基于PLC 景观照明控制系统.doc

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1、目录引 言11.课题的来源及意义1景观照明是渲染气氛、美化城市、标志人类文明的一种宣传性照明。随着经济的繁荣,现代城市的功能日益复杂,“灯光文化”应运而生,城市的夜晚不再是漆黑的。灯饰,不仅是光明的使者,而且是城市街道小品中影响空间特征的重要要素之一。1随着景观照明技术的不断发展，景观照明系统不断改进，对控制系统的要求越来越高，为了适应景观照明发展的需要，需要设各种自动装置，以保证控制系统运行的可靠性。基于PLC的景观照明控制系统就是其中之一，该装置能灵活运用于不同的场合，其系统运行的可靠性有了很大的改进，适应了当代发展的需要。12本文的主要工作2第一章 景观照明概述21.1景观照明的概述21

2、.2 景观照明的控制系统31.3LED技术在景观装饰照明中的应用4第二章 可编程控制器的概述62.1 PLC概述62.2 PLC的基本结构102.3 PLC的工作原理122.4 PLC的I/O系统152.5 西门子PLC的几种编程语言15第三章 基于PLC的景观照明控制系统173.1 概述173.2 PLC 系统结构及控制方法183.3控制系统硬件设计183.4 PLC景观照明控制系统的设计（凤凰山动感凤凰喷泉设计）20结 论31最后，再次对关心、帮助我的老师和同学表示衷心地感谢31谢 辞32参考文献33PLC34引 言1.课题的来源及意义 景观照明是渲染气氛、美化城市、标志人类文明的一种宣传

3、性照明。随着经济的繁荣,现代城市的功能日益复杂,“灯光文化”应运而生,城市的夜晚不再是漆黑的。灯饰,不仅是光明的使者,而且是城市街道小品中影响空间特征的重要要素之一。随着景观照明技术的不断发展，景观照明系统不断改进，对控制系统的要求越来越高，为了适应景观照明发展的需要，需要设各种自动装置，以保证控制系统运行的可靠性。基于PLC的景观照明控制系统就是其中之一，该装置能灵活运用于不同的场合，其系统运行的可靠性有了很大的改进，适应了当代发展的需要。2本文的主要工作 本文研究的目的在于利用PLC对景观照明进行逻辑控制，通过实际需要编写相应的程序来控制景观照明，使照明系统工作在全自动状态，这些状态会按预

4、先设定的时间相互自动地切换。进而实现对照明系统的自动控制。同时，也可以节约大量电能。本文共分三章，各章工作如下： 第一章简要介绍景观照明的发展概况。 第二章介绍PLC来由、发展及其基本工作原理、特点等。 第三章介绍PLC景观照明控制系统控制硬件设计思路、方法、实现过程、控制技巧以及运行结果。 结论部分全面系统地总结了本文的全部工作，并指出有待进一步开展的工作第一章 景观照明概述1.1景观照明的概述随着我国城市化建设水平的逐步提高及电子信息产业的高速发展，我国城市景观照明事业有了较大的改观。对PLC控制景观照明可靠性的要求越来越迫切。因此研究先进的、采用以PLC技术为核心的景观照明控制系统是十分

5、必要的。1.2 景观照明的控制系统 1.2.1PLC实现景观照明的控制的基本原理集散控制的基本思想是集中管理，分散控制，即：将流程工业的自动控制过程与操作管理人员对自动控制过程的管理过程相对分离；流程工业的自动控制过程由各控制站相对独立地自动完成，而操作人员对自动控制过程的管理则由中央控制室的操作站来完成。中央操作站与各现场控制站一方面各自相对独立地运行，从而将各种故障限制在局部范围内，极大地提高了自动控制系统总体的安全性和可靠性；另一方面又相互进行实时数据通信和信息交换，实现了操作人员在中央控制室的操作站对整个自动控制过程进行管理和调整。现场控制站的主要任务是实现对生产过程的自动控制，因此它

6、必须要能够自动采集现场的各种工艺参数以及设备的运行状态等生产信息，然后按照事先编好的控制程序进行大量的数值计算，最后输出420标准模拟信号(或on/off数字信号)去驱动各种执行机构，调节各种工艺参数，实现生产过程的自动控制；另外还要与操作站进行实时通信，将采集到的各种生产信息传送到操作站供操作人员使用，同时接收操作人员通过操作站发出的各种指令实时调整自动控制方案、优化生产过程，因此它还需要具有标准化的通信接口。目前的各种PLC均具有这样的功能，而且其容量弹性大，扩充方便，控制方案的组态简单易学，性能价格比优越，因此是中小型DCS的操作站的理想选择。中央控制室的操作站实际上是一个人机界面，一方

