随着国民经济的快速发展，大量的新兴技术融入到人们的生活中，其中，照明系统占据一定比例。传统的照明系统为人们的生活带来了一定的便利，但仍存在有开关控制手动化、系统功能单一、大量消耗能源、灯光调节不够人性化、布线繁琐、隐藏风险等问题。传统的照明系统已经跟不上信息化时代发展的步伐，因此，智能照明系统的出现是必然的随着经济的快速发展，人们对于照明的需求逐渐增加。以校园为例，传统人工控制的照明系统渐渐满足不了人们对照明的控制的需求并存在控制复杂、修理困难等问题。为了解决这个问题，本文提出一种新型的基于光源智能化照明控制方案。该新型控制系统以可编程控制器PLC代替人工控制，系统工作稳定可靠、控制简单，能够完全满足校园的照明需求。照明控制系统由硬件部分和软件部分组成，硬件部分主要包括设计光照、声检、报警模块等，通过软件编程来连接各个模块电路来实现校园的照明控制，可以根据不同季节、时段来进行照明模式的自由切换，在一定程度上实现了照明节能。
随着社会经济的迅速发展，人们渐渐开始关注能源消耗的问题,对社会能源的浪费不但会造成社会经济的损失,而且碳排放量也大大增加,严重污染环境,所以节约能源消耗是人们生产生活过程中的一个重要主题。讲到节电,人们常常会忽视了日常生活中照明能源的消耗,由于其照明的单位容量小,设备安装位置较分散,从而变得无关紧要。事实上，随着城市规模的不断扩大发展，道路公共照明也逐渐普及，照明设备的单个容量增加、总容量也在大大增加，环境美化用的照明灯也逐渐夺目耀眼。大学校园的建筑都建立在人员较少的郊区，建筑密度低。所以公共照明如公共场合、教学楼、宿舍等场合所用的照明用电占总照明能源很高的比例，照明灯具的容量大，照明工作时间很长。
随着人民的生活水平逐渐提升，为了提升生活品质，在公共场合也引进了灯光。因而，在整个社会能源消耗中，灯光能量所占的比例也越来越大。为了让生活更轻松，这些照明设备有时会因为无人管理而整夜开着，造成大量电力和能源的浪费。因此，照明的节能问题越来越重要。现在国内外广泛使用的节能开关基本都是声控、光敏、触敏。单一的开关控制会有其自身的缺点，因此研究和设计出一种智能照明控制系统来替代现控制系统是非常有意义的工作。
PLC技术在世界上的发展已经非常的成熟，对于PLC的控制技术研究能力渐渐增强，大大降低了PLC运行时的功率消耗和体积，在提高了PLC的运行稳定的同时也降低了制作成本。随着技术的不断迭代升级，人们根据PLC产品的特色以及地理位置分为美国、日本和欧洲三个主要流派，它们的研发共同特点都是使编程和故障检测更加灵活方便。
20世纪六十年代后期，美国的通用汽车有限公司为了提高工厂的能力,找到美国的国家数字化工业设备有限公司，经过调研和研制，研制出了PDP-14的可编程控制器；日本在七十年代初期，研制出一种叫做DCS-8的可程控调节器；二十世纪七十年代后期，国内已将可编程控制技术推广到了工业领域。
PLC的发展历程经历了4次的迭代，世界上研发了将近400多种PLC产品，生产厂家达200多家，我们根据PLC研究主导方向的不同可大致分为三大流派。A-B公司、莫迪康（MODICON）公司、西门子（SIEMENS）公司和三菱等三大流派的PLC产品占据了80%的市场份额。
KumaarA（2020）对写字楼的照明舒适度进行了研究，发现当室外光线全被遮蔽时，人们的工作的舒适感就会变得微弱，工作效率也较差。GuangrongWU（2018）等根据近年来室内室内光线和光线舒适性的研究结果，给出了室内室内光线舒适的评估指数，从而为室内室内照明的合理利用奠定基础。在此基础上，采用了一种优化的极值点查找法来优化照明控制系统的能量消耗，并以此方法根据所得到的最大值来实现对照明控制的最小功率的优化。卡萨哈拉Y（2018）开发了一种能够实现智能化、多功能的照明技术的智能化照控制。采系统用Zigbee技术建立了用于获取自然光线、内部人员的动态等数据的无线传感和操作者网域，网域根据服务变化来调整光线的亮度，达到了视觉舒适的目的。Olvera-GonzalezE是一种新型的LED智能控制技术。这个系统可以分成两种模式状态，在自动状态下，灯光会随使用者的位置而变化，同时也能根据光线的亮度来调整亮度。在人工状态下，用户可以利用内置于蓝牙的应用软件来人工调整亮度。
