應(yīng)用PLC構(gòu)成的隧道照明自動(dòng)控制系統(tǒng)分析

摘 要：就當(dāng)今我國(guó)高速公路隧道照明系統(tǒng)進(jìn)行分析，結(jié)合隧道照明的特點(diǎn)，提出PLC系統(tǒng)在高速公路隧道照明自動(dòng)控制系統(tǒng)中的應(yīng)用，并將其與手動(dòng)控制進(jìn)行對(duì)比，對(duì)PLC系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和功能做出詳細(xì)闡述，同時(shí)對(duì)系統(tǒng)硬件配置、系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)進(jìn)行詳細(xì)分析，得出PLC工作原理以及操作方式，并總結(jié)出PLC在使用過程中顯示出的優(yōu)點(diǎn)，希望對(duì)我國(guó)高速公路隧道照明工程提供一定幫助。

關(guān)鍵詞：PLC系統(tǒng)；隧道照明；自動(dòng)控制系統(tǒng)

影響隧道照明的因素有很多，其中包括洞外的亮度、行車的速度、車流量的大小等因素。對(duì)隧洞內(nèi)入口段、過渡段、中間段以及出口段的亮度進(jìn)行科學(xué)控制，需要結(jié)合隧道入口處亮度以及車流量大小進(jìn)行，從而保證隧洞內(nèi)車流順暢，避免因隧洞內(nèi)亮度不夠?qū)е陆煌ㄊ鹿拾l(fā)生。

1 隧道照明

總所周知，人的眼睛具有很大的適應(yīng)能力，可以很快適應(yīng)周圍環(huán)境的光度變化。人的肉眼從較亮環(huán)境到較暗環(huán)境的這一適應(yīng)過程被稱為暗適應(yīng)，當(dāng)人的眼睛從較暗環(huán)境到較亮環(huán)境這一適應(yīng)過程被稱為亮適應(yīng)[1]。肉眼亮適應(yīng)時(shí)間交暗適應(yīng)的時(shí)間要短，為0.001s，完全適應(yīng)的時(shí)間為2min。而暗適應(yīng)在起初的15min中是敏感度變化比較快的階段，然后會(huì)隨著時(shí)間的推移逐漸加快，到0.5h后其靈敏度可能會(huì)增加到原來的10萬倍，其完全適應(yīng)時(shí)間為35min-1h。由此可以看出，如果隧道入口處洞口外亮度差較大，會(huì)導(dǎo)致車輛駕駛員的眼睛出現(xiàn)視盲現(xiàn)象，從而導(dǎo)致交通事故發(fā)生。

因此，要對(duì)隧道入口處的照明亮度進(jìn)行嚴(yán)格控制，在隧道的過渡段和中間段處，使用的照明亮度較高，根據(jù)國(guó)家的相關(guān)規(guī)定對(duì)隧道內(nèi)所用燈具進(jìn)行科學(xué)布置。相關(guān)工作者將隧道照明系統(tǒng)的控制分為人工控制系統(tǒng)、光強(qiáng)自動(dòng)控制系統(tǒng)、時(shí)序控制系統(tǒng)以及時(shí)序光強(qiáng)自動(dòng)控制相結(jié)合系統(tǒng)等。當(dāng)前我國(guó)所使用的隧道照明控制方法多為邏輯開關(guān)，其主要原理是不同排列組合的燈具以及安裝在現(xiàn)場(chǎng)的控制器所提供的相關(guān)信號(hào)等對(duì)其中的附加燈具做出邏輯控制，從而滿足隧道不同階段對(duì)光度的需求。這種方式較為簡(jiǎn)單，在燈具選擇上也較為靈活，同時(shí)在維修方面也較為容易。

