基于西门子PLC的路灯智能控制系统设计

研究背景和意义1.1智能路灯的背景当前,中国现代化和智能化国家的管理体制和管理能力依然高歌猛进,但随着"创新型、协同、绿化、开放式、资源共享"等国家理念的日渐深刻民心，当前智能网络强国战略方针、国家大数据战略方针、“互联网+”战略行动计划的实行和建设数字化中国理念的不断稳步发展，城市被给予了新的内在意义和新的需求，导致了旧时代所理解的智慧城市向新时代智慧城市演进，更将绝无仅有的发展机遇带给了新型智慧城市建设。在目前中国社会发展的情况下，所有高级城市在谋求发展的过程中将必须承载越来越多人口增长的负担。一直到目前为止，这个时间点上正是我国正加速发展城镇化的最重要的时间，还有部分地区的“城市病”状态特别突出。为了破除这些阻碍城市发展前进的难题，达到可持续发展的理念，建设智慧城镇已成为城市发展中重要的一个过度点，为更好发展经济打下良好基础。\o"zigbee模块"智能路灯就是建设智慧城镇中不可缺少的一环，设计一套完善的路灯智能控制系统更是重中之重。城镇路灯智能管理系统的发展状态:城市道路智能照明管理系统,是指人类在生活中所必须用上的巨大的公共设施管理系统,其总量很大,到目前为止中国约有上亿盏城市的道路灯具,在使用过程中占照亮系统所耗费的能量总额的百分之三十以上,超过了中国小耗用能量总额的百分之十,甚至等于每一座三峡水电站在年中的总发电量。而其中,大约有百分之三十五的电能被耗费。所以节电减排也已是变成了当前经济社会建设中的一项重大目标。充分利用科技达到减少能源消耗来推动经济发展是非常重要的目标。随着科学技术的提高,节能灯具设计和控制方法也都在进一步发展。路灯控制系统发展阶段：路灯控制器发展阶段:路灯控制器主要由灯具本身和智能控制与监管系统二部分所构成。在能源消耗下上，除了采用节能灯具外，拥有一个可以实时调控、检测的智能控制系统对于节能减排上也起着重要作用。路灯的控制方法也在不断发展与变化,目前大致有这样的几个发展阶段：第一个阶段：全手动控制路灯电路开关（就是在需要路灯照明的时候通过在电路控制端手动闭合或断开电源的方法实现路灯照明操作）第二个阶段：时钟源控制定时开关（通过基础的时钟板块进行定时，可在固定时间打开和关闭灯，并在不同时间打开。）第三个阶段：光敏控制自动开关（通过光敏感测器来获取外界亮度从而控制路灯的开关，这种方式可自动操作）第四个阶段：区域控制远程开关（将GPRS通信技术应用于控制系统中，让其可远程控制每一条线路。配合了时钟和经纬度，让其根据身处环境天气变化及特殊突发事件的照明要，实行手自动切换的区域性控制）第五个阶段:单路灯控制(在区域控制的基础上,还采用物联网技术,使控制台能够感知任何路灯的所有电气参数,还可以对任意路灯进行远程操控)有关智能路灯控制系统发展的政策背景：1.在节能减排的"十二五"规划中明确提出了要求,要把绿色照明工程节源转化工程项目、合约能量管理应用工程项目等,作为国家节能减排的重大工程项目。2.绿化灯具方面《"十二五"都市绿化灯具发展规划大纲》中指出,要推动都市灯具信息化平台工程建设,主动引进先进高效灯具产业,推进都市灯具节源技术改造,并积极组织进行都市灯具产品、技术、新方式的试验示范。3.物联网《物联网"十二五"发展规划》中明确,把发展物联网科技上升至国家的战略层次,将大力发展物联网技术,并整合关联行业,以促进物联网应用。。4自动化城市《国家智慧城市试点暂行管理办法》强调，有关部门在近期公示出了两个批次一共将近两百个实行打造智慧城市试造点清单，其中的路灯智能控制系统作为打造自动化城市的核心子系统被重点推广。非智能路灯控制系统面临的问题如下：1.管理方法的落后，路灯管理方式还停留在半自动、光控、定时控制等传统方法上,受季节、气候和人为因素的影响较大,管理智能化水平比较低下。2.信息化管理水平较低、信息处理任务也越来越重,业务创新能力也没有提高。数据统计和查询越来越不方便,无法自动生成的各类报表管理工作任务也越来越重,但业务管理能力却不能提高。由于数据统计和查询越来越不方便,无法自动生成的各类报表。3.能源浪费问题严重在无智能控制的方式下,路灯往往该亮时不亮,该灭时不灭,且无法按照实际需求设定好亮灯时间和方式策略,造成了不必要的能量浪费。4．运营维修的困难主要采取了人工巡检模式,不但工程量大,同时还花费大批人才、物资、钱财。而故障发生原因大多来自于巡查工作人员的上报,由于没有主动、适时行和可靠度,因此无法真实、精确、全方位地监测整个路灯系统的运行状况。1.2智能路灯的意义日益增长的城市公用照明规模,和相对落后的城市公用照明管理工作方法形成了强烈冲突,信息化管理水平低下、运营维修成本高昂、能源浪费突出等社会问题也逐步凸显了起来。怎样对公用灯饰基础设施实现综合调度与数字化管理、减少运营维修成本以及提升企业经营水平、节约能源,是灯饰产业乃至在城市化发展的过程中,均须严正对待与落实的重大发展现实问题。这也是智能路灯的主要目的和含义。1.智能路灯,代替了传统市政路灯、治安监控、道路交通标志牌等单立杆独立施工的传统管理模式,大幅改善了市容市貌,有效提升了城市交通的管理水平。