基于PROFIBUS总线智能控制的大学校园节能照明系统设计

十八大以来党中央提出的绿色节能发展理念，是人们热议的焦点［1］。这几年随着国家绿色发展战略的实施，在日常生产中，节约能源的典型案例比比皆是，然而，在提到节能的时候人们很少在照明用电上去做点思考，大家往往认为照明容量小，用电量不大。其实，随着国家的发展，城市景观越来越漂亮，离不开这些照明设备，其数量大，分布广泛。不少高校位于较偏远的山区，用电量受地势及建筑物容积影响，导致其校园道路、绿化景观、广场、湖泊等公共照明占极大的比重。这些照明设备分布范围广，数量大，容量大，工作时间长，是校园用电损耗的主体。解决校园照明节能问题，对公共照明设备控制得当，便能够节省一大部分电能。对于教室、学生公寓的照明若也采用复杂的节能控制系统，往往是投入大反而收效甚微，因为，学生教室是不固定的，上课时才开灯，学生公寓也是在没人的时候随手关灯，没有统一的开闭时间。

仰恩大学坐落在泉州郊区，校园面积2000多亩，校园属山区地势，高低变化明显，校园在规划上具有空间立体布局的美感。由于校园规模大，地势特点等因素决定了校园道路设计弯道多且长，校园湖泊、桥梁、绿地、广场等景观照明设备占较大的比例，在公共照明系统升级改造过程中，利用PLC自动控制实验室现有的PLC主机及总线控制器等设备，实现了公共照明的智能控制，节省了较大的投资资金，减少人工干预，照明节能效果显著。

1 PROFIBUS总线智能控制方案

校园的道路、彩虹桥的主要功能是方便广大师生的安全通行，其它绿化地、湖泊、广场等照明设备主要是美化校园，提供运动休闲的环境。这些照明设备除了要满足照明使用，设计上要起到节能，通过人工的开关是不可能的，必须通过科学规划管理，针对学生这一特定群体掌握他们的活动规律，通过程序设计进行分时控制，自动调节照度，实施智能化控制。

总之，农作物施肥要根据本地区实际需要，遵循作物的生长规律，做到科学施肥、合理施肥、有效施肥，最终达到有效提升作物的产出效率。如果施用不当，将对农作物以及生长环境造成极为不利的影响，因此，施肥要科学合理高效，有助于农作物健康的成长，达到高产稳产的目的和效果。

1.1 照明灯具选择

仰恩大学学生分布在不同教学区，各教学区资源是共享的，学生主要以步行或坐校内电瓶车，也有少部分车辆通行，道路上人车通行较为复杂。由于道路弯路多，上下坡度大，路边的绿化树较高，因此在设计上参照商业住宅区的标准结合校园实际情况，通过试验控制灯光照度应该在每平方20～25 lx之间。根据分时间段采取不同控制模式的要求，灯具按道路进行交叉布置，灯杆间距为25 m［2］，小于商业区设计正常值，减小分时段控制出现的灯光死角。综合以上数据分析，就可以测算其光通量和灯具使用的功率。灯具光通量可根据表达式（1）进行计算［3］：

 

设计要求2：为了充分考虑节能效果，程序设计对不同季节的控制要求，针对夏秋季夜短昼长，春冬季则相反的特点，通过中断或跳转指令切换至季节控制程序，设计时采用人工中断请求，一般通过控制按钮在国庆节后进行调整。

 

通过查找照明用户手册，灯具功率选用150 W［4］。

仰恩大学三个教学区占地面积13.3×105m2，校园主要道路约长2600 m，大约要安装750盏150 W路灯，总功率为112.5 kW。其它绿化景观、广场、桥梁、湖泊等照明用电功率总和预计30 kW。