近年来，随着国内工业控制水平的不断提高和工业4.0时代的到来，随着国内PLC的发展，新能源和环保领域的新业务也在持续的增长和突破。我国也不断出台新的政策来支持PLC市场的发展，从2011年4月工信部首先推出了《有关加速推动信息化与工业发展深入融入的几个建议》的政策实现了信息技术与工业基础深入融入能力,加快发展高档数控技术体系、制造执行管理系统和工业生产管理系统,加速工业生产管理、现代物流等领域计算机网络技术设备、智慧服务终端、传感器产品和重要应用信息系统的工业化进度;2016年10月国家产品质量监督管理检验检疫总署和国家标准化管理委员推出《工业控制系统信息安全保护指引》该规范面向工业生产智能化和监控管理系统中的PLC应用领域,规范了网络安全的测试、评价、保护和信息管理等各领域方面信息安全保护需求,为工控管理系统的设讦方、机械设备制造商、信息技术系统集成商、用户等多方参与主体提出了可操作性的工控信息安全技术标准,建立了业界网络安全标准化体系,推动了我国工业控制系统网络安全产品和体系的发展。高美珍（2019）将自然光与人造光有机地融合在一起，提出了一种基于自然光与人造光的定量评估指标体系，并对相关的光照控制方法进行了深入的探讨，提出了以室外太阳高度角和天空光模式为输入量的双模态控制器，从而达到了快速反应的目的；为了改善控制的准确性，采用基于模糊控制器的开度角和亮度偏移量作为输出信号进行了精细的调整；通过MATLAB和DIALux软件的比较，对比了在不同的夜景模型和太阳高度角度下，在补光前后光照条件下，利用自然光照和自然光照两种方式，结果表明，本方案具有较好的光照性能，较常规方案节约能源47%。何永玲（2016）根据自然光照和智慧光照相融合的BP神经网络，建立了一具有恒定光照的BP神经网络模式，从而达到了对工作区域的稳定光照。王旋（2021）采用“昼光控制”的方法，将自然光线和白天的人造光照结合起来，进行了室内照明控制的节能方案的试验，达到了“绿色照明”的目的。邬金萍（2017）采用人员移动的智慧照明模式，该模式用于模拟人员位置、人工照明设备和自然光线的关系的数学表述，利用基于罚函数功能的PSO算法得到最佳的灯光配置。
本课题主要研究内容对象是校园的照明系统控制。校园照明系统的电能消耗，主要是道路照明、教学楼照明的高需求量，且使用手动控制照明系统的方法，对照明造成了一定的浪费。根据白天和夜晚的判断来识别是否需要照明控制，调查学生的生活作息规律，当学生晚上下课或者自习课下，系统根据设定时间将道路照明全部打开并减少学生较少地区的照明亮度；当学生大部分在宿舍时，适当降低道路照明要求，教学楼区（自习室除外）照明系统进入节能模式；学生存在寒暑假假期，在此期间学校照明系统需要停止工作，根据该时间设计出相应的控制时序，根据PLC进行控制照明系统按设计时序进行运行控制。
本课题研究的智能控制系统能够在确保灯具正常工作的条件下，给照明灯具输出合理地照明运行功率，能够有效地增加灯具的照明使用寿命，并减少灯具维护的难度，在各种情况下能稳定地进行照明工作。最主要的是可以实现照明的精确控制，从而实现节能的目的。针对全时段全负荷运行，基于智能化灯光控制的节能效果，可节省电力15%~20%左右。