2.通过比较节能的LED路灯,相对大功率的高压钠电池,在保证既有路面的光照要求下,能够做到把功耗降低至原来高压钠电池功耗的百分之五十以内。如此下来的直接后果,是节电,于是电费就降下来了。3.除采取时控和集中控制措施之外,还可以根据季节和环境的变化动态地实现远程控制,从而达到智能管理。系统利用感应装置自动监控日出及日落状况以合理调整开关的照明时间,根据不同天气情况采取不同的照明策略,并依据照明时间及各处电路供应状况自行调节照明电压,以达到节电节能。4.路灯数量较多,对运行维修人员的管理任务就更加艰巨。智能路灯系统依托国家智能路灯综合管控平台对路灯实施远程监测调试,并支持了故障告警、故障监测、故障处置情况等跟踪功能,大大减少了人工巡检工作,提高了信息化管理水平。5.智慧路灯的商业运作,也是一个看点。LED显示屏作广告宣传收益,5G微基站出租收益,充电桩业务运营等都是公司后期收回建设成本的好途径。而未来智能路灯系统还将搭载更多的设备设施,并带来更多利民业务。1.3国内研究现状智能路灯系统于八十年代末期进入中国国内,但开始时进展相对较慢。一九八九年常州人民政府还对原县城的路灯实施了改建与革新,以适应了原县城路灯变革的需要,方向十分正确。但是由于当时路灯智能化技术并没在国内实现。所以到一九九零年,上海、北京等路灯科研单位还召开了智能化监控路灯的可行性研讨会,为未来路灯系统的研究发展趋势明确了方向,为今后的研究工作奠定了宝贵的经验与理论基石,以及此后路灯监控系统的进展也开始迅速。在一九九三年上海路灯监测管理系统的研发取得成功,具备了遥测、遥信、遥调等多项功用,并顺利的投入到上海市内主要道路的路灯管理上继上海以后,广州市政府又针对当前城市管理的实际状况与要求,又引进了城市灯光监测管理系统RDD-3000。该管理系统除了可以进行遥测、遥信、遥调,操作方法也很灵巧可靠。特点有根据各地的经纬度手动监控的时候、以及远程监控路灯工作时的电流电压技术参数等。另外,该控制系统还拥有对行驶故障手动曝光、并可以精确提示故障位置、给出分析报表的多项功用。通过RDD-3000城市灯光监测系统,为城市照明工作、维护、扩展进行了全方位的解决方案与支持,标志着中国城市的照明运行管理水平达到了全新的高度。在二零零三年,长沙市首次利用了GPRS行动通讯技术对市区路灯进行了集中管理。此后,广西省柳州市政府又运用了GPRS技术并使用了更领先的路灯监测与管理系统。应该说由于移动通讯技术的迅速发展,集投资成本低、联网方法简便灵活、信息覆盖力强等特点众多优点于一身的GPRS无线通讯技术,目前已应用于城市路灯的监测系统中近年来,由上海龙创信恒技术公司开发的数字城市灯光系统(DCMS)在中国许多一二级城市获得了普遍的运用。该系统利用GPRS无线网络技术与监测管理中心实现数据通信,将监测终端用户直接设置于灯光终端用户上,以电力载波通信方式与集中控制设备实现联络。通过基站控制器接收、执行、转送监测管理中心的指令,并利用监测端口对各盏城市道路灯光实现开关调节和亮度调整,以进行更加灵活的远程管理。同时,集中控制器还能够利用内置输出界面完成对所有路灯回路的监测,以及利用监测端口监视每盏路灯的实际状况,还能够利用模拟量、数字量的输入输出界面,将现场的灯光、温度控制等信息及时反馈至监测中心,以完成对城市路灯照明技术控制系统的统一管理,虽然城市路灯监测控制系统的科学技术进展得相当很快,不过在各大中城市的使用与普及上还是面临着不少问题。(1)监控的智能化程度亟待提升。全国多数地方仍然是定时监控,县级以下地方甚至是传统的人工控制。(2)节电效果较低。中国目前的城市照明主要以高压钠灯等放电灯类居多。而供电电网中当负载较大时,电压也较低。负荷时,电压相对较高。而对于交通照明的这类气体放电装置,由于前零点五夜行人车辆较多时处在供电高峰期,因此电流相对较低亮度也较暗。随着后零点五夜的供电负载逐渐减少,电流巨升使其亮度变化异常明显。而在交通流量相对较小地段仍然亮度较高,因此大量耗费了电力。(3)路灯监控设备相对散乱,不集中。一个规模不大的县城往往被细分成若干控制区,很难统筹资源调配,也就很难获取有价值的电力数据。1.4本设计研究的内容本论文采用S7-1200系列中的214-1AG40-0XB0型号PLC进行设计智能路灯控制系统。(1)通过对各重要技术方面的机理特征、性价比等综合分析,并且最后用组态管理软件对所实现的组态模拟,确定了应用西门子S7-1200系列PLC将成为智能路灯系统的重要监控技术设备。(2)在确定了所要求的传感器等模块基础上完成了PLC的I/O分拨,并绘制硬件方面的连线图形,然后再按照智能路灯控制器的实际动作进行梯形图程序编写调试修改。(3)通过外部传感器获取信息,形成模拟信号传入PLC中,再通过PLC中的部分指令输出信号,通过控制继电器来调节路灯的亮度和开闭。(4)在配套PLC等模拟软件系统使用的基础上,先在组态中编写组态图像画面和组态数据分析后,再接入组态中的状态数据分析和图像画面。

