基于小电流检测的PLC学校电网管理控制系统设计.pdf

5 6 工业仪表与 自动化装置 2 0 1 1 年第2期 基 于 小 电 流 检 测 的 P LC 学校 电 网管理 控 制 系统 设 计 姚亦娟 宁波第二高级技工学校， 浙江 宁波 3 1 5 0 2 0 摘 要 针对校 园电网 系统使 用上 的特 点及损 耗类 型 ， 采 用西 门子 P L C为控 制核 心 ， 设计 了一 套 基 于小 电流检测 的具有 对教 室或 实验 室 电源使 用监控 的 电网管理控制 系统 。应 用 时间及 中心监控 相 结合 电源管控 策略 ， 实现校 园电网有 效地 管理 ， 保证 了校 园电网安全 ， 达到 了节能减排 的 目的 。 关键词 校园电网； 小电流检测； P L C； 组合管控 中图分 类号 T P 2 7 3 文献标 志码 A 文章编 号 1 0 0 0 0 6 8 2 2 0 1 1 0 2 0 0 5 6 0 3 De s i g n o f p o we r g r i d ma n a g e me n t c o n t r o l s y s t e m o f u ni v e r s i t y ba s e d o n PLC o f l o w c ur r e n t d e t e c t i o n Y A O Y i j u a n N i n g b o N o ． 2 A d v a n c e d T e c h n i c a l S c h o o l ， Z h ej i a n g N i n g b o 3 1 5 0 2 0 ，C h i n a Abs t r a c t F o r t h e u s a g e f e a t u r e a n d t he t y p e o f l o s s o f p o we r g r i d o f u ni v e r s i t y，t h e p a pe r a d o p t s S i e me n s PLC a s t h e c o n t r o l c e n t r e，d e s i g n s a b a s e d o n l o w c ur r e n t d e t e c t i o n p o we r g r i d ma n a g e me n t c o n t r o l s y s t e m f o r mo n i t o r i n g t h e p o we r u s i n g i n c l a s s r o o m o r l a b o r a t o r y．Ad o p t s t h e p o we r c o n t r o l s t r a t e g y c o rn b i n i n g t i me wi t h c e n t e r mo n i t o r i n g t o r e a l i z e e f f e c t i v e ma n a g e me n t o f p o we r g r i d o f un i v e r s i t y，t o e ns u r e t h e s a f e t y o f p o we r g r i d o f u n i v e r s i t y，t o r e a l i z e t he a i m o f e n e r g y s a v i n g a n d e mi s s i o n r e d u c t i o n ． Ke y wo r d p o we r g r i d o f c a mp us ；l o w c u r r e n t d e t e c t i o n；P LC；c o mb i ne d c o n t r o l 0 引言 随着我 国教育事业的发展 ， 学校都加快 了 自身 的 发展。尤其是近些年来 ， 高校得到了快速发展 ， 每年 的招生人数不断地增加。随着高校教学规模不断地 扩大， 其对供电的需求也不断的增加。学校电网管理 是学校规模扩大时需要考虑因素之一， 其不仅关乎到 学校的安全保障， 也影响学校正常的教学秩序。 目前我 国能源 日益紧缺 ， 并且正处于建设资源 节约 型 、 环境友 好 型社 会 的关键 时 期 。 同时教 育部 提 出建 设节能型 高校 ， 加 强高校 的能源管理 ， 实现节 约能源 ， 保护环境。然而许多学生对教学楼或实验 室 的公共用 电缺乏 节 能意 识 ， 往往 在 离开 教 室 时忘 收稿 日期 2 0 1 1 0 1 1 1 作者简介 姚亦娟 1 9 6 9 ， 女， 浙江奉化人 ， 中学一级教师 ， 主要 从事计算机和电工教学工作。 记关闭电源 ， 造成长时间严重的浪费 ， 这样不仅对学 校电网造成了损耗而且也增加 了学校 电费的开支 ， 与节能环 保背道 而驰 。因此针对 学校教学 楼或实 验 室用电浪费的情况， 需要采用有效的检测手段对学 校电网进行管理 ， 从而在保证学校正常教学基础上 ， 实现有效地节能。 1 学校电网的应用特点 校园电网的主要特点是 高校校园电网线路较 短 、 建筑物相对集中并且截面积偏小 ， 校园电网的损 耗根源在于校园电网的电能损耗 ， 由于负载用 电时 间特别是用电高峰的时间较为统一， 这就使功率因 数降低 ， 负载较多 。 电能在电力网中的损耗是一种客观存在的物理 现 象 ， 只 能减少 而不可避免 。一般来 说 ， 电能损耗 由 技术损耗和管理损耗两部分组成 。技术损耗又 2 0 1 1 年第 2期 ] 一 业仪表与 自动化装置 5 7 称理论损耗 ， 是电网中各元件 自身损耗的总称 ， 主要 通过各种技术措施来降低； 管理损耗是 由管理 因素 和人为因素造成的损耗 ， 通过管理和组织上的措施 来降低 。因此降低电能损耗包括降低技术损耗 和管理损耗 ， 具体措施如图 1 所示。 