同时本课题的完成，说明PLC在照明控制系统中的应用及其实现，让学生对PLC智能系统的设计和完善具有一定地参考价值，通过此类PLC项目的实践开发，使我的专业知识快速与工程实践进行结合，能够进一步提高我的实践能力。
1）提高管理效率。本课题所研究的智能控制系统主要为了实现控制系统操作更简单和灵活，能够减少操作人员的重复性劳动的问题。提高照明管理的高效性并且降低了照明控制系统的所需的运行成本以及更大的投资回报价值。
2）节约电能。现如今越来越多的电力能源用来满足人们的照明，随着照明场合规模的扩大也逐渐产生过度照明的、无人照明等浪费现象。使用智能控制系统能够实现在保证照明需求的情况下精确照明，也根据所需的时间进行合理调整照明时长等要求从而实现节约电能的作用。根据合理计算出相比于以往人工照明控制，智能控制系统节电率可以达到15%-30%。
3）智能化发展。使用智能控制系统，能够实现基本照明场合的灯光的控制；也可以使用者的需求和特定的场景来进行合理的调整，来实现适合使用者满意的照明质量。随着科技的不断发展，我相信会在这个智能控制的基础上不断的进行迭代和创新来满足人们的照明需求，不断的增加人们的照明品质。
对学校的灯光控制系统进行了初步的系统布置，并对学校的灯光控制时长和灯光的电气部分进行了详细的规划设计。首先，根据校园学生主流的合理作息来进行对照明布置；其次对照明灯具的具体参数需求来进行灯具的选型、传感器的选用、软硬件的设计；其次是部分软件的设计，根据照明需求编写出相应的程序；最后通过PLC系统根据需求不断修改，直至满足校园照明控制的需求。
PLC智能照明控制系统主要有可编程控制器、触摸屏、各类传感器和照明灯具组成。根据对校园大部分学生的作息习惯来进行设置照明设计，通过光照检测模块和声音检测模块来进行外部数据收集，数据传入PLC进行处理并判断是否满足照明需求、节能运行和报警等状态。人们可以通过触摸屏来观察了解当前系统状态，并通过触摸屏来对照明控制系统进行照明控制。照明控制系统结构示意图如图2-1所示。
为了智能照明系统能够识别白天还是夜晚，使用大量地光照检测传感器进行多点实时检测出光照强度和设定阈值进行对比判断，大于等于阈值系统判断是白天，相反判断为黑夜。
为了能够即满足了照明需求的同时，也满足节能效果。我们通过声音检测模块来收集在照明系统正常工作的情况下的分贝数据，人为的设置分贝阈值。当检测分贝大于阈值时，照明控制系统正常工作；反之，照明控制系统降低一定的照明亮度使系统进入节能模式。
该区域无需正常照明亮度时，智能控制系统进入节能模式。当智能控制系统需要进行正常工作时，即照明设备脱离节能模式，需要系统等待3s，以确保节能模式不影响系统的正常工作。
每天设置时间进行系统自检，检测各个传感器的数值是否在阈值内波动，若有波动起伏，则系统运行良好，否则告警信息将在触摸屏幕上显现。维护员通过警报编码查找对应的感测器进行维护。
本课题以校园照明系统为例，根据大部分学生照明需求对灯具进行安装。线路图采用了母线两端供电的安装方式,有利于节约母线和控制开关的容量。保证各电路都有独立的接触器进行监控,PLC用写好的程序监控接触器。线所示。图中简画出一条教学楼线路供电图、一个操场体育馆供电图和一个宿舍区的供电系统图。
可编程控制器是整个控制中心，对PLC的选型便成为重要的一环，现如今国内PLC技术的迅速发展，也拥有自己的PLC品牌如信捷、汇川。但是，由于对PLC的型号要求，要考虑到点数、功能和价格等因素，使得最终的控制系统结构设计更简洁稳定。
本论文研究的光照系统设计简单快捷，控制逻辑简洁，根据照明控制需求进行挑选性价比较高的国内外小型模块化可编程控制器PLC。西门子公司生产的S7-1200系列的PLC具有运行高稳定性以及通用多种编程语言等特点，所以本课题照明控制系统的控制核心选择西门子S7-1200系列的可编程控制器。