智能路灯的功能2.1控制过程先确定好了所使用的PLC型号和CPU类型。在模拟量输入引脚通过接入光照度变控器模块。然后设定在指定的时间内让系统运行，当到了规定的时间内，系统在外界光照度变化的同时，此模块会形成相对应的模拟量反馈给PLC，在PLC中通过编写相应程序，将模拟量进行转化，形成PWM的方波信号输给路灯电路中的继电器，在继电器接受脉冲后，导致一定频率的电路开关。形成系统可以自动调节路灯亮度的方式。比如在规定的18点过后，传感器接收到外界亮度变暗，导致输入的模拟信号降低。PLC转化出的脉冲信号频率也变强，最终导致路灯电路中的路灯变亮。但在没有到达规定时间时，路灯不会运行工作。在规定时间内，外界亮度随时间一直变化，最后路灯的亮度也随之变化，外界暗时，路灯变亮，外界亮时，路灯变暗。2.2模拟图路灯智能控制系统开灯输出监控手动自动系统时间读取12手动控制自动控制手动开灯照度设定值手动关灯照度实际值图2-1模拟图2.3系统构架图图2-2系统构架图

路灯智能控制系统的硬件3.1PLC的概述3.1.1PLC的定义、原理及其优点PLC又叫做可编程逻辑控制器，可以比较完善的联通电驿管理以及PLC控制技术、计算机与通信技术等。它能够利用编制特定规则的程序,来完成逻辑控制功能,并根据轨迹改变进入量的动态,以达到根据输出量监控对应的受控对象或生产流程。用户就可凭据对某一操控对象的具体情况动作需求,在编制好具体的动态程序以后,再利用专门编写程序的软件把编制好的动态程序直接烧入PLC的编程存放库中,被控对象的具体情况动态就即可使用PLC来进行操控了。经常使用在第二产业中。PLC中的程序执行方法和普通微小计算机系统的程序执行方法有较大的差别,在普通微小计算机系统中编程进行时通常出现终止命令时,编程将会手动终止进行。而PLC中从程序存储器的第一字节起始进行,在途中不会停顿或跳转的情况下,编程过程将沿着程序存储器的存储序列一段然后一段进行,在出现终止命令之后,随着编程进行的一段时间而终止。然后程序又从头开始运作,并循环系统的进行上一周期的操作指令,直至使用者拨动停止开关或是意外停电。这便是PLC的扫描工作方法。而程序每进行完一次流程,就是下一次的扫描循环。另外,PLC也是集中并统一处理输入、输出控制的信息,而微型计算机则是实时处理这些信息。PLC的扫描方式主要有三个部分所组成,分别为在输入时的扫描、程序的执行以及在输出时刷新。PLC的优点：可靠PLC系统不需要大量的活动元器件和连接电子元件。它的内部连通问题也就大大减少。而与此同时,由于系统的维修相对简单,而且维修时间较短。所以Plc系统就使用了一种高可靠性设计的方法进行了整机设计。如:冗余的系统设计。断电保护,故障诊断和信息存储以及恢复等。而PLC则是为工业生产过程管理所而专门设计的控制装置,它具有比一般计算机管理更简单的编程语言和更安全的软硬件功能。并使用了更精简的系统编程。易操作PLC系统具有较高的易操控性。它具备了程序简易,操作简单,维护方便等优点,且一般并不容易出现操作的出错情况。对PLC系统的使用,包括了程序录入和编程修改的方法。编程的输入可直接或可接显示,而修改程序的方法,也可以通过按照所需要的ip地址编号或接点号进行查询或程序检查,之后再进行更改。目前PLC中已经有很多种编程语言可供使用。用于梯形图,与电气原理图比较接近。更容易学习和了解。PLC所具备的自动判断功能,对维护人员及维修技术的需求也大大降低。当系统出现故障时,借助于对硬件和软件的自检测,维护人员就能够迅速发现故障的部位。灵活PLC使用的主要程序设计句子有阶梯图形、布尔助记符、功能代表图、各种功能模板,以及语句表示程序设计句子。