基于PLC網(wǎng)絡(luò)和組態(tài)技術(shù)的機(jī)場航站樓照明監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)

史艷紅，房洪凱，王渭林

(1.中國民航大學(xué) 電子信息與自動(dòng)化學(xué)院，天津 300300； 2.天津?yàn)I海國際機(jī)場集團(tuán)有限公司動(dòng)力部，天津 300300；3.中山市愛斯蘭照明科技有限公司，廣東 中山 528400)

基于PLC網(wǎng)絡(luò)和組態(tài)技術(shù)的機(jī)場航站樓照明監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)

史艷紅1，房洪凱2，王渭林3

(1.中國民航大學(xué) 電子信息與自動(dòng)化學(xué)院，天津 300300； 2.天津?yàn)I海國際機(jī)場集團(tuán)有限公司動(dòng)力部，天津 300300；3.中山市愛斯蘭照明科技有限公司，廣東 中山 528400)

為實(shí)現(xiàn)機(jī)場航站樓照明系統(tǒng)監(jiān)控管理和電能節(jié)約，設(shè)計(jì)了機(jī)場航站樓照明監(jiān)控系統(tǒng)。系統(tǒng)主要由三部分組成：PLC網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)、組態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)、基于GSM的短消息無線信息傳輸系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了照明信息采集、傳輸、監(jiān)控和分析管理，遠(yuǎn)程自動(dòng)或手動(dòng)分區(qū)、分時(shí)控制照明亮度。詳細(xì)論述了各系統(tǒng)設(shè)計(jì)過程和實(shí)現(xiàn)方式。實(shí)驗(yàn)表明，系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，操作便捷，信息傳輸準(zhǔn)確可靠。

機(jī)場航站樓；照明控制；可編程序控制器；組態(tài)監(jiān)控；全球移動(dòng)通信系統(tǒng)

0 引言

隨著我國民航事業(yè)的飛速發(fā)展和航空業(yè)務(wù)量的快速增長，機(jī)場建筑規(guī)模不斷擴(kuò)大，帶來的能源消耗也迅速增加。機(jī)場航站樓是機(jī)場的重要組成部分，其應(yīng)用功能復(fù)雜多樣，通常有較大的占地面積，是為旅客提供交通服務(wù)的主要陸地場所。它具有航空辦票、行李托運(yùn)提取、辦理登機(jī)手續(xù)、候機(jī)等待和餐飲服務(wù)等功能，為旅客提供大量共享空間，工作人員大面積辦公場地，所具備的特點(diǎn)與民用建筑有著很大區(qū)別。在航站樓運(yùn)營中，照明系統(tǒng)是其中重要的組成部分，主要以大空間照明為主，燈具繁多，分布面積廣且各區(qū)域因其功能不同或?qū)嶋H情況差異對燈光系統(tǒng)有不同的啟閉和調(diào)節(jié)要求，另外電能消耗會占到整個(gè)建筑用電的20%～30%。因此對燈光系統(tǒng)的控制和節(jié)能提出了很高要求，智能照明控制系統(tǒng)得到快速的發(fā)展和應(yīng)用。

智能照明是利用計(jì)算機(jī)、無線數(shù)據(jù)傳輸、計(jì)算機(jī)信息處理等技術(shù)組成的分布式無線多功能系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)照明設(shè)備的智能控制。智能照明控制通常具有燈光亮度調(diào)節(jié)、定時(shí)控制、分區(qū)控制等功能，以達(dá)到節(jié)能、安全、舒適和高效的目的。本文探討了機(jī)場航站樓遠(yuǎn)程照明監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)航站樓照明系統(tǒng)的分區(qū)、分時(shí)和依據(jù)照度和客流量數(shù)據(jù)動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)亮度的調(diào)節(jié)與控制[1-2]。

1 機(jī)場航站樓照明監(jiān)控系統(tǒng)組成與功能

機(jī)場航站樓遠(yuǎn)程照明系統(tǒng)由三個(gè)子系統(tǒng)組成，分別是可編程序控制器(Programmble Logic Controller,PLC)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)、PC主機(jī)組態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)和基于全球移動(dòng)通信系統(tǒng)(Global System for Mobile Communication ,GSM)的短消息遠(yuǎn)程無線通信系統(tǒng)，系統(tǒng)總體框圖如圖1所示。其中PLC網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)實(shí)時(shí)采集照明信息，是實(shí)現(xiàn)航站樓燈光的分區(qū)、分時(shí)和依據(jù)照度及客流量數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)燈光亮度的執(zhí)行系統(tǒng)；PC組態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)航站樓全區(qū)照明的遠(yuǎn)程監(jiān)控和分析管理；GSM的短消息遠(yuǎn)程無線通信系統(tǒng)作為一種輔助方法和手段，在PC組態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)協(xié)調(diào)管理下，實(shí)現(xiàn)照明系統(tǒng)參數(shù)、動(dòng)態(tài)信息和工作人員操作指令在現(xiàn)場和手機(jī)之間的遠(yuǎn)程傳輸[3-6]。