2 PLC系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和功能

文章主要闡述的是高速公路隧道照明系統(tǒng)，其主要是利用S7-200系列的CPU224 PLC，并作為隧道照明的主要邏輯控制系統(tǒng)，通過TPC7062K觸摸屏處人機(jī)界面以及PLC系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)相關(guān)操作[2]。采用這樣的方式，獲取的信息具有一定的實(shí)時(shí)性。通過監(jiān)控系統(tǒng)中的MCGS軟件了解到照明燈的實(shí)時(shí)狀態(tài)，同時(shí)對(duì)其中的數(shù)據(jù)進(jìn)行及時(shí)處理，實(shí)現(xiàn)上位機(jī)和下位機(jī)的通信。與此同時(shí)，觸摸屏上能夠顯示清晰的流程控制，并能通過動(dòng)畫的方式為操作人員提供指示，這樣就能對(duì)照明燈的亮度進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控。對(duì)PLC中設(shè)置的時(shí)鐘進(jìn)行適當(dāng)?shù)男薷模梢詽M足不同時(shí)間下隧洞內(nèi)對(duì)光亮的不同需求。因?yàn)樯衔粰C(jī)和下位機(jī)之間進(jìn)行通信的過程中，需要耗費(fèi)一定的時(shí)間，這就導(dǎo)致兩者之間在時(shí)間上有著一定的差異，但是這個(gè)時(shí)差非常短，可以忽略，必要時(shí)，相關(guān)工作人員可以對(duì)其作出適當(dāng)?shù)某C正，這樣可以消除時(shí)差對(duì)實(shí)時(shí)性的影響。PLO系統(tǒng)是一個(gè)時(shí)序控制系統(tǒng)，其根據(jù)隧洞隨處環(huán)境的日出日落時(shí)間對(duì)隧洞入口處的照明情況進(jìn)行科學(xué)調(diào)控，同時(shí)使其它階段的照明正常。

3 系統(tǒng)硬件配置

S7-200系列CPU224PLC具備豐富的指令，同時(shí)其速度非常快，也具備較強(qiáng)的通信能力。其POU模塊具備的I/O總數(shù)是24點(diǎn)，其中，輸入點(diǎn)為14點(diǎn)，輸出點(diǎn)為10點(diǎn)，能夠同時(shí)帶7個(gè)擴(kuò)展模塊，其內(nèi)部設(shè)置的時(shí)鐘，可以實(shí)現(xiàn)時(shí)序自動(dòng)控制。燈具出發(fā)信號(hào)在系統(tǒng)中的8個(gè)輸入點(diǎn)（I0.0～I(xiàn)0.7），控制燈具開關(guān)的邏輯信號(hào)為10個(gè)輸出點(diǎn)（Q0.0～Q1.1）。可以根據(jù)不同需求，各自完成任務(wù)。為了能夠節(jié)省輸出點(diǎn)和輸入點(diǎn)，可以在部分輸入點(diǎn)中利用分分式復(fù)用的方式，其原理如表1 所示。

其可以在不同情況下，實(shí)現(xiàn)不同的輸入控制，這使輸入點(diǎn)達(dá)到最大化。PLC和上位機(jī)之間的通信需要通過RS-485總線進(jìn)行連接，并且通過軟件對(duì)設(shè)備端口、地址以及傳輸波特率傳輸所具有的特性進(jìn)行設(shè)置。

4 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

4.1 PLC軟件設(shè)計(jì)

我國(guó)高速公路隧道照明系統(tǒng)的控制方式可以分為手動(dòng)控制以及自動(dòng)控制。其中手動(dòng)控制方式主針對(duì)設(shè)備安裝過程中的調(diào)試工作，同時(shí)還用于設(shè)備的日常保養(yǎng)和維護(hù)，手動(dòng)控制可以將全部照明設(shè)備全部開啟，還可以對(duì)各個(gè)階段分別開啟。自動(dòng)控制主要依靠設(shè)備內(nèi)設(shè)置的時(shí)鐘，針對(duì)不同環(huán)境對(duì)燈光進(jìn)行實(shí)時(shí)控制，主要依靠PLC系統(tǒng)中，提前設(shè)置的數(shù)據(jù)，根據(jù)隧道所處地區(qū)的日出日落時(shí)間，采用循環(huán)性的方式對(duì)照明設(shè)備進(jìn)行調(diào)節(jié)和控制。上電掃描，當(dāng)PLC開始運(yùn)行，相關(guān)工作人員把系統(tǒng)隨需要的隧道所處地區(qū)的日出日落時(shí)間以數(shù)據(jù)的形式載入到系統(tǒng)當(dāng)中，從而對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行相關(guān)處理，然后根據(jù)具體情況對(duì)手動(dòng)控制和自動(dòng)控制進(jìn)行選擇。當(dāng)系統(tǒng)通過手動(dòng)的方式運(yùn)行時(shí)，可以對(duì)獨(dú)立的各種燈具進(jìn)行控制，操作起來較為簡(jiǎn)單，適合在系統(tǒng)維修和檢修過程中使用。系統(tǒng)處于自動(dòng)控制階段時(shí)，要先把PLC系統(tǒng)中的實(shí)時(shí)時(shí)鐘激活，然后為系統(tǒng)提供相應(yīng)的時(shí)間依據(jù)，對(duì)當(dāng)?shù)禺?dāng)前的日出日落時(shí)間進(jìn)行判斷，進(jìn)而使系統(tǒng)對(duì)照明設(shè)備進(jìn)行自動(dòng)控制。但是，在每天開始控制時(shí)，及時(shí)更新日出和日落時(shí)間的相關(guān)數(shù)據(jù)，同時(shí)考慮不同年份是否需要對(duì)日出日落時(shí)間的相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行調(diào)整。隧洞照明系統(tǒng)在實(shí)際使用過程中是非常龐大的和復(fù)雜的，工作人員為了有效地提高這一系統(tǒng)的運(yùn)行效率，第一天使用這項(xiàng)系統(tǒng)時(shí)，應(yīng)當(dāng)對(duì)其運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行不斷的判斷和比較，在之后的每天可以采用順序控制的方式，以這樣的方式加強(qiáng)照明系統(tǒng)的開關(guān)時(shí)間的準(zhǔn)確性和實(shí)時(shí)性。

