基于PLC的隧道照明控制系統設計

馮美琪 遼寧錦州渤海大學工學院

基于PLC的隧道照明控制系統設計

馮美琪 遼寧錦州渤海大學工學院

隨著目前我國山區的飛速發展，修建公路隧道逐漸受到廣泛的重視。隧道是否可以正常運作與隧道照明系統之間有著很直接的聯系，傳統意義上的隧道照明控制系統有著不足之處，這些缺陷在某種程度上大大地引起了電能資源的浪費，同時照明的均勻度不夠，已經成為危害行車安全的直接影響因素。所以，實現隧道照明控制系統具有重要的理論意義和實踐意義。本文主要是介紹了系統的硬件部分與軟件部分，其中軟件部分具體從上位機調試軟件模塊、分支程序控制模塊以及單個回路燈調光模塊進行了設計說明。

隧道照明控制 隧道 PLC

1 研究背景及意義

我國具有豐富的土地資源，綿延的山包裹著祖國大地，我國有很多地區遍布山地或者重丘，在這種地區下行駛車輛，對于人們的生命安全以及財產安全來說都是很大的隱患，面對復雜的地理因素，建設公路隧道的工程在不斷地增加，這是由于它的很多優點，公路隧道可以解決高程障礙、減少行車的時間以及行車的里程。特別是這些年以來，隨著我國經濟的飛速發展，建設公路的規模逐漸增強，在目前的隧道發展成就上，我國已經排在世界的前列。隧道是高速公路中一段獨特的路段，當車輛進入到隧道里面的時候人就會被一些視覺現象影響。這是因為隧道環境是封閉的，而且隧道的高度是受到限制的，隧道的側向凈寬空間不是很大，隧道外面的光照強度要強于隧道里面的光度。當車輛進入到隧道里面的時候，駕駛員就會看到“黑洞現象”，而這種現象產生的原因是由于人眼是從光強的地方進入到光度比較弱的地方，這個過程我們的眼睛需要有一個適應的過程，當適應后才可以看到隧道里面的畫面。從隧道里面出來的時候，司機就會看到“白洞現象”，其產生的原因則與“黑洞現象”相反，由于人眼從光弱的地方進入到光比較強的地方的時候，眼睛會產生眩光的現象。在隧道的中間過程中，車輛排出的霧氣經過車燈的照射下從而形成了所謂的物理現象——散射現象，這種現象會對隧道里面的可見度產生很大影響，從而司機的的視線就會被影響。所以將照明設備安裝在隧道里面，可以給人以很好的視覺環境，車輛在隧道中行駛的時候就可以獲得安全保障。

2 系統硬件設計

在工業控制設計的過程中，如果自動化控制系統很復雜的話，那么該系統就會運用到有組織的控制系統架構中。其中控制系統架構是由幾個方面組成的，分別為：人機界面、中間層以及底層的設備。其中人機界面是最高超的，而中間層的實現就要依賴PLC,也就是所謂的可編程邏輯控制器，底層的設備要借用到現場總線從而完成通訊。本文設計的隧道照明控制系統的硬件架構組成包括了上位機、PLC以及現場其他控制設備。

2.1 隧道照明控制系統的硬件架構

根據研究分析了已有的隧道照明控制系統可以得出，雖然隧道照明控制系統選擇的技術以及方法有多種，但是目的都是一樣的。都是為了達到減少運營費用以及節省隧道照明的資源。本文設計的硬件結構圖如圖1所示。

3 系統軟件設計

3.1 控制系統軟件結構

隧道照明功能的實現需要各種硬件設備的參與，按照硬件系統的功能從而完成軟件模塊的設計實現，本文的軟件結構如圖2所示。

3.2 上位機調試軟件模塊

圖1 基于PLC的隧道照明控制系統硬件架構圖

圖2 控制系統的軟件總體結構圖

圖3 上位機調試軟件的可視化界面

圖4 上位機的調試界面圖

隧道照明控制系統起到指揮控制的結構是上位機，上位機也是系統的決策者。上位機系統實現了一個容易操作的控制頁面，通過界面技術人員能夠對隧道燈進行合理地管理。本文設計的上位機的目的是為了對實時數據進行采集的過程，通過這些數據從而對隧道里面的亮度進行判斷，如果燈光的亮度無法滿足，那么就需要提前運用算法，對采集的數據實現運算，最后現場控制的PLC就會接收到這些數據的計算結果，PLC會發出新的控制指令，按照需要實現控制的信息，把相關的控制信息給到現場的設備里面。按照功能的劃分可以將上位機調試軟件分為：燈具控制、參數配置、顯示界面。其中界面如圖3所示。

配置參數中的參數具體包含了設定PLC的地址、設定上位機的波特率，以及PLC的連接模式、通訊協議等。通訊協議的對象針對的是上下位機，通訊協議的目的是為了控制隧道的終端設備，根據這個協議從而能夠對隧道燈的亮度進行調整以及對其他設備進行控制，通過將通信協議數據返回，從而在界面上顯示出下位機采集的參數，便于管理系統。就需要按照相關的需求來對PLC下位機程序進行局部劃分設計。PLC的軟件模塊中給出了各個模塊之間的相關關系。

3.4 分支程序控制模塊

分支程序的主要功能是對接收到的數據進行判斷從而考慮下一個步驟，同時當步驟執行結束后再返回主到程序。分支程序中的子路徑具體有很多。如果子路徑的執行條件滿足了，那么就可以進入到子路徑中了。分支程序會根據控制信息中的關鍵位信息，以及書寫的順序，對子路徑進行一一地判斷。

3.5 單個回路燈調光

3.3 PLC軟件模塊

下位機程序的設計需要應用到PLC，程序的設計如果要實現條理清晰，高可讀性，而且便于開發人員的進一步開發，那么

本文設計的隧道照明的測試是根據燈6的控制從而對單個回路的調光進行模擬，打開燈7，將其他的燈關閉以及打開燈6及燈7之間的間隔時間，由于上位機無法對燈具實時情況進行檢測，因此支路0的0號燈中的電流以及電壓和調光率都是等于0。燈6以及燈7被打開的時候，因為啟動鈉燈所花費的時間會比較多，所以系統中所顯示出來的數據是第1支路中的燈6以及燈7，調光率數據顯示出來的是255，表明了正在開啟隧道燈。上位機的調試界面圖如圖4所示。

結語：本文首先是進行了對傳統隧道照明系統的缺點分析，根據隧道照明的特征，從而實現基于PLC的隧道照明控制系統。文章在結構上先是進行了照明控制系統的硬件設計，其控制系統的組成分為PLC、上位機以及其他現場設備等。接著進行了系統的軟件設計，主要是圍繞著PLC軟件控制模塊進行設計，基于各模塊功能的分析，本文設計了多個軟件模塊的設計流程圖，同時具體闡述了上下位機及下位機。

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