圖1 航站樓照明監(jiān)控系統(tǒng)框圖

2 PLC網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

航站樓照明具有跨度大、層數(shù)少、單層分布面積廣、大空間照明的特點(diǎn)，不同工作空間照明因其功能不同有不同要求，因此需要分區(qū)控制。在不同分區(qū)設(shè)有獨(dú)立控制用控制器。針對集中監(jiān)控要求，同時(shí)考慮到航站樓是電磁干擾較為嚴(yán)重的場合，為保證數(shù)據(jù)信息、控制信息的可靠傳輸，增強(qiáng)系統(tǒng)可靠性抗干擾性，設(shè)備間通信采用有線數(shù)據(jù)傳輸方式。再綜合考慮開發(fā)便利性、系統(tǒng)擴(kuò)展性強(qiáng)和維護(hù)性高等要求，選用 PLC控制方式。每個(gè)分區(qū)設(shè)有獨(dú)立的PLC控制器，不同分區(qū)PLC間采用RS485有線網(wǎng)絡(luò)傳輸方式，實(shí)現(xiàn)區(qū)域間PLC的互聯(lián)[7-12]。

航站樓照明的控制和節(jié)能措施主要包括合理確定照度標(biāo)準(zhǔn)，合理采用自然光，結(jié)合日照和不同區(qū)域的特定功能，根據(jù)航空公司航班計(jì)劃進(jìn)行照明控制。

2.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

航站樓照明主要包括航站樓候機(jī)廳、中央大廳、行李提取區(qū)和公共區(qū)域4個(gè)區(qū)域，因此在每個(gè)區(qū)域設(shè)有獨(dú)立PLC，機(jī)型是松下FPΣC24。各區(qū)PLC之間采用PC-LINK網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)，網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖2所示。系統(tǒng)每個(gè)分區(qū)除了配置FP ΣC24主控制器，還擴(kuò)展了I/O模塊、A/D模塊，以接收和觸發(fā)不同信號類型設(shè)備如操作開關(guān)、光照度傳感器、紅外探測器、繼電接觸器等。利用GT30觸摸屏設(shè)置工作參數(shù)、顯示信息等，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場人機(jī)交互。

圖2 PLC網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

PC-LINK網(wǎng)絡(luò)是一種多站之間的對等網(wǎng)絡(luò)，采用全局I/O通信方式，通過共享存儲區(qū)實(shí)現(xiàn)PLC之間的通信，是一種N：N通信。在PC-LINK網(wǎng)絡(luò)中，一臺PLC所配置的鏈接繼電器和鏈接寄存器的狀態(tài)參數(shù)能自動(dòng)反饋到其他PLC里。本系統(tǒng)中，四臺PLC的站值設(shè)定以及鏈接繼電器和鏈接寄存器設(shè)定分別如表1和表2所示。

表1 鏈接繼電器WL分配表

表2 鏈接寄存器LD分配表

2.2 PLC控制程序設(shè)計(jì)

航站樓照明控制系統(tǒng)具有分區(qū)控制、分時(shí)控制和動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)檢測功能，可實(shí)現(xiàn)照明系統(tǒng)信息控制燈光分級開啟功能。分區(qū)控制包括航站樓候機(jī)廳、中央大廳、行李提取區(qū)和公共區(qū)域4個(gè)區(qū)域的照明控制；分時(shí)控制是將一天劃分為不同的時(shí)段進(jìn)行控制；根據(jù)照度檢測值、客流統(tǒng)計(jì)等因素進(jìn)行動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)監(jiān)檢測控制。在燈光開啟度設(shè)置上，分為全開、開啟25%、開啟50%、開啟75%和全關(guān)等幾個(gè)等級。

