ＰＬＣ在教学楼照明控制系统中的应用

 
摘 要 文章从学校节约电能的角度出发，介绍了PLC在教学楼教室照明控制系统中的应用，着重介绍了按课表对教室照明进行合理供电的方法、课表的数字化处理及照明控制程序的设计。
关键词 ＰＬＣ 教室照明控制 课表数字化

１ 问题的提出
高等院校在教学过程中要消耗相当多的电能，例如教室照明、实验、实习、科研等均需电能的支持。据某学院统计，教学中所耗电能约占到该校总用电量的５０％，年付电费达１００多万元。调查发现，在教学过程中，电能浪费的现象比较严重，教室“长明灯”、教室内灯多人少、白天光线强也不关灯等现象随处可见，这无疑浪费了电能，增加了教学成本，加大了学院的支出。笔者所在的学院共有教室１４６间，每间教室装有１２盏或１６盏４０Ｗ的日光灯用于照明。由于存在上述浪费现象，学院每年会多支出２０多万元的电费。笔者针对教室用电浪费严重的现象，提出对教学楼照明系统进行技术改造的方案，对教室的照明用电实行智能化管理，使教室的照明用电合理有效。
就照明智能控制装置中ＰＬＣ控制技术的应用
 
予以介绍。
２ 教室照明控制策略
为了确保教室上课期间的教学用电，应当合理安排教室照明用电，严格控制非教学用电，有效利用学院资源。建议对教室的照明用电实施以下控制策略：
（１）以教学楼为单元，以教室为控制对象，每台ＰＬＣ控制一栋教学楼。
（２）每间教室按课程表执行供电。为了提高供电的有效性，简化程序的设计与调试，方便排查故障，应对PLC实行分层控制。
（３）为了弥补ＰＬＣ不能根据教室内自然光的强弱自动调整供电策略的缺陷，应在ＰＬＣ输入端接入光电控制装置。当自然光符合照明要求时，向ＰＬＣ提供信号，系统便拒绝向教学楼供电。
（４）为了合理利用资源，充分发挥图书馆的使用效率，晚自习时段应集中向某一教学楼供电。
将分散在各教学楼教室内为数不多的学生集中到某一教学楼或图书馆，其余教学楼则不提供照明用电。
３　ＰＬＣ的选择
教学楼照明智能控制过程比较复杂，其特点是ＰＬＣ的输入信号远远少于输出信号。从经济的角度考虑，选取ＦＸ２Ｎ-１６Ｍ另加ＦＸ２Ｎ-１６ＥＹＲ扩展模块，此模块的实际使用数量随教学楼教室的多少而决定。
４　ＰＬＣ控制程序的设计
教学楼照明智能控制系统的控制程序由周日历映象程序和上课时段选择程序、上课时段数字化程序、教室照明控制程序等组成。
（１）周日历和日时段程序。每一周内，教室的课程设置依据课表进行。某教室课表一经排定执行，该教室的上课情况就取决于二个因素：一是周日历，二是日作息时间归属时段。从教学的角度来看，两时段的有效性分别为周一到周五，以及日作息时间中上课的几个时段。两者的有效度与课表设置相关。因此，要对教室进行有效供电，课表便成为编写照明控制程序的蓝本。由于周日历和日作息是周期性的循环执行，两者的循环周期不同但又相关联，因此，编写程序时，对两者的差异必须予以充分考虑。图１为周日历映象程序和上课时段选择程序。
图1中，Ｘ０、Ｘ２为时钟输入接点，Ｘ１、Ｘ３为手动输入接点，Ｍ３１～Ｍ３７为周日历映象接点。如Ｍ３１接点闭合则表明映象周日期为星期一，Ｙ２０、Ｙ２１……Ｙ２６用于周日期显示。
