-》基于PLC的校园照明智能控制系统设计

本文简单介绍了关于plc校园照明智能控制系统设计

第17卷第4期2010年8月

工

JournalofEngineeringDesign

程设计学报

Vol.17No.4Aug.2010

DOI:10.3785/j.issn.10062754X.2010.04.014

基于PLC的校园照明智能控制系统设计

周芝峰1,周理2,王吉林1

(1.上海电机学院工业技术中心,上海200240;2.上海第二工业大学机电工程学院,上海201209)

摘　要:大学的电能消耗中,照明用电占了绝大部分,,且常采用手动控制方法,造成了浪费.为此,针对学生的活动规律,.学生公寓熄灯之前一段时间,;一部分景观灯关闭;另外,寒暑假期间,.,通过测算,每年节约电能达25%以上,,达到了预想的结果.关键词:;C;中图分类号:TP;TP29　　　　　文献标志码:A　　　　　文章编号:10062754X(2010)0420307205

IntelligentcontroldesignofcampuslightingbasedonPLC

ZHOUZhi2feng1,ZHOULi2,WANGJi2lin1

(1.IndustryTechnologyCenter,ShanghaiDianjiUniversity,Shanghai200240,China;2.CollegeofMechanical&ElectronicEngineering,ShanghaiSecondPolytechnicUniversity,

Shanghai201209,China)

Abstract:Electricityforilluminationoccupiesmostofuniversityelectricityconsumption.Roadandsceneryillumination,withlargecapacityandlongworkinghours,maycausewasteofenergywhenitisoperatedmanually.Therefore,accordingtothestudentsπlivingpatterns,PLCintelli2gentcontrolsystemintheroadandsceneryilluminationwasadoptedonthenewcampus.Sometimebeforetheblackoutofstudentsπapartments,allofroadandsceneryilluminationlightswouldbeturnedon.Afterwards,theroadilluminationlightswouldbetuneddownandsomesceneryilluminationlightswouldbeoff.Additionally,duringsummerandwinterholiday,theil2luminationlightswouldbecontrolledindifferenttimeinterval.BasedonestimateofoperationforPLCintelligentcontrolsystem,electricitysavedeachyearismorethan25%andthelifetimeoflightsisalsoincreased.Theresultshowsthattheilluminationintelligentcontrolsystemisrelia2bleenoughtomeettherequirementofcampuslighting,andtheexpectedeffectisrealized.Keywords:campusillumination;intelligentcontrol;PLC;energy2saving

随着工业化高速发展,能源问题成为人们关注的焦点,因为能源的消耗除了其直接的经济损失外,还会带来碳排放量的增加,恶化环境,所以,节约能源一直是生活、生产中的一个主题.提到节能人们往往忽视了照明用电,因为它单体容量较小,安装比较分散,所以,看起来无关紧要,其实照明用具数量最多,分布最广,随着城市的扩张和道路的延伸,无论

是单体容量还是总容量都在大幅增加,美化环境的长明灯更是越来越耀眼.现在很多大学都坐落在郊区,建筑容积率较低,因此,诸如道路、广场、景观等公共照明占的比重相当高,且路灯和景观灯的单体容量大,工作时间长,绝对是学校能源消耗的主体.要说学校节能,只要把这些公共照明控制得当,就抓住了能耗的牛鼻子.至于教室灯光的控制,

只要按时

收稿日期:2009212217.

),男,河北沧州人,教授,高级工程师,从事电气应用技术研究,E2mail:zhouzf5606@.作者简介:周芝峰(1956—

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或定时关灯就可以了,没必要采用复杂的控制方式,因为高校的学生都是没有固定教室的,如果采用有人则灯亮,人走则灯熄的控制方式,往往是投入大,收效微.

上海电机学院新校区坐落在上海郊区,是具有现代化气息的校园,道路宽且长,绿地和景观用地也有相当的比例.作者在进行道路和景观绿地照明设计时,利用了实验室淘汰的FX2n小型PLC实现了智能控制,基本没有增加什么投资,在节能和延长光源寿命方面取得了明显的效果.

1.2　分时控制方案构想[3]

在设计前,对大学生的活动规律、道路照明的亮

度进行了统计和测量,掌握了一手资料.大部分学生在21点钟之前回到寝室,21点至23点之间只有少量学生在室外活动,23点钟之后基本上没有学生活动,学校进入安静状态.根据这个特点把控制分为3个时段:第1个时段为21,所有灯具全部开启;2,活动人员较少,可以3时段,只要,路面照度达3lx以上,高于道.

