基于PLC及觸摸屏的教室群門鎖與照明燈智能控制系統(tǒng)設(shè)計

卞和營，張曉麗，常英麗，李俊章

(1.平頂山學(xué)院 電氣與機械工程學(xué)院，河南 平頂山 467036；2.河南質(zhì)量工程職業(yè)學(xué)院 食品與化工系，河南 平頂山 467100)

0 引言

隨著高等教育越來越受到社會的廣泛關(guān)注和重視，各類高校的教室數(shù)量不斷增加，因此教室照明燈和門鎖的使用量隨之增加[1-2]．但是白天教室無人或教室內(nèi)光照度很高的情況下，存在教室照明燈全開的現(xiàn)象，這造成了用電的嚴(yán)重浪費，造成了額外的經(jīng)濟損失[3-4]，而且教室上課前和下課后，需要專門的人員每天上下樓去逐個開鎖和落鎖，這不僅加重了管理人員的工作量，而且造成了大量的人力資源浪費[5-6]．筆者根據(jù)教室內(nèi)的光照度、是否有人和上課時間協(xié)同作用條件下實現(xiàn)教室無人燈全滅、教室無人自動上鎖和管理人員遠(yuǎn)程實時監(jiān)控等控制功能設(shè)計，為高校教室照明燈和落鎖的智能化管理提供一種可行方案．

1 教室群門鎖與照明燈智能控制方案設(shè)計

本設(shè)計是在教室已安裝閉門器的基礎(chǔ)上，實現(xiàn)人通過教室后門能夠自動關(guān)閉的情況．通過熱釋電紅外開關(guān)、光照傳感器檢測教室是否使用，對照明燈和智能鎖進行分時間段控制．在教室使用期間，熱釋電紅外開關(guān)檢測教室內(nèi)是否有人.當(dāng)教室內(nèi)有人且光照強度未達(dá)到閾值時，照明燈開啟；光照強度達(dá)到光照強度閾值時，照明燈不開啟，在此期間電磁鎖不落鎖．在教室未使用期間，且教室內(nèi)無人時，電磁鎖自動落鎖．本設(shè)計以教學(xué)樓一層6個教室為例，照明燈與電磁鎖的具體控制方案如下．

1.1 照明燈的控制方案

圖1 照明燈控制流程

1.2 電磁鎖的控制方案

本設(shè)計在每個教室安裝電磁鎖，每個電磁鎖均通過PLC控制的中間繼電器控制．對于電磁鎖的控制，在730和1330這兩個時刻，根據(jù)教室是否使用，利用觸摸屏遠(yuǎn)程操控教室是否開啟電磁鎖，當(dāng)教室被使用時，控制電磁鎖不關(guān)閉．當(dāng)教室未使用時，熱釋電紅外傳感器檢測到無人信號后使PLC控制繼電器的吸合，電磁鎖關(guān)閉．根據(jù)學(xué)校的作息安排，2200之后自動關(guān)閉所有的電磁鎖．具體控制策略如下：

2 照明燈與電磁鎖電氣控制電路設(shè)計

照明燈與電磁鎖電氣控制電路原理設(shè)計圖如圖2所示．圖2中的照明燈與電磁鎖每條支路中都串聯(lián)一個中間繼電器的常開觸點KA，這些常開觸點的接通與斷開均由PLC控制接在其輸出點的KA線圈是否通電來實現(xiàn)．

圖2 照明燈與電磁鎖電氣控制電路

3 PLC控制系統(tǒng)硬件電路設(shè)計

3.1 控制系統(tǒng)I/O地址分配表

根據(jù)照明燈與電磁鎖的控制方案，可知該控制系統(tǒng)共需32個輸入信號和12個輸出信號，具體的I/O地址分配表如表1所示．表1中符號SB為按鈕，S為熱釋電紅外開關(guān)，KA為中間繼電器．

