基于PLC的照明线路分时段分功率控制

摘 要： 提出一种分时段分功率的照明线路控制策略。根据不同月份的日出日落时间，通过PLC控制系统，智能控制照明灯的开关灯时间；在行人较少的深夜时段，自动减少照明灯的数量投入，降低照明功率。改造后，开关灯时间准确，避免了人工开关灯的时间误差，电能节约率达30%以上。系统运行稳定可靠，灯具使用寿命有所提高，在满足小区照明要求的前提下实现了节能减排。

关键词： 公共照明；分时段；分功率；PLC；节能减排

中图分类号：TB114.2 文献标识码：A 文章编号：2095-8412 （2017） 06-032-04

工业技术创新 URL： http： // DOI： 10.14103/j.issn.2095-8412.2017.06.008

引言

原有小区照明往往采用全时段全功率照明。但据统计，小区冬天22：00过后和夏天23：00过后基本无行人来往。因此，小区公共照明路灯“通宵达旦”，系不合理的用电现象。深夜降低照明功率也是用电改进措施之一。这一方法早已在路灯中应用，但都是针对大功率的单个路灯，而不适合小区庭院照明的小功率灯。本文出于尽量减少改造工程量的考虑，把小区的公共照明改为不同时段投入不同數量的灯，实现分时段分功率照明，即在较多人活动的时段全功率照明，反之则关掉一部分照明灯。改造后的控制系统在深夜时自动调低照明功率，使光照可以保持在符合规定的标准，同时做到节能减排[1]。

1 改造前的情况

小区的公共照明分为五部分：前院、南通道、北通道、花园、地下停车场，电路图如图1所示。每一部分分为两路，由两个开关控制，防止出现故障，导致照明灯全灭。不同控制回路的照明灯互相间隔。所有的开关均由装置在配电室的一个开关箱控制。每天由值班保安按时开关。

2 改造方案

2.1 总体概述

利用原来每一部分的两条独立照明线路，把公共照明分时段分功率投入，这样对原来的线路改动最小，成本最低。以前院为例，夏天19：00投入前院1照明，19：20再投入前院2照明。23：00关闭前院1照明，只剩下前院2照明。这时功率及照度减少了一半，但照度仍符合规范。第二天06：00，关闭前院2的照明。经粗略计算，至少节约了30%的电能。

在原照明开关箱旁加装一个控制箱，采用PLC作为主控原件自动控制。PLC带动10个接触器，相应的触头并联到原开关箱的相应开关上，原来的手动功能依旧保留。PLC控制原理图如图2所示。

由于地下车库采光较差，需要提早开照明，所以地下车库的两路照明的接触器由单独的中间继电器来控制，车库的关灯时间和其他部分相同。其他四个部分的8个接触器由2个中间继电器来控制，一个控制先亮先关的4个接触器，另一个控制后亮的4个接触器[2]。

2.2 元件选择

PLC需要3个输入点和5个输出点。选择三菱FX2N-16MR型号的PLC，有8个输入点和8个输出点，满足使用要求，且有价格优势。

中间继电器选择HH54P型号，有4组触头，满足控制4个接触器的要求，采用插座安装方式，更换容易。接触器选择LC1-D18型号，触头规格满足要求且有较大的余量。中间继电器和接触器均选用交流220 V线圈。

2.3 时间控制

查得当地每月1日的日出日落时间，以此为依据制定开关灯时间表，如表1所示。

最早开灯时间大约为日落前的20分钟，最迟关灯时间大约为日出后的10分钟。车库的最早开灯时间提前15分钟。在1～3月、11月、12月，22：30关闭一部分照明，其余月份在23：00关闭一部分照明[3]。

3 软件设计

3.1 时间调整

虽然PLC的时钟较为准确，但控制系统是长期运行的，日积月累也会产生误差。设计了SB1、SB2、HL作为时间调整按钮与指示。时间调整部分梯形图见图3。

FX2N系列PLC的时钟置于若干特殊储存器里。特殊储存器不能使用普通的整数运算指令及传送指令。TRD为时钟数据读出指令，TWR为时钟数据写入指令。表2为时钟数据表。

按下加1按钮（X0）或减1按钮（X1）后，定时器T0开始计时，1秒钟定时时间达到后，读出7个实时时钟数据写到D0～D6储存器中，其中D3为小时，D4为分钟。

加1时判断D4是否为59分钟，若是，分钟数据清0，小时数据加1；减1时判断D4是否为0分钟，若是，分钟数据写入59，小时数据减1。

当值班保安根据时间表认为控制系统产生较大误差时，可以对时间作出调整。例如要加快3分钟，可以长按SB1按钮，当长按时间超过1秒钟后，控制系统确认调整，对时钟加1分钟，并亮灯（HL）提示。看到亮灯后松开按钮，再进行下一次操作调整。