程序设计方式的多样化使程序简单化、使用面扩大。运行非常灵活简单,观察和控制变量十分方便。3.1.2PLC的选择西门子S7-1200PLC一些优点：1、西门子S7-1200PLC既具备了灵巧和扩展,也达到了最紧凑型系统设计下的效率高,但同时也依然适用在较低的运行性能范畴内,完成最复杂的工作任务。2、S7-1200,在程序设计上和S7-300的程序设计方式差不多,组态完硬件界面,直接调出软件功能块就即可,非常简单,不像S7-200必须对SM执行动作。S7-1200和S7-300在串口通信方面相比来说大体上相同,只是在做Modbus的通讯时候不要求另外的Dongle来支援。3、可以扩展三个通讯模块。4、有些硬件上的提高当然也是很好的,例如串口模块,模拟量模拟的分辨率也就提升了。希望以后再出几个新的模块。5、高速脉冲定位控制相比S7-200有了很多的改善。6、关于高速计数器的应用,也比之前要简单些,而且不用再啰嗦地设定每一个控制字,这对初研究者来说是个福音。7、LAD编程实现了"侧向水平串连"的功用,例如我要置位Q0.0、Q0.2、Q0.4,就应该在同一个水平线上串联出来,从而节约了纵向水平空隙(在之前的程序设计软件系统里则应该是纵向水平对齐的。)3.2光照度变送器的概述3.2.1光照度变送器的原理光照度变送器运用了热点作用效应基本原理,主要是选用了对弱旋光性有较高反应速度的热探测元件,而这个传感器原件实际上就如同数码相机的感光矩阵一般,里面装有绕线电镀废水式的多接点热电堆,其表层涂有高吸收度的黑色涂料,热接点在感应块表层,而冷结点则在机体内部,冷热接点形成了温度的差异与电势能。在线性范围内,输出数值和太阳辐射量成正比。通过滤光片的可见光照射到进口光敏二极管,而光敏二极管再通过热成像将强弱光转换成电信号,接着电讯号就会流入变送器的处理器系统,之后再产生所要求获得的二进制信息。将其输出信号端接入PLC中提供实时的外部光照度,从而改变路灯的灯光亮度。3.2.2光照度变送器的选择及其参数技术参数：直流供电（默认）10-30VDC最大功耗0.4W精度湿度±3%RH(60%RH,25℃)温度±0.5℃（25℃）光照强度±7%(25℃)光照强度量程0~65535Lux；0~20万Lux温湿度量程-40℃~+60℃，0%RH~80%RH长期稳定性温度≤0.1℃/y湿度≤1%/y光照强度≤5%/y回应时间温度≤18s(1m/s风速)湿度≤6s(1m/s风速)光照强度0.1s输出信号RS485(Modbus-RTU协议)模拟量型：直流供电（默认）10-30VDC（0~10V型产品只能DC24V供电）最大功耗最大功耗1.2W电压输出1.2W精度光照强度±7%(25℃)光照强度量程0~20万Lux范围内可选（默认0~65535Lux）工作环境-40℃~+60℃，0%RH~80%RH长期稳定性光照强度≤5%/y回应时间光照强度0.1s输出信号电流输出4mA~20mA电压输出0~5V/0~10V负载能力电压输出输出电阻≤250Ω电流输出≤600Ω图3-1光度变送器参数图3.3固态继电器的概述3.2.1固态继电器工作原理固态继电器（SolidStateRelay,缩写SSR），是由微电子电路，分立电子器件，电力电子功率器件组成的无触点开关。用隔离器件实现了控制端与负载端的隔离。固态继电器的输入端用微小的控制信号，达到直接驱动大电流负载。3.2.2固态继电器的选择及其参数额定电流：5A-120A控制电压：3-32VDC或90-280VAC绝缘电压：≥2500V输出电压范围：40-660VAC隔离电压：≥2500V导通方式：分为过零型和随机型LED输入显示两个可控硅反并联，寿命长，散热好

