【導(dǎo)讀】例越來越大，與此同時(shí)，隧道照明系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和維護(hù)也變得越來越重要。駛的安全性和舒適感，并最終達(dá)到降低運(yùn)營成本的目的。本文研究內(nèi)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(diǎn)進(jìn)行了分析及對比。同時(shí)主要詳細(xì)分析了人工。能，工作原理的簡紹。本次課設(shè)根據(jù)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(shí)序控制方案設(shè)計(jì)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(dāng)隧道內(nèi)發(fā)生火災(zāi)時(shí)，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(nèi)所有照明開啟，以利于司乘人員的疏散和救援；當(dāng)隧道內(nèi)發(fā)生交通事故時(shí)，避災(zāi)引導(dǎo)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(dá)到最好程度，為駕駛?cè)藛T提供良好的視覺環(huán)境，以免事故擴(kuò)大；因火災(zāi)、事故或其他原因使用人行或車行橫洞時(shí)，相 應(yīng)橫洞的照明燈開啟。 分段時(shí)序控制方式是根據(jù)季節(jié)的不同和一天中不同的時(shí)段來改變照明回路 運(yùn)行狀態(tài)的方式，并對隧道內(nèi)發(fā)生事故或火災(zāi)的情況也做出了相應(yīng)的應(yīng)對措施，雖然對一天內(nèi)不同照明回路的工作狀況作了更細(xì)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(nèi)外的光強(qiáng)值進(jìn)行準(zhǔn)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(zhǔn)確性和精確性。如果它和人工手動控制這種方案相結(jié)合，可以達(dá)到理想的控制效果。雖然分段時(shí)序控制有一些不足，它仍然是當(dāng)今使用最廣泛的一種控制方式。 調(diào)光控制（自動調(diào)光控制 ） 控制模式 無級調(diào)光控制是指根據(jù)照明控制參數(shù)的變化而連續(xù)調(diào)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(shí)現(xiàn)不同亮度等級的轉(zhuǎn)變 ，實(shí)現(xiàn)隧道照明 亮度較為 平滑 的調(diào)控。無級調(diào)光模式較分級調(diào)光模式更為精確，可以按照照明規(guī)范的要求，按需調(diào)節(jié)隧道照明燈具的功率，不需要燈具滿負(fù)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(nèi)照度更加均勻變化，而且節(jié)約電能。無級調(diào)光模式主要針對 LED 燈、電磁感應(yīng)燈和高壓鈉燈等燈具。隨著照明技術(shù)的發(fā)展，無級調(diào)光控制模式在隧道照明系統(tǒng)中也正在推廣 使用。 調(diào)光控制方式 無極 調(diào)光控制 是指根據(jù)采集隧道外實(shí)時(shí)洞外亮度、隧道內(nèi)實(shí)時(shí)交通流量、行車速度等參數(shù)，經(jīng)過控制算法處理并發(fā)送調(diào)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(gòu)成。亮度檢測器、交通流檢測設(shè)備將亮度、交通流參數(shù)傳遞給上位機(jī)，上位機(jī)通過控制算法處理，通過發(fā)送遠(yuǎn)程調(diào)光指令對隧道照明亮度進(jìn)行控制。 無級調(diào)光模式，目前主要調(diào)光控制有電壓控制電流源亮度控制方式，脈沖寬度調(diào)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(dá)到燈具功率調(diào)節(jié)的目的。 （ 2） 脈沖寬度調(diào)制 (PWM)亮度控制方式利用數(shù)字脈沖，控制燈具調(diào)光控制器。燈具的調(diào)光控制器可以通過控制電壓或者電流來實(shí)現(xiàn)對功率的無級調(diào)節(jié)來達(dá)到節(jié)能的目的，該調(diào)光方式具有反應(yīng)速度快，不產(chǎn)生低次諧波，不影響系統(tǒng)功率因素等優(yōu)點(diǎn)。 （ 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(gè)以微處理器為核心的數(shù)字運(yùn)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(yīng)用而設(shè)計(jì)，它采用可編程序的存儲器，用以在其內(nèi)部存儲執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序控制、定時(shí) /計(jì)數(shù)和接觸控制系統(tǒng)中的機(jī)械觸點(diǎn)的接線復(fù)雜、可靠性低、功耗高、通用性和靈活性差的缺點(diǎn)，充分利用了微處理器的優(yōu)點(diǎn)，又照顧到現(xiàn)場電氣操作維修人員的技能與習(xí)慣，特別是 PLC的程序編制，不需要專門的計(jì)算機(jī)編程語言知識，而是采用了一套以繼電器梯形圖為基礎(chǔ)的簡單指令形式，使用戶程序編制形象、直觀、方便易學(xué)，調(diào)試與查錯(cuò)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(yīng)用于生產(chǎn)實(shí)踐。 PLC的功能 （ 1） 數(shù)據(jù)采集與輸出。 （ 2） 控制功能。包括順序控制、邏輯控制、定時(shí)、計(jì)數(shù)等。 （ 3） 數(shù)據(jù)處理功能。包括基本數(shù)學(xué)運(yùn)算、比較、對字節(jié)的運(yùn)算、 PID 運(yùn)算、濾波等。 （ 4） 輸入 /輸出接口調(diào)理功能。具有 A/D , D/A 轉(zhuǎn)換功能，通過 I/O 模塊完成對模擬量的控制和調(diào)節(jié)，具有溫度、運(yùn)動等測量接口。 （ 5） 通信、聯(lián)網(wǎng)功能。現(xiàn)代 PLC 大多數(shù)都采用了通信、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，有 RS232 或 RS485接口，可進(jìn) 行遠(yuǎn)程 I/O 控制，多臺 PLC 可彼此間聯(lián)網(wǎng)、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(shí)現(xiàn)程序和數(shù)據(jù)交換，如程序轉(zhuǎn)移、數(shù)據(jù)文檔轉(zhuǎn)移、監(jiān)視和診斷。在系統(tǒng)構(gòu)成時(shí)，可由一臺計(jì)算機(jī)與多臺 PLC 構(gòu)成“集中管理、分散控制”的分布式控制網(wǎng)絡(luò)，以便完成較大規(guī)模的復(fù)雜控制。 （ 6） 支持人機(jī)界面功能。提供操作者以監(jiān)視機(jī)器 /過程工作必需的信息。允許操作者和 PC 系統(tǒng)與其應(yīng)用程序相互作用，以便作決策和調(diào)整，實(shí)現(xiàn)工業(yè)計(jì)算機(jī)的分散和集中操作與監(jiān)視系統(tǒng)。 （ 7） 具有編程、調(diào)試等功能，并且大部分支持在線編程 PLC的結(jié)構(gòu) 可編程控制器是微機(jī)技術(shù)和繼電器常規(guī)控制概念相結(jié)合的產(chǎn)物，它按照用戶程序存儲器中預(yù)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(shù)值運(yùn)算，進(jìn)而通過輸出接口控制各種執(zhí)行機(jī)構(gòu)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(shù)字控制的特殊計(jì)算機(jī)，它的硬件配置與一般微機(jī)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(yùn)算器和寄存器組成。 CPU 通過地址總線、數(shù)據(jù)總線、控制總線與儲存單元、輸入輸出接口、通信接口、擴(kuò)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(nèi)存），用來存儲數(shù)據(jù)或程序。它包括隨機(jī)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(yīng)用功能子程序和各種系統(tǒng)參數(shù)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(jīng)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(nèi)容 不能由用戶直接存取。因此一般在產(chǎn)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(shè)備或其他外部設(shè)備之間的連接部件。 PLC 提供了各種操作電平和輸出驅(qū)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(shù)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(biāo)準(zhǔn)模塊，根據(jù)輸入、輸出點(diǎn)數(shù)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(yùn)行狀態(tài)。 （ 4）電源 PLC 配有開關(guān)式穩(wěn)壓電源的電源模塊， 用來對 PLC 的內(nèi)部電路供電。 （ 5）編程器 編程器用作用戶程序的編制、編輯、調(diào)試和監(jiān)視，還可以通過其鍵盤去調(diào)用和顯示 PLC 的一些內(nèi)部狀態(tài)和系統(tǒng)參數(shù)。它經(jīng)過接口與 CPU 聯(lián)系，完成人機(jī)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(gè)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(yuǎn)離 PLC 插到現(xiàn)場控制站的相應(yīng)接口進(jìn)行編程。智能型編程器有許多不同的應(yīng)用程序軟件包，功能齊全，適應(yīng)的編程語言和方法也較多。 PLC的 工作原理 根據(jù)國際電工委員會（ IEC）的定義， PLC 是指一種數(shù)字運(yùn)算操作的電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)。它采用可編程序的存貯器，用來在其內(nèi)部存貯執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序控制、定時(shí)、計(jì)數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等操作的指令，并通過數(shù)字的、模擬的輸入和輸出，控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過程。 PLC 的工作方式是一個(gè)不斷循環(huán)的順序掃描工作方式。每一次掃描所用的時(shí)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(jié)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(fù)始的重復(fù)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(jī)器上電后對PLC 系統(tǒng)進(jìn)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(shè)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(shè)的通信處理，再次進(jìn)行時(shí)鐘、特殊寄存器更新。當(dāng) CPU 處于 STOP 方式時(shí)，轉(zhuǎn)入執(zhí)行自診斷檢查。當(dāng) CPU處于 RUN方式時(shí)，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(zhuǎn)入執(zhí)行白診斷檢查。第三部分，出錯(cuò)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(shí)， 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(cuò)代碼。當(dāng)出現(xiàn)致命錯(cuò)誤時(shí)， CPU 被強(qiáng)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(shù)指標(biāo)有以下幾個(gè)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(jì)算； （ 2）輸入 /輸出點(diǎn)數(shù)： PLC 面板上連接輸入、輸出信號用的端子的個(gè)數(shù)，稱為“點(diǎn)數(shù)”，用輸入點(diǎn)數(shù)及輸出點(diǎn)數(shù)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(shí)間來衡量掃描速度； （ 4）編程指令的種類和數(shù)量； （ 5）擴(kuò)展能力 ：包括 I/O 單元進(jìn)行的 I/O 點(diǎn)數(shù)擴(kuò)展和各種功能模塊進(jìn)行功能擴(kuò)展； （ 6）智能單元的數(shù)量 [6] 小結(jié) 本章主要探討了現(xiàn)行的幾種關(guān)于隧道照明的控制策略， 無極調(diào)光控制的分析和 隧道 照明 亮度 的計(jì)算分析， 同時(shí) 詳細(xì)分析了人工手動控制和分段時(shí)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)