7、面把控制站采集的各种生产信息进行加工处理，然后以操作人员所习惯和熟悉的各种流程画面、生产报表、历史趋势和声光报警等形式提供给操作人员。另一方面把操作人员的各种指令进行编码后传送给操作站对控制方案进行调整，以优化生产过程或对特殊情况的紧急处理。对中小型DCS来讲，目前市面上比较流行的各种监控软件均能实现这样的功能，且对计算机的硬件和操作系统无特别要求，用普通工业PC机和一套监控软件就可实现。采用工业PC机和PLC组成集散控制系统时，PLC承担了现场控制站的主要工作，PC机承担了操作站和工程师站的工作。在安装有PLC系统软件的工业PC机上可以离线(或在线)编辑PLC的控制应用软件，控制应用软件下载

8、到PLC后，PLC就可以独立地完成现场数据采集、逻辑控制、模拟控制等工作。而操作站的各种功能都可以通过安装在工业PC上的实时监控软件来实现，在安装有实时监控软件的PC机上可以方便地对生产过程进行监控（用PC+PLC实现DCS的结构框图如图1所示）。图1 用PC+PLC实现DCS的结构框图1.3LED技术在景观装饰照明中的应用 1.3.1 在景观照明中的优势 光源除了无汞、节能、节材、对环境无电磁干扰、无有害射线五项优点之外，在照明领域中，特别是在景观照明中，还有很多优势。如：低压供电无高压环节，为了绝缘的开销要小得多，可靠性高；附件简单无启动器、镇流器或超高压变压器；结构简单具有固体光源的最大

9、优点，不充气，无玻璃外壳，无气体密封问题，耐冲击；可控性好响应时间快（微秒数量级），可反复频繁亮灭，基本无惰性，不会疲倦；色彩纯厚由半导体结自身产生色彩，纯正，浓厚；色彩丰富三基色加数码技术，可演变任意色彩；轻质结构节材，节约费用；对灯具强度和刚度要求很低；体积小巧 大的灯具可看成由细胞组成，最小的仅为平方毫米数量级或更小；柔性化好光源的精巧，使能适应各种几何尺寸和不同空间大小的装饰照明要求，诸如：点、线、面、球、异形式，乃至任意艺术造型的灯光雕塑；可见，不愧为世纪绿色照明的骄子。1.3.2 景观照明的智能化控制技术景观照明的智能化控制技术，属于模拟或数码技术、或微机控制技术领域，多数为紧凑型

10、或嵌入式系统。()、 特点：可靠性高，价格优；变化花样繁多；既有单灯控制，又有群控模式；非标设计很多；长或超长灯具多（如：长光带，很多壁灯线状布局情况）；与显示屏技术有很多不同之处。()、 变幻控制模式根据景观美化的要求，变幻控制模式，给人以丰富多彩，旋律优美，节奏欢快的感受，有时芯至给人以撼动人心的强烈刺激。智能化控制模式归纳：色彩变化：色彩构成控制闪变（闪烁）控制， 一维点、线； 渐变（柔变）控制， 二维面；亮度变化：动变（轴向、纵向，三维空间；或旋转运动）控制，多维。()、色彩构成的控制根据可控性好，色彩丰富的特点，色彩构成几乎无限。按照三基色原理加数字灰度控制技术，原理上可演变出几乎超

11、越大自然存在的任意色彩。例如：三基色，如只采用二级灰度控制，即：明和暗，可实现种色彩演变；又如：三基色，采用三级灰度控制，即：明、中、暗，可实现种色彩变幻；再如：三基色，如都采用八位数码的灰度控制，色彩种类竟达到了令人吃惊的程度，达万种，连每一种颜色的名字你都来不及命名。()、电子控制特点目前，灯具的电子控制结构，主要有五大类或更多：单灯控制、群灯控制、长或超长跨距灯控制、声响控制、感应控制。微电子控制电路设计的焦点在于：可靠、价优，采用通用元器件，来源丰富。对于长或超长跨距灯的控制除以上要求，还要有以下优点，如：数十米，百米乃至千米以上的光带或线状布局的点光源。设计的目标还有：在运动控制上，

12、要色彩丰富，变幻多姿，既含跳变，又有渐变，同时还要最大限度地减少讯导线。第二章 可编程控制器的概述2.1 PLC概述2.1.1 PLC定义可编程控制器（Programmable Controller）是计算机家族中的一员，是为工业控制应用而设计制造的。早期的可编程控制器称作可编程逻辑控制器（Programmable Logic Controller），简称PLC，它主要用来代替继电器实现逻辑控制。随着技术的发展，这种装置的功能已经大大超过了逻辑控制的范围，因此，今天这种装置称作可编程控制器，简称PC。但是为了避免与个人计算机（Personal Computer）的简称混淆，所以将可编程控制器简

