路燈節(jié)能照明PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

張勇忠 路琳

【摘要】目前，路燈照明的節(jié)能方法主要有兩種，一種是“降耗節(jié)能方法”，另一種是“控制節(jié)能方法”。本文將運(yùn)用“控制節(jié)能方法”，以某公司的路燈照明系統(tǒng)為研究對象，利用PLC的控制功能及工廠的電氣技術(shù)，采用了“光控”“時控”“手控”多種組合方式，實(shí)現(xiàn)了對路燈的光感自動控制、分時分段控制、全燈半燈控制、應(yīng)急手動控制和故障自動反饋等功能。從而保證了該系統(tǒng)的高智能化、高可靠性和節(jié)能環(huán)保等方面的要求。

【關(guān)鍵詞】路燈；PLC；智能控制；節(jié)能環(huán)保

1緒論

隨著時代的發(fā)展，能源緊缺的問題也日益突顯出來。節(jié)能環(huán)保意識不斷深入人心，逐漸成為社會的共識。在路燈照明領(lǐng)域也不斷有新節(jié)能方法和節(jié)能技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生，其中代表性的有兩種，分別是降耗節(jié)能法和控制節(jié)能法。

降耗節(jié)能法，是其它可再生能源（如太陽能，風(fēng)能）轉(zhuǎn)化為電能，并儲存起來，供夜間路燈照明使用；或者是將路燈的照明燈具改造成為節(jié)能效果更好的新型發(fā)光二極管燈具，降低照明功率，起到節(jié)能環(huán)保的作用。降耗節(jié)能法雖然節(jié)能效果非常好，運(yùn)行維護(hù)便利，代表著未來路燈節(jié)能發(fā)展的方向。但系統(tǒng)初期費(fèi)用投入和系統(tǒng)運(yùn)行期間的維修成本很高，其技術(shù)含量先進(jìn)，控制系統(tǒng)相對復(fù)雜，對工作人員的業(yè)務(wù)素質(zhì)要求也嚴(yán)格，制約著在現(xiàn)階段的推廣和使用。

控制節(jié)能法是指綜合的運(yùn)用光控時控，全燈半燈，分區(qū)分段，聯(lián)合集控等多種控制方式，在保證路燈照明質(zhì)量的前提下，使路燈的照明的時間更趨于合理，照明形式更靈活多變，從而達(dá)到節(jié)約能源的目地?？刂乒?jié)能法還具有改造成本低，節(jié)能效果佳，維修使用方便等優(yōu)點(diǎn)。比較適合學(xué)校，工廠，機(jī)關(guān)等中小區(qū)域路燈控制系統(tǒng)的節(jié)能使用。

本文以某汽車公司的路燈照明系統(tǒng)為研究對像，構(gòu)建一個以PLC（可編程控制器）為核心，以控制節(jié)能法為理念的智能路燈控制系統(tǒng)。

2 控制要求

2.1智能化要求

控制系統(tǒng)要能根據(jù)光線強(qiáng)度和時間條件的變化作出綜合分析，合理的控制燈的開關(guān)時間，使路燈照明符合各街區(qū)的實(shí)際照明要求。

2.2節(jié)能環(huán)保要求

根據(jù)各街區(qū)的人員通過量的大小和附近車間的工作時間的不同，對各街區(qū)實(shí)施不同等級的照明亮度和照明時長的控制

2.3安全可靠要求

系統(tǒng)應(yīng)具有故障診斷的功能和冗余備用控制功能，能夠進(jìn)行故障的自動診斷與顯示、故障街區(qū)辨別及故障時的應(yīng)急照明。

3 控制方案設(shè)計(jì)

3.1 照明區(qū)域分析

廠區(qū)的路燈照明分為四個照明街區(qū)，通過對各照明街區(qū)周圍的車輛行人的通行狀況調(diào)查分析得知，街區(qū)1和街區(qū)4由廠區(qū)的幾條主干道和周邊的生產(chǎn)車間組成，有夜班作業(yè)，夜間的車輛行人很多，需要提供充足的路燈照明；街區(qū)2和街區(qū)3周邊分布的是輔助車間、辦工綜合樓、食堂等后勤部門，19：00以后車輛行人較少，特別是街區(qū)3，在23：00以后，基本上沒有車輛行人通過，比較適合采用“半燈照明”及“定時關(guān)閉”的路燈照明方式。