以一個(gè)區(qū)域照明控制為例，在控制方式上，設(shè)置手動(dòng)、自動(dòng)方式。自動(dòng)方式下照明控制系統(tǒng)依據(jù)功能要求、時(shí)間、照度值和客流量等因素進(jìn)行燈光照明亮度調(diào)節(jié)。同時(shí)結(jié)合航站樓運(yùn)營時(shí)間自動(dòng)控制照明系統(tǒng)燈光的開閉時(shí)間和開啟度。手動(dòng)方式下，工作人員可通過現(xiàn)場開關(guān)、界面系統(tǒng)和手機(jī)，根據(jù)天氣情況及繁忙程度分區(qū)域開啟不同等級燈光。系統(tǒng)參數(shù)通過組態(tài)監(jiān)控界面和觸摸屏界面系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)置。控制程序流程圖如圖3所示。

圖3 控制程序流程圖

3 PC組態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)

利用組態(tài)王設(shè)計(jì)監(jiān)控室燈光照明監(jiān)控系統(tǒng)。組態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)主要完成以下功能：

(1)操作控制：在PC實(shí)現(xiàn)照明系統(tǒng)有關(guān)照度閾值、客流量閾值、時(shí)間參數(shù)設(shè)置，在監(jiān)控室對照明系統(tǒng)直接實(shí)施分級開啟、關(guān)閉控制。

(2)系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)視：監(jiān)控界面上實(shí)時(shí)顯示系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)，如不同照明區(qū)域照度值、流量統(tǒng)計(jì)、燈光開啟狀態(tài)等。

(3)照度、流量變化趨勢圖：設(shè)置照度、流量實(shí)時(shí)趨勢曲線，使工作人員更直觀地了解參數(shù)變化趨勢和進(jìn)程。

(4)記錄歸檔。

(5)與GSM模塊通信，實(shí)現(xiàn)照明信息、控制信息在工作人員、組態(tài)界面和PLC之間的遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)傳遞、控制和顯示等。

首先建立PLC與組態(tài)王的通道連接。PC與其中任意一臺PLC連接,PLC站址設(shè)定值與PLC內(nèi)部設(shè)置一致。其次構(gòu)建數(shù)據(jù)詞典，用圖庫管理器中的元素搭建整個(gè)系統(tǒng)的組態(tài)監(jiān)控界面，以圖形顯示系統(tǒng)的工作狀況[13]。

照明信息監(jiān)控畫面監(jiān)控現(xiàn)場各個(gè)設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，包括各區(qū)的操作模式、開關(guān)狀態(tài)、紅外傳感器數(shù)值、照度傳感器數(shù)值和燈光開啟度等。

同時(shí)PC組態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)也是遠(yuǎn)程無線信息收發(fā)的控制中轉(zhuǎn)站，它與GSM模塊通信，將照明系統(tǒng)信息以短信方式發(fā)送到運(yùn)行人員手機(jī)，并接收運(yùn)行人員的短信指令進(jìn)而控制PLC系統(tǒng)動(dòng)作。

4 GSM無線信息傳輸系統(tǒng)設(shè)計(jì)

GSM無線信息傳輸系統(tǒng)采用了西門子TC35無線數(shù)據(jù)傳輸設(shè)備。TC35是第三代GSM雙頻模塊，它支持EGSM900/GSM1800雙頻，可以采用AT指令控制，實(shí)現(xiàn)與手機(jī)終端數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳輸。數(shù)據(jù)收發(fā)的過程是將組態(tài)系統(tǒng)中有關(guān)照明動(dòng)態(tài)信息通過該模塊發(fā)送到運(yùn)行人員手機(jī)終端，運(yùn)行人員得到信息，一方面可及時(shí)了解系統(tǒng)運(yùn)行狀況，另一方面進(jìn)行判斷，必要時(shí)通過手機(jī)短信發(fā)出操作指令，TC35接收短信指令送入組態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)并控制PLC系統(tǒng)做出相應(yīng)的操作[14-16]。

首先在組態(tài)王中添加TC35模塊設(shè)備。PC通過電纜與TC35串口連接，并完成設(shè)備地址和通信參數(shù)設(shè)置。其次定義TC35的數(shù)據(jù)詞典，為后續(xù)的收發(fā)消息控制做準(zhǔn)備。利用TC35模塊實(shí)現(xiàn)信息收發(fā)，主要用到其內(nèi)部AT、NEW、CMGD、CSCA、Tele、MsgNew、MsgNec、SEND，MsSend等寄存器，通過下面程序設(shè)計(jì)詳細(xì)說明。