13、称PLC。1、 PLC的由来在60年代，汽车生产流水线的自动控制系统基本上都是由继电器控制装置构成的。当时汽车的每一次改型都直接导致继电器控制装置的重新设计和安装。随着生产的发展，汽车型号更新的周期愈来愈短，这样，继电器控制装置就需要经常地重新设计和安装，十分费时，费工，费料，甚至阻碍了更新周期的缩短。为了改变这一现状，美国通用汽车公司在1969年公开招标，要求用新的控制装置取代继电器控制装置，并提出了十项招标指标，即：1、编程方便，现场可修改程序；2、维修方便，采用模块化结构；3、可靠性高于继电器控制装置；4、体积小于继电器控制装置；5、数据可直接送入管理计算机；6、成本可与继电器控制装置竞

14、争；7、输入可以是交流115V；8、输出为交流115V，2A以上，能直接驱动电磁阀，接触器等；9、在扩展时，原系统只要很小变更；10、用户程序存储器容量至少能扩展到4K。1969年，美国数字设备公司（DEC）研制出第一台PLC，在美国通用汽车自动装配线上试用，获得了成功。这种新型的工业控制装置以其简单易懂，操作方便，可靠性高，通用灵活，体积小，使用寿命长等一系列优点，很快地在美国其他工业领域推广应用。到1971年，已经成功地应用于食品，饮料，冶金，造纸等工业。这一新型工业控制装置的出现，也受到了世界其他国家的高度重视。1971日本从美国引进了这项新技术，很快研制出了日本第一台PLC。1973年

15、，西欧国家也研制出它们的第一台PLC。我国从1974年开始研制。于1977年开始工业应用。PLC问世以来，尽管时间不长，但发展迅速。为了使其生产和发展标准化，美国电气制造商协会NEMA（National Electrical Manufactory Association）经过四年的调查工作，于1984年首先将其正式命名为PC（Programmable Controller），并给PC作了如下定义：“PC是一个数字式的电子装置，它使用了可编程序的记忆体储存指令。用来执行诸如逻辑，顺序，计时，计数与演算等功能，并通过数字或类似的输入/输出模块，以控制各种机械或工作程序。一部数字电子计算机若是从事

16、执行PC之功能着，亦被视为PC，但不包括鼓式或类似的机械式顺序控制器。”以后国际电工委员会(IEC)又先后颁布了PLC标准的草案第一稿，第二稿,并在1987年2月通过了对它的定义：“可编程控制器是一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境应用而设计的。它采用一类可编程的存储器，用于其内部存储程序，执行逻辑运算,顺序控制，定时，计数与算术操作等面向用户的指令，并通过数字或模拟式输入/输出控制各种类型的机械或生产过程。可编程控制器及其有关外部设备，都按易于与工业控制系统联成一个整体，易于扩充其功能的原则设计。”总之，可编程控制器是一台计算机，它是专为工业环境应用而设计制造的计算机。它具有丰富的输入

17、/输出接口，并且具有较强的驱动能力。但可编程控制器产品并不针对某一具体工业应用，在实际应用时，其硬件需根据实际需要进行选用配置，其软件需根据控制要求进行设计编制。2.1.2 PLC的特点PLC是一种用于工业自动化控制的专用计算机，实质上属于计算机控制方式。PLC与普通微机一样，以通用或专用CPU作为字处理器，实现通道(字)的运算和数据存储，另外还有位处理器(布尔处理器)，进行点(位)运算与控制。PLC控制一般具有可靠性高、易操作、易维修、编程简单、灵活性好等特点。 (1)可靠性。对可维修的产品，可靠性包括产品的有效性和可维修性。 APLC不需要大量的活动元件和接线电子元件，它的接线大大减少，与

18、此同时，系统的维修简单，维修时间短。 BPLC采用了一系列可靠性设计的方法进行设计，例如，冗余设计、断电保护、故障诊断和信息保护及恢复等，提高了MTBF，降低了MTTR，使可靠性显著提高。 CPLC有较高的易操作性，它具有编程简单，操作方便，维修容易等特点，一般不易发生操作的错误。 DPLC是为工业生产过程控制而专门设计的控制装置，它具有比通用计算机控制更简单的编程语言和更可靠的硬件。采用了精简化的编程语言，编程出错率大大降低，而为工业恶劣操作环境设计的硬件使可靠性大大提高。 E在PLC的硬件方面，采用了一系列提高可靠性的措施。例如，采用可靠性高的元件；采用先进的工艺制造流水线制造；对干扰的屏

