智能照明模拟实训系统的设计

李锐

:智能照明系统是最先进的一种照明控制方式,它采用数字模块化的系统结构,通过控制线将系统中的各种控制功能模块及部件连接成一个照明控制网络,在照明控制实现手段上更专业、更灵活,可实现对各种照明灯的调光控制或开关控制,是实现舒适照明的有效手段,也是节能的有效措施。

首先本文将简述智能照明系统的应用背景,提出新型照明系统的发展趋势;介绍智能照明模拟系统设备的配置要求,分析其工作原理以及调试方法,提出新式的照明控制实训系统模型。

关键词:智能感光可编程控制器数模转换

中图分类号:TP314 文献标识码:A 文章编号:1674-098X(2012)07(c)-0038-02

1 智能照明监控系统背景

随着可编程控制技术和传感技术的发展,智能控制技术已经不再是工业控制的专利,广泛的应用到了人们的日常生活中。随着国家电能节约计划的实施,很多城市的景观灯,展览馆的照明系统等区域的光亮设施的节能设计也日益受到重视。如位于广州市东南部琶洲岛地区的国际博览区内的广州国际会展中心,中心配置了现场面板、触摸屏、感光探头、及天文时钟等设备实现各类控制需要。大功率开关回路采用交流接触器的开关控制方式,调光的部分采用调光类模块,组成一个完善的整体照明网络。现代的照明监控系统应该是具备有控制,通讯,闭环控制的特性,这就需要依赖计算机集成系统或是控制器来实现智能化。为了使模拟实训设备与时俱进,在学院的委托下,经过查证资料,与其他院校及设备公司进行技术交流和学习,提出以下的一套可行的PLC智能照明监控设备的模拟系统。

2 系统应用原理分析

本系统主要着重于传感器调光,探测器调光和24小时时间调光设计的PLC控制,是设备具备相当的实际控制功能和实训调试要求。照明监控系统对于门厅大堂、公共区域等地方的照明系统的监控,对实现其智能化管理具有十分重要的作用。

2.1 传感器调光的必要性分析

如酒店或展览馆的大堂是客人进入大厦的第一印象,灯光的不止不仅仅是为了照明的需要,更应该考虑照明的气氛与周围环境的协调。应充分利用自然光,实现日光的补偿。当天气阴沉或夜幕降临时,大厅的主照明应渐渐调亮。当室外阳光明媚时,系统将自动调暗灯光。无论客人什么时候进入大厦都能感觉到灯光效果带来的舒适环境,灯光在外界光亮不断改变的情况下都能达到一定的亮度。本系统采取光照度传感器来获取外界的光亮度变化,将其转换成电流模拟信号,再通过AD模块将其转换为相应的数字信号,输入至PLC中进行判别,计算,控制可控硅控制模块,实现灯泡光亮度的闭环自动控制。同时,为了提高设备的功能多样性,还设置了手动调光控制的功能,可由手动调光电位器来对灯泡进行亮度的手动调节。

2.2 探测器调光的必要性分析

在大型的建筑设备中,如封闭式地下停车场,或者个别走廊通道及厕所等设施,在深夜时,可起用探测器感应模式,起到节能,又为使用者提供安全舒适的灯光照明。如走廊通道在某个时间段后,可以处于不照明节能状态,红外线动静探测器可装在通道墙壁上方,可截获通过探测范围下方,或横穿探测范围的人员,实现相应的照明联动,打开照明设施提供照明服务。实现区域内照明系统的智能化管理。

2.3 时间表调光控制的必要性分析

汽车库若采用智能照明控制系统,即能保证给用户提供最合适的照度,同时实现合理的节能。智能照明控制系统根据不同的时序设置不同的状态。一般大开间办公室开进窗户一侧采光较充分,背光一侧需要灯光补偿,如整间办公室灯光全部开启则会造成很大的能源浪费。采用智能照明控制系统后,可使照明系统工作在全自动状态。通过配置“智能时钟管理器”可预先设置若干基本工作状态,根据预设定的时间自动的在各种状态之间转换,自动将照度调整到最合适的水平。时间段的不同光照度要求,可以通过PLC与时控模块实现控制与定时,同时,可与传感器调光控制联动,实现高效、节能、舒适照明的目的。

3 设备组成设计

3.1 设备设计原理图（图1）

3.2 所需设备的技术参数

(1)动静探测器:输入电源:9-16VDC;静态电流:≤35uA,报警电流:≤15mA,探测范围:35×40英尺(10.5×12m)探测范围可偏转:垂直方向+2--10°,水平方向±10°。