4.2 上位機(jī)組狀態(tài)設(shè)計(jì)

MCGS系統(tǒng)主要應(yīng)用與快速構(gòu)造，是一項(xiàng)計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的組態(tài)軟件，它可以在Windows平臺(tái)上運(yùn)行，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的數(shù)據(jù)進(jìn)行采集和處理，采用動(dòng)畫顯示、實(shí)時(shí)曲線、以動(dòng)畫顯示、報(bào)警處理、歷史曲線、報(bào)表輸出、流程控制等方式給用戶提供解決問題的具體方案，并且能夠充分利用Windows系統(tǒng)中的圖形功能，使界面一致性較好，學(xué)起來較為簡(jiǎn)單，其具備較強(qiáng)的通用性，因此得到廣泛應(yīng)用。這項(xiàng)系統(tǒng)主要由主控制窗口、用戶窗口、設(shè)備窗口等組成。

這項(xiàng)系統(tǒng)中主要包括模式監(jiān)控、手動(dòng)控制、自動(dòng)控制、時(shí)間設(shè)置等，可以與PLC進(jìn)行通信，從而實(shí)現(xiàn)同步交換數(shù)據(jù)的目的[3]。這其中的模式監(jiān)控可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)和手動(dòng)之間的轉(zhuǎn)換，從而使系統(tǒng)的可靠性以及穩(wěn)定性得到提高，有效防止操作錯(cuò)誤為工作帶來的影響；自動(dòng)控制和手動(dòng)控制具備各種狀態(tài)下的燈光指示和操控按鈕。手動(dòng)控制主要是對(duì)照明進(jìn)行分段控制，有利于工程人員的操作；自動(dòng)控制主要是在PLC系統(tǒng)中設(shè)置的時(shí)間數(shù)據(jù)指引下進(jìn)行操控，同時(shí)，其中的時(shí)間設(shè)置按鈕可以打開時(shí)間設(shè)置的畫面，對(duì)時(shí)間進(jìn)行設(shè)定和矯正，這項(xiàng)工作可以隨時(shí)隨地進(jìn)行操作，但是這項(xiàng)功能僅適用于自動(dòng)操控，在手動(dòng)操控中無需使用這項(xiàng)功能。

5 結(jié)束語

隧道照明系統(tǒng)需要根據(jù)隧道內(nèi)廣度的不同進(jìn)行科學(xué)調(diào)節(jié)，對(duì)隧道內(nèi)亮度進(jìn)行控制，幫助駕駛員進(jìn)入隧道時(shí)或者駛出隧道后能夠很快適應(yīng)光度的變化，從而最大限度地降低因照明問題造成交通事故的發(fā)生頻率，保證隧道內(nèi)交通順暢。

參考文獻(xiàn)

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[2]路楊，任 ，朱斌，等.高速公路隧道LED照明智能控制和供配電優(yōu)化設(shè)計(jì)[J].公路交通科技（應(yīng)用技術(shù)版），2012，3：211-213.

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