路灯节能照明PLC控制系统的设计

张勇忠 路琳

【摘要】目前，路灯照明的节能方法主要有两种，一种是“降耗节能方法”，另一种是“控制节能方法”。本文将运用“控制节能方法”，以某公司的路灯照明系统为研究对象，利用PLC的控制功能及工厂的电气技术，采用了“光控”“时控”“手控”多种组合方式，实现了对路灯的光感自动控制、分时分段控制、全灯半灯控制、应急手动控制和故障自动反馈等功能。从而保证了该系统的高智能化、高可靠性和节能环保等方面的要求。

【关键词】路灯；PLC；智能控制；节能环保

1绪论

随着时代的发展，能源紧缺的问题也日益突显出来。节能环保意识不断深入人心，逐渐成为社会的共识。在路灯照明领域也不断有新节能方法和节能技术应运而生，其中代表性的有两种，分别是降耗节能法和控制节能法。

降耗节能法，是其它可再生能源（如太阳能，风能）转化为电能，并储存起来，供夜间路灯照明使用；或者是将路灯的照明灯具改造成为节能效果更好的新型发光二极管灯具，降低照明功率，起到节能环保的作用。降耗节能法虽然节能效果非常好，运行维护便利，代表着未来路灯节能发展的方向。但系统初期费用投入和系统运行期间的维修成本很高，其技术含量先进，控制系统相对复杂，对工作人员的业务素质要求也严格，制约着在现阶段的推广和使用。

控制节能法是指综合的运用光控时控，全灯半灯，分区分段，联合集控等多种控制方式，在保证路灯照明质量的前提下，使路灯的照明的时间更趋于合理，照明形式更灵活多变，从而达到节约能源的目地。控制节能法还具有改造成本低，节能效果佳，维修使用方便等优点。比较适合学校，工厂，机关等中小区域路灯控制系统的节能使用。

本文以某汽车公司的路灯照明系统为研究对像，构建一个以PLC（可编程控制器）为核心，以控制节能法为理念的智能路灯控制系统。

2 控制要求

2.1智能化要求

控制系统要能根据光线强度和时间条件的变化作出综合分析，合理的控制灯的开关时间，使路灯照明符合各街区的实际照明要求。

2.2节能环保要求

根据各街区的人员通过量的大小和附近车间的工作时间的不同，对各街区实施不同等级的照明亮度和照明时长的控制

2.3安全可靠要求

系统应具有故障诊断的功能和冗余备用控制功能，能够进行故障的自动诊断与显示、故障街区辨别及故障时的应急照明。

3 控制方案设计

3.1 照明区域分析

厂区的路灯照明分为四个照明街区，通过对各照明街区周围的车辆行人的通行状况调查分析得知，街区1和街区4由厂区的几条主干道和周边的生产车间组成，有夜班作业，夜间的车辆行人很多，需要提供充足的路灯照明；街区2和街区3周边分布的是辅助车间、办工综合楼、食堂等后勤部门，19：00以后车辆行人较少，特别是街区3，在23：00以后，基本上没有车辆行人通过，比较适合采用“半灯照明”及“定时关闭”的路灯照明方式。

3.2 路灯控制系统的工作模式确定

根据照明状况，确定采用光控自动模式、时控自动模式和手控故障模式三种工作模式。

1.光控自动模式

通过亮度传感器，感应外界光照变化从而控制灯的开关。当外界光照强度低于系统规定值，并持续10分钟以上，路灯自动开启照明。19：00点以后，街区2和街區3切换到半灯照明模式即线路上的路灯间隔点亮。23：00点以后，街区3关闭路灯照明。

当光控自动模式下一个或多个线路上的路灯未能正常点亮时，在19：00时自动转入时控模式，并且对应的故障线路的指示灯闪烁，蜂鸣器报警。

2.时控自动模式

由时间控制器按照时间设定值向PLC发送开关灯请求，PLC控制各街区的路灯按规定时间点亮和关闭。

3.手控故障模式

手动模式下将切断PLC对路灯控制，通过控制按钮分别对各街区的路灯实行全亮和关闭操作。主要用于系统故障时的应急照明控制和维修路灯时的试验控制。

4 系统硬件配置

4.1 PLC的选型

根据控制要求及公司PLC应用状况，选择西门子S7-300系列，CPU为313C。

4.2亮度感应装置

选用4个“特洛耐”亮度传感器模块，分别采集四条街区上的亮度信号，并在亮度传感器输出侧加装“特洛耐” 大功率5V继电器模块，用来将亮度传感器的输出电压放大后，输出给PLC。

4.3 定时装置

采用两个ZYT16-3a时间控制器，每个时间控制器各有三路输出，当到达时间控制器的设定时间时，向PLC发送输入信号。

5 硬件电路设计

5.1主照明电路的设计

主照明电路设计成 “全灯照明”和“半灯间隔照明”能够互相转换的照明方式。主照明电路设计图如下：

5.2 PLC的外部接线设计

6 程序设计

6.1 各运行模式流程图如下：

7 系统调试

7.1 参数调试

1.亮度传感器阀值调整

当外界光线亮度符合路灯开启亮度时，在通电状态下缓慢调整亮度传感器上的电位器，调致指示灯由灯亮转成灯灭状态，完成阀值调整。

2.时间控制器的设定

按照设计方案的要求进行定时器定时时间的设置。

7.2功能调试

根据设计要求分别进行光控模式、时控模式及手控故障模式的功能调试。

8 总结

安装后的智能系统工作可靠、节能环保，可以灵活的运用多种照明模式，大幅度的减少了工作人员的工作量，达到了最初的设计要求。

参考文献：

[1]陈在平，赵相宾《可编程序控制器技术与应用系统设计》，机械工业出版社 2005.1

[2]王仲生《智能检测与控制技术》，西北工业大学出版社 2011.7

[3]胡建《西门子S7-300 PLC应用教程》，机械工业出版社 2007.2