【正文】 基 于 PLC 的 隧道 燈光 控制系統(tǒng) 。其工作程序如圖 3 所示。 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(dāng) 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(zhuǎn)入執(zhí)行白診斷檢查。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)行時鐘、特殊寄存器更新。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。 PLC 就是這樣周而復(fù)始的重復(fù)上述循環(huán)掃描的。每一次掃描所用的時間稱為掃描周期或工作周期。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、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。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。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。它經(jīng)過接口與 CPU 聯(lián)系，完成人機(jī)對話。 （ 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。 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。 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。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。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。它包括隨機(jī)存取存儲器（ RAM）和只讀存儲器（ ROM）。 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。 （ 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。 （ 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。提供操作者以監(jiān)視機(jī)器 /過程工作必需的信息。在系統(tǒng)構(gòu)成時，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。 （ 5） 通信、聯(lián)網(wǎng)功能。 （ 4） 輸入 /輸出接口調(diào)理功能。 （ 3） 數(shù)據(jù)處理功能。 （ 2） 控制功能。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。 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。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)。 （ 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。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。 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)時洞外亮度、隧道內(nèi)實(shí)時交通流量、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。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。 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。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。 表 4 隧道照明分段時序控制方案 季節(jié) 模式 春季 夏季 秋季 冬季 A+B+C 6— 8,16— 19 5— 7,17— 19 6— 8,17— 18 7—8,16— 17 A+B+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，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，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，相 應(yīng)橫洞的照明燈開啟。 時序控制 在隧道的照明控制中，分段時序控制方式主要根據(jù)不同地區(qū)的季節(jié)的不同和一天 基 于 PLC 的 隧道 燈光 控制系統(tǒng) 共 47 頁 第 16 頁 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 裝 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 訂 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 線 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 中不同的時段來改變不同照明回路的工作狀態(tài)。而對于多回路控制方式，當(dāng)天氣發(fā)生變化時，監(jiān)控人員可以通過這種控制方 式轉(zhuǎn)換照明模式，簡單快捷；然而，若遇到只改變某一個或某幾個回路的運(yùn)行狀態(tài)的情況時，多回路控制方式則有些力不從心。為了延長照明器的使用壽命，可以將 A類照明回路和 B類照明回路更替使用，以防止長期只使用某一類照明器而導(dǎo)致其使用壽命的縮短。 其中，“夜間”照明模式一般適用于從天黑至凌晨的時間段內(nèi)，此時只開啟基本照明回路和路燈照明回路，路燈的開啟同樣是為了降低隧道洞口內(nèi)外的亮度變化速率，防止交通事故的發(fā)生。