基于PLC物联网的照明控制系统设计
说明：本论文为天津渤海职业技术学院科研资助项目《楼宇照明智能控制系统设计》课题论文，课题申请号2016008。
摘要：PLC技术是自动控制系统的基础，物联网是实现智能化识别、跟踪、定位、监控和管理的一种网络。智能照明控制系统设计综合应用PLC技术、互联网、传感器及检测技术，构建小型物联网，并提出系统拓展设计思路。
关键词：PLC技术；物联网；照明；系统设计
Lighting control system design based on PLC and internet of things
Bai Yan Feng
（Tianjin Bohai Vocational Technology College，Tianjin 300401）
Abstract: PLC technology is the foundation of automatic control system, Internet of things is a network to realize the intelligent identification, tracking, positioning, monitoring, and management. Intelligent lighting control system is an integrated application of PLC technology, Internet, sensor and testing technology, to realize the Internet of things.
Keywords: PLC technology; Internet of things; lighting; System design
1 引言
PLC能够满足过程控制、数据处理、运动控制等现代控制要求，其丰富的特殊功能、人机界面及通信单元使得其广泛应用于钢铁、电力、化工等各个行业，PLC的应用技术现已成熟，市场上的部分PLC设备已自带联网功能，但基本以PLC与上位机之间进行数据通讯为主，且传统的PLC通信多采用价格昂贵的编程电缆，限制了PLC的发展。物联网的出现让PLC迎来发展的春天，PLC作为信息采集和控制的重要手段，必然伴随物联网的发展而大步前进。
基于PLC物联网控制系统的研究涉及物联网的信息交换和通信、PLC应用技术、传感器及检测技术等，传统的控制系统设计多采用敏感元件实现驱动器执行，后改进为采用嵌入式微处理主控电路设计，也有采用远程控制系统的CAN通信模块等，基于物联网的信息交换和通信对PLC技术人员提出了更高的要求。基于此背景，本文就生产、生活中的照明控制系统为研究对象，将PLC和互联网无线技术综合应用其中，实现对灯具节能减耗的智能控制，让PLC及物联网更加贴近于生活。
2 系统总体设计
2.1 系统整体设计构架
照明控制系统整体设计构架如图1所示。
图1 照明控制系统设计构架示意图
智能照明系统采用普通光传感器结合A/D转换器，滤除红外光对光传感器检测结果，根据当前环境的光线条件，将采集到的信号反馈至PLC（如s7-200/欧姆龙CPM2AH），PLC对该信号进行逻辑运算并输出，实现对照明设备的自动控制，达到节能效果；红外传感器实时检测光照区域有无人体存在，并将采集信息传送到PLC，以此辅助判断照明灯是否需要打开或关闭。
利用触摸屏及MCGS组态软件设计智能照明系统控制画面、能耗监控界面、故障报警界面，实现对照明灯具的一键式控制、能耗检测控制、故障检测控制，管理者根据需要设置程序及参数，实现对每一个灯具不同形式的照明控制，如定时开关、节能运行等；视频传感器实时完成整个照明范围内光线、人体等信息采集，管理员根据视频监控画面或手机报警提示辅助实现照明系统的远程智能监控。
2.2 系统网络设计
PLC与rs232转Wifi串口服务器相连接，串口服务器连接无线路由器，并设置Wifi模块为Station模式，设置无线无线终端，包括路由器的SSID、加密方式及接入模式（DHCP、静态连接）等， 例如IP地址：192.168.1.104，子网掩码：255.255.255.0，网关设置：192.168.1.1；确定所选PLC的串口参数（以欧姆龙CPM2AH为例，波特率9600，数据位8，检验位None，停止位1），根据PLC更改串口设置，设置端口号，网络模式为TCP Server，保存设置后重启，电脑ping模块地址（192.168.1.104），以检测路由器与串口服务器是否连接成功。之后，配置路由器，以TP-LINK为例，在转发规则中的虚拟服务器中设置端口映射，服务端口号、内部端口号及Wifi模块的IP地址，查看路由器的公网IP（WAN状态的IP地址），如果路由器上不能进行端口映射，可借助于第三方软件（如花生壳等）来进行端口映射，从而获取外网访问内网地址，在远程桌面连接对话框中输入外网访问地址，便可实现外网访问内网路由器等，实现对照明系统的远程监控。
2.3 系统设计应用案例
该设计以天津渤海职业技术学院某实训车间为样板间，包括电气自动化等四个专业的七个实训室，现有配电箱14个，各实训室日均照明时间为8小时以上，每天车间管理员需多次往返开关灯，费时费力，按每个回路每天浪费15分钟的电能，每个回路按8盏灯，每盏灯200W计算，14个回路每天浪费5.6度电。而事实上，由于季节、天气等因素，每天需要开灯的时间和数量都不尽相同，同一实训室，由于占地面积较大，各时间段的采光效果也各不相同，由此造成的电能浪费现象会更加严重。采用本设计控制方案，系统借助于光传感器结合A/D转换器自动切换灯具工作状态，红外传感器根据实训室是否有人来辅助实现灯具开启数量的智能管理，管理员借助于视频传感器、MCGS组态画面或手机软件实现对照明系统的实时监控，智能化管理的同时，每年至少可节约用电上千度。
3 系统拓展设计思路
现在国内外互联网企业将目光集中于民用物联网领域，如智能家居等，其中智能照明控制是重要组成部分。民用领域的特点是硬件相对统一、使用量大、个性化差异小。物联网时代，随着移动互联网基础设施的不断完善，云服务公司的层出不穷，可借助云平台快速完成智能控制系统的搭建。物联网云平台可实现PLC设备的接入、管理、配置和数据处理等功能，物联网云平台的使用可让智能照明系统的管理者通过Web网页或手机APP对系统的设备状况、实时数据进行查看，并对PLC进行远程控制。
参考文献：
[1] 张琰，李吴松，张荆沙，韩丹. 物联网环境下基于PLC的远程控制系统设计[J].微电子学与计算机，2016，33（2）:130-134.
[2] 鲍建成. 基于智能物联网的家居监控系统[J]. 科技通报，2014,30（2）：41-43.
作者简介：白岩峰（1986-），男，讲师，研究方向：电气自动化
