【導讀】例越來越大，與此同時，隧道照明系統(tǒng)的設計和維護也變得越來越重要。駛的安全性和舒適感，并最終達到降低運營成本的目的。本文研究內容是如何確定的。全自動控制三種方式以及他們的優(yōu)缺點進行了分析及對比。同時主要詳細分析了人工。能，工作原理的簡紹。本次課設根據高速公路隧道照明控制要求分析選用了西門子PLCS7－200系列,分段時序控制方案設計了基于PLC的硬件與軟件系統(tǒng)。最后通過PLC仿真軟件對手動

　　

【正文】 C+D 9—10,14— 15 8— 10,14— 16 9— 10,14— 16 9—10,14— 15 A+B+C+D+E 11— 13 11— 13 11— 13 11— 13 (A 或 B)+L 0— 5 0— 4 0— 5 0— 6 A+B+L 19— 23 20— 23 19— 23 18— 23 另外，當隧道內發(fā)生火災時，無論照明現(xiàn)狀如何，在照明控制系統(tǒng)沒有失效的前提下，將隧道內所有照明開啟，以利于司乘人員的疏散和救援；當隧道內發(fā)生交通事故時，避災引導燈和事故位置前后各回路的照明燈全部開啟，使該位置照度達到最好程度，為駕駛人員提供良好的視覺環(huán)境，以免事故擴大；因火災、事故或其他原因使用人行或車行橫洞時，相 應橫洞的照明燈開啟。 分段時序控制方式是根據季節(jié)的不同和一天中不同的時段來改變照明回路 運行狀態(tài)的方式，并對隧道內發(fā)生事故或火災的情況也做出了相應的應對措施，雖然對一天內不同照明回路的工作狀況作了更細致的分工，但由于不能考慮到不同的天氣狀況帶來的影響，不能對隧道內外的光強值進行準確的判斷和分析，因此這種控制方式算法簡單，在使用中缺乏準確性和精確性。如果它和人工手動控制這種方案相結合，可以達到理想的控制效果。雖然分段時序控制有一些不足，它仍然是當今使用最廣泛的一種控制方式。 調光控制（自動調光控制 ） 控制模式 無級調光控制是指根據照明控制參數的變化而連續(xù)調節(jié) 照明 燈具的使用功率，從 基 于 PLC 的 隧道 燈光 控制系統(tǒng) 共 47 頁 第 17 頁 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 裝 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 訂 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 線 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 而 實現(xiàn)不同亮度等級的轉變 ，實現(xiàn)隧道照明 亮度較為 平滑 的調控。無級調光模式較分級調光模式更為精確，可以按照照明規(guī)范的要求，按需調節(jié)隧道照明燈具的功率，不需要燈具滿負荷工作，改變了傳統(tǒng)公路隧道照明系統(tǒng)亮度需求和燈具能耗的不可控性，有效的避免了過度照明，不但能使隧道內照度更加均勻變化，而且節(jié)約電能。無級調光模式主要針對 LED 燈、電磁感應燈和高壓鈉燈等燈具。隨著照明技術的發(fā)展，無級調光控制模式在隧道照明系統(tǒng)中也正在推廣 使用。 調光控制方式 無極 調光控制 是指根據采集隧道外實時洞外亮度、隧道內實時交通流量、行車速度等參數，經過控制算法處理并發(fā)送調光指令控制照明亮度。智能控制系統(tǒng)一般由亮度檢測器、交通流量檢測器、控制系統(tǒng)、照明燈具和燈具控制器構成。亮度檢測器、交通流檢測設備將亮度、交通流參數傳遞給上位機，上位機通過控制算法處理，通過發(fā)送遠程調光指令對隧道照明亮度進行控制。 無級調光模式，目前主要調光控制有電壓控制電流源亮度控制方式，脈沖寬度調制 (PWM)亮度控制方式，限流亮度控制方式。 （ 1） 電壓控制電流源亮度控制方式 是利用直流信號電壓來控制輸出電流平均值變化的一種輸出電流可控電源，從而達到燈具功率調節(jié)的目的。 （ 2） 脈沖寬度調制 (PWM)亮度控制方式利用數字脈沖，控制燈具調光控制器。燈具的調光控制器可以通過控制電壓或者電流來實現(xiàn)對功率的無級調節(jié)來達到節(jié)能的目的，該調光方式具有反應速度快，不產生低次諧波，不影響系統(tǒng)功率因素等優(yōu)點。 （ 3） 限流控制方式利用電阻、晶體管限制流過燈具的電流，從而控制燈具亮度 。 控制器 PLC PLC的 定義 可編程控制器 (Programmable Logic Controller)簡稱 PLC 或 PC，在現(xiàn)代工業(yè)控制中占有重要地位。