由于该校日作息时间表有２７个时间段，每一时间段有不同的作息内容。在２７个时间段中涉及上课的时间段是上午８∶１０～１１∶５５，下午１４∶３０～１８∶４０，晚上１９∶３０～２１∶１０。共有１０个课时段。程序设计时，必须从输入的时钟信号中选取这１０个课时的信号，图１中Ｍ６、Ｍ８、Ｍ１０、Ｍ１２．．．Ｍ２５分别对应时钟控制装置输出的上课信号的映象接点，从输入的作息时间信号中选取上课信号。为了便于停电后工作人员调节，确认调节是否正确，程序中设置了手动调节按钮和上课节次显示Ｙ０、Ｙ２、Ｙ３、Ｙ４、Ｙ５．．．Ｙ１１。
由于周日历和日作息是按周期性依次顺序循环运行，时间上具有不可逆转性，并且两者的循环周期不同。根据这一特点，采用移位的方法设计周日历映象程序和上课时段的选择程序，用输入的时钟控制信号（Ｘ０、Ｘ２）作移位驱动信号。
（２）教室课表的数字化处理。某一教室某一时段是否上课，由教室日课表决定。为了实现教室照明控制按日课表执行，即有课供电，无课断电的控制逻辑，必须将每间教室在某课时段有课和无课的关系用数字对应表示，经程序运作处理，转换成教室照明控制信号。为了充分利用ＰＬＣ内部的资源，处理方法是采取分层编码，数字表示。例如某教学楼有六层，每层有８间教室。若该日第一节除３号教室外其余均有课，编码时，将有课表示为“１”，无课表示为“０”，用“Ｋ６１”表示第六层上午第一次课的对应数据。其数字化处理如图2所示。
为了方便数字输入，用十进数表示：Ｋ６１＝２６１，即为该层教室对应该时段数字课表。按上述处理方法，即可求得该栋教学楼各层的数字课表。
（３）教室照明控制程序。程序由周日期认定与驱动环节、上课信号与数字传送环节、下课信号与复位环节、照明控制环节等主要部分构成。图3表示了某教学楼星期一上午时段的照明控制程序。
程序中，Ｍ３１为对应周日期接点。Ｍ３１接点的闭合，使程序进入数字电子课表。Ｍ６、Ｍ１０为上课信号接点。当上午第一次（或第二次）课上课时间到，Ｍ６（或Ｍ１０）接点闭合，传送指令ＭＯＶ将该教学楼的数字课表送入数据寄存器Ｄ１～Ｄ６。与此同时，Ｍ４１（或Ｍ４２）闭合，将Ｄ１（或Ｄ２）中数字处理后由Ｋ２Ｙ３０（或Ｋ２Ｙ４０）输出，完成该次课教室的照明供电。图3中Ｍ９、Ｍ１３为下课断电接点。当第一次（或第二次）课下课时间到，Ｍ９（或Ｍ１３）接点闭合，ＺＲＳＴ驱动Ｄ１～Ｄ６、Ｙ３０～Ｙ８０、Ｍ４１（或Ｍ４２）复位，断开教室照明供电线路。
为使控制程序能与周日期和日课表相对应，照明控制程序能划分为五块，每块用主控指令ＭＣ＼ＭＣＲ分割，并与周日期和日课表相对应。
５　结束语
ＰＬＣ在照明智能控制装置中的应用，实现了教室按课表供电的方案，教室照明供电实现了自动控制，解决了依靠人工操作的被动局面，使教室用电浪费的问题得以根治。
由于控制程序设计结构化，当教室课表发生变动时，程序的调整易于进行，不需改变控制程序的整体结构。同时，ＰＬＣ的应用也为建筑照明采用网络控制奠定了基础。■
参考文献
１ 王兆义．《小型可编程控制器实用技术》［Ｍ］.机械工业出版社，２００４
２ 赵书玲．温如春．朱建武．王晓燕．圆锥破碎机的模糊仿人控制系统设计［Ｊ］．《微计算机信息》　２００５