基于PLC的多回路路燈控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

張艷玲 全強(qiáng)強(qiáng) / 山東協(xié)和學(xué)院機(jī)電工程學(xué)院

基于PLC的多回路路燈控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

張艷玲 全強(qiáng)強(qiáng) / 山東協(xié)和學(xué)院機(jī)電工程學(xué)院

本文針對(duì)路燈資源的浪費(fèi)情況研究，設(shè)計(jì)了基于西門子S7-1200 PLC的多回路路燈控制系統(tǒng)，系統(tǒng)應(yīng)用日照光照度監(jiān)測(cè)電路、用網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)，實(shí)現(xiàn)路燈自動(dòng)開啟和遠(yuǎn)程控制路燈，同時(shí)結(jié)合用電能耗監(jiān)測(cè)，診斷路燈功耗情況及路燈損壞狀況。本文介紹路燈控制方案的設(shè)計(jì)及軟件編程思路，實(shí)踐證明，該系統(tǒng)具有運(yùn)行穩(wěn)定可靠、可操作性強(qiáng)、維護(hù)成本費(fèi)用低廉等優(yōu)勢(shì)。

S7-1200PLC；路燈控制；多回路路燈

1.引言

目前，能源節(jié)約和環(huán)保問題倍受人們關(guān)注。飛速發(fā)展的經(jīng)濟(jì)對(duì)能源的要求相當(dāng)迫切，面臨能源問題也更為突出，控制路燈用電，制定科學(xué)合理的路燈控制方案，在節(jié)能管控方面顯得越來(lái)越重要。

路燈節(jié)能管控的要點(diǎn)： 路燈照明時(shí)刻要合理和可靠，使其自動(dòng)化，智能化，遠(yuǎn)程可操作化，可靠地保證路燈在合理的時(shí)刻亮燈。開關(guān)燈的時(shí)刻不僅要根據(jù)光照度，不同區(qū)域的合理時(shí)間段等，制定不同的路燈控制方案，還要根據(jù)具體不同區(qū)域、不同環(huán)境的需求，及時(shí)進(jìn)行方案的調(diào)整及優(yōu)化。

基于西門子S7-1200 PLC的多回路路燈控制系統(tǒng)由西門子S7-1200可編程控制器作為主控單元和上位機(jī)組態(tài)作為控制系統(tǒng)操作進(jìn)行相結(jié)合構(gòu)成。采用光照度傳感器對(duì)照度進(jìn)行檢測(cè)。當(dāng)照度低于一定值時(shí)，控制路燈開啟；當(dāng)照度高于一定值時(shí)，控制路燈關(guān)閉。組合時(shí)間段管控的合理化，根據(jù)不同區(qū)域的照度進(jìn)行合理的管控[1]。

2.路燈控制面臨的主要問題

2.1 目前校園路燈和市政路燈大部分采用控制方法以分散時(shí)控方式為主，即在路燈配電箱中安裝微電腦時(shí)控開關(guān)，可按預(yù)定的時(shí)間自行開/關(guān)燈；在校園中而有些路段燈開關(guān)通常是人工手動(dòng)控制方法?，F(xiàn)行的方法既不能及時(shí)調(diào)整開/關(guān)燈的時(shí)間，更無(wú)法及時(shí)反映照明設(shè)施的運(yùn)行情況，并且故障率高、維修困難。

2.2 路燈開關(guān)燈的地區(qū)不合理，有些地方到了晚上根本就不需要照明了，路燈還依然亮著，有些地方需要照明的，偏偏就不亮。

2.3 路燈開關(guān)時(shí)間控制隨意，過早就浪費(fèi)電能，過遲就影響行車行人。

2.4 路燈控制方式簡(jiǎn)單，浪費(fèi)資源，系統(tǒng)對(duì)電能的消耗過大：燈具燒壞頻繁，維護(hù)不方便。

3.路燈控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

3.1 光照度傳感器

為了讓路燈能在白天自動(dòng)關(guān)閉和晚上自動(dòng)開啟，需有一個(gè)光照度檢測(cè)裝置。S7-1200具有RS485通信模塊，采用帶有RS485接口的光照度傳感器，S7-1200通過485通信實(shí)時(shí)讀取當(dāng)前光照度，通過上位機(jī)可設(shè)置光照度參數(shù)值，可自動(dòng)調(diào)整路燈的開關(guān)燈時(shí)間。

光照度傳感器采用對(duì)弱光有較高靈敏度的硅蘭光伏探測(cè)器作為傳感器；具有測(cè)量范圍寬、線形度好、防水性能好、使用方便、便于安裝、傳輸距離遠(yuǎn)等特點(diǎn)，適用于各種場(chǎng)所,尤其適用于農(nóng)業(yè)大棚、城市照明等場(chǎng)所。

3.2 電能計(jì)量監(jiān)測(cè)

