房屋内外照明控制系统设计毕业设计论文.docx

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房屋内外照明控制系统设计毕业设计论文

摘要

本文以LOGO!

230RC和扩展模块DM8230R为核心，针对现代家居条件的改善，环保节能理念日益加强的市场需求，结合了西门子LOGO的技术性能，设计了一种智能、节能的照明控制系统。

文中详述了西门子LOGO的产生与发展历程及其功能指标参数和特点。

按照房屋内外照明控制系统的控制要求，进行了LOGO!

硬件选型，以及外围电路的设计。

并通过LOGO!

SoftComfortv5.0.22软件下实现照明控制过程的仿真、调试，最终下载到LOGO！

中实际运行，验证了LOGO!

的实用性和可靠性。

本文中基于逻辑控制模块LOGO!

设计的房屋内外照明控制系统，结构紧凑，操作方便，提高了控制系统的稳定性，延长了其维护周期和使用寿命，提高了电动设备工作效率和产品可靠性；使用逻辑模块LOGO!

设计的房屋内外照明控制系统，符合现代设计的最优理念；同时，本系统投资少、易维护、编程简单、节约电能、可靠性高，它完全可以替代传统成本高，效率低的控制器件，在小区、别墅等照明控制领域中有着良好的应用前景。

关键词：

控制系统，房屋室内外照明，LOGO!

，时间控制，光强度控制

ABSTRACT

Inthispaper,byuseofLOGO!

230RCandtheexpansionmoduleDM8230Rasthecore,forthemarketdemandsuchastheimprovementofmodernhomeenvironment,growingincreasinglyofenvironmentalprotectionandenergyconservationideas,etc.,anintelligentenergy-conservationlightingcontrolsystemisdesignedwhichcombinedwithSiemensLOGO！

technicalperformance.ThegenerationanddevelopmentprocessofSiemensLOGO！

anditsfunctionparametersandcharacteristicsaredetailedinthepaper.TheLOGO!

hardwareisselectedandperipherycircuitsaredesignedtomeetthecontrolrequirementsofinsideandoutsidehouseslightingcontrolsystem.ThesimulationanddebuggingofthelightingcontrolprocessareachievedbasedonLOGO!

SoftComfortv5.0.22software.FinallythesoftwareisdownloadedtotheLOGO!

andthepracticalityandreliabilityoftheLOGO!

areverifiedbyactualoperation.

TheinsideandoutsidehouseslightingcontrolsystemwhichisdesignedinthepaperbasedonthelogiccontrolmoduleLOGO!

hascompactstructure,iseasytooperateandimprovesthecontrolsystemstability,extendsitsmaintenanceperiodandservicelife,improvestheefficiencyofelectricequipmentandthereliabilityofproduct.TheinsideandoutsidehouseslightingcontrolsystembymeansoflogicmoduleLOGO!

meetstheoptimalideasofmoderndesign.Atthesametime,Thecontrolsystemhaslowinvestment,easymaintenance,simpletoprogram,energyconservation,andhighreliability,itcanreplacethetraditionalcontroldeviceswithhighcostandlowefficiency,andithasgoodapplicationprospectsinthelightingcontrolsystemoftheresidentialandvilla.

Keywords：

Controlsystem,Indoorandoutdoorlightingofhouses,LOGO!

Timecontrol,Lightintensitycontrol

毕业设计（论文）原创性声明和使用授权说明

原创性声明

本人郑重承诺：

所呈交的毕业设计（论文），是我个人在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的成果。

尽我所知，除文中特别加以标注和致谢的地方外，不包含其他人或组织已经发表或公布过的研究成果，也不包含我为获得及其它教育机构的学位或学历而使用过的材料。

对本研究提供过帮助和做出过贡献的个人或集体，均已在文中作了明确的说明并表示了谢意。

作者签名：

　　　　　日　期：

指导教师签名：

　　　　　日　　期：

使用授权说明

本人完全了解大学关于收集、保存、使用毕业设计（论文）的规定，即：

按照学校要求提交毕业设计（论文）的印刷本和电子版本；学校有权保存毕业设计（论文）的印刷本和电子版，并提供目录检索与阅览服务；学校可以采用影印、缩印、数字化或其它复制手段保存论文；在不以赢利为目的前提下，学校可以公布论文的部分或全部内容。