表1 PLC控制照明燈與電磁鎖的I/O地址分配

3.2 PLC控制硬件電路設(shè)計

根據(jù)照明燈與電磁鎖的啟?？刂品桨冈O(shè)計的基于PLC的照明燈與電磁鎖的控制系統(tǒng)硬件電路如圖3所示．

圖3 PLC外部電路接線圖

4 照明燈與電磁鎖控制系統(tǒng)程序設(shè)計

根據(jù)照明燈與電磁鎖的啟?？刂品桨冈O(shè)計的PLC控制程序如圖4所示，部分主控制程序列舉如下：

圖4中網(wǎng)絡(luò)1在PLC開始運行后就開始從PLC中讀取時間，讀取的8個字節(jié)分別存放在年(VB100)、月(VB101)、日(VB102)、時(VB103)、分(VB104)、秒(VB105)、0(VB106)、星期(VB107)，為0時將禁用星期；網(wǎng)絡(luò)2程序是將對應(yīng)的字節(jié)轉(zhuǎn)換成整數(shù)型；網(wǎng)絡(luò)3程序是設(shè)置白天工作日時間控制；網(wǎng)絡(luò)4程序是設(shè)置電磁鎖工作時間；網(wǎng)絡(luò)5程序是照明燈控制程序．

5 MCGS監(jiān)控界面設(shè)計

根據(jù)照明燈與電磁鎖的啟?？刂品桨冈O(shè)計的MCGS監(jiān)控界面如圖5所示．

圖5(a)為教室照明燈啟停選擇界面，管理人員可以根據(jù)教室使用的實時情況在監(jiān)控室遠(yuǎn)程操作某個教室照明燈的啟動與停止；圖5(b)為教室照明燈實時的狀態(tài)顯示，若教室燈是打開狀態(tài)，則監(jiān)控界面上開的指示燈為閃亮狀態(tài)，否則關(guān)的指示燈顯示為紅色；圖5(c)為教室鎖開與鎖關(guān)選擇界面，管理人員可以根據(jù)教室使用的實時情況在監(jiān)控室遠(yuǎn)程操作某個教室鎖的開與關(guān)；圖5(d)為教室鎖實時的狀態(tài)顯示，若教室鎖是打開狀態(tài)，則監(jiān)控界面上鎖開的指示燈為閃亮狀態(tài)，否則鎖關(guān)的指示燈顯示為紅色．

6 實驗

根據(jù)圖2和圖3，采用CPU226PLC、EM231模擬量模塊、熱釋電紅外開關(guān)、DZD-T4光照度傳感器等電氣設(shè)備搭建實驗平臺，根據(jù)照明燈與電磁鎖控制方案,用編程軟件STEP 7 Micro WIN V4.0編寫相應(yīng)的控制程序，并在MCGS觸摸屏上設(shè)計了照明燈與電磁鎖的監(jiān)控界面，經(jīng)過綜合調(diào)試,較好地實現(xiàn)了教室無人燈全滅、教室無人自動上鎖和遠(yuǎn)程實時監(jiān)控等功能．

7 結(jié)論

針對教室無人時照明燈保持全亮的電能浪費現(xiàn)象，以及整棟教學(xué)樓的幾十個教室需專人上下樓進行關(guān)燈與鎖門的日常煩瑣管理工作，運用PLC、MCGS觸摸屏、熱釋電紅外開關(guān)和光照度傳感器等設(shè)備設(shè)計了教室群門鎖與照明燈智能控制系統(tǒng)，實驗表明該系統(tǒng)能夠根據(jù)教室內(nèi)的光照度、是否有人和上課時間協(xié)同作用條件下決定是否開關(guān)照明燈和落鎖，能夠較好地實現(xiàn)教室無人燈全滅、教室無人自動上鎖和遠(yuǎn)程實時監(jiān)控等功能，為高校教室照明燈和落鎖的智能化管理提供一種可行方案，具有一定的實際意義．

圖4 PLC控制程序

圖5 教室照明燈與鎖監(jiān)控界面