3.4硬件电路图图3-2硬件电路图电路的图中主要分为PLC供电电路和路灯供电与控制电路。其中PLC供电电路用来做此系统的控制器，当开始执行时，如果需要亮灯，则Q0.0闭合，PLC会发特定的PWM信号，通过固态继电器来控制电路通断，继而控制路灯亮度。

路灯智能控制系统的软件4.1IO口分配图4-1IO口分配图设置地址IW64为照度反馈，数据类型为word，是通过光照度变送器获得外界光照数据，从此地址反馈给单片机。设置地址Q0.0为PWM输出，将PLC发出的PWM数据输送给外界，从而得到路灯的光亮变化。设置M0.0为手动开灯指令。用于在非智能控制时间，需要打开照明系统时，可自行打开的按钮设置M0.1为手动关灯指令。用于在非智能控制时间，需要打开照明系统时，可自行关闭的按钮

4.2逻辑框图图4-2逻辑框图

4.3程序编写与调试第一行程序：图4-3第一行程序RD_SYS_T指令能够读取CPU当前的系统时间量，这个指令拥有一个输出参数（OUT）和一个返回值（RET_VAL）.返回值RET_VAL的数据类型为整型（INT），用于返回指令执行的状态，其编码如下所示：RET_VAL：错误代码（16进制）描述0000没有错误8081OUT输出值的范围超出界限输出值OUT为指令读取到的时间，该时间值不包括本地时区或夏令时偏移量等信息，其数据类型根据CPU类型的不同有所不同。此行功能解释：读取系统时间，将当前时间读取之后，将数据保存在“数据块_1”_.SYS_T变量中输出。

