張艷玲 全強強 / 山東協(xié)和學院機電工程學院

基于PLC的多回路路燈控制系統(tǒng)的設計

張艷玲 全強強 / 山東協(xié)和學院機電工程學院

本文針對路燈資源的浪費情況研究，設計了基于西門子S7-1200 PLC的多回路路燈控制系統(tǒng)，系統(tǒng)應用日照光照度監(jiān)測電路、用網絡通信技術，實現(xiàn)路燈自動開啟和遠程控制路燈，同時結合用電能耗監(jiān)測，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計及軟件編程思路，實踐證明，該系統(tǒng)具有運行穩(wěn)定可靠、可操作性強、維護成本費用低廉等優(yōu)勢。

S7-1200PLC；路燈控制；多回路路燈

1.引言

目前，能源節(jié)約和環(huán)保問題倍受人們關注。飛速發(fā)展的經濟對能源的要求相當迫切，面臨能源問題也更為突出，控制路燈用電，制定科學合理的路燈控制方案，在節(jié)能管控方面顯得越來越重要。

路燈節(jié)能管控的要點： 路燈照明時刻要合理和可靠，使其自動化，智能化，遠程可操作化，可靠地保證路燈在合理的時刻亮燈。開關燈的時刻不僅要根據光照度，不同區(qū)域的合理時間段等，制定不同的路燈控制方案，還要根據具體不同區(qū)域、不同環(huán)境的需求，及時進行方案的調整及優(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組態(tài)作為控制系統(tǒng)操作進行相結合構成。采用光照度傳感器對照度進行檢測。當照度低于一定值時，控制路燈開啟；當照度高于一定值時，控制路燈關閉。組合時間段管控的合理化，根據不同區(qū)域的照度進行合理的管控[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控方式為主，即在路燈配電箱中安裝微電腦時控開關，可按預定的時間自行開/關燈；在校園中而有些路段燈開關通常是人工手動控制方法?，F(xiàn)行的方法既不能及時調整開/關燈的時間，更無法及時反映照明設施的運行情況，并且故障率高、維修困難。

2.2 路燈開關燈的地區(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 路燈開關時間控制隨意，過早就浪費電能，過遲就影響行車行人。

2.4 路燈控制方式簡單，浪費資源，系統(tǒng)對電能的消耗過大：燈具燒壞頻繁，維護不方便。

3.路燈控制系統(tǒng)設計

3.1 光照度傳感器

為了讓路燈能在白天自動關閉和晚上自動開啟，需有一個光照度檢測裝置。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通信實時讀取當前光照度，通過上位機可設置光照度參數(shù)值，可自動調整路燈的開關燈時間。

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

3.2 電能計量監(jiān)測

為了計量路燈用電情況，路燈控制配電柜入線側安裝電能表，電能表需帶RS485T通信接口，S7-1200通過485通信實時讀取實時用電能耗情況，通過上位機可實時監(jiān)測當前路燈用電能耗，形成記錄，對比各種時間段的能耗。為節(jié)能數(shù)據提供依據。

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

3.3 控制要求

根據對學校的路燈和市政路燈的調查情況，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。

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

3.4 控制電路設計

控制方式分為現(xiàn)場手動、遠程手動以及網絡自動三種方式，可以隨意切換，操作靈活方便。

3.5 遠程組態(tài)監(jiān)控

S7-1200可編程邏輯控制器主機自帶以太網接口，各個路燈控制點可通過光纖進行網絡進行組網，上位控制系統(tǒng)中，采用B/S架構的上位機軟件，通過開發(fā)控制系統(tǒng)程序，編輯實時畫面。通過網絡組網，將用于現(xiàn)場控制的西門子S7-1200控制系統(tǒng)和監(jiān)控系統(tǒng)連接起來。其次，從變量定義和I/O 設備的管理入手，利用多樣化的繪圖工具、強大的腳本語言處理能力和豐富的命令語言函數(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、可操作性的人機交互界面，讓操作人員選擇自動或者手動運行。對于手動狀態(tài)也減少了PLC 的輸入點，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.結束語

基于西門子S7-1200 PLC的多回路路燈控制系統(tǒng)設計的原理新穎，硬件簡單，有很好的節(jié)電效果。實驗證明，該系統(tǒng)不僅有很好的節(jié)能效率，而且具有延長燈泡壽命的功能。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；編程簡單、使用方便；功能完善、通用性強；設計安裝簡單、維護方便；體積小、質量輕、能耗低等優(yōu)點。并具有高的性價比，通過編程改變控制方案，可適用于不同時差的地區(qū)[3]。還可以根據實際情況變更和擴展，提高其靈活性和適應性，有利于應用和推廣，這也是路燈節(jié)能控制的發(fā)展趨勢[4]。

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

[2]譚浩強.C程序設計[M].北京: 清華大學出版社,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,2015,18 (5): 50-53.

[4]嚴蔚敏,吳偉明.數(shù)據結構(C)語言版)[M].北京: 清華大學出版社,2010: 256-287.

2016年國家級大學生創(chuàng)新訓練項目《基于PLC在多回路路燈控制上的控制系統(tǒng)的設計》（201613324059）。