基于PLC的多回路路燈節(jié)能系統(tǒng)的研究

(機(jī)電工程學(xué)院 山東協(xié)和學(xué)院 山東 濟(jì)南 250107)

一、引言

目前，能源節(jié)約和環(huán)保問(wèn)題倍受人們關(guān)注，飛速發(fā)展的經(jīng)濟(jì)對(duì)能源的要求相當(dāng)迫切，面臨能源問(wèn)題也更為突出，控制路燈用電，制定科學(xué)合理的路燈控制方案，在節(jié)能管控方面顯得越來(lái)越重要。

路燈節(jié)能管控的要點(diǎn)：路燈照明時(shí)刻要合理和可靠，使其自動(dòng)化，智能化，遠(yuǎn)程可操作化，可靠地保證路燈在合理的時(shí)刻亮燈。開(kāi)關(guān)燈的時(shí)刻不僅要根據(jù)光照度，不同區(qū)域的合理時(shí)間段等，制定不同的路燈控制方案，還要根據(jù)具體不同區(qū)域、不同環(huán)境的需求，及時(shí)進(jìn)行方案的調(diào)整及優(yōu)化。

基于PLC的多回路路燈節(jié)能系統(tǒng)由西門(mén)子可編程控制器作為主控單元和上位機(jī)組態(tài)作為控制系統(tǒng)操作進(jìn)行相結(jié)合構(gòu)成。通過(guò)光照度傳感器對(duì)照度進(jìn)行監(jiān)測(cè)。結(jié)合時(shí)間段控制、區(qū)域控制等模式，控制路燈開(kāi)啟和關(guān)閉，對(duì)路燈照明進(jìn)行合理的管控[2]。

二、路燈控制面臨的主要問(wèn)題

1.目前大部分路燈控制以分散時(shí)控方式為主，即在路燈配電箱中安裝時(shí)控器，可按預(yù)定的時(shí)間自行開(kāi)/關(guān)燈；但不能及時(shí)調(diào)整開(kāi)/關(guān)燈的時(shí)間，更無(wú)法及時(shí)反映照明設(shè)施的運(yùn)行情況，并且故障率高、維修困難。

2.路燈開(kāi)關(guān)燈的地區(qū)不合理，有些地方到了晚上根本就不需要照明了，路燈還依然亮著，有些地方需要照明的，偏偏就不亮。

3.路燈控制方式簡(jiǎn)單，浪費(fèi)資源，系統(tǒng)對(duì)電能的消耗過(guò)大：燈具燒壞頻繁，維護(hù)不方便。

三、路燈控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

(一)光照度傳感器。為了實(shí)現(xiàn)路燈根據(jù)光照度變化自動(dòng)關(guān)閉和開(kāi)啟，需有一個(gè)光照度檢測(cè)裝置。PLC具有RS485通信模塊，采用帶有RS485接口的光照度傳感器，PLC通過(guò)485通信實(shí)時(shí)讀取光照度參數(shù)，通過(guò)上位機(jī)可設(shè)置光照度參數(shù)值，可自動(dòng)調(diào)整路燈的開(kāi)關(guān)燈時(shí)間。

光照度傳感器采用對(duì)弱光有較高靈敏度的硅蘭光伏探測(cè)器作為傳感器；具有測(cè)量范圍寬、線形度好、防水性能好、使用方便、便于安裝、傳輸距離遠(yuǎn)等特點(diǎn)，尤其適用于農(nóng)業(yè)大棚、城市照明等場(chǎng)所。

(二)電能計(jì)量監(jiān)測(cè)。為了計(jì)量路燈用電情況，路燈控制配電柜回路出線側(cè)安裝電能表，電能表需帶RS485通信接口，PLC通過(guò)485通信實(shí)時(shí)讀取每個(gè)路燈回路用電能耗情況，可實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)當(dāng)前路燈用電能耗，形成記錄，對(duì)比各種時(shí)間段的能耗，為節(jié)能數(shù)據(jù)提供依據(jù)。