在照明系统中，按键、传感器、照明装置等共有8个输入端口和18个输出端口。通常，在可编程控制器PLC选型时我们需要计算出理论上输入输出点总数的1.25倍，即输入、输出点数和为26*(1+25%)=33(点)，比理论值多出的点数是给客户的预留点。城市照明设备一般直接接入城市电网，常规模式工作电压一般为220V，为保证输出端子电压的统一，故采用继电器输出类型PLC，西门子PLC型号为S7-12001212C。示意图如图3-2所示。
为了保证本课题智能照明系统控制的准确性，我们在学校随机选取了教学楼、宿舍区和体育场三个地方，分别安装编好号的照明灯具。同时在相应的区域一并安装了光照监测仪和分贝监测仪。对应的PLC的I/O分配表如表3-1所示。
为实时监测现场环境，保证照明效果不受季节、天气因素影响，做到天黑灯亮，天亮灯灭，本系统加入了光照检测传感器，并且为了降低误差，避免树木教学楼阴影遮挡造成的误判，采用3组传感器联动的算法。同时为确保节能模式不影响特殊使用需求，加装了声音检测传感器，有较多数据需要接收并处理，因此需要额外的AI输入端子，通过添加1个8个输入点的SM1231扩展模块实现。因照明设备启动耗电量极大，同时启动会对电网产生巨大压力，造成校园电网纹波，需要分批逐步启动，故需要较多输出点进行控制，因此加装一个16输出点的SM1223扩展模块实现。
常用城市照明设备为LED路灯和高压钠灯。高压钠灯的照明亮度的显色性不如LED灯具的照明亮度显色性，LED灯具的照明显色指数达到75以上，LED灯具照亮的光衰周期小,连续使用第一年的光衰程度不足3%,应用10年依旧能够适应基本人们的光照需求,而高压钠灯照亮的光衰周期大,平均每年降低30%。LED灯具在控制系统过程中使用寿命长，光效高。所以最终选择LED路灯。
LED最适合的应该是用恒流驱动，只有在成本受限的情况下才能使用串电阻限流的办法，而且电阻限流亮度不稳定，能量效率较低。另外LED不适合并联驱动，会导致电流不均衡，提前烧灯珠。如果用恒压电源驱动LED的话，选用的电源电压至少要比LED标称电压高三分之一，然后按照额定的电流，让电阻把电源多余的电压吃掉，计算电阻的阻值和功耗，选取稍大的阻值和适当放大功耗，电阻的散热也要考虑。
如下图3-4所示，是LED温度和最大允许电流的关系，可以看出，当温度超过40摄氏度时，电流就需要降额使用了，当超过85摄氏度时，只要工作，就会发生损坏了。
基于校园路灯的特殊性，教学楼附近的照明设备若是噪音明显，会影响学生晚间学习的质量，因此采用模拟调光电源；而一般道路照明设备为节约能源，采用PWM调光电源。
触摸屏作为系统的可视化控制设备，一般用于参数设置，数据监视与调试控制。西门子拥有配套的触控面板——HIM精智面板，但由于博途内置的HIM编程系统过于简陋，需要额外配合WinCC使用，编程复杂，设计困难。虽然HIM面板功能强大，使用方便，但价格高昂，且不便于用户根据需求自由调整与拓展。因此，本课题选择国产的MCGS昆仑通态触控面板。
采用触摸屏幕，可以方便快捷地进行系统的操作，同时可以实时地反映目前的灯光装置的工作状况。在触摸屏的接口设计中，应考虑到各种设备的需求，增加各种功能。设定通信协定：在界面的“设备窗口”中，开启设备图标，接着系统会弹出设备组态谈话框,在相应的谈话框中寻找并选中PLC,西门子中的Siemens-1200以太网。完毕后需要对其属性做出相应的设定,方便PLC和HMI实现信号的传输。首先双击已经加入的Siemens-1200对通用串口设备属性开始编写。机架和槽号设定为1,通过修改接触屏的IP地址与接触屏ip地址在同一个网段中。结果如图3-5所示。