19、蔽、隔离和滤波等；对电源的断电保护；对存储器内容的保护等。 FPLC的软件方面，也采取了一系列提高系统可靠性的措施。例如，采用软件滤波、软件自诊断、简化编程语言等。 (2)易操作性。PLC的易操作性表现在下列几个方面: A操作方便。对PLC的操作包括程序输入和程序更改的操作。大多数PLC采用编程器进行输入和更改的操作。编程器至少提供了输入信息的显示，对大中型的PLC，编程器采用了CRT屏幕显示，因此，程序的输入直接可以显示。更改程序的操作也可直接根据所需要的地址编号或接点号进行搜索或顺序寻找，然后进行更改。更改的信息可在液晶屏或CRT上显示。 B编程方便。PLC有多种程序设计语言可供使用。对电

20、气技术人员来说，由于梯形图与电气原理图较为接近，容易掌握理解。采用布尔助记符编程语言时，十分有助于编程人员的编程。 C维修方便。PLC具有的自诊断功能对维修人员维修技能的要求降低。当系统发生故障时，通过硬件和软件的自诊断，维修人员可以很快的找到故障的部位，以便维修。 (3)灵活性。PLC的灵活性表现在以下几个方面: A编程的灵活性。PLC采用的编程语言有梯形图、布尔助记符、功能表图、功能模块和语句描述编程语言。编程方法的多样性使编程方便、应用面拓展。 B扩展的灵活性。PLC的扩展灵活性是它的一个重要特点。它可根据应用的规模不同，进行容量的扩展、功能的扩展、应用和控制范围的扩展。 C操作的灵活性

21、。操作十分灵活方便，监视和控制变得十分容易。2.1.3 PLC的发展阶段虽然PLC问世时间不长，但是随着微处理器的出现，大规模，超大规模集成电路技术的迅速发展和数据通讯技术的不断进步，PLC也迅速发展，其发展过程大致可分三个阶段：1、早期的PLC（60年代末70年代中期）早期的PLC一般称为可编程逻辑控制器。这时的PLC多少有点继电器控制装置的替代物的含义，其主要功能只是执行原先由继电器完成的顺序控制，定时等。它在硬件上以准计算机的形式出现，在I/O接口电路上作了改进以适应工业控制现场的要求。装置中的器件主要采用分立元件和中小规模集成电路，存储器采用磁芯存储器。另外还采取了一些措施，以提高其抗

22、干扰的能力。在软件编程上，采用广大电气工程技术人员所熟悉的继电器控制线路的方式梯形图。因此，早期的PLC的性能要优于继电器控制装置，其优点包括简单易懂，便于安装，体积小，能耗低，有故障指使，能重复使用等。其中PLC特有的编程语言梯形图一直沿用至今。2、中期的PLC（70年代中期80年代中，后期）在70年代，微处理器的出现使PLC发生了巨大的变化。美国，日本，德国等一些厂家先后开始采用微处理器作为PLC的中央处理单元(CPU)。这样，使PLC得功能大大增强。在软件方面，除了保持其原有的逻辑运算、计时、计数等功能以外，还增加了算术运算、数据处理和传送、通讯、自诊断等功能。在硬件方面，除了保持其原有

23、的开关模块以外，还增加了模拟量模块、远程I/O模块、各种特殊功能模块。并扩大了存储器的容量，使各种逻辑线圈的数量增加，还提供了一定数量的数据寄存器，使PLC得应用范围得以扩大。3、近期的PLC（80年代中、后期至今）进入80年代中、后期，由于超大规模集成电路技术的迅速发展，微处理器的市场价格大幅度下跌，使得各种类型的PLC所采用的微处理器的当次普遍提高。而且，为了进一步提高PLC的处理速度，各制造厂商还纷纷研制开发了专用逻辑处理芯片。这样使得PLC软、硬件功能发生了巨大变化。2.1.4 PLC的分类1、小型PLC小型PLC的I/O点数一般在128点以下，其特点是体积小、结构紧凑，整个硬件融为一

24、体，除了开关量I/O以外，还可以连接模拟量I/O以及其他各种特殊功能模块。它能执行包括逻辑运算、计时、计数、算术运算、数据处理和传送、通讯联网以及各种应用指令。2、中型PLC中型PLC采用模块化结构，其I/O点数一般在2561024点之间。I/O的处理方式除了采用一般PLC通用的扫描处理方式外，还能采用直接处理方式，即在扫描用户程序的过程中，直接读输入，刷新输出。它能联接各种特殊功能模块，通讯联网功能更强，指令系统更丰富，内存容量更大，扫描速度更快。3、大型PLC一般I/O点数在1024点以上的称为大型PLC。大型PLC的软、硬件功能极强。具有极强的自诊断功能。通讯联网功能强，有各种通讯联网的