由于配電柜每個(gè)輸出回路固定，控制路燈數(shù)量及能耗功率固定，通過(guò)能耗對(duì)比，可同時(shí)分析出路燈的開(kāi)燈情況及路燈損壞情況。

(三)控制要求。根據(jù)路燈照明的調(diào)查情況，可以將路燈分為多回路：A1、A2、A3、A4、B1、B2、B3、B4、C1、C2、D1、D2、E1、E2、F、Z段，多時(shí)間段：T1、T2、T3、T4、T5、T6、T7、T8段，多種控制策略：M1、M2、M3、M4、M5、M6等模式。

根據(jù)受控路段不同需求、根據(jù)各區(qū)域不同和季節(jié)的變化進(jìn)行更改，制定多種控制要求。

(四)控制電路設(shè)計(jì)?？刂品绞椒譃楝F(xiàn)場(chǎng)手動(dòng)、遠(yuǎn)程手動(dòng)以及網(wǎng)絡(luò)自動(dòng)三種方式，可以隨意切換，操作靈活方便?？刂齐娐啡鐖D1所示。

圖1 控制電路

(五)遠(yuǎn)程組態(tài)監(jiān)控。西門(mén)子PLC結(jié)合以太網(wǎng)接口模塊，使各個(gè)路燈控制點(diǎn)可通過(guò)光纖進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行組網(wǎng)，上位控制系統(tǒng)中，開(kāi)發(fā)系統(tǒng)程序，編譯界面，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)組網(wǎng)，將現(xiàn)場(chǎng)控制的西門(mén)子PLC控制系統(tǒng)和監(jiān)控系統(tǒng)連接起來(lái)，建成路燈節(jié)能系統(tǒng)。

從變量定義和I/O設(shè)備的管理入手，利用多樣化的繪圖工具、強(qiáng)大的腳本語(yǔ)言處理能力和豐富的命令語(yǔ)言函數(shù)開(kāi)發(fā)主監(jiān)控界面，子監(jiān)控界面。通過(guò)美觀性極高、靈活性、可操作性的人機(jī)交互界面，讓操作人員選擇自動(dòng)或者手動(dòng)運(yùn)行。對(duì)于手動(dòng)狀態(tài)也減少了PLC的輸入點(diǎn)，從而降低成本，又增加了可操作性[3]。

該系統(tǒng)的監(jiān)控畫(huà)面如圖2所示。

圖2 監(jiān)控畫(huà)面

四、結(jié)束語(yǔ)

基于PLC的多回路路燈節(jié)能系統(tǒng)設(shè)計(jì)的原理新穎，硬件簡(jiǎn)單，有很好的節(jié)電效果。實(shí)驗(yàn)證明，該系統(tǒng)不僅有很好的節(jié)能效率，而且具有延長(zhǎng)燈泡壽命的功能。由于該系統(tǒng)采用了西門(mén)子PLC控制，具有可靠性高、抗干擾能力強(qiáng)；編程簡(jiǎn)單、使用方便；功能完善、通用性強(qiáng)；設(shè)計(jì)安裝簡(jiǎn)單、維護(hù)方便等優(yōu)點(diǎn)。并具有較高的性價(jià)比，通過(guò)編程改變控制方案，可適用于不同時(shí)差的地區(qū)。還可以根據(jù)實(shí)際情況變更和擴(kuò)展，提高其靈活性和適應(yīng)性，有利于應(yīng)用和推廣，這也是路燈節(jié)能控制的發(fā)展趨勢(shì)[4]。

[1]熊濤,丁辛芳,陳德英.一種新穎的照明控制電路[J].傳感器技術(shù),2015,18(5):50-53.

[2]杜軍,邱瑞學(xué).PL2101在路燈控制系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].國(guó)外電子元器件.2003.9:33-34.

[3]譚浩強(qiáng).C程序設(shè)計(jì)[M].北京:清華大學(xué)出版社,2007:145-169.

[4]嚴(yán)蔚敏,吳偉明.數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)(C)語(yǔ)言版)[M].北京:清華大學(xué)出版社,2010:256-287.