RD_SYS_T指令在数据块中的取值范围：图4-4RD_SYS_T指令取值范围所有数据：其中YEAR的数据类型为UInt，得到的是CPU中系统的年份数据，此时范围是1970-2021.其中MONTH的数据类型为UsInt，得到的是CPU中系统月份数据，此时范围是1-11。其中DAY的数据类型为UsInt，得到的是CPU中系统日期数据，此时范围是1-20。其中WEEKDAY的数据类型为UsInt，得到的是CPU中系统星期数据，此时范围是5-7。其中HOUR的数据类型为UsInt，得到的是CPU中系统小时数据，此时范围为0-12。其中MINUTE的数据类型为UsInt，得到的是CPU中系统秒数据，此时范围为0-26。其中SECOND的数据类型为UsInt，得到的是CPU中系统分钟数据，此时范围为0-56。此时都是在范围内设定好的值，之后也可更改，之后所得出的时间数据都是从此条程序中读取出的。第二行程序：图4-5第二行程序这一行用上了比较数字大小的指令，此指令主要有等于，不等于，大于或等于，小于或等于，小于，大于六种。此时用于比较的数据类型为USInt，也就是无符号短整型。“数据块_1”SYS_T.HOUR读取的是第一行中取得时间数据里的小时数。通过数据的比较，将开灯时间控制在系统设定的范围内，比如此时设定的是，从系统中实时取得的小时数与0、6、20、23比较，当读取的数大于等于0且小于等于6时，则上部分变成通路，“数据块_1”.KD_XK接通，代表着路灯通电，当读取的数大于20且小于23时，则也会连通。通过这一行可以设置路灯开关时间，在凌晨0-6点和夜晚20-23点亮灯，其余时间都时熄灭状态，此处还多加了一个手动开关“数据块_1”.MODE,用来手动调整。在此基础上还可以添加月份，用来在不同季节下的不同时间来智能管控路灯开关闭合。第三行程序：图4-6第三行程序其中用到了NORM_X指令和SCALE_X，它们作用是对模拟量进行工程量的转换，收线看下这两种指令使用的计算公式：NORM_X：OUT=(VALUE–MIN)/(MAX–MIN)SCALE_X：OUT=[VALUE∗(MAX–MIN)]+MIN图4-7NORM_X图像图4-8SCALE_X图像在使用过程中，有几点需要注意：NORM_X的数据类型不能进行隐式转换，编译会报错。但是SCALE_X可以进行隐式转换，编译不会出错。要想消除NORM_X未指定类型的常量编译报错问题，需要给三个参数中的任一参数常量指定数据类型即可。NORM_X和SCALE_X指令的MAX参数值为0时，计算结果并不会按照以上定义的计算公式计算，结果将保留为参数VALUE的值，很多时候我们希望此时结果为0，所以在使用过程中一定要注意。在对模拟量用NORM_X指令进行标准化时，可以把它理解为在我们设定的最小值和最大值之间放入一个数值，这个数值在最小值和最大值之间所占的比例，此时我们设置的最大值为27648，最小值为0。比如当一个量程为0-10V的模拟量进来，如果为0V时，则对应最小值0，如果为10V时，则对应最大值27648。最后通过输出0-1之间的数来表示模拟量的占比。在应用NORM_X指令进行标准化后，再接着用SCALE_X指令进行缩放，将标准化后的值输入SCALE_X后，也进行最大最小值设置，然后输出模拟量的实时值。整体来说，这一行程序是对光照度变送器送外界反馈回的模拟量进行转换。由上文选取的光照度变送器，其量程为0~20万Lux。此时%IW64便是输入的模拟量，被NORM_X指令进行标准化后，再由SCALE_X缩放为浮点数值输出。第四行程序：图4-9第四行代码此行用上了S7-1200PID功能，S7-1200中的PID功能有三条指令可供选择，分别为PID_Compact，PID_3Step，PID_Temp。其中我们选取的是PID_Compact。PID功能用于对闭环过程进行控制。