基于PLC的大学校园灯光智能控制

2021-05-13徐贤亮

灯与照明 2021年1期

顾丹，徐贤亮

（1.四川城市职业学院，成都610101；2.成都迈科特控制系统有限公司，成都610041）

随着高校规模的不断扩大，校园占地面积也急剧增加，教学场所的照明、校园景观打造、灯的使用也越来越多。校园灯光绝大部分仍然人工控制，造成了控制的不便与能源的浪费。采用智能控制，一方面可以节约能源，另一方面，可以高效进行灯光配置，节约人工管理成本。

1 系统总体设计

以西门子S7－1200系列PLC作为控制核心器件，搭配组态监控系统，在实现节能的同时，以最小人力管理成本完成灯光的智能控制，同时辅助校园安全管理，可通过无线网关模块把数据上传至云平台，通过相应授权以手机APP监控和操作。针对教学楼教室照明、教学楼楼道及公共区域照明、校园道路照明及景观灯的综合智能控制进行研究设计，系统结构框图如图1所示。

图1 系统结构框图

在设计过程中，每栋楼宇设置一个控制中心，采用西门子S7－1200 PLC对教室、廊道以及临近区域道路及景观灯进行控制。校园内每栋楼宇采用1台西门子S7－1200 PLC作为控制单元，以组态TP1200精致面板触摸屏进行每栋楼宇教室、廊道照明及附近区域道路景观照明的监控。硬件设备组态如图2所示。

图2 PLC硬件设备组态

2 教学楼教室照明

教室照明首先根据教室编号统筹考虑所有教室，每间教室主要考虑学生区域和讲台区域，利用PLC进行各区域灯光的控制。学生区域根据教室空间大小进行区域划分，根据照明区域及人体检测传感器的有效检测距离，以30 m2为单位按每间教室分区域控制灯光。讲台区域主要考虑投影仪投影效果和白板书写反光等问题，当教室有人上课，投影仪有使用时，讲台区域灯光自动熄灭，当教室有人上课，投影仪未使用时，讲台灯光打开，从而实现灯光的智能开关设计，节能的同时有效保证学生区域照明和讲台区域投影仪使用和白板使用时灯光的有效配置。以90 m2教室为例进行照明设计，在实际使用中可以按教室编号进行。

2.1 I／O地址分配

I／O地址分配如表1所示。

表1 I／O地址分配

2.2 单个控制区域程序示例

单个控制区域程序示例如图3所示。

图3 单个控制区域程序

3 教学楼廊道及楼内公共区域灯光设计

教学楼廊道灯光设计应充分考虑辅助照明和节能。首先根据实际情况对教学楼廊道进行区域划分，如某教学楼有5层，每层按楼道是否转弯和跨度大小分为A、B、C、D、E共5个区域，在每个区域安装人体检测传感器。由于教学楼廊道为辅助照明，在正常天气情况下晚间才实施开灯控制。以一层廊道控制为例，时间为夜间，且对应区域有人，才打开区域廊道照明。

3.1 I／O地址分配

教学楼廊道及公共区域灯光I／O地址分配如表2所示。

表2 I／O地址分配

3.2 程序设计

以西南区域为例，按常规分为冬季控制模式和夏季控制模式，11月到次年4月为冬季模式，5月到10月为夏季模式。冬季模式下当日18：00到次日8：30为夜间照明时段，夏季模式下当日19：00到次日06：30为夜间照明时段。天气异常时中控室可直接控制廊道灯光。以一楼廊道A区为例，程序如图4所示。

图4 教学楼廊道灯光程序

4 校园道路及景观灯控制设计

校园道路灯光主要用于行人和车辆的辅助照明。为更好实现节能，一方面，合理选用路灯的照明材料，另一方面，可根据实际校园规划情况将道路划分为常用道路和非常用道路，常用道路采取时间控制，根据当地夏季和冬季情况，通过读取PLC的内部时间，实现路灯的定时开关；而对于非常用道路，以PLC实现时间控制的同时，辅助声控开关进行节能控制。以西南区域常用路灯为例，在夏季按当日19：30—次日06：00实现照明，冬季在当日18：00—次日08：30实现照明。非常用路灯在此时间段，声控开关实时点亮。

校园夜景照明用来塑造校园的夜间艺术风采，在满足艺术风采的同时，景观灯光也造成了能源浪费。因此，在不影响艺术效果的同时，分时段进行夜间艺术灯光的控制可以起到较好的节能效果。日常景观灯使用PLC实现定时夜间开关。考虑到景观灯光的耗电较多，区别于路灯，景观灯夏季在当日19：30—凌晨00：00开启，冬季在当日18：00—凌晨00：00开启，而对于后半夜，由于几乎无观赏意义，将不进行景观灯的开启。

5 灯光智能监控辅助系统设计

用PLC进行校园灯光控制的最大优势是利于匹配对应的监控系统，监控中心采用西门子触摸屏显示，通过组态软件进行监控界面的设计。

5.1 控制功能

针对控制的各个区域及各个子单元，在触摸屏上设计控制按钮进行灯光的辅助控制，一旦由于人体检测或时间原因出现灯光开启和关闭异常，监控人员可以通过点击触摸屏上的对应控制按键实现该单元灯光的一键启动或关闭。同时，监控人员可以在触摸屏上根据当地的实际天气状况进行夜间路灯、景观灯开启时间的灵活设置与调整，保障区域使用的灵活性。

5.1.1 控制原理

为实现触摸屏对照明的辅助控制，可利用按键实现对M点的控制，通过对M信号的置位和复位进行对应灯光的启动和停止。以某具体教室区域灯光控制为例，在原有人体传感器信号为对应灯光启动信号的同时加上2个M点作为启动和停止信号。添加辅助控制之后的照明控制程序如图5所示。

图5 照明辅助系统控制程序

5.1.2 楼栋控制界面设计

分楼层进行监控画面设计，对应每间教室进行各区域灯光的亮灭直观显示，同时利用PLC的变量通过程序实现对应教室区域的灯光控制。具体界面如图6所示。

图6 楼栋监控画面设计

5.2 监视及报警功能

触摸屏上除控制各个区域的灯光，还可以对应显示各区域灯光当前的开关状态。若该区域灯光打开，触摸屏上表示该区域灯光开启的指示灯点亮，如果未开启，则指示灯熄灭。

对于大学校园来讲，日常的学习时间一般不会超过夜间12：00，超过12：00，若教学楼的任一教室或楼道灯光还处于点亮状态，将视为异常状态。此时监控系统将启动报警信号，一方面，在中控室监控屏幕上弹出画面，准确提示当前异常教室，触发声音提示现场值班人员，实现声光同时报警；另一方面，也可以直接发送信息给值班人员，保障现场无人值守的情况下能实现报警信息的传递。这样，值班人员可以根据报警信号前往对应教学区域进行排查，既可及时关闭异常灯光，也可保障校园安全。

中控室异常报警画面如图7所示。