構建全仿真隧道供配電照明實訓系統

●文平 馬瑾

構建全仿真隧道供配電照明實訓系統

●文平 馬瑾

隧道照明是道路交通的重要組成部分，它關系到道路交通的通行能力、行程速度、交通安全性能等問題。良好的隧道照明對保證來往車輛的順利通行，避免交通事故發生有著重要作用。

隧道 照明 配電

一、隧道照明概述

作為高速公路重要組成的隧道是既能縮短交通途徑，又能簡捷通過險要地段的重要手段之一，其環境與普通路段環境相比具有：隧道內外亮度差極大、空氣污染嚴重、傾向凈寬較小且高度有限、沒有擴展活動的余地和噪聲等特點，加之車輛的迅速增長，使高速公路的優越性大大減弱，交通問題顯得十分突出，通行能力、行程速度、交通安全性能客觀上比其他路段差，交通事故發生率、交通能耗及對環境的污染成倍增加。在此情況下要保證來往車輛的順利通行，避免交通事故發生，隧道照明系統就越發顯得重要。

1.隧道照明系統。隧道照明系統包括：（1）入口段照明；（2）過渡段照明；（3）內部段照明；（4）接近段減光措施；（5）應急照明；（6）出口段照明。

2.隧道照明亮度與照度標準。為了使車輛在隧道內安全行駛，減少不安全感，在隧道內應有足夠的亮度。按照行車設計速度及路面反射條件決定的路面亮度和平均照度。我國對隧道按長度在100m以內的直線隧道，白天照度規定為100～200lx，傍晚和夜間規定為35～75lx。

二、隧道供配電照明實訓系統的設計思路

在學校隧道供配電照明是交通運輸管理、交通控制管理等專業所設計的一門專業課知識。然而對于高職院校來說要對該類專業配備齊全的隧道供配電照明的實訓設備是很困難的。其主要原因包括：隧道供配電照明來說沒有相關教學儀器公司對其有相關的教學設備的開發，其次對于高職院校來說資金投入也是一大難題。在這樣的條件下，我們利用現有的設備與學生在校學習的相關知識結合起來，在盡量節約的基礎上，自行架設一套自動控制的隧道供配電照明實訓系統。

1.實訓系統場地的選取。根據隧道的特點，隧道是一段封閉的空間，自然光無法照射其中，白天駕駛員進入隧道，是從一個亮度相對于隧道內很高的地方進入，這樣很明顯的亮度對比對駕駛員視覺適應產生影響；同樣當駕駛員從亮度很差的隧道中出來時，對于隧道外強烈的亮度，眼睛的視覺適應能力也會受到影響。所以首先我們考慮到的就是需要有像隧道這樣一個光線很差的環境，經過實地研究，最終將實訓系統的場地選為教學樓的走道。

表1 實訓系統設備清單

教學樓走道兩邊都有教室，正好將光線遮擋住，走道兩端為窗戶，正好可以模擬隧道的進口段和出口段，加之使用走道作為實訓場地也解決了學校教室有限的問題。

2.實訓系統設備材料的選擇。作為一套完整的供配電照明教學實訓系統來說，實訓系統的設備選擇主要考慮到的是使用學生上課學習過的相關設備。這樣可以將學生課堂學習的理論知識在實訓系統中得以操作，了解它的實際作用。同時也考慮到作為一套供配電照明系統來說，只是單純地把供電和照明兩部分簡單地接線或是照明來進行操作對學生的培養不夠完善，所以在設計之初我們又考慮到將整套系統做成一套完整的自動控制系統。設備清單如表1。

3.實訓系統的整體設計思路。整個實訓系統分為三大部分：照明部分；供配電部分；自動控制部分。其中供配電部分和照明部分最終是由自動控制部分來進行控制，自動控制模塊選用三菱FX2N-64MR PLC。

（1）照明部分。照明部分主要為光源的選擇。作為隧道照明來說，光源的選擇是保證隧道內車輛通行安全的重要環節，同時在國家大力推進低碳經濟的新形勢下，對隧道照明系統光源的選取也成為照明部分的重要考慮因素。

經過對市場的分析及對不同光源使用壽命的了解，最終我們采用了額定電壓為DC12v和AC220v的兩種LED燈。選取兩種不同額定電壓的LED燈是為讓學生通過對兩種光源進行供電的調試來認知直流電與交流電間的區別。選取適用的光源后，設計照明電路的接線圖（如圖1）。