（4）节约总用电量

1.2 分时段控制方案

设计要求1：照明分时段设计是在掌握学生的活动规律、晚上的教学安排、晚自习等情况，并综合现场不同时段照明亮度的测量数据，提出的节能控制方案。学校晚上9～10节上课时间为19∶30至21∶00，晚自习也是在这一时间段；21∶00至23∶00学生返回寝室，只有少部分在室外活动；23∶00后学生都在寝室准备休息，校园道路几乎没人走动，较为安静。根据这一特点，制定了三时段校园照明控制程序，第1时段在21∶00之前，校园道路灯具全部开启，照度最大；第2时段21∶00至23∶00控制1／2灯具点亮；第3时段23∶00之后，只控制1／4灯具点亮，同时保证路面最低的照度要求。

其中，E：路面平均照度，取20 lx；S：路灯安装间距，取25 m；W：道路宽度，取10 m；K：维护系数，混泥土路面取1.3；U：利用系数，取0.65；N：路灯排列方式，单侧交错布置时取1；

第二，就努力的方向来看，以问题意识为核心来进行共识性对话的理想结果，应该是“中国传统哲学在吸收了西方哲学和马克思主义哲学的精髓之后的自我扬弃与重建，也应该是西方哲学和马克思主义哲学的中国化”⑧。中西马哲学的共识性对话本质就是以普遍性根本性的重大问题为中心而进行的反思和批判，从而实现当代中国哲学的现代化和世界化。具体而言，就是客观地对各自存在的问题进行理性审视，在对话的外力冲击和反观下展开自我批判，进而分别从各自的角度进行交互式的辩证性的理性批判，通过反复推倒重来式的驳难来发现矛盾，最后消除分歧达成共识。

第3时段按1／4负荷运行5.5 h，节省的电量：

设计要求4：节假日控制程序，国家法定假日按照第2时段控制程序执行，寒暑假三个月时间较长，学生活动较少，设计手动和自动运行相结合，手动可以自由控制道路灯具的开启比例，自动控制设计为只开启1／4的灯具。

1.3 PROFIBUS总线拓扑结构及原理设计

PROFIBUS总线拓扑结构如图1，采用PROFIBUS-DP总线控制可以节省复杂的室外布线，减少主站上位机与PLC及I／O设备与灯具之间昂贵的电线投资，这样设计的主要优势是系统传输速度快，稳定性高［5］。从拓扑图可以看出，道路灯杆采用双侧交叉布置，同时每一侧的灯具线路按奇数偶数分开控制，因此就形成道路每侧有两个回路控制，一条道路共四个回路。可见，程序设计时共有15种节能工作方式，节能控制的灵活性增强，满足校园各种特殊活动的控制需求。

参考文献：

  

图1 PROFIBUS总线拓扑结构

2 节能照明的智能控制程序设计

经过前期的调查分析、现场测量，设计了夜间3时段控制方案，以21点、23点作为基准，分成3个时段来控制不同的灯具照度，在编写程序时也考虑一些特殊因素，如季节不同分为夜长昼短、夜短昼长自动选择程序，区别的时间是以每年的国庆节后为基准来确定。该设计方案也预留了升级的空间，根据试运行的效果及节能数据分析，可以改进季节控制方案采用光控来取代季节控制程序，此种控制方案可以解决恶劣的天气变化，让灯具根据设定的光照强度自动开启，进一步提高系统智能化控制。

步骤1 按企业生产能力以及订单任务复杂度情况对制造任务进行分解，并获得制造任务分解集合MTask1={mt1,mt2,,mtn}。

2.1 分时段程序设计

分时段梯形图程序X000为自动运行启动控制按钮，X001为停止按钮供检修和维护使用，X002为手动运行控制方式，手动运行和自动运行构成互锁状态，避免程序失控。自动运行时X000闭合，启动计数器C0、C1工作，C1保存当前的时间值，程序每次启动时通过指令重新对C1赋初值，该初值由较准时间模块给定与实际时间同步。M101为夏秋、春冬识别控制继电器，M101闭合时进入夏秋季节控制程序，M101断开进入春冬控制程序，Y001-Y004分别控制道路两侧四回路灯具。从梯形图程序可以看出，第1时段Y001-Y004全部接通，道路两侧所有灯点亮；第2时段Y002、Y004接通，道路两侧只有偶数灯点亮；第3时段只有Y001接通，控制1／4的灯亮。继电器M100为寒暑假控制信号，M100信号接通时，只有Y001有输出控制1／4灯具点亮。

