一種櫥窗照明智能控制系統的設計與實現

郭世海，湯占軍，陳 磊

（昆明理工大學 信息工程與自動化學院，昆明 650051）

櫥窗是商品展示和商品信息傳達的重要場所，其照明主要采用自然采光和櫥內燈光照明2種方法[1]。現有櫥窗照明控制方案主要通過繼電器和可編程邏輯控制器PLC完成，采用的控制方式主要有手動控制、時間定時器控制和感光控制[2]。手動控制浪費人力，提高了控制成本；時間定時器控制如果突遇緊急情況如陰天就達不到控制要求；感光控制不能適應四季光照不同變化的影響。從實際使用情況來看，繼電器控制雖然成本低，但是存在接線復雜、使用元器件數量多、維修工作量大、可靠性和可維護性差等缺點；而PLC控制具有減少連接配線、節省控制柜空間、便于維護等優點，但是成本較高。如果將這3種控制方式的優勢結合起來，揚長避短，設計一種集手動、時間、光照強度控制于一體的照明控制系統，在實際應用中會有很大價值。

針對上述實際問題，本文設計了一種基于西門子LOGO!的櫥窗照明智能控制系統，在滿足基本照明的情況下實現自動和手動的聯合控制。LOGO！通常稱為“小型 PLC控制器”，是SIEMENS小型自動化家族中定位于簡單應用場合的通用邏輯模塊，它采用內部編程軟件代替繼電器接線，這樣就省去了因工藝變化而調整外部接線的不便[3]。

1 硬件設計

針對櫥窗照明實際應用存在的問題，在分析和比較現有櫥窗照明控制方案的基礎上，得出本文控制系統需要實現以下功能：

（1）在晴朗天氣（光線比較充足）情況下，櫥窗采用自然采光；在陰雨天氣和傍晚（光線明顯不足）情況下，開啟白天基本照明以增強櫥窗照明亮度。

（2）考慮到櫥窗照明燈數量過多時，櫥窗光線由于眩光而顯得過分刺眼，會導致顧客視覺疲勞[4]，這就要求系統能夠根據櫥窗外的光線強度適當地調節櫥窗亮度。為此系統添加了光敏傳感器模塊，在滿足基本照明基礎上啟動附加照明以補充櫥窗的亮度。

（3）為了保證系統的靈活性，給每個照明燈組配有手動控制開關，以便隨時可以開啟和關閉照明燈。

（4）在發生故障或安全事故等緊急情況下，為避免對人造成傷害和對設備造成損壞，系統設置急停開關[5]。系統流程如圖1所示。

圖1 系統流程Fig.1 System flow chart

照明燈使用的是220 V交流電，需要6個數字量輸入和4個繼電器輸出，通過查閱資料[6]，西門子LOGO!230RC的供電電壓范圍為115 V～240 V DC/AC，可以提供8個數字量輸入和4個繼電器輸出，能夠滿足控制需要。輸入輸出接線如圖2所示，輸入輸出分配如表1所示。

圖2 LOGO!230RC輸入輸出接線Fig.2 Input and output wiring diagram of LOGO!230RC

表1 輸入輸出配表Tab.1 Allocation table of input and output

2 軟件開發

LOGO！Soft Comfort V7.0軟件編程方法有2種：功能塊圖法（FBD）和梯形圖法（LAD），功能塊圖與梯形圖之間可以進行切換。此次設計采用的是FBD，在程序中使用了大量與門、或門、非門、脈沖繼電器、接通延時開關、周定時器等邏輯功能模塊。

軟件設計包括自動控制、手動控制和急停控制。自動控制在設定工作時間內打開照明燈組，實現無人值守；系統在任何時候都可以通過手動開關控制照明燈；急停控制的優先級最高，在突發情況下實現急停控制。軟件代碼如圖3所示。

2.1 自動控制設計

在急停開關未啟動情況下，自動控制設計包括基本照明Q1、附加照明Q2、聚光燈照明Q3和晚上最低照明Q4。

其中白天基本照明Q1，設置2個時間模塊，通過脈沖繼電器產生的脈沖信號，輸出高電平使Q1啟動；附加照明Q2，設定I6為光敏開關，在工作時間內且光線不足情況下啟動I6輸出高電平，與時間控制模塊產生的高電平一起通過與門，輸出高電平使Q2啟動；聚光燈照明Q3和晚上最低照明Q4，設定2個周定時器進行2次置1，通過脈沖繼電器分別打開和關閉照明燈。當在工作時間內，定時器自動啟動輸出高電平信號通過或門，再通過脈沖繼電器產生脈沖信號控制照明燈，使Q3和Q4開啟和關閉。

