基于PLC及触摸屏的教室群门锁与照明灯智能控制系统设计

卞和营，张晓丽，常英丽，李俊章

(1.平顶山学院 电气与机械工程学院，河南 平顶山 467036；2.河南质量工程职业学院 食品与化工系，河南 平顶山 467100)

0 引言

随着高等教育越来越受到社会的广泛关注和重视，各类高校的教室数量不断增加，因此教室照明灯和门锁的使用量随之增加[1-2]．但是白天教室无人或教室内光照度很高的情况下，存在教室照明灯全开的现象，这造成了用电的严重浪费，造成了额外的经济损失[3-4]，而且教室上课前和下课后，需要专门的人员每天上下楼去逐个开锁和落锁，这不仅加重了管理人员的工作量，而且造成了大量的人力资源浪费[5-6]．笔者根据教室内的光照度、是否有人和上课时间协同作用条件下实现教室无人灯全灭、教室无人自动上锁和管理人员远程实时监控等控制功能设计，为高校教室照明灯和落锁的智能化管理提供一种可行方案．

1 教室群门锁与照明灯智能控制方案设计

本设计是在教室已安装闭门器的基础上，实现人通过教室后门能够自动关闭的情况．通过热释电红外开关、光照传感器检测教室是否使用，对照明灯和智能锁进行分时间段控制．在教室使用期间，热释电红外开关检测教室内是否有人.当教室内有人且光照强度未达到阈值时，照明灯开启；光照强度达到光照强度阈值时，照明灯不开启，在此期间电磁锁不落锁．在教室未使用期间，且教室内无人时，电磁锁自动落锁．本设计以教学楼一层6个教室为例，照明灯与电磁锁的具体控制方案如下．

1.1 照明灯的控制方案

图1 照明灯控制流程

1.2 电磁锁的控制方案

本设计在每个教室安装电磁锁，每个电磁锁均通过PLC控制的中间继电器控制．对于电磁锁的控制，在730和1330这两个时刻，根据教室是否使用，利用触摸屏远程操控教室是否开启电磁锁，当教室被使用时，控制电磁锁不关闭．当教室未使用时，热释电红外传感器检测到无人信号后使PLC控制继电器的吸合，电磁锁关闭．根据学校的作息安排，2200之后自动关闭所有的电磁锁．具体控制策略如下：

2 照明灯与电磁锁电气控制电路设计

照明灯与电磁锁电气控制电路原理设计图如图2所示．图2中的照明灯与电磁锁每条支路中都串联一个中间继电器的常开触点KA，这些常开触点的接通与断开均由PLC控制接在其输出点的KA线圈是否通电来实现．

图2 照明灯与电磁锁电气控制电路

3 PLC控制系统硬件电路设计

3.1 控制系统I/O地址分配表

根据照明灯与电磁锁的控制方案，可知该控制系统共需32个输入信号和12个输出信号，具体的I/O地址分配表如表1所示．表1中符号SB为按钮，S为热释电红外开关，KA为中间继电器．

表1 PLC控制照明灯与电磁锁的I/O地址分配

3.2 PLC控制硬件电路设计

根据照明灯与电磁锁的启停控制方案设计的基于PLC的照明灯与电磁锁的控制系统硬件电路如图3所示．

图3 PLC外部电路接线图

4 照明灯与电磁锁控制系统程序设计

根据照明灯与电磁锁的启停控制方案设计的PLC控制程序如图4所示，部分主控制程序列举如下：

图4中网络1在PLC开始运行后就开始从PLC中读取时间，读取的8个字节分别存放在年(VB100)、月(VB101)、日(VB102)、时(VB103)、分(VB104)、秒(VB105)、0(VB106)、星期(VB107)，为0时将禁用星期；网络2程序是将对应的字节转换成整数型；网络3程序是设置白天工作日时间控制；网络4程序是设置电磁锁工作时间；网络5程序是照明灯控制程序．

5 MCGS监控界面设计

根据照明灯与电磁锁的启停控制方案设计的MCGS监控界面如图5所示．

图5(a)为教室照明灯启停选择界面，管理人员可以根据教室使用的实时情况在监控室远程操作某个教室照明灯的启动与停止；图5(b)为教室照明灯实时的状态显示，若教室灯是打开状态，则监控界面上开的指示灯为闪亮状态，否则关的指示灯显示为红色；图5(c)为教室锁开与锁关选择界面，管理人员可以根据教室使用的实时情况在监控室远程操作某个教室锁的开与关；图5(d)为教室锁实时的状态显示，若教室锁是打开状态，则监控界面上锁开的指示灯为闪亮状态，否则锁关的指示灯显示为红色．

6 实验

根据图2和图3，采用CPU226PLC、EM231模拟量模块、热释电红外开关、DZD-T4光照度传感器等电气设备搭建实验平台，根据照明灯与电磁锁控制方案,用编程软件STEP 7 Micro WIN V4.0编写相应的控制程序，并在MCGS触摸屏上设计了照明灯与电磁锁的监控界面，经过综合调试,较好地实现了教室无人灯全灭、教室无人自动上锁和远程实时监控等功能．

7 结论

针对教室无人时照明灯保持全亮的电能浪费现象，以及整栋教学楼的几十个教室需专人上下楼进行关灯与锁门的日常烦琐管理工作，运用PLC、MCGS触摸屏、热释电红外开关和光照度传感器等设备设计了教室群门锁与照明灯智能控制系统，实验表明该系统能够根据教室内的光照度、是否有人和上课时间协同作用条件下决定是否开关照明灯和落锁，能够较好地实现教室无人灯全灭、教室无人自动上锁和远程实时监控等功能，为高校教室照明灯和落锁的智能化管理提供一种可行方案，具有一定的实际意义．

图4 PLC控制程序

图5 教室照明灯与锁监控界面