25、模块，可以构成三级通讯网，实现工厂生产管理自动化。大型PLC还可以采用三CPU构成表决式系统，使机器的可靠性更高。2.2 PLC的基本结构1、中央处理单元(CPU)PLC实质是一种专用于工业控制的计算机，其硬件结构基本上与计算机相同，如图 所示： 图2-1 PLC硬件结构中央处理单元(CPU)是PLC的控制中枢。它按照PLC系统程序赋予的功能接收并存储从编程器键入的用户程序和数据；检查电源、存储器、I/O以及警戒定时器的状态，并能诊断用户程序中的语法错误。当PLC投入运行时，首先它以扫描的方式接收现场各输入装置的状态和数据，并分别存入I/O映象区，然后从用户程序存储器中逐条读取用户程序，经过命

26、令解释后按指令的规定执行逻辑或算数运算的结果送入I/O映象区或数据寄存器内。等所有的用户程序执行完毕之后，最后将I/O映象区的各输出状态或输出寄存器内的数据传送到相应的输出装置，如此循环运行，直到停止运行。为了进一步提高PLC的可靠性，近年来对大型PLC还采用双CPU构成冗余系统，或采用三CPU的表决式系统。这样，即使某个CPU出现故障，整个系统仍能正常运行。2、存储器存放系统软件的存储器称为系统程序存储器。存放应用软件的存储器称为用户程序存储器。PLC常用的存储器类型：（1）RAM （Random Assess Memory）这是一种读/写存储器(随机存储器)，其存取速度最快，由锂电池支持。

27、（2）EPROM（Erasable Programmable Read Only Memory）这是一种可擦除的只读存储器。在断电情况下，存储器内的所有内容保持不变。(在紫外线连续照射下可擦除存储器内容)。（3）EEPROM(Electrical Erasable Programmable Read Only Memory)这是一种电可擦除的只读存储器。使用编程器就能很容易地对其所存储的内容进行修改。PLC存储空间的分配虽然各种PLC的CPU的最大寻址空间各不相同，但是根据PLC的工作原理，其存储空间一般包括以下三个区域：（1）系统程序存储区（2）系统RAM存储区（包括I/O映象区和系统软设备

28、等）（3）用户程序存储区系统程序存储区：在系统程序存储区中存放着相当于计算机操作系统的系统程序。包括监控程序、管理程序、命令解释程序、功能子程序、系统诊断子程序等。由制造厂商将其固化在EPROM中，用户不能直接存取。它和硬件一起决定了该PLC的性能。系统RAM存储区：系统RAM存储区包括I/O映象区以及各类软设备，如：逻辑线圈；数据寄存器；计时器；计数器；变址寄存器；累加器等存储器。（1）I/O映象区：由于PLC投入运行后，只是在输入采样阶段才依次读入各输入状态和数据，在输出刷新阶段才将输出的状态和数据送至相应的外设。因此，它需要一定数量的存储单元(RAM)以存放I/O的状态和数据，这些单元称

29、作I/O映象区。一个开关量I/O占用存储单元中的一个位（bit），一个模拟量I/O占用存储单元中的一个字（16个bit）。因此整个I/O映象区可看作两个部分组成：开关量I/O映象区；模拟量I/O映象区。（2）系统软设备存储区：除了I/O映象区区以外，系统RAM存储区还包括PLC内部各类软设备（逻辑线圈、计时器、计数器、数据寄存器和累加器等）的存储区。该存储区又分为具有失电保持的存储区域和无失电保持的存储区域，前者在PLC断电时，由内部的锂电池供电，数据不会遗失；后者当PLC断电时，数据被清零。1）逻辑线圈与开关输出一样，每个逻辑线圈占用系统RAM存储区中的一个位，但不能直接驱动外设，只供用户在

30、编程中使用，其作用类似于电器控制线路中的继电器。 另外，不同的PLC还提供数量不等的特殊逻辑线圈，具有不同的功能。2）数据寄存器与模拟量I/O一样，每个数据寄存器占用系统RAM存储区中的一个字(16 bits)。 另外，PLC还提供数量不等的特殊数据寄存器，具有不同的功能。3）计时器4）计数器用户程序存储区用户程序存储区存放用户编制的用户程序。不同类型的PLC，其存储容量各不相同。3、电源PLC电源单元包括系统的电源及备用电池，电源单元的作用是把外部电源转换成内部工作电压。PLC内有一个稳压电源用于对PLC的CPU单元和I/O单元供电。PLC的电源在整个系统中起着十分重要得作用。如果没有一个良

