基于PLC的校园照明智能控制系统
摘要：随着我国经济水平快速上升，随之出现的能源紧张问题也越来越严重，中国人口较多，国内高校用电量较大，也普遍出现能源浪费的情况，全国几千所
高校，电量浪费的总量难以计算。

本文通过分析当前高校教室的灯具使用特点，
出于节约照明用电的目的，设计了一套校园照明智能控制系统。

使用该智能控制
系统能够根据教室、走廊、校园的实际情况进行开关灯，避免了校园内电灯在无
人时长期点亮不关的现象，同时能够很大程度的减少人工管理的工作量。

1.引言
全国几千所高校，电量浪费的总量难以计算。

传统的校园照明系统往往需要
手动控制，不仅费时费力，而且容易浪费能源，同时非常不利于学校的管理。

随
着物联网技术和智能化技术的快速发展，校园照明智能控制系统已经成为现代校
园建设中的重要组成部分。

基于PLC的校园照明智能控制系统具有自动化控制、
节能减排等优点，因此备受关注[1]。

采用基于PLC的校园照明智能控制系统可
以提高校园照明的智能化程度，基于PLC的智能控制系统可以实现根据时间、环境、用电负荷等因素自动调节照明亮度和开关状态，提高照明的智能化程度[2]。

通过智能控制系统的调节，可以最大程度地减少照明能耗，降低校园的能源消耗
和排放。

同时还能实现照明故障检测和预警，及时发现和解决安全隐患，提高校
园照明的安全性，方便校园管理[3]。

2.总体方案设计
传统教学楼内灯光和校园内景观灯需要人工进行控制管理，大部分时
间都有着许多的浪费能源现象。

校园照明智能控制系统是利用PLC对教室内的人
体红外射线和光照强度进行监控，并以此为根据自动对教室和楼道里的照明灯进
行智能化管理。

对校园景观灯采用分时段控制的策略减少能耗。

设计校园智能控
制系统的主要目的时减少校园电灯能耗，在教室内光线充足或教室内无人的时候，自动关闭电灯，防止“长明灯”现象的出现。

对于楼道相关区域或校园内景观灯，
实现智能化控制。

提高校园管理的能力，实现对教室照明系统的科学智能管理，
为高校节约电能。

校园照明智能控制系统包括上位机和下位机两个部分，实现对教室和校园内
灯光的智能管理[4]。

下位机包括PLC、智能灯控开关、人体红外传感器、光照传
感器等。

PLC和智能灯控开关按照校园区域安装在特定的房间内，传感器安装在
教室内检测教室内学生的出入和教室内的亮度信息。

将检测的信息传送到PLC，PLC根据一定的控制策略实现教室电灯和校园内电灯的控制。

另外所有电灯可以
通过人工的方式手动介入，实现强制开关。

从系统的两个组成部分的功能来分析，
下位机主要工作为：
第一、能够检测人员数量和分布区域，得到人体存在信息；第二、能够探测
教室内亮度的信息；第三、能够接受并解析传感器的信息，并根据信息发出一定
的指令，同时能够和上位机完成通信；第四、能够执行灯的开关指令。

上位机应该能够完成的功能有：
第一、可以实时监控当前教室是否有人存在以及当前教室的电灯状态；第二、可以和PLC完成数据通信；第三、能够远程控制教室、楼道、景观灯的开启关闭；第四、能够设置室外景观灯的开启关闭时间灯，能够保存多个控制策略。