它是一個以微處理器為核心的數字運算操作的電子系統(tǒng)裝置，專 基 于 PLC 的 隧道 燈光 控制系統(tǒng) 共 47 頁 第 18 頁 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 裝 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 訂 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 線 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 為在工業(yè)現(xiàn)場應用而設計，它采用可編程序的存儲器，用以在其內部存儲執(zhí)行邏輯運算、順序控制、定時 /計數和接觸控制系統(tǒng)中的機械觸點的接線復雜、可靠性低、功耗高、通用性和靈活性差的缺點，充分利用了微處理器的優(yōu)點，又照顧到現(xiàn)場電氣操作維修人員的技能與習慣，特別是 PLC的程序編制，不需要專門的計算機編程語言知識，而是采用了一套以繼電器梯形圖為基礎的簡單指令形式，使用戶程序編制形象、直觀、方便易學，調試與查錯也都很方便。用 戶只需按說明書的提示，做少量的接線和簡易的用戶程序編制工作，就可靈活方便地將 PLC應用于生產實踐。 PLC的功能 （ 1） 數據采集與輸出。 （ 2） 控制功能。包括順序控制、邏輯控制、定時、計數等。 （ 3） 數據處理功能。包括基本數學運算、比較、對字節(jié)的運算、 PID 運算、濾波等。 （ 4） 輸入 /輸出接口調理功能。具有 A/D , D/A 轉換功能，通過 I/O 模塊完成對模擬量的控制和調節(jié)，具有溫度、運動等測量接口。 （ 5） 通信、聯(lián)網功能。現(xiàn)代 PLC 大多數都采用了通信、網絡技術，有 RS232 或 RS485接口，可進 行遠程 I/O 控制，多臺 PLC 可彼此間聯(lián)網、通信，外部器件與一臺或多臺可編程控制器的信號處理單元之間，實現(xiàn)程序和數據交換，如程序轉移、數據文檔轉移、監(jiān)視和診斷。在系統(tǒng)構成時，可由一臺計算機與多臺 PLC 構成“集中管理、分散控制”的分布式控制網絡，以便完成較大規(guī)模的復雜控制。 （ 6） 支持人機界面功能。提供操作者以監(jiān)視機器 /過程工作必需的信息。允許操作者和 PC 系統(tǒng)與其應用程序相互作用，以便作決策和調整，實現(xiàn)工業(yè)計算機的分散和集中操作與監(jiān)視系統(tǒng)。 （ 7） 具有編程、調試等功能，并且大部分支持在線編程 PLC的結構 可編程控制器是微機技術和繼電器常規(guī)控制概念相結合的產物，它按照用戶程序存儲器中預先編制的控制程序，通過輸入接口采集現(xiàn)場信息，執(zhí)行邏輯或數值運算，進而通過輸出接口控制各種執(zhí)行機構動作。 基 于 PLC 的 隧道 燈光 控制系統(tǒng) 共 47 頁 第 19 頁 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 裝 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 訂 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 線 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 作為一種以微處理器為核心的用作數字控制的特殊計算機，它的硬件配置與一般微機裝置類似，主要有中央處理單元、信號輸入 /輸出模塊、電源和編程器等部組成，如圖 2 所示。 （ 1）中央處理單元 CPU 中央處理器單元一般由控制器、運算器和寄存器組成。 CPU 通過地址總線、數據總線、控制總線與儲存單元、輸入輸出接口、通信接口、擴展 接口相連。 CPU 是 PLC的核心，它不斷采集輸入信號，執(zhí)行用戶程序，刷新系統(tǒng)輸出。 （ 2）存儲 器 存儲器（簡稱內存），用來存儲數據或程序。它包括隨機存取存儲器（ RAM）和只讀存儲器（ ROM）。 PLC 配有系統(tǒng)程序存儲器和用戶程序存儲器，分別用以存儲系統(tǒng)程序和用戶程序。系統(tǒng)程序存儲器用來存儲監(jiān)控程序、模塊化應用功能子程序和各種系統(tǒng)參數等，一般使用 EPROM；用戶程序存儲器用作存放用戶編制的梯形圖等程序，一般使用 RAM，若程序不經常修改，也可寫入到 EPROM 中；存儲器的容量以字節(jié)為單位。系統(tǒng)程序存儲器的內容 不能由用戶直接存取。因此一般在產品樣本中所列的存儲器型號和容量，均是指用戶程序存儲器。 （ 3） 輸入 /輸出（ I/O）模塊 基 于 PLC 的 隧道 燈光 控制系統(tǒng) 共 47 頁 第 20 頁 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 裝 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 訂 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 線 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ I/O 模塊是 CPU與現(xiàn)場 I/O 設備或其他外部設備之間的連接部件。 PLC 提供了各種操作電平和輸出驅動能力的 I/O 模塊供用戶選用。 I/O 模塊要求具有抗干擾性能，并與外界絕緣因此，多數都采用光電隔離回路、消抖動回路、多級濾波等措施。 I/O模塊可以制成各種標準模塊，根據輸入、輸出點數來增減和組合。 I/O 模塊還配有各種發(fā)光二極管來指示各種運行狀態(tài)。 （ 4）電源 PLC 配有開關式穩(wěn)壓電源的電源模塊， 用來對 PLC 的內部電路供電。 （ 5）編程器 編程器用作用戶程序的編制、編輯、調試和監(jiān)視，還可以通過其鍵盤去調用和顯示 PLC 的一些內部狀態(tài)和系統(tǒng)參數。它經過接口與 CPU 聯(lián)系，完成人機對話。 編程器分簡易型和智能型兩種。簡易型編程器只能在線編程，它通過一個專用接口與 PLC 連接。智能型編程器即可在線編程又可離線編程，還以遠離 PLC 插到現(xiàn)場控制站的相應接口進行編程。智能型編程器有許多不同的應用程序軟件包，功能齊全，適應的編程語言和方法也較多。 PLC的 工作原理 根據國際電工委員會（ IEC）的定義， PLC 是指一種數字運算操作的電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境下應用而設計。它采用可編程序的存貯器，用來在其內部存貯執(zhí)行邏輯運算、順序控制、定時、計數和算術運算等操作的指令，并通過數字的、模擬的輸入和輸出，控制各種類型的機械或生產過程。 PLC 的工作方式是一個不斷循環(huán)的順序掃描工作方式。每一次掃描所用的時間稱為掃描周期或工作周期。 CPU從第一條指令開始，按順序逐條地執(zhí)行用戶程序直到用戶程序結束，然后返回第一條指令開始新的一輪掃描。 PLC 就是這樣周而復始的重復上述循環(huán)掃描的。其 PLC的工作全過程可分為：第一部分 ，上電處理。機器上電后對PLC 系統(tǒng)進行一次初始化工作，包括硬件初始化， I/O 模塊配置檢查，停電保持范圍設定及其他初始化處理等。第二部分，掃描過程。先完成輸入處理，其次完成與其他外設的通信處理，再次進行時鐘、特殊寄存器更新。當 CPU 處于 STOP 方式時，轉入執(zhí)行自診斷檢查。當 CPU處于 RUN方式時，還要完成用戶程序的執(zhí)行和輸出處理，再 基 于 PLC 的 隧道 燈光 控制系統(tǒng) 共 47 頁 第 21 頁 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 裝 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 訂 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 線 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 轉入執(zhí)行白診斷檢查。第三部分，出錯處理。 PLC 每掃描一次，執(zhí)行一次自診斷檢查，確定 PLC 自身的動作是否正常，如 CPU、電池電壓、程序存儲器、 I/O、通信等是否正常，如檢查出異常時， CPU 面板山的 LED 及異常繼電器會接通，在特殊寄存器中會存入出錯代碼。當出現(xiàn)致命錯誤時， CPU 被強制為 STOP 方式，所有的掃描停止。其工作程序如圖 3 所示。 PLC 性能的主要技術指標有以下幾個方面： （ 1）存儲容量：指的是用戶程序存儲器的容量，一般以字為單位來計算； （ 2）輸入 /輸出點數： PLC 面板上連接輸入、輸出信號用的端子的個數，稱為“點數”，用輸入點數及輸出點數之和表示； （ 3）掃描速度：指 PLC 執(zhí)行程序的速度，一般以執(zhí)行 1K字所用的時間來衡量掃描速度； （ 4）編程指令的種類和數量； （ 5）擴展能力 ：包括 I/O 單元進行的 I/O 點數擴展和各種功能模塊進行功能擴展； （ 6）智能單元的數量 [6] 小結 本章主要探討了現(xiàn)行的幾種關于隧道照明的控制策略， 無極調光控制的分析和 隧道 照明 亮度 的計算分析， 同時 詳細分析了人工手動控制和分段時序兩種隧道照明控制方案 ， 以及對可編程控制器 PLC 定義 ，功能， 工作原理 的簡紹。 基 于 PLC 的 隧道 燈光 控制系統(tǒng)