31、好的、可靠得电源系统是无法正常工作的，因此PLC的制造商对电源的设计和制造也十分重视。一般交流电压波动在+10%(+15%)范围内，可以不采取其它措施而将PLC直接连接到交流电网上去。2.3 PLC的工作原理最初研制生产的PLC主要用于代替传统的由继电器接触器构成的控制装置，但这两者的运行方式是不相同的：继电器控制装置采用硬逻辑并行运行的方式，即如果这个继电器的线圈通电或断电，该继电器所有的触点（包括其常开或常闭触点）在继电器控制线路的哪个位置上都会立即同时动作。PLC的CPU则采用顺序逻辑扫描用户程序的运行方式，即如果一个输出线圈或逻辑线圈被接通或断开，该线圈的所有触点(包括其常开或常闭触点

32、)不会立即动作，必须等扫描到该触点时才会动作。为了消除二者之间由于运行方式不同而造成的差异，考虑到继电器控制装置各类触点的动作时间一般在100ms以上，而PLC扫描用户程序的时间一般均小于100ms，因此，PLC采用了一种不同于一般微型计算机的运行方式-扫描技术。这样在对于I/O响应要求不高的场合，PLC与继电器控制装置的处理结果上就没有什么区别了。1、扫描技术当PLC投入运行后，其工作过程一般分为三个阶段，即输入采样、用户程序执行和输出刷新三个阶段。完成上述三个阶段称作一个扫描周期。在整个运行期间，PLC的CPU以一定的扫描速度重复执行上述三个阶段。（1）输入采样阶段在输入采样阶段，PLC以

33、扫描方式依次地读入所有输入状态和数据，并将它们存入I/O映象区中的相应得单元内。输入采样结束后，转入用户程序执行和输出刷新阶段。在这两个阶段中，即使输入状态和数据发生变化，I/O映象区中的相应单元的状态和数据也不会改变。因此，如果输入是脉冲信号，则该脉冲信号的宽度必须大于一个扫描周期，才能保证在任何情况下，该输入均能被读入。（2）用户程序执行阶段在用户程序执行阶段，PLC总是按由上而下的顺序依次地扫描用户程序(梯形图)。在扫描每一条梯形图时，又总是先扫描梯形图左边的由各触点构成的控制线路，并按先左后右、先上后下的顺序对由触点构成的控制线路进行逻辑运算，然后根据逻辑运算的结果，刷新该逻辑线圈在系

34、统RAM存储区中对应位的状态；或者刷新该输出线圈在I/O映象区中对应位的状态；或者确定是否要执行该梯形图所规定的特殊功能指令。即，在用户程序执行过程中，只有输入点在I/O映象区内的状态和数据不会发生变化，而其他输出点和软设备在I/O映象区或系统RAM存储区内的状态和数据都有可能发生变化，而且排在上面的梯形图，其程序执行结果会对排在下面的凡是用到这些线圈或数据的梯形图起作用；相反，排在下面的梯形图，其被刷新的逻辑线圈的状态或数据只能到下一个扫描周期才能对排在其上面的程序起作用。（3）输出刷新阶段当扫描用户程序结束后，PLC就进入输出刷新阶段。在此期间，CPU按照I/O映象区内对应的状态和数据刷新

35、所有的输出锁存电路，再经输出电路驱动相应的外设。这时，才是PLC的真正输出。同样的若干条梯形图，其排列次序不同，执行的结果也不同。另外，也可以看到：采用扫描用户程序的运行结果与继电器控制装置的硬逻辑并行运行的结果有所区别。当然，如果扫描周期所占用的时间对整个运行来说可以忽略，那么二者之间就没有什么区别了。一般来说，PLC的扫描周期包括自诊断、通讯等，如下图所示，即一个扫描周期等于自诊断、通讯、输入采样、用户程序执行、输出刷新等所有时间的总和。 图2-3 PLC的扫描周期2、PLC的I/O响应时间为了增强PLC的抗干扰能力，提高其可靠性，PLC的每个开关量输入端都采用光电隔离等技术。为了能实现继

36、电器控制线路的硬逻辑并行控制，PLC采用了不同于一般微型计算机的运行方式（扫描技术）。以上两个主要原因，使得PLC得I/O响应比一般微型计算机构成的工业控制系统满的多，其响应时间至少等于一个扫描周期，一般均大于一个扫描周期甚至更长。所谓I/O响应时间指从PLC的某一输入信号变化开始到系统有关输出端信号的改变所需的时间。I/O响应时间如图所示：第（n-1）个 扫描周期第（n+1）个 扫描周期图2-4 I/O响应时间2.4 PLC的I/O系统I/O寻址方式PLC的硬件结构主要分单元式和模块式两种。前者将PLC的主要部分(包括I/O系统和电源等)全部安装在一个机箱内。后者将PLC的主要硬件部分分别制

