校园路灯的PLC控制系统设计方案

中心议题：
    *  学校路灯的主要问题
    *  路灯的控制设计
解决方案：
    *  采用三菱FX2N-32MRPLC 可编程控制器作为主控单元

摘要：基于PLC 控制的学校路灯控制系统在灯具节能上把握了节能的新方向，采用分时分段控制，克服了隔灯点亮的光照不均匀、灯具寿命缩短、不能点亮灯和电能的浪费等问题。该系统采用三菱FX2N-32MRPLC 可编程控制器作为主控单元，三菱F940GOT 触摸屏作为控制系统操作和显示终端的作用进行结合应用。具有运行可靠、可操作性强、可连续扩展、节能效果明显、成本和维护费用低等优点，可通过PLC 编程来改变控制方案，适用于有不同时差的地区，是路灯节能的发展趋势。

1 引言

目前，能源节约和环保问题倍受人们关注。飞速发展的经济对能源的要求相当迫切，中国面临能源问题也更为突出，我们学校也随之重视起来。随着我们新校区的落成，规模不断壮大，更要科学合理的制定路灯控制方案，显得越来越重要。

研究校园路灯控制技术的目的： 路灯照明时刻要合理和可靠，使其自动化，智能化，可靠地保证路灯在合理的时刻亮灯。亮灯的时刻不仅要根据光线的亮度、实际车流量和人流量设计具体路段的路灯控制方案，还要根据具体流量统计，及时进行方案的调整及优化。

本课题《校园路灯的PLC 控制系统设计》由三菱FX2N-32MRPLC可编程控制器作为主控单元和三菱F940GOT 触摸屏作为控制系统操作进行相结合构成。采用光电传感器对照度进行检测。当照度低于一定值时，控制路灯开启；当照度高于一定值时，控制路灯关闭。控制时间段的合理化，行人的安全性和人车流量，路灯的寿命等等进行设计。

2 学校路灯的主要问题

2.1 校园路灯现在采用控制方法以分散时控方式为主，即在路灯配电箱中安装定时器，按预定的时间自行开/关灯；而有些路段灯开关通常是人工手动控制方法。现行的方法既不能及时调整开/关灯的时间，更无法及时反映照明设施的运行情况，并且故障率高、维修困难。

2.2 开关灯的地区不合理，有些地方到了晚上根本就不需要照明了，路灯还依然亮着，有些地方需要照明的，偏偏就不亮。

2.3 开关时间控制随意，过早就浪费电能，过迟就影响行车行人。

2.4 路灯的基本上是同一时间打开，影响电网的稳定。

2.5 控制方式简单，浪费资源，系统对电能的消耗过大：灯具烧坏频繁，维护不方便。

3 路灯的控制设计

3.1 光电传感器检验电路

为了让路灯能在白天自动关闭和晚上自动开启，需有一个亮度检测装置。如图1 为路灯的亮度检测电路。如图1,亮度检测电路是由四个电阻构成一个电桥，Re 光敏电阻，KM 为继电器，电源电压为12V.检验灵敏度由R2/R3 决定，R2=R3 时灵敏度最高，即为电桥的最高灵敏度。



图1 亮度检测电路

当有光照在光敏电阻Re 上时，Re 的电阻值为100KΩ，R1=50mΩ，R2=R3=1.2 mΩ。当光线较强时，Uab≈5V,继电器KM 动作，路灯断电停止工作。当光线较暗时，a、b 之间的电压为0V,继电器KM 不会动作，路灯开始工作，点亮。

3.2 控制要求

根据我校具体的情况，可以将学校路灯分为16 段：A1、A2、A3、A4、B1、B2、B3、B4、C1、C2、D1、D2、E1、E2、F、Z 段。主路段大道分为四段：A1、A2、A3、A4;生步行上下课路段：B1、B2、B3、B4;宿舍区路段：C1、C2 ;山区路段：D1、D2;文化长廊路段：E1、E2;学校广场：F;其他：G;路灯的控制路段根据各区域不同和季节的变化进行更改，以下是控制要求：相对应的区域时间输出如图2。



图2 相对应时间段路灯的输出

3.3 控制电路设计

控制方式分为手动（机械）和自、手动（PLC）三种方式，可以随意切换，操作灵活方便。下面图是控制电路连接图3。



图3 控制电路连接图

3.4 PLC 编程控制方式

（1） I/O 分配图。

输入点分配表



输出分配表



（2） PLC 程序设计梯形图。

为了节省PLC 的输入点，在程序的设计中，利用到DECO 译码指令，如图4.程序还利用了时间比较，让路灯按照时间的设定点亮，如图5.



图4



图5

3.5 触摸屏监控软件

在控制系统中，触摸屏采用通过计算机的GX-Developer 画面制作软件为平台，开发控制系统的程序。该控制系统监控软件采用三菱F940GOT 触摸屏，将用于现场控制的三菱PLC 控制系统和监控系统连接起来。其次，从变量定义和I/O 设备的管理入手，利用F940GOT 多样化的绘图工具、强大的脚本语言处理能力和丰富的命令语言函数开发主监控界面，子监控界面处分利用GX-Developer软件提供的内部软件，让操作人员选择自动或者手动运行。对于手动状态也减少了PLC 的输入点，从而降低成本，又增加了可操作性。

该系统的分为四个监控画面，如图6 所示。



图6 触摸屏控制画面

4 结束语

本课题路灯控制系统设计原理新颖，硬件简单，有很好的节电效果。实验证明，该系统不仅有很好的节能效率，而且具有延长灯泡寿命的功能。由于该系统采用了三菱FX2NPLC 控制，具有可靠性高、抗干扰能力强；编程简单、使用方便；功能完善、通用性强；设计安装简单、维护方便；体积小、质量轻、能耗低等优点。并具有高的性价比，通过编程改变控制方案，可适用于不同时差的地区。还可以根据实际情况变更和扩展，提高其灵活性和适应性，有利于应用和推广，这也是路灯节能控制的发展趋势。