圖3 軟件代碼Fig.3 Software code chart

2.2 手動控制設計

在急停開關未啟動情況下，手動控制設計包括基本照明Q1、附加照明Q2、聚光燈照明Q3和晚上最低照明Q4。

白天基本照明Q1：設定I1為自鎖開關，啟動I1輸出高電平和急停信號通過或門，輸出高電平實現對Q1手動控制；附加照明Q2：設定I2為自鎖開關，啟動I2輸出高電平和急停信號通過或門，輸出高電平實現對Q2手動控制；聚光燈照明Q3：設定I3為自鎖開關，啟動I7輸出高電平和急停信號通過或門，輸出高電平實現對Q3手動控制；晚上最低照明Q4：設定I4為自鎖開關，啟動I4輸出高電平和急停信號一起通過或門，輸出高電平實現對Q4的手動控制。

2.3 急停控制設計

急停控制在系統程序中優先級最高。設定I5為自鎖開關，I5開啟輸出高電平使脈沖繼電器B019，B020，B021，B022輸出脈沖信號，然后分別通過或門 B004，B008，B012，B016輸出高電平。 同時，I5輸出高電平使 B002，B015，B011，B007輸出低電平，切斷對燈組的控制實現急停功能。

3 軟件仿真

LOGO！Soft Comfort v7.0軟件不僅具有編程功能，還具備仿真功能，可以直接在PC機上對程序進行調試。下面利用仿真功能對程序進行在線仿真。左下角綠色按鈕 I1、I2、I3、I4、I5、I6 代表 6 個開關，而右側4個小燈泡分別表示Q1白天基本照明燈組、Q2附加照明燈組、Q3聚光燈照明組、Q4晚上最低照明燈組的工作狀態：燈亮表示啟動，燈熄滅表示停止。 在手動控制仿真中，I1、I2、I3、I4分別控制Q1、Q2、Q3、Q4，I5 為急停開關，I6 為光敏開關。以基本照明自動控制、手動控制和急停控制來說明系統的仿真過程，其它照明燈組仿真過程類似。

基本照明自動控制仿真過程，當時間處于設定時間內程序啟動，Q1基本照明燈組點亮；當晚上11：00時，Q4最低照明燈組自動點亮；再過1 min即11：01時，Q1基本照明燈組自動熄滅。基本照明手動控制仿真，當Q1自動點亮時，用鼠標點擊I1按鈕Q1關閉；再次點擊I1按鈕Q1開啟，即實現手動控制燈組Q1。最后對急停功能進行仿真。系統處于任意一種工作狀態，在這里以手動控制為例，當Q1、Q2、Q3、Q4 全部點亮時， 點擊 I5，Q1、Q2、Q3、Q4 全部熄滅。基本照明自動控制仿真如圖4所示。

圖4 基本照明自動控制仿真Fig.4 Simulation of basic lighting automatic control

4 硬件調試

通過軟件仿真，程序實現了照明燈組自動控制、手動控制和急停控制，符合照明方案設計要求。把經過仿真后的程序通過LOGO！專用數據傳輸線下載到LOGO！230RC主機中，接通電源啟動LOGO！，系統按照設定程序運行，經過實際驗證滿足了設計要求。整個控制系統結構簡單、穩定性高、成本低，能夠根據時間要求實現智能控制，減少了電能浪費，實現了無人值守，具有一定的推廣應用價值。

5 結語

使用LOGO!組成的櫥窗照明控制系統能夠根據時間、日期進行智能控制，實現了無人值守，簡化了控制系統接線，而且可以完成復雜的邏輯控制。通過設計，發現LOGO!控制器不僅具有易維護、編程簡單、成本低的特點，而且可以完全替代繼電器邏輯功能，總體性能比繼電器更加完善，還可以在使用過程中方便快捷地修改參數和程序，有利于實現標準化設計，在小型的以少點數邏輯控制為主的系統或設備上使用LOGO!比使用PLC更合適。目前LOGO!主要應用在照明控制、開關柜、機械設備和一些專用控制系統中，由于體積小、功能強、成本低，在控制系統的應用范圍將會更加廣泛[7]。

[1]劉召玲.淺談商業空間中的櫥窗設計[J].電子世界，2014（10）：205-206.

[2]謝云敏.LOGO!在教學大樓照明控制系統的應用[J].南昌水專學報，2002，21（1）：49-52.

[3] 宋云麗.SIEMENS小型LOGO!在某廠自備電廠的控制方案與應用[J].科學時代，2013（9），1-4.

[4]應進平.LOGO!在畫室照明控制系統中的應用[J].中國教育技術裝備，2008（18）：61-62.

[5]劉云君.基于LOGO!房屋室內外照明控制系統的設計[J].長沙大學學報，2011，25（5）：29-31.

[6]西門子（中國）有限公司.SIEMENS LOGO!手冊[Z].2003.

[7]趙惠忠.深入淺出西門子LOGO![M].北京：北京航空航天大學出版社，2004.