智能照明模擬實訓系統的設計

李銳

:智能照明系統是最先進的一種照明控制方式,它采用數字模塊化的系統結構,通過控制線將系統中的各種控制功能模塊及部件連接成一個照明控制網絡,在照明控制實現手段上更專業、更靈活,可實現對各種照明燈的調光控制或開關控制,是實現舒適照明的有效手段,也是節能的有效措施。

首先本文將簡述智能照明系統的應用背景,提出新型照明系統的發展趨勢;介紹智能照明模擬系統設備的配置要求,分析其工作原理以及調試方法,提出新式的照明控制實訓系統模型。

關鍵詞:智能感光可編程控制器數模轉換

中圖分類號:TP314 文獻標識碼:A 文章編號:1674-098X(2012)07(c)-0038-02

1 智能照明監控系統背景

隨著可編程控制技術和傳感技術的發展,智能控制技術已經不再是工業控制的專利,廣泛的應用到了人們的日常生活中。隨著國家電能節約計劃的實施,很多城市的景觀燈,展覽館的照明系統等區域的光亮設施的節能設計也日益受到重視。如位于廣州市東南部琶洲島地區的國際博覽區內的廣州國際會展中心,中心配置了現場面板、觸摸屏、感光探頭、及天文時鐘等設備實現各類控制需要。大功率開關回路采用交流接觸器的開關控制方式,調光的部分采用調光類模塊,組成一個完善的整體照明網絡。現代的照明監控系統應該是具備有控制,通訊,閉環控制的特性,這就需要依賴計算機集成系統或是控制器來實現智能化。為了使模擬實訓設備與時俱進,在學院的委托下,經過查證資料,與其他院校及設備公司進行技術交流和學習,提出以下的一套可行的PLC智能照明監控設備的模擬系統。

2 系統應用原理分析

本系統主要著重于傳感器調光,探測器調光和24小時時間調光設計的PLC控制,是設備具備相當的實際控制功能和實訓調試要求。照明監控系統對于門廳大堂、公共區域等地方的照明系統的監控,對實現其智能化管理具有十分重要的作用。

2.1 傳感器調光的必要性分析

如酒店或展覽館的大堂是客人進入大廈的第一印象,燈光的不止不僅僅是為了照明的需要,更應該考慮照明的氣氛與周圍環境的協調。應充分利用自然光,實現日光的補償。當天氣陰沉或夜幕降臨時,大廳的主照明應漸漸調亮。當室外陽光明媚時,系統將自動調暗燈光。無論客人什么時候進入大廈都能感覺到燈光效果帶來的舒適環境,燈光在外界光亮不斷改變的情況下都能達到一定的亮度。本系統采取光照度傳感器來獲取外界的光亮度變化,將其轉換成電流模擬信號,再通過AD模塊將其轉換為相應的數字信號,輸入至PLC中進行判別,計算,控制可控硅控制模塊,實現燈泡光亮度的閉環自動控制。同時,為了提高設備的功能多樣性,還設置了手動調光控制的功能,可由手動調光電位器來對燈泡進行亮度的手動調節。

2.2 探測器調光的必要性分析

在大型的建筑設備中,如封閉式地下停車場,或者個別走廊通道及廁所等設施,在深夜時,可起用探測器感應模式,起到節能,又為使用者提供安全舒適的燈光照明。如走廊通道在某個時間段后,可以處于不照明節能狀態,紅外線動靜探測器可裝在通道墻壁上方,可截獲通過探測范圍下方,或橫穿探測范圍的人員,實現相應的照明聯動,打開照明設施提供照明服務。實現區域內照明系統的智能化管理。

2.3 時間表調光控制的必要性分析

汽車庫若采用智能照明控制系統,即能保證給用戶提供最合適的照度,同時實現合理的節能。智能照明控制系統根據不同的時序設置不同的狀態。一般大開間辦公室開進窗戶一側采光較充分,背光一側需要燈光補償,如整間辦公室燈光全部開啟則會造成很大的能源浪費。采用智能照明控制系統后,可使照明系統工作在全自動狀態。通過配置“智能時鐘管理器”可預先設置若干基本工作狀態,根據預設定的時間自動的在各種狀態之間轉換,自動將照度調整到最合適的水平。時間段的不同光照度要求,可以通過PLC與時控模塊實現控制與定時,同時,可與傳感器調光控制聯動,實現高效、節能、舒適照明的目的。

3 設備組成設計

3.1 設備設計原理圖（圖1）

3.2 所需設備的技術參數

(1)動靜探測器:輸入電源:9-16VDC;靜態電流:≤35uA,報警電流:≤15mA,探測范圍:35×40英尺(10.5×12m)探測范圍可偏轉:垂直方向+2--10°,水平方向±10°。

