PLC在建筑物通道照明线路控制中的应用外文翻译资料

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毕业论文（设计）

英文翻译

原文标题Application of PLC in Controlling Building Passageway Road Lighting Line

译文标题 PLC在建筑物通道照明线路控制中的应用

PLC在建筑物通道照明线路控制中的应用

Shengyuan Li, Zhirong Wu

Faculty of Mechanical and Electronic Engineering Jiangxi University of Science and Technology

Ganzhou, China, 341000

lsy_002@163.com, wuzhirong510@sina.com

摘要：根据建筑物通道道路照明线的特点，采用PLC（可编程逻辑控制器）控制建筑物通道道路照明线路正被广泛研究。在那种研究方法中，PLC输入信号使用反映光线强度的开关信号（此开关信号由光电传感器产生）。因此，采用PLC基本单元将能够满足要求，从而极大地简化了系统的硬件和软件结构。实际应用也表明其效果良好。在这个计划的道路照明线路控制器中，可以采用灯光控制和灯光、时间双重控制多条照明线路，同时，可以解决控制道路照明线路的数量和每个受限通道的允许负载的问题（基于微处理器的道路照明线路控制器产品很难解决），而且可以根据天气和季节自动调整输电和停电时间。它不仅可以用于控制类似于建筑物通道的室内道路照明线中，其基本方法也可以用于控制工厂、办公室、学校、住宅小区等室外道路照明线路中。

关键词：建筑物道路；道路照明线路；PLC；灯光控制；时间控制

1. 引言

与其他的道路照明相同，建筑物通道道路照明节能的主要方式也是合理控制灯开关时间^[1-5]。控制大楼通道道路照明有单个灯的控制和线路控制的两种方式。单个灯的控制是通过光照和声音控制，在白天的时候灯不亮，而晚上用人的脚步声来控制。单个灯的控制通常仅用于住宅建筑物和其他来往的行人较少的建筑物中^[6]。在来往行人较多的酒店、教室和办公楼中，更多的是使用线路控制的方式。线控可以再次分为光控、时控和光时双控三种方式。目前，大楼通道道路照明线的控制一般使用的是基于道路照明线路控制器产品的微处理器。该控制器不仅具有根据经纬度自动进行调整道路照明线路输电和停电时间的时控功能，有的还有光控开关和“午夜灯”功能。但是，控制器仍有两个缺陷，即输出通道受限以及每个通道的允许负载受限^[7-9]。采用PLC（可编程逻辑控制器）控制道路照明线是克服这些缺陷的有效方法。

1. 控制方案

采用PLC控制道路照明的控制方案线有很多^[10,11]。至于建设通道道路照明线路，从经济性、实用性、可靠性等方面考虑，同时使用光源控制和光照时间双重控制两种模式更加适当。电梯和楼梯应采用光照控制；而其他地方应采用光时双控。光照控制模式是：当晚上光照低于一定水平时送电，当早上光照高于一定水平时停电。光时双控是用来实现“午夜灯”的功能。该模式是：当光照低于一定水平时送电，当入夜5〜7h后停电，并且，如果在早上5〜7h后，光照强度仍低于a（除非保持中断状态），系统会再次供电直到光照超过一定程度。图1为控制方案图，由光电传感器，PLC和执行组件三部分组成。

图1 控制方案

1. 光电传感器的形成原理和参数设计

其中，光电传感器的功能是将光强度转换成开关信号，这可以减少需求在PLC上并简化编程。

1. 形成原则

光电传感器电路如图2所示，可以分为直流稳压器，光电转换电路，施密特触发器和驱动电路四部分^[12]。直流稳压器由电阻器R₁组成，齐纳二极管D_Z提供 5V工作电压用于光电传感器，DC24V输入电压由PLC提供。光电转换电路由电阻器R₂、光敏电阻器R₃和电容C组成，其中C用于吸收来自雷电和其他的瞬时光线干扰。施密特触发器由电阻R₄、R₅和CMOS同相缓冲器G组成。采用施密特触发器的滞后特性的好处在于可以提高光电传感器的抗干扰力。驱动电路由电阻R₉、晶体管T和簧片继电器RR（内部有续流二极管）组成。

白天光照较强时，光敏电阻R₃呈低阻，点电位低于施密特触发器的正向阈值电压，点b呈低电平，晶体管T处于截止状态，簧片继电器RR不动作；傍晚光线较弱时，灵敏电阻器R₃呈高阻，电位升高，当电位高于施密特触发器的正向阈值电压时，点b转为高电平，晶体管T进入饱和状态，从而驱动簧片继电器RR动作。

图2 光电传感器电路

1. 参数设计

由于空间限制，这里只讨论设计的几个主要参数^[12-14]。

1. R₂和R₃电阻值的计算

为了使施密特触发器的阈值电压不受太多的影响，R₃应选择光敏电阻值和暗敏电阻值都较小的电阻。一般来说，开始为道路照明输电时的夜间照度低于10Lux，由此可以推出R₂的电阻值

（1）

其中V_T 是施密特触发器的正阈值电压；R_3（10Lux）是光敏电阻器R₃照明10Lux时的电阻值。

b）R₄和R₅电阻值的计算

R₄和R₅的阻值比决定了施密特触发器的阈值电压，即

（2）

（3）

其中V_T-是施密特触发器的负阈值电压；V_TH是CMOS缓冲器的阈值电压（V_TH=0.5V_DD）。V_T 的值处于V_TH〜V_DD范围内，R₄电阻值在几MOmega;范围内。V_T ，V_TH和R₄的值代入公式（2）中，可以求出R₅的电阻值，并且将V_TH，R₄和R₅代入式（2），可以求得V_T-的值。