PID控制适用于温度，压力，流量等物理量，是工业现场中应用最为广泛的一种控制方式，其原理是，对被控对象设定一个给定值，然后将实际值测量出来，并与给定值比较，将其差值送入PID控制器，PID控制器按照一定的运算规律，计算出结果，即为输出值，送到执行器进行调节，其中的P,I,D指的是比例，积分，微分，是一种闭环控制算法。通过这些参数，可以使被控对象追随给定值变化并使系统达到稳定，自动消除各种干扰对控制过程的影响。REF_Ref97051507\r\h[2]PID控制器功能主要依靠三部分实现，循环中断块，PID指令块，工艺对象背景数据块。用户在调用PID指令块时需要定义其背景数据块，而此背景数据块需要在工艺对象中添加，称为工艺对象背景数据块。PID指令块与其相对应的的工艺对象背景数据块组合使用，形成完整的PID控制器。循环中断块可按一定周期产生中断，执行其中的程序。PID指令块定义了控制器的控制算法，随着循环中断块产生中断而周期性执行，其背景数据块用于定义输入输出参数，调试参数以及监控参数。此背景数据块并非普通数据块，需要在目录树视图的工艺对象中才能找到并定义。PID选择：图4-10PID选择PID指令块的参数分为两部分，输入参数与输出参数。其指令块的视图分为扩展视图与集成视图，在不同的视图下所能看见的参数是不一样的，在集成视图中可看到的参数为最基本的默认参数，如给定值，反馈值，输出值等。定义这些参数可实现控制器最基本的控制功能，而在扩展视图中，可看到更多的相关参数，如手自动切换，模式切换等，使用这些参数可使控制器具有更丰富的功能。参数输入包括PID的设定值，过程值，手自动切换，故障确认，模式切换和PID重启参数：参数数据类型说明SetpointREALPID控制器在自动模式下的设定值InputREALPID控制器的反馈值（工程量）Input_PERINTPID控制器的反馈值（模拟量）DisturbanceREAL扰动变量或预控制值ManualEnableBOOL出现FALSE->TRUE上升沿时会启动“手动模式”，与当前Mode的数值无关。当ManualEnable=TRUE，无法通过ModeActivate的上升沿或使用调试对话框来更改工作模式。出现TRUE->FALSE下降沿时会启动由Mode指定的工作模式。ManualValueREAL用作手动模式下的PID输出值，须满足Config.OutputLowerLimit<ManualValue<Config.OutputUpperLimit。ErrorAckBOOLFALSE->TRUE上升沿时，错误确认，清除已经离开的错误信息。ResetBOOL重新启动控制器：FALSE->TRUE上升沿，切换到“未启动”模式，同时复位ErrorBits和Warnings，清除积分作用（保留PID参数）。只要Reset=TRUE，PID_Compact便会保持在“未启动”模式下(State=0)。TRUE->FALSE下降沿，PID_Compact将切换到保存在Mode参数中的工作模式。ModeActivateBOOLFALSE->TRUE上升沿，PID_Compact将切换到保存在Mode参数中的工作模式。输出参数包括PID的输出值（REAL、模拟量、PWM），标定的过程值，限位报警（设定值、过程值），PID的当前工作模式，错误状态及错误代码。参数数据类型说明ScaledInputREAL标定的过程值OutputREALPID的输出值（REAL形式）Output_PERINTPID的输出值（模拟量）Output_PWMBOOLPID的输出值（脉宽调制）SetpointLimit_HBOOL如果SetpointLimit_H=TRUE，则说明达到了设定值的绝对上限(Setpoint≥Config.SetpointUpperLimit)。SetpointLimit_LBOOL如果SetpointLimit_L