3.硬件选型
3.1 PLC的选型
在本文校园智能控制系统中，考虑系统要求和环境条件，然后根据实际I/O
点数 [12]。

对PLC的运算要求以及内存容量的要求不高，同时使用环境在教学
楼内，干扰较少，所以最终选择西门子1200系列，PLC实物如图3-1所示。

成本
较低，可扩展数字量输入输出模块和模拟量输入输出模块。

同时能够与WINCC组
态软件直连，使用方便稳定。

图3-1 西门子1200PLC
3.2 人体信号采集模块的选型
热释电传感器人体信号采集模块如图3-2所示。

XKC-003K4人体信号采集模
块是一种常用的被动式红外（PIR）运动传感器模块。

它广泛用于需要运动检测
的各种项目和应用中。

该模块由热释电传感器、菲涅尔透镜和支持电路组成。

该
模块具有约7米（23英尺）的检测范围，检测角度为120度。

这意味着它可以在
此范围内检测到运动。

模块的灵敏度可以使用电位器进行调节。

通过调整灵敏度，使传感器对运动更敏感或不敏感。

XKC-003K4设计为节能型，静态电流小于200mA，功耗非常低，是一种简单
而经济实惠的解决方案，本文最终选择XKC-003K4型号的人体信号采集模
块。

图3-2 热释电传感器人体信号采集模块图
3.3光检测模块的选型
光检测模块主要用于检测教室内光照是否足够，在光线充足的情况下，则不需要开启照明设备，当光线不充足时，开启周围电灯，确保光照复合教室图
书馆标准。

光检测模块如图3-3所示。

此外。

该模块具有良好的抗干扰能力，采用的是低功耗设计，还可以通过配
置寄存器来选择不同的测量范围和灵敏度，能够满足设计需求。

4.硬件设计
4.1系统的I/O分配设计
以一个PLC为例，系统数字量输入点及其对应地址编码分别为I0.0对应启
动开关、I0.1对应停止开关、I0.3-I0.7对应光照传感器、I1.0-1.5对应人体传
感器和I0.2对应投影仪开关。

对应地址为Q0.0对应讲台区域灯，Q0.1-Q0.3区
域1、区域2、区域3，I/O地址分配表如表3-1所示。

系统主电路图和PLC接线
图分别如表4-1所示。

表4-1 I/O 分配设计表
4.2系统的PLC电路设计
图4-1 PLC设计接线
5.控制系统软件设计
5.1 PLC程序设计
图5-1
如图5-1所示，首先判断启动开关是否开启了，如果开启了，则进行是否有人的判断，有人的情况下，假如光照不足，则将对应的灯打开。

图5-2 教室电灯控制程序
如图5-2所示，当单个区域内有人的时候，打开相应区域的灯，但同时也将教室内多媒体考虑进去，在使用多媒体时，关闭讲台电灯提高多媒体的清晰度。

图5-3 教室无人时仿真图
如图5-3所示，当人体传感器检测到教室内无人，此时光照传感器也没有被触发，所有电灯呈关闭状态。

图5-4 光照充足时，教室有人仿真图
如图5-4所示，教室内有人时，热释电传感器是导通状态，但光照传感器充足，为不导通状态，相应区域内电灯不会打开。

图5-5 光照不足时，教室有人仿真图
如图5-5所示，教室内有人时，热释电传感器是导通状态，此时光照不足，是导通状态，相应区域内电灯打开。

6.结论
随着我国经济水平快速上升，能源紧张问题也越来越严重，国内高校用电量较大，也普遍出现能源浪费的情况。

因此，设计了基于PLC的校园照明智能控制系统。

考虑了光照因素、时间因素、教室内学生等因素，针对教室内灯光、楼道走廊内灯光、校园景观灯等设计了不同的控制策略，对智能控制系统的硬件进行了选型。

PLC、上位机组态间通过工业以太网进行连接，构建了一个自动化层次高、灵活控制、且可大大降低能耗的校园照明智能控制系统并对PLC设备以及各类材料的研究选用、控制程序的设计等进行了充分具体的阐述。

参考文献
[1]周立萍,王伍柒,刘淑伟,周立红.基于PLC控制的教学楼智能照明系统设计[J].信息与电脑(理论版),2019(07):93-95.
[2]樊建强,赵晓艳,刘攀.基于PLC的校园照明智能控制系统的设计[J].数字通信世界,2018(06):76.
[3]张凌霄.PLC控制的自动照明系统[J].职业技术,2017,16(09):118-120.DOI:10.19552/ki.issn1672-0601.2017.09.041.。