1. PLC的型号选项

由于PLC输入和输出是开关信号，因此，它可以满足层压PLC基本单元的选择要求。因为该程序相对简单，模型选项主要取决于所需的输出点（输入只需要1点）。输出点取决于道路照明线数量，有时也需要适当的储备产出点。由于执行组件一般使用三相交流接触器，因此，所需的输出点

（4）

其中L是道路照明线的数量；Q_r是预留输出点。一些型号的层压PLC基本单位的产量分数达到几十分，足以满足大多数建筑物通道所需要道路照明线路控制。如果输出点不够，还可以考虑增加交流输出模块。显然，采用PLC控制道路照明线路可以有效地解决基于道路照明线路控制器产品的微处理器输出通道受到限制的问题。

1. 执行器选择

一般采用PLC控制道路照明线理想的选择是使用三相交流接触器执行组件。三相交流接触器模型的选择，主要考虑的应该是道路照明线路负载情况，以及选择三相交流接触器 主要接触力是否与道路照明线路负载情况一致。显然，采用PLC控制道路照明线可以有效解决问题微处理器的道路照明线路控制器产品容许负载受内部接触能力的限制。

1. 应用示例

PLC的应用中有一种专门为酒店设计的道路照明线路控制器。客户要求每层楼都有光控和光时双控两条线路。光控线路要求夜间照明在10Lux以下时送电，早晨照明高于10Lux时停电；光时双控线路要求在夜间照明在10Lux以下时送电，停电6小时后（停电应该有通知，即断电3秒，然后传输10分钟，然后停机很长时间），在早上6小时内如果照明低于10Lux则再次送电（否则保持中断状态），直到照明超过10Lux停电。

A. 系统配置

酒店大楼共有9层，每层分别提供两条线（一条是光控，另一条是光时双控），总共需要18条线。执行器使用三相交流接触器。所需的PLC输出点可以通过公式（4）得到，即Q = 6。考虑到为了留下适当的备用输出点，PLC选择S7系列的CPU224AC/DC/Rrlay型号。其方式是分层PLC，输入点为14，输出点为14^[15]。输入/输出接口接线图如图3所示。在图3中，PLC输入点I0.1加入正常断开舌簧继电器RR（见图2）的输出点Q0.0，Q0.1，Q0.2，Q0.3，Q0.4和Q0.5驱动六个三相交流接触器（三个用于控制九个灯光控制线，其他三个则用来控制九个光时双控制线），输出点Q0.6，Q0.7，Q1.0和Q1.1用于储备。

图3 输入/输出接口接线图

B. 方案设计

程序流程图如图4所示。从图4可知，对于光时双控线，考虑到午夜停电前的通知时间，从晚上送电的时间到午夜中断的时间只有六个小时，即

20997s 3s 600s=21600s=6h

满足客户的要求。

（a）主程序流程图 （b）时控子程序流程图

图4 程序流程图

梯形图如图5所示。时间控制是通过在PLC内部增加计数器计数来实现第二脉冲，这不仅可以提高时间准确性，并且可以简化程序结构。

C. 实际结果

建筑物通道照明线路控制器在酒店中使用效果良好。首先，这样的建筑采用了基于道路照明线控制器的微处理器，它不但可以根据经纬度自动调整道路照明线路输电和停电的时间，还可以同时实现“全夜灯”和“午夜灯”的控制功能。但是，控制器在实际使用中存在两个主要问题。首先，由于控制器只有3个通道输出，如果一个设置为“全夜灯”，两个通道设置为“午夜灯”（“夜灯”负载比“全夜灯”更重），控制器联系容量太小而无法承受“全夜照明”负载；第二，没有灯光控制功能，它不能自动调整道路照明线路的输电时间以及根据天气停电。因为上述基于PLC的灯光线控制器增加输出通道方便，使用它可以根据线路的负载情况选择合适的直流接触器，光控功能使得这两个问题都得以解决，并每年节省近10％的建筑物通道照明用电量。

1. 结论

采用PLC控制的建筑物通道道路照明线的方案有很多。以上所提到的计划具有以下特点。

a）由于PLC输入信号和输出信号都是开关信号，利用分层PLC基本单位可以满足控制要求，那么这个系统的硬件和软件架构从而得到简化，成本降低。

图5 梯形图

b）可以进行灯光控制和光时双控来控制多条道路照明线。

c）道路照明线路功率的送电和停电时间可以自动进行根据天气和季节调整光控功能。

d）提供多少条照明线路受限的问题得以解决（基于道路照明线路控制器产品的微处理器很难解决），因为系统具有替代性输出点。

e）道路照明线路的允许负载受限的问题得以解决（基于道路照明的线路控制器产品的微处理器很难解决），通过选择执行器（交流接触器）型号解决。

f）这个计划不仅可以用来控制类似于建筑物通道的室内道路照明线，其基础方法也可以用于室外道路的控制照明线如工厂、办公室、学校、住宅区和其他地方。

参考文献

[1] Lin Zhengan. The Analysis of Road Lighting Energy-saving [journal].Zhaoming Gongcheng Xuebao, 2005, Vol. 16 (4), pp. 56-61.

[2] Liu Hua. The Discussion on Road Lighting Energy-SavingTechnology [journal]. Zhaoming Gongcheng Xuebao, 2010, Vol. 21(3), pp. 109-111.

[3] C.Volosencu, D.Curiac, O.Banias, et al. Hierarchical approach forintelligent lighting control in future urban environments [meetingpaper]. Proc.of the IEEE-TTTC International Conference onAuto

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