作者签名：

　　　　　日　期：

学位论文原创性声明

本人郑重声明：

所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。

除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。

对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。

本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。

作者签名：

日期：

年月日

学位论文版权使用授权书

本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。

本人授权　　　　大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。

涉密论文按学校规定处理。

作者签名：

日期：

年月日

导师签名：

日期：

年月日

第1章绪论

1.1课题背景

1.1.1国内照明控制方式的发展现状

目前，随着科学技术的飞速发展和人民生活水平的不断提高，人们对于房屋照明的要求也发生了很大的改变。

照明不再单纯地为满足人们视觉上的明暗效果，更应具备节能、高效，方便等多种优点。

与此同时，国内外照明控制方式也发生了翻天覆地的变化，其形式多种多样，针对照明控制系统归纳起来主要有三种控制方式：

人工手动控制、通过时间定时器进行控制和根据光照强度进行控制，这三种控制方式都有各自不同的优缺点，如表1.1所示。

表1.1三种控制方式的比较

控制方式

优点

缺点

手动控制

人为操作，以人的意愿进行控制。

时刻需要人控制，对人力的浪费，提高了控制的成本。

时间控制

时间控制准确性高。

节约电能

过于对照明时间的限制，如突遇比赛，时间不合理，不够人性化。

光照控制

通过光照强度的变化，来自动控制灯组的开闭，节约了不必要的电能浪费。

过于完全依赖对光照强度的变化，不能适应对四季光照特点不同变化的影响。

在手动控制中。

人为操作的因素较大，完全由人们自己通过自己的意愿来控制，需要耗费大量的人力成本。

而时间控制中，准确多高，然而不能人性化，随时随地按需控制。

光照控制中，节约了大量的电能，减少了浪费。

但由于过度依赖自然环境。

通过以上三种控制方式的比较，很容易看出每种控制方式的优缺点。

若将这三种控制方式的优势结合起来，扬长避短，就能够设计出一款集手动、时间控制、光照控制于一体的照明控制系统。

1.1.2国内外可编程序逻辑控制器的发展现状

合适控制器的选择非常重要。

目前市场上提供了各种各样的控制器，主要包括：

硬连线可编程控制器（VPS，即可编程继电器模块）、可编程控制器（SPS，即PLC）以及逻辑模块。

VPS的优点可浅显易懂地描述为：

当控制任务不很多时，该系统比较便宜。

缺点是：

布线费用的增加与接触器的数量不成比例；查找故障麻烦费力；技术资料必须使用耗时费力的程序“以手工方式”编制；必须更改布线才能进行变更或者扩展升级。

继电器控制是一种传统的电气控制方法，它主要运用于具有较小至中等控制要求的电气设备之中。

图1.1所示为继电器控制系统。

图1.1继电器控制系统

在继电器控制中由于是采用继电器元件控制系统工作，各种功能的实现均依靠辅助触点完成，故障点多，一旦某一个继电器损坏，甚至一个继电器的某一个触点接触不良，都会影响整个系统的运行。

PLC的特点是：

故障诊断方便迅速；自动制作技术资料；有丰富的指令；实时特性；复杂的数学函数以及相对于其它系统的开放式通讯功能。

与这种灵活性相背的是：

要求操作工具有丰富的知识；必须将各个运算组成复杂的函数；解决方案不很复杂时，相对价格较高。

PLC是继继电器之后出现的一种新型的控制器，于1969年在美国问世。

它使用可编程序的存储器来存储指令，并实现逻辑运算、顺序控制、计数、计时和算数运算功能，用来对各种生产过程进行控制。

在PLC中，控制时首先会询问控制器输入端的信号状态0或者1，接着由程序对这些状态进行处理，通过输出端将处理结果发送给执行器。

相对于继电器，PLC具有可靠性高、抗干扰能力强、通用性强、灵活性好、功能齐全等优点。

但是PLC编程比较复杂，要求操作人员掌握丰富的综合知识。

此外，具有强大数学运算功能的PLC更适合进行复杂的工业控制，对于一般的大功率电机控制而言，使用PLC显得大材小用。

如图1.2所示。

图1.2PLC控制系统原理图

逻辑模块是在PLC的基础上发展而来的一种微小型PLC，它的出现填补了继电器和PLC之间的技术空白。

逻辑模块采用整体式结构，内部集成了丰富的逻辑功能模块、操作与显示单元、电源、I/O接口、扩展接口等，具有功能多、通用性好、体积小、使用方便等特点。

经过十多年的发展逻辑模块现在已经发展成为了模块化的标准组件产品，涵盖了传统继电器的大部分功能，在某种程度上，用户可以将逻辑模块理解成为“智能的继电器”。

由于逻辑模块本身具有多种定时器、计数器功能块，它可以省去系统设备的控制柜中的多种低压电器元件。

同时，由于逻辑模块的继电器输出点具有较大的电流承载能力（最大可高达10A），它还可直接连接各种执行元件，如小电机、照明设备等。

与传统继电器方案相比逻辑模块的解决方案具有减少连接配线、缩短设备配线时间、节省控制柜空间、便于维护等优点。

基于这些特点，逻辑模块在家庭和安装工程中得以广泛使用，例如用于楼梯照明、室外照明、百叶窗等控制系统；也可在开关柜和机电设备中使用，如门控制系统、空调系统或水泵恒压供水控制系统。