為了計(jì)量路燈用電情況，路燈控制配電柜入線側(cè)安裝電能表，電能表需帶RS485T通信接口，S7-1200通過485通信實(shí)時(shí)讀取實(shí)時(shí)用電能耗情況，通過上位機(jī)可實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)當(dāng)前路燈用電能耗，形成記錄，對(duì)比各種時(shí)間段的能耗。為節(jié)能數(shù)據(jù)提供依據(jù)。

為更好的通過用電計(jì)量實(shí)時(shí)觀察用電情況，可在配電柜各個(gè)輸出支路同時(shí)安裝帶RS485通信接口的電能表，每個(gè)支路路燈數(shù)量固定，通過能耗對(duì)比，可同時(shí)分析出路燈的開燈情況及路燈損壞情況。

3.3 控制要求

根據(jù)對(duì)學(xué)校的路燈和市政路燈的調(diào)查情況，可以將路燈分為多回路多路段：A1、A2、A3、A4、B1、B2、B3、B4、C1、C2、D1、D2、E1、E2、F、Z 段，多時(shí)間段：T1、T2、T3、T4、T5、T6、T7、T8段，多種控制策略：M1、M2、M3、M4、M5、M6等模式。

根據(jù)受控路段不同需求、根據(jù)各區(qū)域不同和季節(jié)的變化進(jìn)行更改，制定多種模式控制要求。

3.4 控制電路設(shè)計(jì)

控制方式分為現(xiàn)場(chǎng)手動(dòng)、遠(yuǎn)程手動(dòng)以及網(wǎng)絡(luò)自動(dòng)三種方式，可以隨意切換，操作靈活方便。

3.5 遠(yuǎn)程組態(tài)監(jiān)控

S7-1200可編程邏輯控制器主機(jī)自帶以太網(wǎng)接口，各個(gè)路燈控制點(diǎn)可通過光纖進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行組網(wǎng)，上位控制系統(tǒng)中，采用B/S架構(gòu)的上位機(jī)軟件，通過開發(fā)控制系統(tǒng)程序，編輯實(shí)時(shí)畫面。通過網(wǎng)絡(luò)組網(wǎng)，將用于現(xiàn)場(chǎng)控制的西門子S7-1200控制系統(tǒng)和監(jiān)控系統(tǒng)連接起來(lái)。其次，從變量定義和I/O 設(shè)備的管理入手，利用多樣化的繪圖工具、強(qiáng)大的腳本語(yǔ)言處理能力和豐富的命令語(yǔ)言函數(shù)開發(fā)主監(jiān)控界面，子監(jiān)控界面。通過美觀性極高、靈活性、可操作性的人機(jī)交互界面，讓操作人員選擇自動(dòng)或者手動(dòng)運(yùn)行。對(duì)于手動(dòng)狀態(tài)也減少了PLC 的輸入點(diǎn)，從而降低成本，又增加了可操作性[2]。該系統(tǒng)的監(jiān)控畫面如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)監(jiān)控畫面

4.結(jié)束語(yǔ)

基于西門子S7-1200 PLC的多回路路燈控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的原理新穎，硬件簡(jiǎn)單，有很好的節(jié)電效果。實(shí)驗(yàn)證明，該系統(tǒng)不僅有很好的節(jié)能效率，而且具有延長(zhǎng)燈泡壽命的功能。由于該系統(tǒng)采用了西門子S7-1200 PLC控制，具有可靠性高、抗干擾能力強(qiáng)；編程簡(jiǎn)單、使用方便；功能完善、通用性強(qiáng)；設(shè)計(jì)安裝簡(jiǎn)單、維護(hù)方便；體積小、質(zhì)量輕、能耗低等優(yōu)點(diǎn)。并具有高的性價(jià)比，通過編程改變控制方案，可適用于不同時(shí)差的地區(qū)[3]。還可以根據(jù)實(shí)際情況變更和擴(kuò)展，提高其靈活性和適應(yīng)性，有利于應(yīng)用和推廣，這也是路燈節(jié)能控制的發(fā)展趨勢(shì)[4]。

[1]杜軍,邱瑞學(xué).PL2101在路燈控制系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].國(guó)外電子元器件.2003.9 :33-34.

[2]譚浩強(qiáng).C程序設(shè)計(jì)[M].北京: 清華大學(xué)出版社,2007: 145-169.

[3]熊濤,丁辛芳,陳德英.一種新穎的照明控制電路[J].傳感器技術(shù),2015,18 (5): 50-53.

[4]嚴(yán)蔚敏,吳偉明.數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)(C)語(yǔ)言版)[M].北京: 清華大學(xué)出版社,2010: 256-287.

2016年國(guó)家級(jí)大學(xué)生創(chuàng)新訓(xùn)練項(xiàng)目《基于PLC在多回路路燈控制上的控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)》（201613324059）。