4.1 接收短消息設(shè)計(jì)

圖4 接收短消息流程圖

TC35插入SIM卡，與PC連接。若AT寄存器為“1”，則表示設(shè)備已聯(lián)機(jī)。對CMGF寄存器寫入“0”，設(shè)置成接收中英文字符狀態(tài)。當(dāng)設(shè)備收到短消息后，對NEW寄存器寫入“1”，讀取新消息緩存寄存器的內(nèi)容，顯示MsgNew和MsgNec寄存器的內(nèi)容。若要繼續(xù)讀取下一條短消息內(nèi)容，則需要對NEW寄存器寫入“0”后再寫入“1”，以顯示MsgNew和MsgNec寄存器中的下一條內(nèi)容。接收消息流程如圖4所示。

4.2 寫短消息程序設(shè)計(jì)

TC35插入SIM卡，與PC連接。若AT寄存器為“1”，則表示設(shè)備已聯(lián)機(jī)。要想利用TC35發(fā)短消息，則必須先在寄存器Tele中寫入運(yùn)行人員手機(jī)號碼。在MsgSend寄存器中寫入要發(fā)送的內(nèi)容。若發(fā)送的內(nèi)容為中英文字符則需對寄存器CMGF寫入“0”，若發(fā)送的內(nèi)容只為英文字符則對寄存器CMGF寫入“1”。把寄存器SEND寫入“1”后再寫入“0”，短消息即可發(fā)送出去。程序流程圖如圖5所示。

圖5 發(fā)送短消息流程圖

5 結(jié)論

機(jī)場航站樓遠(yuǎn)程智能照明監(jiān)控系統(tǒng)主體結(jié)構(gòu)有三部分，采用PLC技術(shù)將照度、客流量檢測和時(shí)鐘、分區(qū)控制相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)照明系統(tǒng)的自動(dòng)和手動(dòng)控制；采用組態(tài)監(jiān)控技術(shù)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置、集中監(jiān)控和信息管理；采用GSM技術(shù)實(shí)現(xiàn)照明系統(tǒng)信息遠(yuǎn)程傳輸，作為一種輔助手段實(shí)現(xiàn)操作人員實(shí)時(shí)了解設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)和遠(yuǎn)程控制設(shè)備運(yùn)行。該系統(tǒng)已在實(shí)驗(yàn)室條件下完成設(shè)計(jì)與調(diào)試，通過實(shí)驗(yàn)表明，系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，操作便捷，信息傳輸準(zhǔn)確，為航站樓照明控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)提供了一種可行的方式方法。

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Design of the airport terminal lighting monitor and control system based on PLC network and configuration technology

Shi Yanhong1, Fang Hongkai2, Wang Weilin3

(1. School of Electronic Information and Automation, Civil Aviation University of China,Tianjin 300300,China;2. Tianjin Binhai International Airport Co., Ltd., Tianjin 300300,China; 3. EyesLand Lighting Technology Co., Ltd., Zhongshan 528400, China)

In order to monitor, control airport terminal lighting system and save energy, the airport terminal lighting monitor and control system was presented. The system consisted of three parts: PLC network control system, monitoring and control system, long-distance wireless message transmission system that based on GSM. Through the whole system the lighting information can be collected, transmitted, analyzed and managed automatically, and the system can adjust lighting intensity automatically and manually by the way of zone control, time control and remote control. Design process and realizing method for the main three parts were discussed in detailed. Experiments show that the whole system works stably and reliably, the operation is distinct and convenient, and the message transmission is stable and accurate.

airport terminal; lighting control; PLC; configuration and monitoring; GSM

TP271；TP274；TN915

A

10.19358/j.issn.1674- 7720.2017.16.029

史艷紅，房洪凱，王渭林.基于PLC網(wǎng)絡(luò)和組態(tài)技術(shù)的機(jī)場航站樓照明監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].微型機(jī)與應(yīng)用，2017,36(16)：102-105,109.

2017-02-22)

史艷紅(1971-)，通信作者，女，工學(xué)碩士，副教授，主要研究方向：機(jī)場設(shè)備計(jì)算機(jī)控制。E-mail:1965758200@qq.com。

房洪凱(1992-)，男，工學(xué)學(xué)士，助理工程師，主要研究方向：機(jī)場設(shè)備計(jì)算機(jī)控制。

王渭林(1990-)，男，工學(xué)學(xué)士，助理工程師，主要研究方向：照明控制。