  

图2 3时段控制程序

在编写分时段控制程序时，为了程序设计的简洁，采用CMP功能指令作为时段判断的重要手段，这样的设计比起用普通基本指令来实现节省了大量的程序，提高程序运行效率［6］。3时段的划分如下：首先，把上半年夜短昼长的时段定为5月1日到10月7日，3时段分别为18点半到21点、21点到23点、23点到凌晨6点。其次，把下半年夜长昼短的时段定为10月8日到4月30日，3时段分别为17点半到21点、21点到23点、23点到凌晨5点半。以上不同季节时段的控制对应的PLC设计程序如图2所示，程序包含时间校准模块，图中为了节省篇幅未列举，因此，在故障停电或日常维护检修过后重新上电，程序能够自动完成时间比对，进入相应的时段控制程序运行，无需人工去调整时间。

2.2 季节控制程序设计

季节控制程序设计主要为了使节能效果达到最佳，本程序设计主要针对闽南地区夏秋和春冬时差的特点制定，不同地区可以根据当地具体情况修改程序参数［7］。系统通过PLC时间自动校准模块，可灵活调整时间的初值设定，并能够根据这一信息自动切换程序。M101是季节程序切换的信号，具体控制梯形图如图3所示，存储器D17、D16设定的是日期信息，D15存储具体时间的数值。

  

图3 季节控制程序

3 测算节约用电量

节约电量的测算是针对所有路灯、景观灯全时段满负荷工作而言［8］，本设计方案能节约的电量主要包括三个部分：一是不同季节控制节约的电量，夏、秋晚开灯1 h，早关灯1 h，按90 d计算。二是在全年分时段控制，主要是第2、3时段节约的电量。三是每年寒暑假约90 d，每天平均按12 h，1／4负荷计算。测算过程如下：

（1）不同季节控制节省的电量

按全时段满载运行时计算，在夏秋季节约90 d，每天晚开灯1 h全负荷运行，早熄灯1 h按1／4负荷计算，此部分节省的电量：

 

（2）第 2、3 时段节省的电量

第2时段按1／2负荷运行3 h，每年按9个月计算约270 d，节省的电量：

 

设计要求3：绿化景观、广场、彩虹桥、仰恩湖等照明设备控制前两时段全开，第3时段只开启彩虹桥、仰恩湖1／4灯具至凌晨5点关闭。

 

（3）寒暑假节约用电量

寒暑假按90 d，平均每天按1／4负荷运行12 h计算：

在这份报道之前的10天，7月18日，斯沃琪集团公布其2018年上半年业绩，用了“斯沃琪集团历史上的半年报纪录”来描述其取得的好成绩：销售额增长近15%，达到近43亿瑞郎；而税后净利润大涨近67%，接近4.7亿瑞郎。

研究表明，长时加速现象会导致更大的油耗. 将t>5 s的加速度大于0的驾驶行为认定为长时间加速，连续出现的长时加速事件合并作为一次事件.