3.2 路燈控制系統(tǒng)的工作模式確定

根據(jù)照明狀況，確定采用光控自動模式、時控自動模式和手控故障模式三種工作模式。

1.光控自動模式

通過亮度傳感器，感應(yīng)外界光照變化從而控制燈的開關(guān)。當(dāng)外界光照強(qiáng)度低于系統(tǒng)規(guī)定值，并持續(xù)10分鐘以上，路燈自動開啟照明。19：00點(diǎn)以后，街區(qū)2和街區(qū)3切換到半燈照明模式即線路上的路燈間隔點(diǎn)亮。23：00點(diǎn)以后，街區(qū)3關(guān)閉路燈照明。

當(dāng)光控自動模式下一個或多個線路上的路燈未能正常點(diǎn)亮?xí)r，在19：00時自動轉(zhuǎn)入時控模式，并且對應(yīng)的故障線路的指示燈閃爍，蜂鳴器報(bào)警。

2.時控自動模式

由時間控制器按照時間設(shè)定值向PLC發(fā)送開關(guān)燈請求，PLC控制各街區(qū)的路燈按規(guī)定時間點(diǎn)亮和關(guān)閉。

3.手控故障模式

手動模式下將切斷PLC對路燈控制，通過控制按鈕分別對各街區(qū)的路燈實(shí)行全亮和關(guān)閉操作。主要用于系統(tǒng)故障時的應(yīng)急照明控制和維修路燈時的試驗(yàn)控制。

4 系統(tǒng)硬件配置

4.1 PLC的選型

根據(jù)控制要求及公司PLC應(yīng)用狀況，選擇西門子S7-300系列，CPU為313C。

4.2亮度感應(yīng)裝置

選用4個“特洛耐”亮度傳感器模塊，分別采集四條街區(qū)上的亮度信號，并在亮度傳感器輸出側(cè)加裝“特洛耐” 大功率5V繼電器模塊，用來將亮度傳感器的輸出電壓放大后，輸出給PLC。

4.3 定時裝置

采用兩個ZYT16-3a時間控制器，每個時間控制器各有三路輸出，當(dāng)?shù)竭_(dá)時間控制器的設(shè)定時間時，向PLC發(fā)送輸入信號。

5 硬件電路設(shè)計(jì)

5.1主照明電路的設(shè)計(jì)

主照明電路設(shè)計(jì)成 “全燈照明”和“半燈間隔照明”能夠互相轉(zhuǎn)換的照明方式。主照明電路設(shè)計(jì)圖如下：

5.2 PLC的外部接線設(shè)計(jì)

6 程序設(shè)計(jì)

6.1 各運(yùn)行模式流程圖如下：

7 系統(tǒng)調(diào)試

7.1 參數(shù)調(diào)試

1.亮度傳感器閥值調(diào)整

當(dāng)外界光線亮度符合路燈開啟亮度時，在通電狀態(tài)下緩慢調(diào)整亮度傳感器上的電位器，調(diào)致指示燈由燈亮轉(zhuǎn)成燈滅狀態(tài)，完成閥值調(diào)整。

2.時間控制器的設(shè)定

按照設(shè)計(jì)方案的要求進(jìn)行定時器定時時間的設(shè)置。

7.2功能調(diào)試

根據(jù)設(shè)計(jì)要求分別進(jìn)行光控模式、時控模式及手控故障模式的功能調(diào)試。

8 總結(jié)

安裝后的智能系統(tǒng)工作可靠、節(jié)能環(huán)保，可以靈活的運(yùn)用多種照明模式，大幅度的減少了工作人員的工作量，達(dá)到了最初的設(shè)計(jì)要求。

參考文獻(xiàn)：

[1]陳在平，趙相賓《可編程序控制器技術(shù)與應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)》，機(jī)械工業(yè)出版社 2005.1

[2]王仲生《智能檢測與控制技術(shù)》，西北工業(yè)大學(xué)出版社 2011.7

[3]胡建《西門子S7-300 PLC應(yīng)用教程》，機(jī)械工業(yè)出版社 2007.2