胡建華

摘 要：節(jié)能減排是國家一項(xiàng)長期的基本國策，校園用電具有區(qū)域性和時(shí)間性相結(jié)合的特點(diǎn)，以PLC為核心對校園的供用電網(wǎng)進(jìn)行改造是一項(xiàng)節(jié)約電能的可行措施。

關(guān)鍵詞：節(jié)能 FX2N PLC FX2N—2AD模塊 昆侖通態(tài)觸摸屏

節(jié)能減排是國家一項(xiàng)基本國策，國務(wù)院最近頒布的《節(jié)能減排“十二五”規(guī)劃》中提到，對于電能的節(jié)約，采取的措施是發(fā)展熱電聯(lián)產(chǎn)，加快智能電網(wǎng)建設(shè)。筆者認(rèn)為，對于中職學(xué)校而言，在節(jié)能管理措施上，除了加強(qiáng)對學(xué)生的節(jié)能意識和用電管理規(guī)范教育外，最行之有效的途徑是采用技術(shù)手段節(jié)能，以可編程邏輯控制器（PLC）為核心對校園的供用電網(wǎng)進(jìn)行改造是一項(xiàng)節(jié)約電能的可行措施。

一、校園概況分析

校園用電具有區(qū)域性和時(shí)間性相結(jié)合的特點(diǎn)。傳統(tǒng)的供電都是以人工控制為主，由于人為疏忽等原因造成的電能浪費(fèi)則不可避免。近幾年來，隨著更多先進(jìn)的教學(xué)設(shè)備和儀器的添置，使用過程中造成的電能浪費(fèi)更不容忽視。為了節(jié)約用電，加強(qiáng)學(xué)生管理，強(qiáng)化學(xué)生按照學(xué)校規(guī)定進(jìn)行學(xué)習(xí)和作息，我們把校園按照區(qū)域進(jìn)行劃分，以PLC為核心實(shí)現(xiàn)各個(gè)區(qū)域供電的控制。以筆者所在學(xué)校校園為例，校園總體可以劃分為如下幾個(gè)主要用電區(qū)域：教學(xué)區(qū)包括教學(xué)樓、圖書館、辦公樓和實(shí)訓(xùn)樓；生活區(qū)包括學(xué)生宿舍樓、學(xué)生活動中心、食堂；公共區(qū)包括校園操場路燈、走道的路燈。

教學(xué)區(qū)，教學(xué)樓、圖書館、實(shí)訓(xùn)樓的供電是學(xué)校教學(xué)工作正常進(jìn)行的有力保障。從節(jié)約角度考慮，其供電改造可分兩路來控制：一路為教室、實(shí)訓(xùn)車間、實(shí)驗(yàn)室、圖書室的照明設(shè)備、多媒體教學(xué)設(shè)備、機(jī)床設(shè)備的供電，在日常教學(xué)期間應(yīng)連續(xù)供電，待學(xué)生晚自習(xí)結(jié)束后則無需供電，具有時(shí)間性，可以采取三菱FX2N系列PLC的時(shí)鐘數(shù)據(jù)運(yùn)算指令編程來實(shí)現(xiàn)時(shí)間段控制；另一路為空調(diào)的供電，空調(diào)一般是在夏冬季節(jié)由溫度的高低來決定是否使用，可以采取溫度傳感器和三菱FX2N系列PLC的模擬量輸入模塊FX2N—2AD來實(shí)現(xiàn)控制。辦公樓的供電要保證行政、辦公工作的正常開展，考慮到辦公樓的使用者是學(xué)校管理者和教師，能自我管理，并且有加班等情況存在，工作時(shí)間不統(tǒng)一，所以對于辦公樓的供電無需改造，24小時(shí)供電，由各辦公室獨(dú)立管理。

生活區(qū)主要是管理好學(xué)生宿舍，營造一個(gè)良好的學(xué)生休息娛樂區(qū)，保證學(xué)生有充沛的精力。根據(jù)學(xué)生和學(xué)校的實(shí)際情況，在一天作息的幾個(gè)休息時(shí)間，宿舍樓、學(xué)生活動中心應(yīng)保證供電，也具有時(shí)間性。因此，其供電改造也可分兩路來控制：照明電源的供電采取三菱FX2N系列PLC的時(shí)鐘數(shù)據(jù)指令編程控制，空調(diào)電源的供電采取由溫度傳感器和三菱FX2N系列PLC的模擬量輸入模塊FX2N—2AD來實(shí)現(xiàn)控制。