37、成模块，然后由用户根据需要将所选用的模块插入PLC机架上的槽内，构成一个PLC系统。不论采取哪一种硬件结构，都必须确立用于连接工业现场的各个输入/输出点与PLC的I/O映象区之间的对应关系，即给每一个输入/输出点以明确的地址确立这种对应关系所采用得方式称为I/O寻址方式。I/O寻址方式有以下三种：1、的I/O寻址方式这种I/O寻址方式是由PLC制造厂家在设计、生产PLC时确定的，它的每一个输入/输出点都有一个明确的固定不变的地址。一般来说，单元式的PLC采用这种I/O寻址方式。2、定的I/O寻址方式这种I/O寻址方式是由用户通过对机架和模块上的开关位置的设定来确定的。3、件来设定的I/O寻址方

38、式这种I/O寻址方式是有用户通过软件来编制I/O地址分配表来确定的2.5 西门子PLC的几种编程语言不同的商家的PLC有不同的编程语言，但就某个商家而言，PLC的编程语言也就那么几种。下面，以西门子PLC的编程语言为例，说明一下，各种编程语言的异同。1、 顺序功能图（SFCSeauential Fuction Chart）这是位于其它编程语言之上的图形语言，用来编程顺序控制的程序（如：机械手控制程序）。编写时，工艺过程被划分为若干个顺序出现的步，每步中包括控制输出的动作，从一步到另一步的转换由转换条件来控制，特别适合于生产制造过程。西门子STEP7中的该编程语言是S7Graph。2、梯形图（L

39、ADLAdder Diagram）这是使用最多的PLC编程语言。因与继电器电路很相似，具有直观易懂得的特点很容易被熟悉继电器控制的电气人员所掌握，特别适合于数字量逻辑控制。梯形图由触点、线圈和用方框表示的指令构成。触点代表逻辑输入条件，线圈代表逻辑运算结果，常用来控制的指示灯，开关和内部的标志位等。指令框用来表示定时器、计数器或数学运算等附加指令。在程序中，最左边是主流信号，信号流总是从左向右流的。3、语句表（STLSTatement List）是一种类似于微机汇编语言的一种文本编程语言，由多条语句组成一个程序段。语言表适合于经验丰富的程序员使用，可以实现某些梯形图不能实现的功能。4、功能块图

40、（FBDFunction Block Diagram）功能块图使用类似于布尔代数的图形逻辑符号来表示控制逻辑，一些复杂的功能用指令框表示，适合于有数字电路基础的编程人员使用。功能块图用类似于与门、或门的框图来表示逻辑运算关系，方框的左侧为逻辑运算的输入变量右侧为输出变量，输入、输出端的小圆圈表示“非”运算，方框用“导线”连在一起，信号自左向右。以上几种编程语言是用的比较多的几种，其它用的相对较少，就不介绍了。第三章 基于PLC的景观照明控制系统3.1 概述3.1.1 景观照明控制系统传统的景观照明控制主要有人工控制和自动控制两种方法，人工控制方式：需要电气管理人员到作业现场或配电间开、关灯具电

41、源，这种控制方式在冬季、雨、雪天很不方便，现在已经很少使用。自动控制方式目前使用较为普遍，有采用光电管根据现场自然光照度自动控制继电接触器来开、关灯塔灯具；还有一种利用程序控制板根据安装场所的地理经纬度、日出日落时间，按预先设定好程序自动控制每天的开、关灯具时间。自动控制方式其优点是：不用人工干预，自动点亮灯塔灯具。但是，这种控制方式的缺点是：所有灯具同时点亮、同时熄灭。我们知道景观照明场合并不是每一个区域都一直保持作业状态的，这就表明这种控制方式就均存在着一个弊端：电能大量浪费。鉴于以上两种控制方式的缺点， PLC景观照明控制系统主要由工业控制中广泛使用的高可靠性控制器件PLC控制模块和通过