在软件设计方面，逻辑模块使用功能块图（FBD）进行编程，使用简单，便于操作人员掌握，与PLC相比大大地节省开发周期和开发成本。

根据工作原理、性能等方面的区别，五种控制器的性价比如表1.2所示。

表1.2五种控制器性价比

控制器名称

优缺点

基于单片机控制

优点：

能实现较为复杂的逻辑控制，应用范围广泛。

缺点：

抗干扰能力差，编程复杂，繁冗。

纯逻辑芯片为核心控制

优点：

能应用于大功率的控制开关。

缺点：

控制方式复杂，容易出现错误。

继电器控制

优点：

设计简单，直观。

缺点：

线路复杂，成本高，维修工作量大，线路容易老化。

可编程控制器（PLC）

优点：

可靠性高、抗干扰能力强、通用性强、便于维护。

缺点：

编程和操作都比较复杂，系统的开发成本高，不经济划算。

可编程序逻辑控制器

优点：

可靠性高，抗干扰能力强，使用寿命长，维修方便，便宜。

缺点：

内存小.编复杂控制,有限。

无论从控制效果，设备维护，还是成本来说逻辑控制模块都比其它两种控制器更具有优势。

正是基于以上的这些优势逻辑模块被越来越多的运用于照明控制领域[2]。

综合以上表格分析比较，可编程序逻辑控制器在同等控制要求上是最经济划算的、而且其可靠性高、抗干扰能力强、使用寿命长、维修检测方便，所以进行照明控制系统的设计，可编程逻辑控制器是最好的选择。

当前主要的生产逻辑模块的厂家主要有两家：

三菱和西门子。

其中西门子LOGO！

于1996年面世，一经面世便凭借其高性能、高质量的特点得到了广泛的应用。

本设计采用的就是西门子公司的LOGO！

。

1.2研究方案、技术措施与及应用前景

1.2.1研究方案

本设计旨在运用现代数字电子控制技术，利用LOGO!

通用逻辑控制模块及其计算机辅助设计软件，主要采用LOGO！

230RC扩展型通用逻辑控制模块、脉冲继电器、锁存热继电器、延时继电器、周定时器、年定时器等来设计出稳定实用、节能性高、操作简单方便的房屋内外控制系统，进而满足人们正常的照明需求。