公共區(qū)應(yīng)該按照光線強(qiáng)弱來決定供電，以保證公共場所的照明，方便師生的生活。特別是道路、走廊等場所，必須在光線不足的時(shí)候就自動啟動，方便生活，其供電改造可以用光電傳感器加PLC來實(shí)現(xiàn)控制。當(dāng)光線不足時(shí)，啟動相應(yīng)的控制程序來控制，為防止同時(shí)啟動造成較大的電網(wǎng)沖擊，可以設(shè)定各部分按一定的時(shí)間間隔順序得電，減小對電網(wǎng)的沖擊。

另外，由于夏季高溫天氣到來較早，在夏季用電高峰期，必須要考慮到整個(gè)校園電網(wǎng)供電變壓器出現(xiàn)超負(fù)荷的情況。學(xué)校的干式電力變壓器型號SGB10-400/10，額定容量S為400kVA，一旦出現(xiàn)超負(fù)荷情況，會嚴(yán)重影響學(xué)校正常的教學(xué)秩序，因此要做到對變壓器的實(shí)時(shí)監(jiān)控。

按照需要系數(shù)法計(jì)算，教學(xué)樓空調(diào)電源的電流總和為119.2A，因此，通過觀察配電房中配電柜上電流表的讀數(shù)，斷開教學(xué)樓、圖書館、實(shí)訓(xùn)樓、辦公樓、宿舍樓、學(xué)生活動中心的空調(diào)電源，從而保證教學(xué)區(qū)和生活區(qū)照明設(shè)備電源的正常供電。

學(xué)校一天的作息時(shí)間表如下。宿舍起床時(shí)間：07：00～07：35；上午早自習(xí)及上課時(shí)間：07：40～11：35；午休寢室開放時(shí)間：11：35～13：20；下午上課時(shí)間：13：30～15：10；下午放學(xué)寢室開放時(shí)間：15：10～18：20；晚自習(xí)時(shí)間：18：30～20：15；晚自習(xí)結(jié)束后寢室開放時(shí)間：20：15～22：00；22：00～07：00寢室關(guān)燈休息。綜上所述，學(xué)校校園區(qū)域控制總體邏輯關(guān)系應(yīng)為：7：35～20：20，教學(xué)區(qū)和公共區(qū)供電，生活區(qū)停止供電，其余間隔休息時(shí)間則相反，而應(yīng)季節(jié)氣候之變，生活區(qū)空調(diào)應(yīng)有所調(diào)控。

二、校園供電網(wǎng)絡(luò)改造的具體實(shí)施（以教學(xué)樓、宿舍樓為例）

1.供電改造思路設(shè)計(jì)

在上課時(shí)間段，即07：40～20：15之間，各教室照明、多媒體教學(xué)設(shè)備的電源應(yīng)供電，但為了提前準(zhǔn)備和適當(dāng)緩沖，程序編寫時(shí)相應(yīng)提前和延后5分鐘，即在07：35～20：20供電電源應(yīng)接通，其余時(shí)間斷開。在寢室開放時(shí)間段，即07：00～07：35、11：35～13：20、15：10～18：20、20：15～22：00，各寢室照明設(shè)備的電源應(yīng)供電，其余時(shí)間斷開；教室和寢室空調(diào)電源的供電應(yīng)根據(jù)溫度決定，設(shè)定在溫度高于30℃、低于5℃時(shí)空調(diào)電源應(yīng)供電，其余溫度下則斷開。每年寒暑假季節(jié)，教學(xué)樓、宿舍樓不需要供電，將配電控制柜中的空氣開關(guān)拉閘即可。

2.硬件改造

（1）供電電源部分的接線改造。采用在配電柜的空氣開關(guān)下端串聯(lián)交流接觸器的方法來實(shí)現(xiàn)控制。

（2） PLC控制部分的接線改造。用各PLC輸出軟繼電器的狀態(tài)來控制交流接觸器的線圈得電失電。

3.程序設(shè)計(jì)

（1）照明設(shè)備供電電源的控制程序。三菱FX2N系列PLC實(shí)時(shí)時(shí)鐘的時(shí)間數(shù)據(jù)存放在寄存器D8013～D8019中，D8018～D8013分別存放年、月、日、時(shí)、分和秒，D8019用以存放星期。例如，用于改造教學(xué)樓電網(wǎng)的PLC，在照明供電改造的程序編寫中，用D10～D12存放時(shí)間07：35，D13～D15存放時(shí)間20：20。通過萬年歷數(shù)據(jù)讀取指令TRD，將萬年歷實(shí)時(shí)時(shí)間數(shù)據(jù)讀出到D6～D0，用TZCP比較指令將D5～D3寄存器中的時(shí)間與D10～D12、D13～D15的時(shí)間進(jìn)行比較，然后在07：35～20：20時(shí)間段，通過輔助繼電器M1得電去置位用于改造教學(xué)樓電網(wǎng)的PLC輸出軟繼電器Y0～Y3，Y0～Y3得電后使交流接觸器KM1～KM4的線圈分別得電，其各自的常開主觸點(diǎn)吸合分別去控制教學(xué)樓各教室照明、電視、多媒體教學(xué)設(shè)備的單相供電電源；同樣，將D5～D3寄存器中的時(shí)間與D10～D12、D13～D15等時(shí)間進(jìn)行比較后在對應(yīng)的時(shí)間段，通過輔助繼電器M1、M4、M7、M10的得電去置位用于改造宿舍樓電網(wǎng)的PLC的輸出軟繼電器Y0～Y3，Y0～Y3得電后交流接觸器KM10～KM13的線圈分別得電，其各自的常開主觸點(diǎn)吸合分別去控制宿舍樓各寢室照明單相供電電源。endprint