PLC的时钟在停电时由电池保持运行。同时，电池并不因为PLC一直处于通电状态下就不消耗，所以应当定期更换。如果时钟产生错乱，可以连上手提电脑，在电脑上进行校准。

3.2 开关灯数据表设计

表1中的各个开关灯时间要写入PLC的相应储存器里，便于与实时时钟进行比较。开关灯数据表梯形图见图4，其中只截取了1月和2月的数据。其中：D101放置开灯1时间；D102放置开灯2时间；D103放置关灯1时间；D104放置关灯2时间；D105放置车库开灯1时间；D106放置车库开灯2时间。当实时时钟为某一个月时，该月份的开关灯数据被写入D101～D106等6个数据储存器中。

3.3 小时分钟数据处理

在PLC的特殊储存器中，D8015存放小时数据（24小时制），D8014存放分钟数据。在程序中，把两个数据集中为一个，便于进行比较。小时分钟数据处理电路如图5所示。

数据储存器D是一个16位的数据，把小时自乘以100，再加上分钟，AB：CD这一时间在储存器里就变成了ABCD的形式。例如19：30，D8015储存器里的数据是19，D8014储存器里的数据是30，则D100储存器的数据成为1930。把小时和分钟集成在一个储存器里，便于比较[4]。

3.4 开关灯控制

开关灯控制梯形图见图6。PLC的输出Y1控制除车库外的第一段开关灯，Y2控制除车库外的第二段开关灯，Y3控制车库的第一段开关灯，Y4控制车库的第二段开关灯。当实时时间（D100）与相应的开灯时间相等时，相应的PLC输出点输出并保持，直到实时时间与相应的关灯时间相等时，输出才停止。

4 检查与调试

接线完成后进行一次检查，确认无误后可以进行通电调试。

4.1 检查

第一步检查各个接触器是否与原开关接线正确，方法是直接用螺丝刀按下相应的接触器，检查相应区域的路灯是否点亮。

第二步进行程序的调试，即检查每一个月是否按照时间表来开关灯。可以在程序末端做一个调试程序（见图7），调试完毕后删除即可。M100和M101行的逻辑并无实际意义，只是把数据集中到一起，方便监控；后面的D100和K9999也是如此。

4.2 调试

调试时，使用软元件测试，直接把数据写入相应的软元件当中，然后再进行时间写入，修改时间进行调试。

例如调试1月的数据，先用软元件测试把1写入D1（月），把17写入D3（时），把18写入D4（分），再用软元件测试把M102强制ON，直接修改时间到1月的17：18分，观察系统运行到17：20时是否投入车库1的照明。

结果正确后，再修改到下一个时间点进行测试。

调试结束后，恢复系统的实时时间，再把调试程序删除（也可以不删除，便于将来的问题排查），即可投入运行。

5 应用

改造后的控制系统既可以自动运行，也可以像原来一样手动运行。

当要自动运行时，把控制箱面板上的选择开关转到“自动”，并且把原来公共照明开关箱内的所有分开关打下，系统就会按照程序自动运行。

当要手动运行时，把控制箱面板上的选择开关转到“手动”，到了相应的时间点，人工把原来的各个分开关合上即可[5]。

经过两年的运行，新的控制系統运行良好。

6 结论与讨论

小区的公共照明经过改造后，运行效果良好，避免了人工开关灯的不准确性。同时，自动控制系统能够根据日照时间的长短自行调整开关灯时间。公共区的照明在深夜后自动断开一半的照明，达到了节能的目的。以7月的数据为例，所耗电能不到原来的70%，节能效果明显，且提高了灯具的使用寿命。

也曾设想分三段时间和功率进行照明，但由于原有管道铺设的线路没有预留备用线，重新施工会带来一定的麻烦（要破坏一部分绿化），所以只得使用本文提出的两段时间和功率的照明。如果改为三段时间和功率照明可行，节能效果将更加明显。

参考文献

[1] 陈文平. 新型智能照明控制电路应用实例精选[M]. 北京： 机械工业出版社， 2000： 68～99.

[2] 叶翠安. PLC技术在冷库控制中应用[J]. 机电工程技术， 2014（07）： 40.

[3] 沈艳军. 智能化立体停车库系统[J]. 现代企业文化， 2015（18）： 163～164.

[4] 赵树炳. 现代照明控制技术[M]. 北京： 机械工业出版社， 2010： 47～53.

[5] 谢英.可编程控制技术应用[M]. 北京： 电子工业出版社， 2011： 70～77.

Abstract： A time and power varied control strategy is proposed for lighting circuits. Through the PLC control system， and as per the time of suise and sunset of different months， the intelligent control of switching time is realized； at night time with fewer pedestrians， the number of input lights is automatically reduced to reduce the lighting power. After such a modification， the switching is accurate， the error of manual switch time is avoided， and electric saving rate of is above 30%. The operation of the system is stable and reliable， and the service life of the lamp has been improved. The energy saving and emission reduction has been realized under the premise of meeting the lighting requirements of the residential district.

Key words： Public Lighting； Time Varied； Power Varied； PLC； Energy Saving and Emission Reduction

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