本设计还将按照：

规划设计→LOGO！

选型→硬件设计→程序设计→软件仿真→程序验证的流程进行。

首先按照客户的要求制定设计规划，在完成设计规划后，根据控制对象的实际情况和控制要求选择合适的LOGO！

型号作为控制器，按照所选用型号的LOGO！

设计相应的硬件电路。

硬件电路的设计主要由主电路设计和控制电路设计组成。

其中控制电路设计包括LOGO！

的接线和I/O端口的功能分配。

硬件设计完成后，将开始软件设计。

采用LOGO！

的配套编程软件在PC机上开发控制系统程序，并进行仿真、调试。

如果仿真出错，将根据错误的类型重新进行软件编程或硬件设计，直至仿真成功。

最后把仿真好的程序下载到LOGO！

主机上进行运行验证，直至控制系统能够正常运行，完成用户使用文档，最终交付用户使用。

1.2.2技术措施

本设计主要采用以下的措施：

1.工艺流程

本设计有二组路灯，主要涉及的工艺流程包括：

二组照明灯的手动控制、光敏控制、调试和急停。

2.控制线路设计

LOGO！

的各项功能是通过其内部的各种模块间的组合来实现的，这些模块包括基本功能模块和特殊功能模块，基本功能模块包括与门、非门、或门等，来实现简单的基本连接操作。

特殊功能模块包括定时/计数器、脉冲继电器、延时继电器、锁存继电器等，可以进一步满足程序设计者的要求。

3.突发事件急停设计

当系统发出急停信号，即有突发事件时，路灯灯组能瞬间全部熄灭，避免因路灯线路短路造成的触电等危险事故，并能进行信号显示，等待进一步处理。

1.2.3应用前景

现代社会科学技术和工业化的不断进步，人民生活水平日益改善。

自然而然的对物质需求也越来越高，对房屋内外照明不仅仅是简单的照明，而是追求一种符合现代科技的发展。

用现代的科学技术达到照明要有良好的光环境——光度和显色性能适宜；亮度分布合理；视野舒适；实现智能化。

而科学技术和现代工业的发展，特别是自动控制系统中在现代工业中的作用。

由于自动化控制系统直接关系到了现代工业、商业与民用的命脉。

所以自动化控制系统的应用技术已经相当成熟，应用广泛。

这样就可以用现代自动化控制系统的技术用于房屋内外照明控制系统的设计。

自动控制系统的控制效果也与生产效率，企业效益紧密相连。

所以在各种控制系统中选择合适控制器也是非常重要的。

SIMENS通用逻辑模块LOGO!

是一稳定可靠、经济实用的控制器，特别适用于较小型的控制任务。

采用LOGO!

控制不但能达到预期的高性能，而且能够简化控制线路，优化控制性能，使结构紧凑，易于操作，达到较高的性价比。

所以利用通用逻辑模块LOGO!

设计一个控制系统符合现代工业对设备自动化的控制要求，为LOGO!

的推广应用与更新提供新的发展契机和更高的要求。

第2章设计方案与要求

2.1设计方案

本设计旨在运用现代数字电子控制技术，利用LOGO！

计算机辅助设计软件，设计房屋内外照明控制系统。

与传统的路灯控制系统不同的是，本设计摒弃原有大量使用继电器作为控制器的方式，采用全新的逻辑模块进行简单的控制，即使用LOGO！

作为系统的控制器。

来保证现代人们追逐时尚、经济、智能型的照明需要。

图2.1为控制器设计的总体方案。

图2.1总体设计

首先按照客户的要求制定设计方案。

按照智能，节能，时尚要求制定设计方案。

在完成设计方案后，根据控制对象的实际情况和控制要求选择合适的LOGO！

型号作为控制器，依照所选用的LOGO！

型号设计相应的硬件电路及外围扩展电路。

硬件电路的设计主要包括主电路设计和控制电路设计。

其中控制电路设计包括LOGO！

的接线和I/O端口的功能分配。

硬件设计完成后，将开始软件设计。

采用LOGO！

的配套编程软件在PC机上开发控制系统程序，并进行仿真调试。

如果仿真出错，将根据错误的类型重新进行软件编程或硬件设计，直至仿真成功。

最后把仿真好的程序下载到LOGO！

主机上进行运行验证，直到控制系统能够正常运行，完成用户使用文档，最终交付用户使用。

2.2设计要求

在本设计，体现出房屋内外智能与节能的结合体，对房屋外划分为两个部分，一部分为了室外照明的需要，满足人们对室外照明的需求，比如常用的廊灯，路灯等照明设施。

例外增加的一组灯组是用来满足人们对时尚的追求，像周六周日以及重大节假日的照明需求，给人们时尚前沿感觉。

对室内部分，划为主要照明和辅助照明，主照明采用时段控制，用来满足人们室内照明的需求。

在主要照明灯组没有开启或是光线很暗，人们需要照明的时候，辅助照明很好的为人们提供了方便，通过辅助照明来更一步确定好了智能、高效、节能的现代照明理念。

为了保证房屋控制系统的灵活性，每个照明灯组配有手动控制开关，以便随时可以开启和关断照明。

此外，考虑到运行安全和便于维护等方面的因素，照明控制系统还需要具有急停功能。

根据以上的特点，对房屋内外照明控制系统具体要求如下：

1.房屋外照明部分

（1）廊灯、路灯室外照明灯组

自动控制：

在时段18:

00到次日早上6:

00时，此时若光敏开关接通，自动开启照明灯组。

若是不在这时间段或是光敏开关没有接通，自动照明灯组关闭。

手动控制：

接通手动开关，可以对灯组进行调试，也可以提供照明。

（2）景观照明灯组

自动控制：

在周六、周日或是五一、十一节假日期间，结合光敏开关来自动提供景观照明。

手动控制：

接通手动开关，对灯组进行调试。

2.房屋内照明部分

（1）室内主照明灯组

自动控制：

在晚上19:

30到21:

30主照明灯组打开，提供常用照明。

手动控制：

对室内照明灯组进行调试、校验。

（2）室内辅助照明灯组

自动控制：

对一些不常用的照明、又不是特定需要时采用辅助照明，对主照明灯组进行补充。

由光敏和声控开关进行控制。

手动控制：

对辅助灯组进行调试，照明。

3.急停

在发生故障或是安全事故时，为避免人身伤害或是对设备造成重大损坏时，设置急停开关。

第3章LOGO!

