一種櫥窗照明智能控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

郭世海，湯占軍，陳 磊

（昆明理工大學(xué) 信息工程與自動(dòng)化學(xué)院，昆明 650051）

櫥窗是商品展示和商品信息傳達(dá)的重要場所，其照明主要采用自然采光和櫥內(nèi)燈光照明2種方法[1]?，F(xiàn)有櫥窗照明控制方案主要通過繼電器和可編程邏輯控制器PLC完成，采用的控制方式主要有手動(dòng)控制、時(shí)間定時(shí)器控制和感光控制[2]。手動(dòng)控制浪費(fèi)人力，提高了控制成本；時(shí)間定時(shí)器控制如果突遇緊急情況如陰天就達(dá)不到控制要求；感光控制不能適應(yīng)四季光照不同變化的影響。從實(shí)際使用情況來看，繼電器控制雖然成本低，但是存在接線復(fù)雜、使用元器件數(shù)量多、維修工作量大、可靠性和可維護(hù)性差等缺點(diǎn)；而PLC控制具有減少連接配線、節(jié)省控制柜空間、便于維護(hù)等優(yōu)點(diǎn)，但是成本較高。如果將這3種控制方式的優(yōu)勢結(jié)合起來，揚(yáng)長避短，設(shè)計(jì)一種集手動(dòng)、時(shí)間、光照強(qiáng)度控制于一體的照明控制系統(tǒng)，在實(shí)際應(yīng)用中會(huì)有很大價(jià)值。

針對上述實(shí)際問題，本文設(shè)計(jì)了一種基于西門子LOGO!的櫥窗照明智能控制系統(tǒng)，在滿足基本照明的情況下實(shí)現(xiàn)自動(dòng)和手動(dòng)的聯(lián)合控制。LOGO！通常稱為“小型 PLC控制器”，是SIEMENS小型自動(dòng)化家族中定位于簡單應(yīng)用場合的通用邏輯模塊，它采用內(nèi)部編程軟件代替繼電器接線，這樣就省去了因工藝變化而調(diào)整外部接線的不便[3]。

1 硬件設(shè)計(jì)

針對櫥窗照明實(shí)際應(yīng)用存在的問題，在分析和比較現(xiàn)有櫥窗照明控制方案的基礎(chǔ)上，得出本文控制系統(tǒng)需要實(shí)現(xiàn)以下功能：

（1）在晴朗天氣（光線比較充足）情況下，櫥窗采用自然采光；在陰雨天氣和傍晚（光線明顯不足）情況下，開啟白天基本照明以增強(qiáng)櫥窗照明亮度。

（2）考慮到櫥窗照明燈數(shù)量過多時(shí)，櫥窗光線由于眩光而顯得過分刺眼，會(huì)導(dǎo)致顧客視覺疲勞[4]，這就要求系統(tǒng)能夠根據(jù)櫥窗外的光線強(qiáng)度適當(dāng)?shù)卣{(diào)節(jié)櫥窗亮度。為此系統(tǒng)添加了光敏傳感器模塊，在滿足基本照明基礎(chǔ)上啟動(dòng)附加照明以補(bǔ)充櫥窗的亮度。

（3）為了保證系統(tǒng)的靈活性，給每個(gè)照明燈組配有手動(dòng)控制開關(guān)，以便隨時(shí)可以開啟和關(guān)閉照明燈。

（4）在發(fā)生故障或安全事故等緊急情況下，為避免對人造成傷害和對設(shè)備造成損壞，系統(tǒng)設(shè)置急停開關(guān)[5]。系統(tǒng)流程如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)流程Fig.1 System flow chart

照明燈使用的是220 V交流電，需要6個(gè)數(shù)字量輸入和4個(gè)繼電器輸出，通過查閱資料[6]，西門子LOGO!230RC的供電電壓范圍為115 V～240 V DC/AC，可以提供8個(gè)數(shù)字量輸入和4個(gè)繼電器輸出，能夠滿足控制需要。輸入輸出接線如圖2所示，輸入輸出分配如表1所示。

圖2 LOGO!230RC輸入輸出接線Fig.2 Input and output wiring diagram of LOGO!230RC

表1 輸入輸出配表Tab.1 Allocation table of input and output

2 軟件開發(fā)