降低 电能损耗 降低 管理损耗 建立组织管理体系 完善用 电管理制度 加大 节电宣传力度 完善 电能计量装置 提高 电表抄取效率 推广新 型 能产品 1 降 低 电能 损 耗 的措 施 由于学校的教学任务和作息时间比较 固定 ， 教 室每天的用 电情况以及每周的用电分布都比较有规 律。因此可以根据教学楼的用电规律 ， 有计划 、 合理 地对教学楼的教室进行供 电控制， 从 而减少学校电 能损耗 ， 避免 电能严重浪费 ’ 。这就需要对教室 的供电情况进行实时检测 ， 从而能够及时有效地对 教室的供电进行控 制， 既能避免在休息时 间造成的 严重浪费 ， 又能在教学时间保证供电安全 。广 大 l 此 ， 采 用基于小电流检测的 P L C电网管理 控制系统既能 对学校教学楼供 电系统进行安全 、 可靠 、 有效地控 制 ， 又能实现节能的 目的。 2 基于小 电流检测 的 P LC电 网管理 控制 系 统 组成 采用基于小电流检测 的 P L C电网管理控制 系 统对教学楼电网进行控制， 主要是利用 P L C根据教 学楼的用电规律 以及供电系统的检测信号对每个教 室 的输 入继 电器进 行 控 制 ， 从 而改 变 每 个 教 室不 同 时间段的供 电情况 ， 以达到供 电节 能的 目的。P L C 电 网控 制系统 框 图如 图 2所示 。 图 2 P L C电网控制系统框 图 基于小电流检测 的 P L C电网管理控制 系统主 要利用继电器根据 电流检测信号 、 电压检测信号 以 及时间点对教室进行有效地供电和断电控制。由于 教室 日光灯的工作 电流 比较小 ， 需要采用有效 的方 法对其 进行 检测 ， 小 电流检 测 采 用 电流 环 和 整流 器 进行检测 ， 如图 3所示。电压检测则采用变压器和 整流器 进行 检测 ， 如 图 4所示 。 ． L 图 3电流检测 图 4电压 检 测 由于 P L C选用 s 7一C P U 2 2 4 ， 其输入 电流“ 1 ” 为 4 m A， 而教室一个开关控制一排 6盏 日光灯， 因此 电流环的线圈数可根据 n 6 i ／ 4计算得到 ， 其中 i 为 一 盏 日光灯的工作电流 ， 单位为 m A。那么根据 n 6 i ／ 4 ， 可以确保 只要有一个开关打开 即教室至少有 一 排 日光灯工作 ， 这个小电流信号都能被检测到 ， 否 则可以确定教室已经全部熄灯。 每个 P L C可以控制一个 区域 的教室供 电情况 ， 而整 个教 学楼 只需 要 少 数 的几 个 P L C就 可 以满 足 控制要求 。这几个 P L C可以通过 4 8 5总线 ， 利用光 缆连接到主控制 中心， 进行实时控制显示。这套控 制系统在确保教学楼供电安全 、 可靠和有效的同时， 又能很好 的达 到节 能的效果。基 于小 电流检测 的 P L C电 网管理 控制 系统 如 图 5所示 。 3 电网控制 系统的软件 实现 基于小 电流检测的 P L C电网管理控制 系统选 用 s 7～C P U 2 2 4作为 主控制器 ， 其有 1 4输 入和 l 0 输 出， 因此每个 P L C可以控制 1 0个教室 的供 电情 况 。一 栋 1 0 0个教 室 的教 学楼 只需 要 l 0个 P L C 即 可满足要求 。P L C每个输出点对应一个教室 ， 其 主 要是根据当前 P L C输出点的输 出情况 、 输人点的输 入信号以及当前时间点 的情况控制 P L C输出点 ， 从 而控制继电器断开与闭合 ， 达到供电与断 电， 在保证 正常供电需求 的同时实现有效的供电节能。 学校教学楼的熄灯时间一般是晚上 I 1点 以后 到次 日凌晨 6点之前 ， 在 此期 间教学 大楼需要 关 闭 。 由于最后 离开 的学 生忘 记开 闭教室 的电灯 ， 因此 ， 在 此时间段可根据小电流检测的信号对教室供电系统 进 行 断电控制 ， 从 而 避 免严 重 的电源 浪 费 。在 教学 靼 法功 行 电功运 荷 供无 济负 心 偿经 相 中补器j 载理压 衡 负 合变平 ，， ● ●● ，J ‘ l ●● ●L 耗 廿 吸 低 术 降技 5 8 工业仪表与 自动化装置 2 0 1 1年第 2期 时间恢复供电， 可根据电压检测判断其是否正常供 系统的流程如图 6所示。 电， 从而保证正常的教学任务。整个 P L C电网控制 系统初始化 图 5 基于小电流检测 的 P L C电网管理控制系统 ．．．．．．．．．．．．． ．．．．．．．．． I．． ．．．． ．．．．．．一 当前P L C输入信号 Y 一 一 塑 图 6 P L C控制流程图 4 能耗分析 一 般教室 的 日光 灯为 4 0 w。如 果 一 幢 1 0 0个 教室的教学楼只有一个教室的一个 日光灯开关没有 关 闭 ， 由于一个 日光灯开关 控制 6盏 日光灯 ， 那 么从 晚上 1 1点到次 日早上 6点 ， 每小时损耗的电量为 4 0 W 6 2 4 0 W， 一个晚上损耗的电量大约为 1 ． 7 度。如果不止一个教室而且不止一个开关 忘记关 闭 ， 那么一个晚上电量的损耗是相当大的， 最多可达 到 5 0多度 ， 这样不仅造成了严重的能源浪费， 而且 也增加了学校费用的开支 ， 不利于学校的长期发展。 而该文的电网控制系统不仅可以避免这样严重的浪 费 ， 同时又可以保证教学楼的正常和安全供电。 5结论 基于小 电流检测 的 P L C电网管理控制 系统可 以较好地解决学校电网损耗问题， 使得学校电网在 保证正常的教学任务时， 又很好地改善了学校电网 的浪费问题 ， 实现较好的节能 目的。并且此 系统能 够有效地加强学校电网的安全性 ， 能够及时的切断 发生的故障， 保证学校师生的安全。 参考文献 [ 1 ] 罗琳 ， 王书龙 ． 高校 电网 中降低 电能 损耗 主要措施研 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