可编程逻辑控制模块

LOGO!

系列产品是西门子公司于1996年研制开发的一种创新的通用逻辑控制模块，它填补了传统继电器与PLC之间的技术空缺，并且现在已经发展成为了模块化的标准组件产品。

该模块本身集成了“与”、“或”、“非”等8种基本功能以及时间定时、计数器和模拟量处理等28种专有功能，LOGO!

通过采用内部功能块编程的方式来代替传统继电器开关的外部接线方案，在一个体积小小的模块之中，用户可以任意地调用所需要的各种功能块来编辑自己的应用程序，从而实现需要很多定时器、继电器、时钟和接触器搭配才能实现的控制任务。

正是由于LOGO!

涵盖了传统继电器的部分功能，在某种程度上，用户可以将LOGO!

产品理解成为“智能的继电器”。

由于模块本身具有多种定时器、计数器功能块，它可以省去系统设备的控制柜中的多种低压电器元件。

同时，由于LOGO!

控制模块的继电器输出点具有最大10A的电流承载能力，它还可直接连接各种执行元件，如小电机、照明设备等。

与传统继电器方案相比，LOGO!

的解决方案具有减少连接配线、缩短设备配线时间、节省控制柜空间、便于维护等优点。

LOGO！

不是PLC，不具备数学运算功能，但是它在很多方面优于PLC。

LOGO！

本身集成了编程功能，用户只需使用LOGO！

面板上的键盘和屏幕，就可以轻松编写控制程序并随时修改程序以及调整参数设置。

LOGO！

也不是继电器，但更优于传统的继电器。

它的外部接线极其简单，只需连接输入和输出，由于内部集成了多种继电器功能，通过小小的一块LOGO！

就可以实现复杂的继电器控制任务。

LOGO！

具有基本型、加长型和总线型三种类型,能替代传统逻辑控制器件,如各种继电器、定时器、计数器、时钟等,并且还具有RS闭锁继电器、脉冲继电器等更为齐全的功能。

LOGO！

内部集成了8个基本功能模块和26个特殊功能模块。

包含了12个定时功能、3个继电器触发功能、5个模拟量功能以及计数器、信息文本和移位寄存器等多种功能。

使用者利用面板上的六个按键即可将所用电气线路编程输入LOGO中,并在液晶显示屏上显示。

用集成的内部软件替代过去大量的外部硬接线,从而大大减少了安装费用。

LOGO采用图形化编程方式,可在本机上编程,也可在PC机上编程并仿真,可通过专用电缆从PC机下载到LOGO，编程过程是根据控制系统的要求,从输出到输入将功能块按顺序连接起来。

LOGO！

编程功能软件不仅提供了功能块的编程方式，还提供了梯形图的编程模式，两种模块之间可以随意切换，从而方便了熟悉PLC编程方式的技术人员对LOGO！

的使用。

LOGO！

投入市场近十年以来，被广泛应用于各种工业和民用领域，目前LOGO！

主要应用在照明控制、开关柜、机械设备和一些专用控制系统中,而且由于其价格低廉、体积小、功能强,应用范围将会更加广泛[3]。

3.1系统结构及功能

LOGO！

是西门子公司1996年开发的一种通用逻辑控制模块，目前已发展成为模块化的标准组件产品。

通过主机模块与品种繁多的扩展模块相结合，LOGO！

能够满足大量的自动化控制需求，如今已在楼宇智能、水处理、包装机械、纺织机械、水泵行业、货运装备、食物处理机械、木料加工机械、电梯控制、特殊车辆控制等领域都有广泛的应用。

LOGO！

系统功能集成有：

输入和输出，取决于设备的类型；

数字量和模拟量标志；

带背景光的显示面板和操作键；

用于扩展模块的接口；

通讯模块；

存储卡接口和PC电缆；

定时器；

计数器；

文本显示；

预组态的标准功能，例如接通/断开延时继电器、脉冲继电器和软件；

移位寄存器。

图3.1LOGO!

系统结构

3.2LOGO!

模块及其部件

3.2.1LOGO！

本机模块

继电器输出的模块其输出通道是电气隔离的，输出点可以承载不同的电压等级，承载电流最大为10A。

晶体管输出的LOGO！

的输出通道不是电气隔离的，输出电压为24V，承载电流最