 

◎最重要的是养成好的习惯，提前几分钟就和宝宝说快要吃饭了。吃饭之前要和玩具拜拜。不能边吃边玩，而且最忌讳追着喂。会自己吃的宝宝尽量让他自己吃，即使用手抓着吃也可以。可以买个宝宝座，让宝宝和家人坐在一起进餐。此外，正餐好好吃就在两餐之间给些小点心、零食做奖励，不好好吃就啥也没有。

数据库包含两部分，空间数据库和属性数据库。考虑数据存储规模以及软件系统性质，数据库采用微软公司的SQL Server2008。属性数据库从机井信息，配水情况信息，实时监控情况，历史记录情况等多个方面综合考虑进行搭建。

上述计算所有节约电量的总和：17718+45562+125296+91125＝279701 kW·h，按本地区0.7元的电价计算每年可以节省资金 279701×0.7＝19.6 万元。

4 结束语

仰恩大学校园照明通过PROFIBUS总线升级改造实现智能化控制，提高了系统稳定性，减少了故障率和平时的维护量，由于是在现有灯具基础上进行升级改造，并利用实验室现有的设备，节省了投资，经过试运行发现灯具损坏率低，并延长了2～3倍的使用寿命，经过测算每年可以节省近20万元的资金。本设计方案对现有的高校或新建高校都有较好的推广和应用价值。

图1设计方案是基于PLC自动控制下的节能控制，考虑到系统若出现故障或需要临时检修，也有可能是校园举行特殊性的重大活动等因素，系统设计增加了手动控制方案。手动控制与自动控制相结合，可以增加系统的可操作性，灵活性，实用性，手动控制下可以对每条道路的4个控制回路独立进行开启或关闭操作，保证特殊状况下的校园安全运行。手动控制的PLC I／O接线控制图不在系统拓扑图体现，硬件上另行设计。

［1］李农，刘玄烨.BIM技术在建筑照明设计中的应用展望［J］.照明工程学报，2013（5）：52-55.

有目标才能有的放矢，目标管理工作首先要制定明确的工程目标，通常情况需要从以下几方面推进：第一，管理人员要对施工企业的内部情况进行了解，充分掌握内部人物信息和工程数据后对工程项目本身进行研究，据此做出科学合理的目标定位。第二，先制定工程总目标，然后基于时间制定年度、季度、月度、旬、周等目标，基于空间制定各工种分目标，基于专业制定质量、进度、安全、成本等目标。

企业经营权与所有权分离不清，投资者就是经营者的企业大有人在。对建立企业内部制度重视不够，内部制度残缺不全，或实际工作中从不执行，甚至个别企业根本没有书面的内控制度。经营者普遍认为，中小企业规模小、组织简单，很多时候工作人员都是身兼多职，根本不需要内部控制，或者说内控制度对其不适用。因长期受到这类观念的影响，使得他们根本不重视内部控制制度的建立和完善，即使勉强建立了内部控制制度的初步框架，也只是流于形式，往往毫无实效。更别提达到会计法及财政部颁发的示范性文件所提出的系统化、规范化的要求，致使企业根本无法实现内部控制的目的，不仅给企业带不来好处，还带来了诸多的负面效应。

第一，关于研究生国际合作的论文，主要有：谭敏的《我国研究生国际合作培养现状及其质量保障研究》；何勇灵的《研究生国际合作教学模式研究和实践》；殷允杰、王潮霞的《我国研究生国际合作与联合培养新模式探索》。

［2］李农.中国城市景观照明演进论［J］.照明工程学报，2015（5）：26-30.

［3］赵建平.满足设计标准是LED在照明工程中应用的基本保证［J］.智能建筑电气技术，2015（4）：16-20.

［4］国家经贸委／UNDP／GEF中国绿色照明工程项目办公室，中国建筑科学研究院.绿色照明工程实施手册［M］.北京：中国建筑工业出版社，2003：55-57.

［5］肖辉乾.城市夜景照明规划设计与实录［M］.北京：中国建筑工业出版社，2000：97-100.

［6］王怡文.品质提升阶段城市夜景照明规划与建设研究［D］.北京：北京工业大学，2016：12-15.

［7］王莉.论城市夜景照明的景观特性［D］.南京：南京艺术学院，2015：9-11.

［8］北京照明学会，北京市市政受理委员会.城市夜景照明技术指南［M］.北京：中国电力出版社，2004：112-115.