(2)光照度传感器:20～4mA输出;硅光电池;精度:±2%,量程:0-2000Lux;

(3)移相控制器:220VAC(380V)±10％50HZ,要求与负载电源同相位。

(4)可控硅控制模块:工作电压:220V;额定正向平均电流:6A。

(5)三菱PLC主机型号FX2N-24MR:工作负载:2A/1点8A/4点公用响应时间:10ms。

(6)三菱模拟量输入输出模块型号:X0N-3A;分辨率:64ｕAMIN(4～20mA/250)。

3.3 探测器及传感器的功能端子分析

(1)动静探测器

探测器一般需要预热通电加温1～2分钟。系统本部分可以直接用人体位置模拟被测量,正常和通电状态下的动静探测器NC为常闭状态,触发状态或断电状态或被拆状态,都将使NC断开,进入报警状态。NC触点可作为PLC控制中的输入触点,实现控制联动。

(2)光照度传感器

光照度传感器采用先进的电路模块技术变送器,用于实现对环境光照度的测量,限流输出标准电流信号。

通电后,光照度传感器工作,进入监控状态。若此时光照度为0,测传感器会输出20mA的稳定DC 电流。当光照度为最大时,传感器输出电流相应减小至4mA。因为光照度传感器只对太阳光光谱中的部分可见光敏感,因此可利用手电筒发出的可见光的频率跟这部分可见光的频率相一致的特点来进行调试。

4 PLC集成控制的实现

为实现论文所举证的智能照明监控系统所需的三种应用模式。

系统提出一种采用PLC可编程控制器及扩展模块来实现对光亮调节,区分不同区域,不同时段的自动控制,具有光照度反馈,可以形成闭环控制。为提高控制功能调试过程的易见性。系统采用移相控制器来控制照明灯具电压,作为PLC控制的执行元件。PLC采用数模转换模块来读入光照度传感器数据,输出经计算的数字量。在实训中充分锻炼了PLC的编程技巧,数模转换模块的校准调试,还能对各种探测器,传感器,可编程控制器等系统组成设备进行综合布线,熟悉各种设备安装扩展。

4.1 移相控制器的自动控制时的端子联接

移相模块调试接线图如图2,移相控制器选择自动模式时,R1,R2必须短接。

4.2 系统端子接线（图3）

4.3 模拟实训最小系统控制I/O表（表1）

4.4 模拟调试流程

(1)将“启动/停止”开关置于启动档,启动指示灯点亮,停止指示灯熄灭。移相控制器运行指示灯闪亮三次后变成绿色常亮,输入信号灯(小灯)点亮。白炽灯闪亮一下后熄灭,然后慢慢变亮,15S后达到最大亮度。亮度警报指示灯在白炽灯达到一定亮度后点亮。

(2)本系统中每按动“时间前进”或“时间后退”按钮一次,PLC主机上的小型显示屏显示时间的时位将“加1”或“减1”进行时间设置:

(3)在6～18时,白天指示灯点亮,随着环境光亮度的变化,白炽灯亮度会随之自动调节亮度。

(4)在18～24时,晚上指示灯点亮,白炽灯亮度不会随之发生变化,始终点亮在一个比较高的亮度。

(5)在0～6时,深夜指示灯点亮,白炽灯亮度不会随之发生变化,始终点亮在一个比较低的亮度。

(6)将“手动/自动”开关拨到“手动”档,旋动手动调光电位器,白炽灯亮度随之改变。

(7)按下“停止”,白炽灯延时后熄灭。

(8)公共区域指示灯点亮,进入公共区域照明监控模拟模式。处于探测器探测范围外,白炽灯节能熄灭。人走动进入探测区域,动静探测器动作接通,指示灯亮,白炽灯同时点亮。

5结语

论文中所阐述的光照闭环控制照明模拟系统,能够任意的添加主动红外线探测,门磁等传感器,或是通过编程可以任意的改变照明设备的最高亮度和最低亮度,时间段设置以及不同区域的联动要求,更可以与消防系统,综合防盗系统和门禁系统等实现联动,能满足一般的技术扩展需求,基本实现照明监控系统的一般技术要求和大中专院校楼宇智能照明实训需求。

参考文献

[1] 沈晔.楼宇自动化技术与工程.

[2] 史国生.电气控制与可编程控制器技术.