每一級模式以及其對應(yīng)的照明器如下所示： 晴天： A+B+C+D+E 多云： A+B+C+D 陰天： A+B+C 夜間： A+B+L 更夜： (A 或 B)+L 其中 A、 B、 C、 D、 E、 L分別是不同的照明器，其對應(yīng)關(guān)系如下表 3 所示： 基 于 PLC 的 隧道 燈光 控制系統(tǒng) 共 47 頁 第 15 頁 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 裝 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 訂 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 線 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 表 3 照明器對應(yīng)表 照明器 備注 A 基本 照 明 B 基本 照明 C 加強(qiáng) 照明 覆蓋 全面 D 加強(qiáng) 照明 覆蓋 引入段和過渡段 E 加強(qiáng) 照明 覆蓋 引入段 L 隧道 路燈照明 相較于單回路控制，多回路控制的操作更簡單方便，監(jiān)控人員可根據(jù)日常狀況下人們對天氣的認(rèn)知，提交不同的照明模式。 人工手動控制可以分為單回路控制和多回路控制，單回路控制是監(jiān)控人員可以控制每一個照明回路的開和關(guān)，多回路控制是把照明分為多個不 同的等級，每一組開和關(guān)是一組回路，監(jiān)控人員可以根據(jù)不同的實(shí)際情況開啟和關(guān)閉隧道內(nèi)每一個照明回路。 手動控制 隧道發(fā)展 建設(shè)初期，由于技術(shù)的限制，對于隧道的照明運(yùn)營一般設(shè)置統(tǒng)一的控制柜，由專人負(fù)責(zé)管理，根據(jù)不同的時間由工人決定燈具的開關(guān)數(shù)量。 路燈照明 隧道路燈布置在隧道的入口和出口處，線路兩側(cè)各安裝六個燈柱。其中照明器的安裝個數(shù)及其燈具之間的距離由亮度計(jì)算得出。根據(jù)所接通的照明情況，比較洞內(nèi)照度是否與接通方式下的路面照度設(shè)計(jì)要求相符，若偏差值達(dá)到某一范圍則由控制器進(jìn)行報(bào)警，以便及時檢查照明燈及線路的良好情況。下圖時白天 照明區(qū)段長度及路面最低亮度表 [5]。這就要求在每天黑夜降臨時，將隧道內(nèi)出入口過渡段的照明器關(guān)掉一部分，達(dá)到降低亮度的目的。夜間在隧道出口處，正好與白天相反而形成“黑洞”感，使司乘人員無法識別洞外道路的形狀和障礙。這對司乘人員形成強(qiáng)烈的眩光 ，對前方的行車只能看到一個很暗的黑影，而對車輛背后黑影內(nèi)的障礙物則無法看清。為了避免這種“黑洞”感，在隧道入口處需要提高照明亮度，以盡量減少洞內(nèi)外亮度的對比。 基 于 PLC 的 隧道 燈光 控制系統(tǒng) 共 47 頁 第 12 頁 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 裝 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 訂 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 線 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 照明控制要求 根據(jù) 設(shè)計(jì)步驟，本節(jié)我們將完成控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的第一步：分析控制要求。手動控制方式主要由人工根據(jù)不同的時段及天氣情況而開關(guān)不同的照明配電回路分段時序控制方式是根據(jù)一天中不同的時段而開啟 (閉合 )相應(yīng)的照明回路；隧道照明的自動控制方式則是利用光強(qiáng)檢測器分別采集隧道內(nèi)外的亮度參數(shù)，經(jīng)過對比處理后，由計(jì)算機(jī)系統(tǒng)自動控制各個照明回路的開關(guān)，使洞內(nèi)的照明亮度與外界自然光的亮度相適應(yīng)。 根據(jù)以上可以計(jì)算出具體的每個隧道的燈具數(shù)量、布燈方式等。在燈具各項(xiàng)功能參數(shù) (如功率、養(yǎng)護(hù)系數(shù)、光通量、光強(qiáng)值等 )和隧道物理參數(shù) (路面寬度、燈具安裝位置等 )己知的前提下， ? 和 ? 的值只與隧道的燈具數(shù)量、布燈方式、計(jì)算區(qū)域以及計(jì)算點(diǎn)數(shù)有關(guān)。查對國內(nèi)外有關(guān)資料，駕駛員注意力集中的區(qū)域大致是前方 60m－ 160m，因此，視點(diǎn)縱向距離取距計(jì)算區(qū)域 60m－ 160m，側(cè)向距離取 1/4路面寬，視點(diǎn)高為 ；計(jì)算區(qū)域內(nèi)縱向計(jì)算點(diǎn)間距不大于 ，橫向計(jì)算點(diǎn)不少于 5 點(diǎn)。 基 于 PLC 的 隧道 燈光 控制系統(tǒng) 共 47 頁 第 10 頁 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 裝 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 訂 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 線 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 第 二章 隧道照明控制系統(tǒng) 方案 及 PLC的簡介 隧道照明 控制 隧道的照明有照度和亮度兩種計(jì)算方法，而能否看清路面及路面上的障礙物，決定于路面及障礙物的亮度，因此在隧道監(jiān)控系統(tǒng)中，使用的光強(qiáng)檢測器為亮度檢測器，照明控制策略研究也采用了亮度計(jì)算的方法。 第五章 :總結(jié)與展望。 第三章 :本章詳細(xì)