• 基于PLC的城市照明系统是一种基于自动控制和