PLC內(nèi)部萬年歷實(shí)時(shí)時(shí)間的設(shè)置，可以在打開GX Developer軟件并輸入梯形圖程序后，點(diǎn)擊“在線”工具欄，在下拉菜單中點(diǎn)擊“時(shí)鐘設(shè)置”，將PLC內(nèi)萬年歷時(shí)鐘設(shè)置成與計(jì)算機(jī)同步的當(dāng)前時(shí)間和星期，則D8013～D8019就與計(jì)算機(jī)的當(dāng)前時(shí)間保持一致，并逐秒開始計(jì)時(shí)。

（2）空調(diào)電源的控制程序。溫度傳感器采用熱電偶及溫度變送器輸出4～20mA的電流信號，用FX2N—2AD模擬量輸入模塊予以采集，將VIN和IIN兩端口短路，通過編寫程序?qū)⒛M量輸入信號（4～20mA或0～5VDC信號）轉(zhuǎn)換為12位的數(shù)字量，用FROM指令讀入到PLC的數(shù)據(jù)寄存器D40中，即為當(dāng)前環(huán)境下的溫度。采取區(qū)間比較指令ZCP判斷D40的值，大于30℃或小于5℃時(shí)，輔助繼電器M12、M14分別得電，而在07：35～20：20時(shí)間段，輔助繼電器M1處于得電狀態(tài)，串聯(lián)后去置位用于改造教學(xué)樓電源的PLC的輸出軟繼電器Y4～Y7，使交流接觸器KM5～KM8的線圈得電，其各自的常開主觸點(diǎn)吸合分別去控制教學(xué)樓各教室空調(diào)的三相供電電源；在07：00～07：35、11：35～13：20、11：35～13：20、20：15～22：00時(shí)間段，M12、M14、M1、M4、M7、M10均得電，然后去置位用于改造宿舍樓電源的PLC的輸出軟繼電器Y4～Y7，使交流接觸器KM14～KM17的線圈分別得電，其各自的常開主觸點(diǎn)吸合分別去控制宿舍樓各寢室空調(diào)的單相供電電源。

4.觸摸屏實(shí)時(shí)監(jiān)控

MCGS組態(tài)軟件系統(tǒng)，主要完成現(xiàn)場數(shù)據(jù)的采集與監(jiān)測、前端數(shù)據(jù)的處理與控制，通過與其他相關(guān)的硬件設(shè)備結(jié)合，可以快速、方便地開發(fā)各種用于現(xiàn)場采集、數(shù)據(jù)處理和控制的設(shè)備。因此，我們在此次改造中使用了觸摸屏監(jiān)控。在觸摸屏軟件上制作好用戶畫面后，通過FX2N—485BD通信協(xié)議與PLC進(jìn)行通信傳輸，可實(shí)現(xiàn)各樓層照明、空調(diào)供電狀態(tài)的全方位監(jiān)控，斷電顯示紅燈，通電顯示綠燈。

三、在電能節(jié)約上帶來的經(jīng)濟(jì)效益

本系統(tǒng)在校園用電管理上具有很好的效果，對學(xué)生按照學(xué)校規(guī)定作息具有很強(qiáng)的規(guī)范和引導(dǎo)作用，并且在電能的節(jié)約上帶來了一定的效益。以學(xué)校教學(xué)樓和宿舍樓為例，每天可節(jié)約用電約632度，每個(gè)月節(jié)省電費(fèi)開支10434元，一年按9個(gè)月計(jì)（寒暑假除外），合計(jì)節(jié)省開支93911元。

此外，本系統(tǒng)還可以結(jié)合校園電子鐘系統(tǒng)、校園安防系統(tǒng)等構(gòu)成全方位校園智能化管理系統(tǒng)。

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（作者單位：杭州市輕工高級技工學(xué)校）endprint