MCGS接口是以Windows为基础，用于快速建立PC端监控的组态控制系统的软件。用户可以简单地使用模块来进行系统的设置，即可构建自己需求的应用系统，如采集和监控现场数据、数据处理以及前端数据的控制等。触摸屏的简单设置如图3-6所示。
MCGS界面应设有登录界面，调试模式与自动运行模式，其中调试模式应包含相应测试流程，可以分别测试在各种状态下照明系统是否正常运行。其中，默认晚自习时间为本校晚自习时间，熄灯时间为宿舍断网时间，寒暑假分别为2月与7、8月，在调试过程中无需额外设置，各区域允许单独测试，也可以联动测试。
自动运行界面（如图3-8所示）可以设置实际照明系统时间规划，但其他项目不再能手动更改，只能接收相应传感器或者PLC的数据反馈，若有传感器故障，则界面中心出现滚动报警条高亮显示报警信息，以便维修人员快速进行kb体育平台 kb体育在线入口维护作业。
TIAPortalV15又称博途v15,由西门子集团研发了全融合智能化程序设计软件系统,融合了STEP7,WINCC,STARTDRIVE等工业应用软件。首个具有统一规范的工程组态和软件项目管理工作环境的工业自动化软件系统,基本上适合于各种工业生产智能化任务。它功能强大、性能强和兼容性高等特点，自身功能全面能够满足对触摸屏、可编程控制器PLC、进行编程调试和仿真操作，实时监控用户程序的执行状态。
PLC最早的程式设计语句是阶梯图，是程式控制器中最常用的图像程式设计的程式语言。梯形图能够直观进行的表达出控制的逻辑功能。
梯形图的正确合理的编写流程可以分为简单的五个步骤：新建工程项目、输入需要的指令、创建系统的逻辑网络、输入所用的地址和编译与保存梯形图。
为了更加方便直观的对PLC智能控制系统的程序逻辑进行合理有效的分析，制作了根据时间分配的校园照明控制程序的流程图。本程序根据校园需求照明时间进行判断，首先对校园是否处在寒暑假期间进行判别（即判断月份），再通过判断一天中各个时段来进行合理有效的照明控制。图4-1显示了照明控制程序的流程图：
根据一段时间考察对大学生的普遍活动规律、道路照明亮度需求进行了统计和测量，结果如下表4-1所示。
由上表可知，18：00~20：00有一半左右的学生在操场进行活动，1/3的学生在教学楼进行学习活动，21：00~23：00之间大部分的学生都回到了寝室，23：00之后学生基本都回到了寝室。根据学生这个活动规律，我们将一天的控制分为3段时间：第一段时间18：00~21：00，将所有的照明设备打开；第二段时间21：00~23：00，将操场的照明亮度降到一半即关闭1/2灯具；第三段时间23：00~次日，操场灯具全熄，其他地方只留满足最低照明亮度的灯具工作，其他设备进入节能模式。
本课题所研究的控制系统为了节约照明能源的效果达到最大，考虑了季节因素的光照时间影响:夏季夜晚时长短白天时长长，开灯时间晚关灯时长早；冬天灯开得早、关得晚。操场区和教学楼区的照明控制系统分别采用第一时段照明灯具全亮、第二时段照明灯具全灭、第三时段照明灯具全灭的照明控制方式。
寒假一般在2月份，暑假一般在7、8月份。在此假期中，我们选择控制系统的方案为：操场、教学楼和宿舍的灯都熄灭，手动零时开关照明设备可视实际情况而定。其它节假日时，使用该系统可手动调节。
每日照明设备开启时间由光照检测传感器收集信息，当光线强度低于阈值时自动开启。但晚自习时间，教室外学生并不多，若照明设备全功率启动，则使用率低下，浪费能源。
因此系统设定每日晚自习时间（第一时段时间），以及熄灯时间后（第三时段），全校照明设备进入节能运行状态，若声音检测传感器感受到有人经过时，则照明系统恢复至正常亮
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