基于PLC的大學校園燈光智能控制

顧 丹， 徐賢亮

（1.四川城市職業學院，成都610101；2.成都邁科特控制系統有限公司，成都610041）

隨著高校規模的不斷擴大，校園占地面積也急劇增加，教學場所的照明、校園景觀打造、燈的使用也越來越多。校園燈光絕大部分仍然人工控制，造成了控制的不便與能源的浪費。采用智能控制，一方面可以節約能源，另一方面，可以高效進行燈光配置，節約人工管理成本。

1 系統總體設計

以西門子S7－1200系列PLC作為控制核心器件，搭配組態監控系統，在實現節能的同時，以最小人力管理成本完成燈光的智能控制，同時輔助校園安全管理，可通過無線網關模塊把數據上傳至云平臺，通過相應授權以手機APP監控和操作。針對教學樓教室照明、教學樓樓道及公共區域照明、校園道路照明及景觀燈的綜合智能控制進行研究設計，系統結構框圖如圖1所示。

圖1 系統結構框圖

在設計過程中，每棟樓宇設置一個控制中心，采用西門子S7－1200 PLC對教室、廊道以及臨近區域道路及景觀燈進行控制。校園內每棟樓宇采用1臺西門子S7－1200 PLC作為控制單元，以組態TP1200精致面板觸摸屏進行每棟樓宇教室、廊道照明及附近區域道路景觀照明的監控。硬件設備組態如圖2所示。

圖2 PLC硬件設備組態

2 教學樓教室照明

教室照明首先根據教室編號統籌考慮所有教室，每間教室主要考慮學生區域和講臺區域，利用PLC進行各區域燈光的控制。學生區域根據教室空間大小進行區域劃分，根據照明區域及人體檢測傳感器的有效檢測距離，以30 m2為單位按每間教室分區域控制燈光。講臺區域主要考慮投影儀投影效果和白板書寫反光等問題，當教室有人上課，投影儀有使用時，講臺區域燈光自動熄滅，當教室有人上課，投影儀未使用時，講臺燈光打開，從而實現燈光的智能開關設計，節能的同時有效保證學生區域照明和講臺區域投影儀使用和白板使用時燈光的有效配置。以90 m2教室為例進行照明設計，在實際使用中可以按教室編號進行。

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 單個控制區域程序示例

單個控制區域程序示例如圖3所示。

圖3 單個控制區域程序

3 教學樓廊道及樓內公共區域燈光設計

教學樓廊道燈光設計應充分考慮輔助照明和節能。首先根據實際情況對教學樓廊道進行區域劃分，如某教學樓有5層，每層按樓道是否轉彎和跨度大小分為A、B、C、D、E共5個區域，在每個區域安裝人體檢測傳感器。由于教學樓廊道為輔助照明，在正常天氣情況下晚間才實施開燈控制。以一層廊道控制為例，時間為夜間，且對應區域有人，才打開區域廊道照明。

3.1 I／O地址分配

教學樓廊道及公共區域燈光I／O地址分配如表2所示。

表2 I／O地址分配

3.2 程序設計

以西南區域為例，按常規分為冬季控制模式和夏季控制模式，11月到次年4月為冬季模式，5月到10月為夏季模式。冬季模式下當日18：00到次日8：30為夜間照明時段，夏季模式下當日19：00到次日06：30為夜間照明時段。天氣異常時中控室可直接控制廊道燈光。以一樓廊道A區為例，程序如圖4所示。

圖4 教學樓廊道燈光程序

4 校園道路及景觀燈控制設計

校園道路燈光主要用于行人和車輛的輔助照明。為更好實現節能，一方面，合理選用路燈的照明材料，另一方面，可根據實際校園規劃情況將道路劃分為常用道路和非常用道路，常用道路采取時間控制，根據當地夏季和冬季情況，通過讀取PLC的內部時間，實現路燈的定時開關；而對于非常用道路，以PLC實現時間控制的同時，輔助聲控開關進行節能控制。以西南區域常用路燈為例，在夏季按當日19：30—次日06：00實現照明，冬季在當日18：00—次日08：30實現照明。非常用路燈在此時間段，聲控開關實時點亮。

校園夜景照明用來塑造校園的夜間藝術風采，在滿足藝術風采的同時，景觀燈光也造成了能源浪費。因此，在不影響藝術效果的同時，分時段進行夜間藝術燈光的控制可以起到較好的節能效果。日常景觀燈使用PLC實現定時夜間開關。考慮到景觀燈光的耗電較多，區別于路燈，景觀燈夏季在當日19：30—凌晨00：00開啟，冬季在當日18：00—凌晨00：00開啟，而對于后半夜，由于幾乎無觀賞意義，將不進行景觀燈的開啟。

5 燈光智能監控輔助系統設計

用PLC進行校園燈光控制的最大優勢是利于匹配對應的監控系統，監控中心采用西門子觸摸屏顯示，通過組態軟件進行監控界面的設計。

5.1 控制功能

針對控制的各個區域及各個子單元，在觸摸屏上設計控制按鈕進行燈光的輔助控制，一旦由于人體檢測或時間原因出現燈光開啟和關閉異常，監控人員可以通過點擊觸摸屏上的對應控制按鍵實現該單元燈光的一鍵啟動或關閉。同時，監控人員可以在觸摸屏上根據當地的實際天氣狀況進行夜間路燈、景觀燈開啟時間的靈活設置與調整，保障區域使用的靈活性。

5.1.1 控制原理

為實現觸摸屏對照明的輔助控制，可利用按鍵實現對M點的控制，通過對M信號的置位和復位進行對應燈光的啟動和停止。以某具體教室區域燈光控制為例，在原有人體傳感器信號為對應燈光啟動信號的同時加上2個M點作為啟動和停止信號。添加輔助控制之后的照明控制程序如圖5所示。

圖5 照明輔助系統控制程序

5.1.2 樓棟控制界面設計

分樓層進行監控畫面設計，對應每間教室進行各區域燈光的亮滅直觀顯示，同時利用PLC的變量通過程序實現對應教室區域的燈光控制。具體界面如圖6所示。

圖6 樓棟監控畫面設計

5.2 監視及報警功能

觸摸屏上除控制各個區域的燈光，還可以對應顯示各區域燈光當前的開關狀態。若該區域燈光打開，觸摸屏上表示該區域燈光開啟的指示燈點亮，如果未開啟，則指示燈熄滅。

對于大學校園來講，日常的學習時間一般不會超過夜間12：00，超過12：00，若教學樓的任一教室或樓道燈光還處于點亮狀態，將視為異常狀態。此時監控系統將啟動報警信號，一方面，在中控室監控屏幕上彈出畫面，準確提示當前異常教室，觸發聲音提示現場值班人員，實現聲光同時報警；另一方面，也可以直接發送信息給值班人員，保障現場無人值守的情況下能實現報警信息的傳遞。這樣，值班人員可以根據報警信號前往對應教學區域進行排查，既可及時關閉異常燈光，也可保障校園安全。

中控室異常報警畫面如圖7所示。

圖7 異常報警畫面

6 結論

以西門子S7－1200 PLC作為校園燈光智能的主控器件，將校園教學樓照明、路燈及景觀燈進行統籌控制設計，并結合觸摸屏構建燈光全區域開啟狀態的監控系統，同時，讓控制更加靈活與便捷，也對校園的安全起到了一定的保護作用，具有適用性和推廣性。