LOGO！Soft Comfort V7.0軟件編程方法有2種：功能塊圖法（FBD）和梯形圖法（LAD），功能塊圖與梯形圖之間可以進(jìn)行切換。此次設(shè)計(jì)采用的是FBD，在程序中使用了大量與門、或門、非門、脈沖繼電器、接通延時(shí)開關(guān)、周定時(shí)器等邏輯功能模塊。

軟件設(shè)計(jì)包括自動(dòng)控制、手動(dòng)控制和急?？刂?。自動(dòng)控制在設(shè)定工作時(shí)間內(nèi)打開照明燈組，實(shí)現(xiàn)無人值守；系統(tǒng)在任何時(shí)候都可以通過手動(dòng)開關(guān)控制照明燈；急?？刂频膬?yōu)先級最高，在突發(fā)情況下實(shí)現(xiàn)急?？刂啤＼浖a如圖3所示。

2.1 自動(dòng)控制設(shè)計(jì)

在急停開關(guān)未啟動(dòng)情況下，自動(dòng)控制設(shè)計(jì)包括基本照明Q1、附加照明Q2、聚光燈照明Q3和晚上最低照明Q4。

其中白天基本照明Q1，設(shè)置2個(gè)時(shí)間模塊，通過脈沖繼電器產(chǎn)生的脈沖信號，輸出高電平使Q1啟動(dòng)；附加照明Q2，設(shè)定I6為光敏開關(guān)，在工作時(shí)間內(nèi)且光線不足情況下啟動(dòng)I6輸出高電平，與時(shí)間控制模塊產(chǎn)生的高電平一起通過與門，輸出高電平使Q2啟動(dòng)；聚光燈照明Q3和晚上最低照明Q4，設(shè)定2個(gè)周定時(shí)器進(jìn)行2次置1，通過脈沖繼電器分別打開和關(guān)閉照明燈。當(dāng)在工作時(shí)間內(nèi)，定時(shí)器自動(dòng)啟動(dòng)輸出高電平信號通過或門，再通過脈沖繼電器產(chǎn)生脈沖信號控制照明燈，使Q3和Q4開啟和關(guān)閉。

圖3 軟件代碼Fig.3 Software code chart

2.2 手動(dòng)控制設(shè)計(jì)

在急停開關(guān)未啟動(dòng)情況下，手動(dòng)控制設(shè)計(jì)包括基本照明Q1、附加照明Q2、聚光燈照明Q3和晚上最低照明Q4。

白天基本照明Q1：設(shè)定I1為自鎖開關(guān)，啟動(dòng)I1輸出高電平和急停信號通過或門，輸出高電平實(shí)現(xiàn)對Q1手動(dòng)控制；附加照明Q2：設(shè)定I2為自鎖開關(guān)，啟動(dòng)I2輸出高電平和急停信號通過或門，輸出高電平實(shí)現(xiàn)對Q2手動(dòng)控制；聚光燈照明Q3：設(shè)定I3為自鎖開關(guān)，啟動(dòng)I7輸出高電平和急停信號通過或門，輸出高電平實(shí)現(xiàn)對Q3手動(dòng)控制；晚上最低照明Q4：設(shè)定I4為自鎖開關(guān)，啟動(dòng)I4輸出高電平和急停信號一起通過或門，輸出高電平實(shí)現(xiàn)對Q4的手動(dòng)控制。

2.3 急?？刂圃O(shè)計(jì)

急?？刂圃谙到y(tǒng)程序中優(yōu)先級最高。設(shè)定I5為自鎖開關(guān)，I5開啟輸出高電平使脈沖繼電器B019，B020，B021，B022輸出脈沖信號，然后分別通過或門 B004，B008，B012，B016輸出高電平。 同時(shí)，I5輸出高電平使 B002，B015，B011，B007輸出低電平，切斷對燈組的控制實(shí)現(xiàn)急停功能。

3 軟件仿真

LOGO！Soft Comfort v7.0軟件不僅具有編程功能，還具備仿真功能，可以直接在PC機(jī)上對程序進(jìn)行調(diào)試。下面利用仿真功能對程序進(jìn)行在線仿真。左下角綠色按鈕 I1、I2、I3、I4、I5、I6 代表 6 個(gè)開關(guān)，而右側(cè)4個(gè)小燈泡分別表示Q1白天基本照明燈組、Q2附加照明燈組、Q3聚光燈照明組、Q4晚上最低照明燈組的工作狀態(tài)：燈亮表示啟動(dòng)，燈熄滅表示停止。 在手動(dòng)控制仿真中，I1、I2、I3、I4分別控制Q1、Q2、Q3、Q4，I5 為急停開關(guān)，I6 為光敏開關(guān)。以基本照明自動(dòng)控制、手動(dòng)控制和急停控制來說明系統(tǒng)的仿真過程，其它照明燈組仿真過程類似。