=

TRUE，则说明已达到设定值的绝对下限(Setpoint≤Config.SetpointLowerLimit)。InputWarning_HBOOL如果InputWarning_H=TRUE，则说明过程值已达到或超出警告上限。InputWarning_LBOOL如果InputWarning_L=TRUE，则说明过程值已达到或低于警告下限。StateINTState参数显示了PID控制器的当前工作模式。可使用输入参数Mode和ModeActivate处的上升沿更改工作模式:

State=0：未启动

State=1：预调节

State=2：精确调节

State=3：自动模式

State=4：手动模式

State=5：带错误监视的替代输出值ErrorBOOL如果Error=TRUE，则此周期内至少有一条错误消息处于未决状态。ErrorBitsDWORDErrorBits参数显示了处于未决状态的错误消息。通过Reset或ErrorAck的上升沿来保持并复位ErrorBits。这一行是在自动的时候起作用，当开通许可“数据块_1”.KD_XK输出时，且“数据块_1”.MODE为1时，根据“数据块_1”.ZD_MBZ自动模式下设置的目标值和数据块_1”.ZD_SJZ输出的实际值，自动计算输出Q0.0。此时输出的是脉冲调制，一个占空比。第五行程序：图4-11第五行程序此行程序为手动模式控制下开灯。当“数据块_1”.MOD为0时，就为手动模式，此时控制M0.0后，会置为Q0.0，复位M0.0，就达到手动开灯目的，且按钮自动复位。第六行程序：图4-12第六号程序此行程序为手动模式控制下关灯。当“数据块_1”.MOD为0时，就为手动模式，此时控制M0.1后，会复位Q0.0，复位M0.1,就达到手动关灯目的，切按钮自动复位。路灯智能控制系统仿真模拟5.1PLC接线图图5-1PLC接线图5.2模拟仿真5.2.1模拟前设置在进行程序仿真模拟时，用到的是软件系统内自带的S7-1200PIDCompactV2组态。在使用功能前，必须先添加循环中断，需要在循环中断中添加PID_Compact指令。在循环中断的属性中，可以修改其循环时间。图5-2添加循环中断使用PID控制器前，需要对其进行组态设置，分为基本设置、过程值设置、高级设置等部分。以下为详细介绍。

1、基本设置--控制器类型a.为设定值、过程值和扰动变量选择物理量和测量单位。b.正作用：随着PID控制器的偏差增大，输出值增大。反作用：随着PID控制器的偏差增大，输出值减小。PID_Compact反作用时，可以勾选“反转控制逻辑”；或者用负比例增益。c.要在CPU重启后切换到“模式”(Mode)参数中保存的工作模式，请勾选“在CPU重启后启动模式”。图5-3PID_Compact>基本设置>控制器类型对于此次模拟，我们需要用到的是照度单位，如下图设置。图5-4PID基本设置2、基本设置--定义Input/Output参数定义PID过程值和输出值的内容，选择PID_Compact输入、输出变量的引脚和数据类型。图55PIDInput/Output参数设置此处我们设置输入量为input引脚的值，输出量为Output_PWM引脚的信号。3、过程值设置--过程值限值必须满足过程值下限<过程值上限。如果过程值超出限值，就会出现错误(ErrorBits=0001h)。图5-6PID过程值限值设置此处我设置的上限为20下限为0。4、高级设置--输出值限值a.在“输出值的限值”窗口中，以百分比形式组态输出值的限值。无论是在手动模式还是自动模式下，都不要超过输出值的限值。b.手动模式下的设定值ManualValu必须介于输出值的下限（Config.OutputLowerLimit）与输出值的上限（Config.OutputUpperLimit）之间的值。c.如果在手动模式下指定了一个超出限值范围的输出值，则CPU会将有效值限制为组态的限值。d.PID_compact可以通过组态界面中输出值的上限和下限修改限值。最广范围为-100.0到100.0，如果采用Output_PWM输出时限制为0.0到100.0。图5-7PID输出值限值设置在此我设置的输出值上线为100%，下限为0%。5、高级设置--手动输入PID参数图5-8PID手动输入PID参数比例增益设置为10.0，积分作用时间为20.0s，微分作用时间为0.0s，微分延迟系数为0.2，比例作用权重为1.0，微分作用权重为1.0，PID算法采样时间为1.0s。控制器结构为PID。5.2.2仿真模拟图5-9路灯控制系统MAN和AUTO为切换模式按钮，按下MAN为手动，按下AUTO为自动控制。开灯许可监视可以判断出当前时间自动下可否开灯，当切换为手动模式时，则一直享有开灯许可。系统时间小时读取值为当前系统时间值。开灯输出监视是对路灯开关的实时监视，判断路灯是否开关。手动控制中有手动开灯手动关灯，当切换到手动模式下，才会起作用，手动控制路灯的开闭，不受时间控制。自动控制中