基于PLC的城市照明控制系统的设计

王静 张江亚 李焕娜

摘要：随着科技的不断发展以及城市的进步，照明在人们的生产生活中愈发重要，如何将公共照明发展为网络数字化已经成为了一种必然的趋向。本文主要介绍了基于PLC的城市照明系统设计，突出的优点为根据时间的变化来控制路灯的亮暗程度从而达到节能的目的。考虑到季节因素以及突发的恶劣天气情况等因素，本设计将使用亮度检测装置来辅助城市照明系统。

关键词：PLC;照明控制;定时控制

1 研究背景

对于一个城市而言，照明是必不可少的一部分，但照明不是简简单单的安装上照明设备这么简单，城市照明需要进行有效的管理，只有通过合适的方案进行城市照明管理，才能够降低不必要的能源浪费。而如何高效率的进行城市照明管理一直是全世界各大国家的研究方向。因此，本文将对此进行研究，本文将使用PLC控制器也就是可编程逻辑控制器（Programmable Logic Controller）来进行控制，它可以轻松完成时序逻辑，运动控制，定时控制，计数控制，数字操作，数据处理等功能，并通过输入/输出接口和各种生产机器进行数字化和建立模拟连接照明的自动控制系统，从而实现照明系统的自动控制。

2 PLC的简介以及选取

2.1 PLC的简介

2.1.1 PLC的结构

可编程控制器（PLC）和计算机的结构极为相似，它主要包括如图所示几个方面：

2.1.2 PLC的工作原理

“顺序扫描，周期循环”作为PLC的工作方式。CPU按照规定的顺序从执行第一条开始执行每一条程序，截止到末条指令。循环扫描是在执行时碰到结束指令后返回到最初的第一条程序指令，这样就称为一个扫描周期。

2.2 PLC的选取

根据城市照明的特点及其要求，我在众多的PLC型号里选择了西门子S7-200型PLC。因为S7-200系列PLC的优点很突出，不光可以媲美中型PLC，价格还十分低廉。S7-200系列PLC有8个CPU和4个不同的基本型号。本文设计使用的CPU是CPU224。

3 硬件设计

3.1 I/O分配

本设计是城市照明系统的设计，假设对城市照明系统所有照明设备进行分类统计，道路信号假设输出为4个，分别为左侧灯1#、左侧灯2#、假设公共站点信号是2个输出，并输出2个景观灯信号。根据分时控制信号和照明输出信号的分类和统计，估计PLC输入开关的数量，并且假设信号的总数为13。（可根据具体情况添加燈具数量）

该设计以道路，这里以公共场所照明灯具和景观照明灯具的控制作为例子。在实际的工程实践以及产品的设计生产中，可以根据实际所需的要求而进行更改或扩展，而且梯形图的修改也很简便。

3.2 硬件接线

为了便于维护装置的安全，输出端子的控制不是直接连接到负载，而是在其中间接入一个继电器来进行连接，这种中间继电器全部采用2P 24V的电压以保证能正常工作，并且其电压皆来源于电源电压中。

3.3 亮度感应装置

目前市面上可应用的光敏元件有很多，该设计主要使用由硫化镉制成的光敏元件。目前，市场上最常见的金属封装和环氧树脂封装类型是线性的（DIP型）。表面也涂有防潮树脂并具有光电性。领先的效果。众所周知，光敏电阻的工作原理是基于内部光电效应所产生的，就是将电极的引线安装在半导体光敏材料的两端，并封装在具有透明窗口的环境中来构成光敏电阻。而为了加高灵敏度，会将两个电极的形状改变为梳状形态。此外，它还具有环氧树脂包装，体积小，灵敏度高，可靠性好，响应快，光谱特性好，价格低。

3.4 灯具布置方案

根据实际情况的需求，城市照明需要大量照明设备，本设计在此只显示一部分照明设备的设计，而根据实际情况的不同，在此设计中可以添加额外的照明设备。该设计是使用了两级母线的电源模式，让每个小母线为其中部分路灯供电。因为使用两级母线的方法可以让系统更加简单，还可以避免多母线多开关的麻烦，使得安装和维护更加方便。每个回路都是由接触器来进行的控制，而接触器所发出的动作都是由PLC程序来进行控制的。

4 软件设计

城市照明控制系统部分分别有：时钟控制，显示控制，时间状态指示控制，照明用具控制程序以及工作状态检测显示控制程序。将控制系统打开后需要执行子程序。第一步，我们需要打开时钟控制电路。设计中将I0.0触电设计为时钟控制电路的主开关，来控制时钟控制电路开始进行工作。下一步，就是对系统时钟控制电路来进行调整。时钟控制电路的时间必须与当前地区的时间相同。照明控制系统的时间是通过数码管显示，显示电路也是由PLC控制输出动态显示。再然后，我们还需要判断电流检测电路返回的数据，并执行时间状态的输出程序，根据当前的时间在该时间段来控制照明。本文的设计是在天黑之后，开始第一种工作状态。即是将所有的路灯都打开，或是下午七点之后，第一种工作状态将在午时十二点结束并进入第二个工作状态，所有的路灯只亮三分之二。而在凌晨六点后，将进入第三种工作状态，所有的路灯只会有三分之一年，然后会对亮度进行检测。天亮后，就将进入第四种工作状态，所有的照明设备关闭，以达到节能的目的。而如果亮度检测没有输入，它将进入第四种工作状态，即是特殊天气的紧急照明状态。

5 结论

本文基于PLC的城市照明系统设计是以西门子S7-200型PLC为核心所做出的照明控制系统，完成了对城市照明控制系统的硬件和软件控制系统的设计。本设计的优点在于节能，一年四季根据不同的时间段进行分段式时间管理，在保证了节能的前提下还做到了照明质量的提高。以照明时间控制为主，同时还有照明环境的分析，来辅助时间控制程序，以此来保障各种因突发变化或恶劣天气所导致的控制方案的不足。

参考文献：

[1] 彭可，冯准，郑怀鹏，芦飞，雷佳豪.城市LED照明系统远程监控平台设计与开发[J].计算机测量与控制.2016（09）.

（作者单位：河北科技学院）