基本照明自動(dòng)控制仿真過程，當(dāng)時(shí)間處于設(shè)定時(shí)間內(nèi)程序啟動(dòng)，Q1基本照明燈組點(diǎn)亮；當(dāng)晚上11：00時(shí)，Q4最低照明燈組自動(dòng)點(diǎn)亮；再過1 min即11：01時(shí)，Q1基本照明燈組自動(dòng)熄滅。基本照明手動(dòng)控制仿真，當(dāng)Q1自動(dòng)點(diǎn)亮?xí)r，用鼠標(biāo)點(diǎn)擊I1按鈕Q1關(guān)閉；再次點(diǎn)擊I1按鈕Q1開啟，即實(shí)現(xiàn)手動(dòng)控制燈組Q1。最后對急停功能進(jìn)行仿真。系統(tǒng)處于任意一種工作狀態(tài)，在這里以手動(dòng)控制為例，當(dāng)Q1、Q2、Q3、Q4 全部點(diǎn)亮?xí)r， 點(diǎn)擊 I5，Q1、Q2、Q3、Q4 全部熄滅?；菊彰髯詣?dòng)控制仿真如圖4所示。

圖4 基本照明自動(dòng)控制仿真Fig.4 Simulation of basic lighting automatic control

4 硬件調(diào)試

通過軟件仿真，程序?qū)崿F(xiàn)了照明燈組自動(dòng)控制、手動(dòng)控制和急停控制，符合照明方案設(shè)計(jì)要求。把經(jīng)過仿真后的程序通過LOGO！專用數(shù)據(jù)傳輸線下載到LOGO！230RC主機(jī)中，接通電源啟動(dòng)LOGO！，系統(tǒng)按照設(shè)定程序運(yùn)行，經(jīng)過實(shí)際驗(yàn)證滿足了設(shè)計(jì)要求。整個(gè)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單、穩(wěn)定性高、成本低，能夠根據(jù)時(shí)間要求實(shí)現(xiàn)智能控制，減少了電能浪費(fèi)，實(shí)現(xiàn)了無人值守，具有一定的推廣應(yīng)用價(jià)值。

5 結(jié)語

使用LOGO!組成的櫥窗照明控制系統(tǒng)能夠根據(jù)時(shí)間、日期進(jìn)行智能控制，實(shí)現(xiàn)了無人值守，簡化了控制系統(tǒng)接線，而且可以完成復(fù)雜的邏輯控制。通過設(shè)計(jì)，發(fā)現(xiàn)LOGO!控制器不僅具有易維護(hù)、編程簡單、成本低的特點(diǎn)，而且可以完全替代繼電器邏輯功能，總體性能比繼電器更加完善，還可以在使用過程中方便快捷地修改參數(shù)和程序，有利于實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)，在小型的以少點(diǎn)數(shù)邏輯控制為主的系統(tǒng)或設(shè)備上使用LOGO!比使用PLC更合適。目前LOGO!主要應(yīng)用在照明控制、開關(guān)柜、機(jī)械設(shè)備和一些專用控制系統(tǒng)中，由于體積小、功能強(qiáng)、成本低，在控制系統(tǒng)的應(yīng)用范圍將會(huì)更加廣泛[7]。

[1]劉召玲.淺談商業(yè)空間中的櫥窗設(shè)計(jì)[J].電子世界，2014（10）：205-206.

[2]謝云敏.LOGO!在教學(xué)大樓照明控制系統(tǒng)的應(yīng)用[J].南昌水專學(xué)報(bào)，2002，21（1）：49-52.

[3] 宋云麗.SIEMENS小型LOGO!在某廠自備電廠的控制方案與應(yīng)用[J].科學(xué)時(shí)代，2013（9），1-4.

[4]應(yīng)進(jìn)平.LOGO!在畫室照明控制系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].中國教育技術(shù)裝備，2008（18）：61-62.

[5]劉云君.基于LOGO!房屋室內(nèi)外照明控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[J].長沙大學(xué)學(xué)報(bào)，2011，25（5）：29-31.

[6]西門子（中國）有限公司.SIEMENS LOGO!手冊[Z].2003.

[7]趙惠忠.深入淺出西門子LOGO![M].北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2004.