为了最大限度地节能,设计时还考虑了季节的因素:夏季夜短昼长,开灯晚,熄灯早;冬季则相对开灯较早,熄灯则相对较晚.

景观和公共绿地照明采用第1、第2时段全开,第3时段全熄的控制方式,控制简单易行,节能效果显著.

节假日多也是学校的特点之一,寒暑假加在一起有3个月左右.制定的控制方案是:寒暑假期间景观灯手动控制,根据需要临时或少量开启;而路灯每天只开启1/4,满足最低照明要求.1.3　供电系统及控制原理设计

1　照明智能控制方案

,、和谐、美丽的环境.既要满足照明的主要功能,又要尽量节约能源,只能是采用科学的管理和控制,使两者完美统一.学生是一个特殊群体,活动的时间性、规律性非常突出,因此决定对道路和其他公共照明实行智能分时控制.

1.1　灯具布置方案

学校的道路是以步行者为多,人员比较密集,当然也有少量车辆通过,可以说是人车混合的道路.在设计时采用了高于一般居住区而低于商业区的标准,正常情况保持路面照度不小于15lx.为了便于分时控制,在灯具布置时采用了双侧交错布置,杆距定为25m[1],较标准杆距略小,有利于分时控制时减少灯光死角.根据这些数据,就可以计算光通量和

光源功率了.光通量Φ计算可根据(1)式进行[2]:

Φ=,

UN

(1)

路灯采用双侧交错布置,每一侧的路灯由2个单独的控制回路进行间隔控制,如:1#回路控制左侧的单编号灯具,2#回路控制同一侧的双编号灯具,3#、4#回路则分别控制右侧的单、双编号灯具.当进入第2时段后,每侧关闭1个回路,也就是1/2的灯具熄灭,由于灯的杆距不是很大,且学校道路不是很宽,灯光可以全覆盖,最低照度点也可以在5lx以上.当进入第3时段时,4个回路中3个回路分断,也就是只有1/4的灯具点亮,对于学校内部道路而言,完全可以满足要求.

由于灯具容量较大,采用了两级母线供电方式,每段小母线为一部分路灯供电.采用两级母线制比较灵活,同时也降低了母线和开关的容量,便于安装和维护.每个回路由一个接触器控制,接触器的动作受控于PLC的程序.供电系统示意图如图1所示.图中仅画出了1条道路和1个景观区域的供电系统图,其实全校的照明共有8段小母线,30个回路.为了保证PLC事故情况下的道路照明,在设计时还考虑了手动和自动两种工作制,手动时可以人为开启或关闭任何一路照明,保证了校区的安全.为了节省篇幅,手动/自动选择、接触器动作控制原理图和PLC接线图没有画出.

其中:E为道路照度,取15lx;

N为双侧交错布置,取1;U为利用系数,取018;K为沥青路面,取2;B为路面宽度,取10m;D为电杆间距,取25m.

把数据代入上式,得

Φ===9375lm.

UN0.8　　通过查阅光源手册可知,应选用150W的金属卤化物灯具.

上海电机学院占地一期为6×105m2,全校主要道路长13000m,因此,需要安装150W的路灯520盏,用电容量为78kW.其次景观和其他公共场地照明的用电容量约为15kW.

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图Fig.1　ofsupplysystem

2　分时智能控制程序编制

正如前面所述,每天的照明控制分3个时段,为了最大限度地节约能源,在具体编制程序时还考虑了不同季节的因素,一般在冬、春季,天黑得较早,17点左右自然光线就很弱了,而在夏天阳光可以维持到18点.因此,把一年四季分为2个区间,在设计时考虑了夏、秋时制和冬、春时制的识别,使节能效果更加明显.

2.1　三时段控制程序[4]

在编制时段程序时,用了数据比较功能指令,相对普通指令而言,程序较短,使程序大为简化.把5月1日至10月30日定义为夏、秋时制,它的3个时段划分为:18点至21点、21点至23点、23点至凌晨5点.把11月1日至来年4月30日定义为冬、春时制,它的3个时段划分为:17点至21点、21点到23点、23点至凌晨6点.道路照明的PLC程序就是要实现这些不同季节的时段控制要求.道路照明的程序梯形图如图2所示.在此需要说明的是,根据学校供电质量好、少停电的特点,下面的程序中没有编制时间自动校正程序,因此,第1次投入运行的时刻必须是中午12点,之后就会自动控制照明,不需要人工干预.