42、PLC控制模块控制的强电输出系统即交流接触器组成，而且无须专人值守。PLC景观照明控制系统，可以通过实际需要编写相应的程序来控制景观照明，使照明系统工作在全自动状态，系统将按先设定的若干基本状态进行工作，如自动开启时间、关闭时间、自动时间转换等，这些状态会按预先设定的时间相互自动地切换。进而实现对照明系统的自动控制。3.1.2 PLC控制景观照明的优点PLC控制电路相对于电器控制电路的优点1、控制方式上看：电器控制硬接线，逻辑一旦确定，要改变逻辑或增加功能很是困难；而plc软接线，只需改变控制程序就可轻易改变逻辑或增加功能。2、工作方式：电器控制并行工作，而plc串行工作，不受制约。3、控制速

43、度：电器控制速度慢，触点易抖动；而plc通过半导体来控制，速度很快，无触点，顾而无抖动一说。4、定时、记数：电器控制定时精度不高，容易受环境温度变化影响，且无记数功能；plc时钟脉冲由晶振产生，精度高，定时范围宽；有记数功能。5、可靠、维护：电器控制触点多，会产生机械磨损和电弧烧伤，接线也多，可靠、维护性能差；plc无触点，寿命长，且有自我诊断功能，对程序执行的监控功能，现场调试和维护方便。3.2 PLC 系统结构及控制方法系统采用主从控制方式，包括一个主控制器、若干驱动器和接口。主从式控制器采用总线连接（如图所示）。主控制器接入交流电，通过变换向主模块供电，并通过总线向驱动器供电。总线采用全

44、两线制方式，承担双重作用，一方面传递控制信号，一方面向驱动器供电。主模块通过向驱动器的地址发布命令来实现对其的控制。具有单一地址和成组地址两种形式，景观效果通过主模块向各驱动器发布地址命令和成组地址命令来实现。通过这种控制方式，利用机能够很容易实现景观照明的在线方案调整，达到柔性控制。驱动器内有三路输出，分别控制红色、绿色、蓝色三种颜色的灯，通过三种基色灯的组合，可以形成白色（红、绿、蓝）、红色、黄色、浅蓝（绿、蓝）、绿色、蓝色、粉红等七种颜色。3.3控制系统硬件设计3.3.1 PLC机型的选择S7-200系列PLC有CPU21XCPU22X两代产品，其中CPU22X型PLC有CPU221,C

45、PU222CPU224和CPU224四种基本型号。本系统设计选用S7-200 CPU224。CPU224集成14输入/10输出共24个数字量I/O点，可连成7个扩展模块，最大扩展至168路数字量I/O或35路模拟量I/O点13KB程序和存储空间。CPU224主机共有I0.0-0.7,I1.0-I1.514个输入点，Q0.0-Q0.7、Q1.0-Q1.110个输出点。本系统设计选用I0.0-0.2两个输入，Q0.0-Q0.7、Q1.0九个输出。3.3.2输入输出接口的选择(1)PLC开关量输入接口PLC开关量输入接口按使用的电源不同有三种类型：直流12-24V，交流100-120V或200-24

46、0V输入接口与交直流（AC/DC）12-24V输入接口。本系统选用交流200-240V输入接口。如图5-4所示(2)PLC开关量输出接口开关量输出接口是把PLC把内部信号转换成现场执行信号的各种开关信号。在开关量输出接口中，晶体管输出型的接口只能带直流负载，属于直流输出接口。晶闸管输出型接口只能带交流负载，属于交流负载。继电器型的输出接口可带直流负载也可带交流负载，属于交直流输出接口。本系统选用继电器型输出接口。如图5-8所示（3）继电器的选择选择输出模块时，还应考虑能同时接通的输出点数量。同时输出的累积电流必须小于公共端所允许通过的电流。本系统选用FX2N继电器输出技术标准如下所示项目继电器

47、输出最大负载电阻负载2A/1点 8A/4点COM感性负载80VA灯负载100W3.4 PLC景观照明控制系统的设计（凤凰山动感凤凰喷泉设计）喷泉景观为人们展示了一幅五彩缤纷优美动人的场景。荷香湖是可沉降式浮筒与喷泉设备相组合的智能控制音乐喷泉，由电脑、计算机控制集水、电、声、光一体。南北长米，东西宽米，依靠自身浮力静卧于湖面之上。其水型由处动感孔雀开屏、处变频跑泉、处一维数控喷泉、处鲲鹏展翅喷泉以及水礼花和螺旋花组合而成。各种水型在智能控制系统下依次启动，水柱和余盏三色灯灯光伴随着优雅的乐曲，梦幻般地起伏交叉生辉。随着灯光颜色的变换，热烈欢乐的水姿令人心旷神怡、叹为观止、流连忘返。莲鱼湖喷泉为程序控制喷泉。中间主喷依据凤凰的形状，把余盏三色灯和喷头组装在一起。水柱的高度各有不同，其灯光的颜色也在程序的控制下不断变换，灯光映照