(2)光照度傳感器:20～4mA輸出;硅光電池;精度:±2%,量程:0-2000Lux;

(3)移相控制器:220VAC(380V)±10％50HZ,要求與負載電源同相位。

(4)可控硅控制模塊:工作電壓:220V;額定正向平均電流:6A。

(5)三菱PLC主機型號FX2N-24MR:工作負載:2A/1點8A/4點公用響應時間:10ms。

(6)三菱模擬量輸入輸出模塊型號:X0N-3A;分辨率:64ｕAMIN(4～20mA/250)。

3.3 探測器及傳感器的功能端子分析

(1)動靜探測器

探測器一般需要預熱通電加溫1～2分鐘。系統本部分可以直接用人體位置模擬被測量,正常和通電狀態下的動靜探測器NC為常閉狀態,觸發狀態或斷電狀態或被拆狀態,都將使NC斷開,進入報警狀態。NC觸點可作為PLC控制中的輸入觸點,實現控制聯動。

(2)光照度傳感器

光照度傳感器采用先進的電路模塊技術變送器,用于實現對環境光照度的測量,限流輸出標準電流信號。

通電后,光照度傳感器工作,進入監控狀態。若此時光照度為0,測傳感器會輸出20mA的穩定DC 電流。當光照度為最大時,傳感器輸出電流相應減小至4mA。因為光照度傳感器只對太陽光光譜中的部分可見光敏感,因此可利用手電筒發出的可見光的頻率跟這部分可見光的頻率相一致的特點來進行調試。

4 PLC集成控制的實現

為實現論文所舉證的智能照明監控系統所需的三種應用模式。

系統提出一種采用PLC可編程控制器及擴展模塊來實現對光亮調節,區分不同區域,不同時段的自動控制,具有光照度反饋,可以形成閉環控制。為提高控制功能調試過程的易見性。系統采用移相控制器來控制照明燈具電壓,作為PLC控制的執行元件。PLC采用數模轉換模塊來讀入光照度傳感器數據,輸出經計算的數字量。在實訓中充分鍛煉了PLC的編程技巧,數模轉換模塊的校準調試,還能對各種探測器,傳感器,可編程控制器等系統組成設備進行綜合布線,熟悉各種設備安裝擴展。

4.1 移相控制器的自動控制時的端子聯接

移相模塊調試接線圖如圖2,移相控制器選擇自動模式時,R1,R2必須短接。

4.2 系統端子接線（圖3）

4.3 模擬實訓最小系統控制I/O表（表1）

4.4 模擬調試流程

(1)將“啟動/停止”開關置于啟動檔,啟動指示燈點亮,停止指示燈熄滅。移相控制器運行指示燈閃亮三次后變成綠色常亮,輸入信號燈(小燈)點亮。白熾燈閃亮一下后熄滅,然后慢慢變亮,15S后達到最大亮度。亮度警報指示燈在白熾燈達到一定亮度后點亮。

(2)本系統中每按動“時間前進”或“時間后退”按鈕一次,PLC主機上的小型顯示屏顯示時間的時位將“加1”或“減1”進行時間設置:

(3)在6～18時,白天指示燈點亮,隨著環境光亮度的變化,白熾燈亮度會隨之自動調節亮度。

(4)在18～24時,晚上指示燈點亮,白熾燈亮度不會隨之發生變化,始終點亮在一個比較高的亮度。

(5)在0～6時,深夜指示燈點亮,白熾燈亮度不會隨之發生變化,始終點亮在一個比較低的亮度。

(6)將“手動/自動”開關撥到“手動”檔,旋動手動調光電位器,白熾燈亮度隨之改變。

(7)按下“停止”,白熾燈延時后熄滅。

(8)公共區域指示燈點亮,進入公共區域照明監控模擬模式。處于探測器探測范圍外,白熾燈節能熄滅。人走動進入探測區域,動靜探測器動作接通,指示燈亮,白熾燈同時點亮。

5結語

論文中所闡述的光照閉環控制照明模擬系統,能夠任意的添加主動紅外線探測,門磁等傳感器,或是通過編程可以任意的改變照明設備的最高亮度和最低亮度,時間段設置以及不同區域的聯動要求,更可以與消防系統,綜合防盜系統和門禁系統等實現聯動,能滿足一般的技術擴展需求,基本實現照明監控系統的一般技術要求和大中專院校樓宇智能照明實訓需求。

參考文獻

[1] 沈曄.樓宇自動化技術與工程.

[2] 史國生.電氣控制與可編程控制器技術.