Автоматизация освещения в учебном классе

Энергосбережение – деятельность (практическая, научная, организационная, информационная), направленная на рациональное и экономное использование преобразованной и первичной энергии и природных энергоресурсов.

Значительную часть затрат организации в области жилищно-коммунальных услуг составляют расходы на электроэнергию. Рассмотрим на примере как можно организовать одно из мероприятий по экономии электроэнергии за счет автоматизации управления освещением в учебных классах.

Современные системы управления освещением позволяют создавать оптимальные условия пребывания, присутствия людей, а также существенно экономить электроэнергию.

Очень распространенная ситуация – учащиеся и преподаватели, проведя занятие в классе, постоянно забывают выключить свет после ухода. Отсюда возникает задача — как сделать так, чтобы после ухода последнего человека из учебного класса свет выключался сам?

Целью нашей работы было создание компьютерной модели системы автоматизированного управления освещения в учебном классе, позволяющее экономить электроэнергию.

При разработке использовался метод компьютерного моделирования. Нами была спроектирована автоматическая система управления освещением в классе, которая при наличии людей в помещении класса автоматически включает свет, а при выходе последнего человека из помещения – выключает.

Для этого, на входе в учебный класс на небольшом расстоянии друг от друга необходимо установить два дискретных датчика движения: один снаружи, другой внутри комнаты. Датчик срабатывает при попадании человека в зону его действия.

Когда срабатывает сначала внешний датчик, затем внутренний, это означает, что человек зашел в комнату. Когда срабатывает сначала внутренний датчик, затем внешний, это означает, что человек вышел из комнаты.

Необходимо считать количество людей в комнате. Если человек вошел – включить свет, если человек вышел – выключить свет. Пока в комнате остается хотя бы один человек, свет должен быть включен.

Для создания автоматической системы управления освещением использован контроллер ПЛК 150 фирмы ОВЕН. Это моноблочный контроллер с дискретными и аналоговыми входами/выходами на борту для автоматизации малых систем. ПЛК150 оснащен 6 дискретными 4 универсальными аналоговыми входами, 4 релейными выходами и 2 аналоговыми выходами. Имеет интерфейсы Ethernet, RS-232, RS-485.

С помощью этого устройства можно автоматизировать работу освещения практически любой сложности. При этом не нужны промежуточные контакты, коммутация электрических цепей происходит с помощью встроенных электромагнитных реле. Для коммутации цепей освещения необходимо использовать магнитные пускатели (по пускателю на каждую цепь). Катушка каждого пускателя подключается к релейным выходам ПЛК.

Кроме контроллера в схеме автоматизации используется 2 датчика движения HC-SR501. Эти датчики движения на выходе выдают логическую единицу если кто-то движется и ноль если движения нет. При срабатывании каждого датчика движения будет подаваться единица на один из релейных входов ПЛК.

Создание алгоритма работы начинается с загрузки программы CoDeSys. Она бесплатна и входит в комплект поставки ПЛК. В CoDeSys реализовано несколько способов (языков) разработки алгоритма согласно международного стандарта IEC 61131.

Итоговая программа, написанная в программе CoDeSys показана на рисунке.

Программа автоматизации освещения в учебном классе

В созданной нами программе используются 2 R-тригера, два AND, счетчик CTUD и таймер TOF.

Функциональный блок R_TRIG генерирует импульс по переднему фронту входного сигнала.

Выход Q равен FALSE до тех пор, пока вход CLK равен FALSE. Как только CLK получает значение TRUE, Q устанавливается в TRUE. При следующем вызове функционального блока выход сбрасывается в FALSE. Таким образом, блок выдает единичный импульс при каждом переходе CLK из FALSE в TRUE.

AND – логическая операция И. Результат выполнения логической операции И будет равен 1, если a и b равны 1, а во всех остальных (других) случаях, результат будет равен 0.

CTUD — реверсивный счетчик. Этот функциональный блок используется для счета вниз и вверх. Сигнал «1» на входе R вызывает присваивание значения «0» выходу CV. Сигнал «1» на входе LD вызывает присваивание значения на входе PV выходу CV . При каждом переходе из «0» в «1» на входе CU значение CV увеличивается на 1. При каждом переходе из «0» в «1» на входе CD значение CV уменьшается на 1.

TOF — функциональный блок ‘таймер с задержкой выключения’. Он обеспечивает выдержку времени перед выключением света после ухода из учебного класса последнего человека.

Дополнительно в схему можно добавить фотореле, которое в автоматическом режиме включает и отключает освещение в зависимости от условий освещенности. Контакт фотореле нужно завести на один из релейных входов ПЛК и в программе перед таймером поставить еще один элемент AND (И) – одним из входов которого будет логическая единица с фотореле.

В этом случает свет в помещении будет включаться только в том случае когда в помещении есть люди и в классе стало темно.

В результате проведенного исследования была разработана схема электрическая принципиальная системы освещения, написана программа и создана компьютерная модель системы освещения в учебном классе.

Предложенная нами автоматизированная система управления освещением в учебном классе позволит значительно экономить электрическую энергию, а также благодаря ее работе увеличивается срок службы самих ламп.

Чернявский В. О.

Используемая литература

1. Ившин В.П. Современная автоматика в системах управления технологическими процессами: учебное пособие/В.П.Ившин, М.Ю.Перухин. — М.: ИНФРА-М, 2016. — 400с.

2. Фурсенко С.Н. Автоматизация технологических процессов:учебное пособие/С.Н.Фурсенко, Е.С.Якубовская — Минск: Новое знание; М. ИНФРА-М, 2015. — 377с.

3. Каталог ОВЕН. Оборудование для автоматизации/Каталог продукции — 2016г.

Курс по программированию контроллеров:

Практический курс ПЛК Овен и разработка АСУ ТП в Codesys

Structured Text

Представляем книгу по Structured Text (ST) МЭК 61131-3. Автор — Сергей Романов

Книга «Изучаем Structured Text МЭК 61131-3»: Ссылка на книгу