（2）供配電部分。AC220v作為實訓系統主供電電壓，通過從配電室接入電壓，連接主電接觸器、主電轉換繼電器、主電過流保（漏電）護器等電氣設備來完成對整個系統的供電及保護。由于會使用DC12vLED燈作為光源，所以在供電系統中加入DC12V電壓轉換繼電器，為DC12v光源供電。此外由于PLC輸出控制電壓為DC24v，控制DC24v繼電器，而為了能完成30個以上的多點控制，并防止PLC輸出最大電流不能達到多個繼電器同時工作所需最大電流，所以外接了一個DC24v電壓轉換繼電器。

圖2 仿真隧道供配電照明實訓系統主供電電路圖（云南交通職業技術學院信息學院）

（3）自動控制部分。作為隧道供配電照明實訓系統的控制模塊我們選擇使用三菱公司的FX2N-64MR PLC模塊。選擇該模塊的主要原因是本校學生在學習自動控制時我們選擇了三菱公司的PLC作為教學內容；其次也考慮到使用PLC來作為控制模塊可以用較為簡單的梯形圖形式來進行編程，所以在本實訓系統中繼續沿用三菱PLC來進行自動控制。

程序設計思路：

A.供電部分的電壓選擇，由于我們采用了DC12v和AC220v兩種不同電壓的LED燈，所以在設備運行之初要首先確定PLC所控制的電壓是否滿足LED燈的使用條件。所以在程序中加入了選擇開關命令和確認命令。

B.照明部分：照明部分除去簡單的燈光照明外，我們考慮到的是作為學生應該對整個照明控制有自己的控制想法，并非是固定模式，所以在滿足正常隧道照明條件的同時，可以對照明光源進行程序上的多種控制。在此我們就設計了多個開關不同程序控制的想法。

C.其他控制內容：在整個系統運行過程中可能會存在突發情況需要即時停止設備運行，或是有需要檢修的部分等情況，根據不同的突發情況和檢修情況，在程序設計時我們也考慮到了加入及時停車程序和區域停電程序。

根據以上考慮到的程序思路，進行電氣設備的選型，并做出控制接線的端子圖，如圖3。

圖3 仿真隧道供配電照明實訓系統PLC接線端子圖

三、隧道供配電照明實訓系統的架設

隧道供配電照明實訓系統的架設是個較為龐大的工程，首先我們要考慮如何在不影響正常行動的情況下將光源架設到走道上方。經過分析和實地考察以及師生間的討論最終確定下一個較為可靠的施工方案，并在教師的帶領下由學生將支架架設到走道上方。

照明光源選擇LED燈，LED燈優點在于節約能源和使用壽命長，然后LED燈要比白熾燈等價格偏高，為了節約成本我們購買了LED燈散件，由學生焊接完成LED燈的制作，這樣也很大程度上提高學生的電子元件的認知和掌握焊接技術。

實訓系統架設完成后，經過多次調試，在電氣設備上和控制程序上加入了多個保護措施。為防止今后學生在架設或使用工程當中出現線路短路的情況，我們在實訓控制平臺處加入了多個空氣開關來進行保護。此外在程序當中也同樣設計了程序運行和供電保護程序，達到硬件軟件雙保險。

四、總結及擴展

隧道供配電照明實訓系統的成功架設與調試，為學生提供了一個真實的供配電、照明、隧道照明實訓平臺。在該實訓系統中，學生首先要學會如何正確進行供配電的設計，根據自己設計的供電線路進行設備材料的選取，之后完成整個接線測試過程。同時為滿足隧道照明的要求，還要考慮到整個隧道中光源的分布情況。在硬件設備安裝調試正常以后進行程序設計，滿足老師提出的照明效果，或通過學生自行設計完善照明系統。

隧道供配電照明實訓系統有很大的提升空間，學生可以考慮在該系統中加入多種傳感器來監測隧道內光線的亮度、空氣質量、溫濕度情況。并根據測量所得的數據進行相應的控制變化。同時在整個供電線路部分可以加入電壓表、電流表、功率表等電氣測量設備，通過數值讀取分析整個系統的供電情況。

[1]高遠望，馮杰.隧道供配電及照明系統中節能技術綜合應用探索.公路交通科技（應用技術版），2006（8）

（作者單位：云南交通職業技術學院 云南昆明 650000）

（責編：若佳）

F240，U455

A

1004-4914（2014）11-287-02