PLC在教學(xué)樓照明控制系統(tǒng)中的應(yīng)用

【摘要】高等院校在教學(xué)過(guò)程中要消耗相當(dāng)多的電能，本文從學(xué)校節(jié)約電能的角度，介紹了PLC在教學(xué)樓教室照明控制系統(tǒng)中的應(yīng)用。著重介紹了按課表對(duì)教室進(jìn)行合理供電的方法和課表的數(shù)字化處理及照明控制程序的設(shè)計(jì)。

【關(guān)鍵詞】PLC 照明控制 課表數(shù)字化

高等院校在教學(xué)過(guò)程中要消耗相當(dāng)多的電能，例如；教室照明、實(shí)驗(yàn)、實(shí)習(xí)、科研等均需電能的支持。據(jù)某學(xué)院統(tǒng)計(jì)，僅教學(xué)中所耗電能約占到該校電量的50%，年付電費(fèi)達(dá)100多萬(wàn)元。然而調(diào)查發(fā)現(xiàn)，在教學(xué)過(guò)程中電能浪費(fèi)的現(xiàn)象卻比較嚴(yán)重。教室長(zhǎng)明燈、教室內(nèi)燈多人少、白天光線強(qiáng)也不關(guān)燈等現(xiàn)象隨處可現(xiàn)。這無(wú)疑浪費(fèi)了電能，增大了教學(xué)成本，增加了學(xué)院的支去。針對(duì)教室用電浪費(fèi)嚴(yán)重的現(xiàn)象，提出對(duì)教學(xué)樓照明系統(tǒng)進(jìn)行技術(shù)改造，將教室的照明用電實(shí)行智能化管理，使教室的照明用電合理有效使用。

1.教室照明控制策略

為了確保教室上課期間教學(xué)用電，合理安排教室非教學(xué)用電，有效利用學(xué)院教學(xué)資源。對(duì)教室的照明用電實(shí)施以下控制策略：（1）以教學(xué)樓為單元，以教室為控制對(duì)象。每臺(tái)PLC控制一棟教學(xué)樓。（2）每間教室按課表執(zhí)行供電。為了提高供電的可靠性，簡(jiǎn)化程序設(shè)計(jì)、簡(jiǎn)化調(diào)試、方便故障排除，PLC實(shí)行分層控制。（3）為了彌補(bǔ)PLC不能根據(jù)教室內(nèi)自然光的強(qiáng)弱自動(dòng)調(diào)整供電策略的缺陷。在PLC輸入端接入光電控制裝置，當(dāng)自然光符合照明要求時(shí)，向PLC提供信號(hào)，系統(tǒng)拒絕向教學(xué)樓供電。（4）為了合理利用資源，充分發(fā)揮圖書(shū)館使用效率，晚自習(xí)時(shí)段集中向某一教學(xué)樓供電。將分散在各教學(xué)樓教室人數(shù)不多的學(xué)生集中到某一教學(xué)樓和圖書(shū)館。而其余教學(xué)樓晚自習(xí)不提供照明用電。

2.PLC的選擇

教學(xué)樓照明智能控制過(guò)程比較復(fù)雜，其特點(diǎn)是PLC的輸入信號(hào)遠(yuǎn)遠(yuǎn)少于輸出信號(hào)，從經(jīng)濟(jì)的角度考慮，選取FX2N—16M另加FX2N—16EYR擴(kuò)展模塊。擴(kuò)展模塊的實(shí)際使用數(shù)量隨教學(xué)樓教室的多少?zèng)Q定。

3.PLC控制程序的設(shè)計(jì)

教學(xué)樓照明智能控制系統(tǒng)的控制程序由周日歷映象程序和上課時(shí)段選擇程序、上課時(shí)段數(shù)字化程序、教室照明控制等程序段組成。1）周日歷和日時(shí)段程序眾所周知；一周內(nèi)，教室是否有課是由課表決定的。當(dāng)學(xué)校課表一經(jīng)排定并賦予執(zhí)行，該教室上課情況就取決于二個(gè)因素，一是周日歷，二是日作息時(shí)間歸屬時(shí)段。從教學(xué)的角度，兩時(shí)段的有效性分別為星期一～五及與日作息時(shí)間中涉及上課的幾個(gè)時(shí)段。兩者的有效度與課表關(guān)聯(lián)。因此，對(duì)教室進(jìn)行有效供電，課表即成為編寫照明控制程序的藍(lán)本。由于周日歷和日作息是周期性的循環(huán)執(zhí)行，兩者的循環(huán)周期不同且又有關(guān)聯(lián)，編寫程序時(shí)，對(duì)兩者的差異必須予以充分考慮。圖1為周日歷映象程序和上課時(shí)段選擇程序。