图中X0为启动开关的信号,当选择到自动工作制时,X0就处于使能状态,使PLC投入程序运行,X0闭合以后,计数器C0开始计数.M100是不同时制的识别控制信号,当

M100为高电平时程序进入夏、秋时制工作状态,M100为低电平时程序进入冬、春季节的工作状态.Y0,Y1,Y2,Y3分别控制道路两侧的灯具.从程序中可以看出:第1时段Y0,Y1,Y2,Y3全部为“1”,灯具全部点亮;第2时段

图2　时段控制程序

Fig.2　Timeintervalcontrolprogram

Y0,Y2被复位为“0”,道路的两侧各有1/2灯具点

亮;第3时段就只有Y1控制的回路工作了.M200是寒暑假控制接点,当进入寒暑假期间,M200断

开,Y0,Y2,Y3不能得电.2.2　季节自动选择程序[5]

为了最大限度地节能,不同季节亮灯的时间有所不同,季节选择程序主要是为夏、秋季和冬、春季节的不同时段控制而设置的.PLC有日期设定与识别功能

,利用它可以完成季节的转换控制,实现不同季节的不同时段控制方案.

程序中的M100是控制季节程序转换的信号,当M100使能时程序进入冬、春季控制,反之,程序为夏、秋时制控制方式.

需要说明的是,该程序是根据上海地区的情况

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设计的,夏、秋时制的时间定为每年的5月1日0点至10月30日的

24点,不同地区应适当调整.该程

序是按2009年投入运行而编制的,在今后的运行中,每年必须对日期的设定调试一次,以保证运行无误.季节控制程序如图3所示

.

30d,每天13h,均为1/4负荷运行.详细计算如下.

1)夏、秋季节能计算.

夏、秋季共计90d,每天晚开1h按全负荷计算,早熄灯1h按1/4负荷计算,即夏、秋季节能为(520×150)×(1+3/4)×90=12285kW h.

2)每年第2、第3时段节能计算.

每天第2时段是3h,为1/2负荷运行,第3时段是6h,为1/4负荷运行.除去寒暑假,约有9个月270,2)2]31590kW h.[(520×150)×3/4]×6×270=94770kW h.3)寒暑假节能计算.寒暑假期间,每天均为1/4负荷运行,只是工作时间有所不同,故寒暑假节能为

(520×150)(50×11+30×13)×3/4=

54990kW h.

4)总节能计算.

总节能数量为以上各项节能的总和,即12285+31590+94770+54990=193635kW h.

按上海地区的用电价格1元/(kW h)计算,每年可节约人民币近20万元.

4　结束语

通过校园照明智能控制,节电效果明显.采用PLC做控制元件,相对于市场上出售的智能控制器

图3　季节控制程序

Fig.3　Seasoncontrolprogram

而言,投资小,故障率低,基本免维护.采用智能控制后,灯具的寿命可延长2～3倍,节省直接投资至少在10万元以上.该系统设计、施工方便,可为学校或其他事业单位技术改造和新建项目提供借鉴.参考文献:

[1]中华人民共和国建设部.CJJ45—2006道路照明设计标

2.3　寒暑假控制程序

学校的寒假一般是1月中旬到2月中旬,暑假一般是7月初到9月初,共计约3个月的时间.当日期到达寒暑假开始日期时,图2中M200接点断开,使Y0,Y2,Y3都不能得电,这样整个夜间就只有1/4的照度.当寒暑假结束时,M200接点闭合,程序

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MinistryConstructionofthePeopleπsRepublicofChina.CJJ45—2006standardforlightingdesignofurbanroad[S].Nanjing:JiangsuPeopleπsPress,2007:7212.[2]北京照明学会.照明设计手册[M].北京:中国电力出版

进入正常运行状态,按3个时段运行.寒暑假控制程序的编制方法与季节控制程序完全一样,也是一个日期识别程序,为了节省篇幅就不再列出.

社,2006:1212125.

BejingIlluminatingEngineeringSociety.

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[3]周芳,刘美根.智能照明控制系统在电气照明节能设计

3　节能计算

所谓节能是针对全时段、全负荷运行而言的[6],所以计算节能时,主要有三部分:一是夏、秋季节的晚开灯和早熄灯各1h,大约有3个月的时间.二是一年之中,每天第2、第3时段减少照度的节能;三是寒暑假时间的节能,暑假50d,每天11h,寒假

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