圖中X0、X2時(shí)鐘輸入接點(diǎn)，X1、X3手動(dòng)輸入接點(diǎn)。M31～M37為周歷期映象接點(diǎn)。

如M31接點(diǎn)閉合即映象周日期星期一，Y20、Y21…Y26用于周日期顯示。

由于該校日作息時(shí)間表有27個(gè)時(shí)間段，每一時(shí)間段有不同的作息內(nèi)容。在27個(gè)時(shí)間段中涉及上課的時(shí)間段是從上午的8：10～11：55、下午14：30～18：40、晚上19：30～21：10共有10個(gè)課時(shí)段。程序設(shè)計(jì)時(shí)，必須從輸入的時(shí)鐘信號(hào)中選取這 10 個(gè)課時(shí)信號(hào)，圖中 M6、、M8、、M10、、M12… M25分別對(duì)應(yīng)時(shí)鐘控制裝置輸出的上課信號(hào)的映象接點(diǎn)，是從輸入的作息時(shí)間信號(hào)中選取的上課信號(hào)。為了便于停電后工作人員調(diào)節(jié)，確認(rèn)調(diào)節(jié)是否正確，程序中設(shè)置了手動(dòng)調(diào)節(jié)按鈕和上課節(jié)次顯示Y0、Y2、Y3、Y4、Y5…Y11。

由于周日歷和日作息是按周期性依次順序循環(huán)運(yùn)行，時(shí)間上具有不可逆轉(zhuǎn)性，而且兩者的循環(huán)周期不周。根據(jù)這一特點(diǎn)，我們采用移位的方法設(shè)計(jì)周日歷映象程序和上課時(shí)段選擇程序，用輸入的時(shí)鐘控制信號(hào)（X0、X2）作移位驅(qū)動(dòng)信號(hào)。圖中X0、X2時(shí)鐘輸入接點(diǎn)，X1、X3手動(dòng)輸入接點(diǎn)。M31～M37為周日歷映象接點(diǎn)。如M31接點(diǎn)閉合即映象周日歷星期一。

2）教室課表的數(shù)字化處理 某一教室某一時(shí)段是否上課，由教室日課表決定。為了實(shí)現(xiàn)教室照明控制按日課表執(zhí)行，即有課供電，無(wú)課斷電的控制邏輯。必須將每間教室在某課時(shí)段有無(wú)課的關(guān)系用數(shù)字對(duì)應(yīng)表示，經(jīng)程序運(yùn)作和處理，轉(zhuǎn)換成教室照明控制信號(hào)。為了充分利用PLC內(nèi)部資源，處理方法是采取分層編碼，數(shù)字表示。例如；某教學(xué)樓有六層，每層有8間教室。若該日第一次課除3號(hào)教室外其余均有課。編碼時(shí)，將有課表示“1”，無(wú)課表示“0”。用“K61”表示第六層上午第一次課的對(duì)應(yīng)數(shù)據(jù)。其數(shù)字化處理如下；

教室編號(hào)87654321

樓層教室編碼11111011

為了方便數(shù)字輸入，用十進(jìn)數(shù)表示；K61=261、即為該層教室對(duì)應(yīng)該時(shí)段數(shù)字課表。按上述處理方法，即可求得該棟教學(xué)樓各 層的數(shù)字課表。

3）教室照明控制程序 程序由周日期認(rèn)定與驅(qū)動(dòng)環(huán)節(jié)、上課信號(hào)與數(shù)字傳送環(huán)節(jié)、下課信號(hào)與復(fù)位環(huán)節(jié)、照明控制環(huán)節(jié)等主要部分構(gòu)成。

為使控制程序能與周日期和日課表相對(duì)應(yīng)，照明控制程序劃分五塊，每塊用主控指令MC＼MCR分割，每塊與周日期和日課表相對(duì)應(yīng)。

結(jié)束語(yǔ)：PLC在照明智能控制裝置中的應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)了教室按課表供電，使教室用電浪費(fèi)嚴(yán)重的現(xiàn)象得已根治，教室照明供電實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)控制，解決了依靠人工操作達(dá)到節(jié)約用電的被動(dòng)局面。由于，控制程序設(shè)計(jì)成結(jié)構(gòu)化，當(dāng)教室課表發(fā)生變動(dòng)時(shí)，程序的調(diào)整易于進(jìn)行，不需改變控制程序的整體結(jié)構(gòu)。同時(shí)，PLC 的應(yīng)用也為采用網(wǎng)絡(luò)控制奠定了基礎(chǔ)。

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