PLC中照明控制

1、一、 現(xiàn)狀調(diào)查隧道照明是保障公路隧道安全行車和運(yùn)營的重要組成部分，同時也是隧道內(nèi)能耗最大的環(huán)節(jié)，因此多個國家制定了隧道照明的設(shè)計(jì)規(guī)范，如CIE(commission international declairage)，BS（Britainlighting standards)和IES (illuminating engineering society ofNorthAmerica）等。對于隧道照明系統(tǒng)而言，照明控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的好壞直接決定著整個照明系統(tǒng)的優(yōu)劣?，F(xiàn)有的控制方法主要包括手動控制方法、時序控制方法和自動控制方法。手動控制和時序控制方法易于實(shí)施，在實(shí)際應(yīng)用中穩(wěn)定可靠，但不能夠根據(jù)天氣、車

2、流量和車速的變化對洞內(nèi)亮度進(jìn)行調(diào)節(jié)，基本上沒有節(jié)能效果，存在著很大的電能浪費(fèi)。目前我國隧道照明控制模式在實(shí)際運(yùn)行中存在很大的浪費(fèi)，隧道洞外亮度、車流量和車速等參數(shù)只是在設(shè)計(jì)階段以最大值考慮，最終各段照明亮度也始終是處于最大值狀態(tài)，照明系統(tǒng)效率偏低 ，存在著大量的電能浪費(fèi)；營運(yùn)過程中產(chǎn)生與行車安全和隧道監(jiān)控之間矛盾等問題。隨著隧道運(yùn)營水平的提高，各種新型照明技術(shù)的不斷創(chuàng)新發(fā)展以及計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展和新的控制理論研究成果，隧道安全與節(jié)能技術(shù)將沿著系統(tǒng)化、智能化、綜合化的方向發(fā)展，使隧道節(jié)能達(dá)到一個新的技術(shù)水平。因此針對隧道的節(jié)能的控制實(shí)施也迫在眉睫。 本隧道利用LED 燈的優(yōu)越性能，尤其是它相比于其

3、它照明燈具易于控制的特點(diǎn)，設(shè)計(jì)一種隧道照明自動控制系統(tǒng)，可根據(jù)洞外亮度、車流量變化動態(tài)調(diào)整洞內(nèi)亮度，實(shí)現(xiàn)隧道照明的連續(xù)調(diào)光，不僅保證隧道的安全運(yùn)營，而且降低隧道的電能消耗。二、 設(shè)定目標(biāo)1、 課題目標(biāo)：因目前大多隧道在營運(yùn)過程中產(chǎn)生節(jié)能與行車安全的矛盾問題，基于現(xiàn)代的照明節(jié)能主流和增強(qiáng)可持續(xù)發(fā)展，并且增加隧道照明的壽命和保持良好的照明性能采取用PLC可編程控制下對隧道進(jìn)行智能化的節(jié)能控制，因此結(jié)合本隧道現(xiàn)有的硬件設(shè)備：PLC、車流檢測儀、光亮度檢測儀等，采用基于PLC可編程控制下對隧道進(jìn)行智能化的節(jié)能控制，列出多種節(jié)能方案對比出最佳節(jié)能控制方案以達(dá)到隧道照明節(jié)能的最優(yōu)方案。2、 目標(biāo)可行性分析

4、： 隧道照明PLC控制技術(shù)是利用集成方法將智能型計(jì)算機(jī)技術(shù)、高性能的網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)、信息處理技術(shù)與隧道照明節(jié)能的有機(jī)結(jié)合，并通過對隧道洞外環(huán)境等因素考慮對隧道照明進(jìn)行控制從而減小隧道在營運(yùn)過程中產(chǎn)生節(jié)能與行車安全的矛盾問題。本隧道的硬件設(shè)備能滿足這一方面的要求。三、 確定要因序號末端因素確認(rèn)情況確認(rèn)方法是否要因負(fù)責(zé)人1各個時間段的燈具開啟數(shù)量各個時間段燈具開啟的數(shù)量不夠合理監(jiān)測各個時間段燈具開啟的數(shù)量和結(jié)合地理環(huán)境以及查閱相關(guān)研究文獻(xiàn)是2不同天氣情況下的亮度設(shè)計(jì)不同天氣情況下的照明亮度是一致用光強(qiáng)檢測儀是四、 制定對策序號末端因素對策目標(biāo)措施時間負(fù)責(zé)人1時間段的設(shè)計(jì)根據(jù)不同時間段對照明燈的開啟數(shù)

5、量進(jìn)行設(shè)計(jì)節(jié)能將每天的24小時劃分為四個時間段，在不同的時間段內(nèi)采用不同的照明等級。一般情況下，中午時間段內(nèi)照明等級最高，隧道所有燈具全開，而深夜時間段內(nèi)照明等級最低，只需開三分之一燈即可；2亮度的設(shè)計(jì)根據(jù)不同的天氣情況下對亮度進(jìn)行設(shè)計(jì)節(jié)能因本隧道中采用的是18W的LED燈具，入口段采用的是250W高壓鈉燈，為實(shí)現(xiàn)三相供電均衡以及結(jié)合本隧道燈具的布置方式故本隧道燈具控制分三級進(jìn)行五、 對策實(shí)施方案一：根據(jù)不同的時間段對隧道照明燈的進(jìn)行控制。將每天的24小時劃分為四個時間段，分別為：00:006:00；6:00:12:00；12:0018:00；18:0024:00，在不同的時間段內(nèi)采用不同的照

6、明等級。一般情況下，00:006:00時間段車流量較少開啟隧道內(nèi)三分之一的基本照明和隧道外引道照明；6:00:12:00開啟隧道內(nèi)三分之二的基本照明和入口段高壓鈉燈；12:0018:00隧道內(nèi)基本照明燈具全開和入口段高壓鈉燈；1824:00開啟隧道內(nèi)三分之二的基本照明和隧道外引道照明。方案二：本方案自動調(diào)光系統(tǒng)，主要由PLC、車輛檢測儀、光亮度檢測儀、照明控制計(jì)算機(jī)、驅(qū)動電源和配套的LED 隧道燈組成，由光亮度檢測儀采集到洞外亮度信息，經(jīng)PLC按照事先設(shè)定好的調(diào)光控制邏輯，計(jì)算出隧道內(nèi)的亮度值及根據(jù)LED 燈亮度計(jì)算出需要開啟的照明回路數(shù)，該控制策略主要依據(jù)公路隧道照明通風(fēng)設(shè)計(jì)規(guī)范3中的規(guī)范進(jìn)

7、行設(shè)計(jì)，其原理為：根據(jù)隧道隧道洞外亮度、車流量、隧道內(nèi)實(shí)際亮度對隧道照明燈具進(jìn)行動態(tài)調(diào)光控制，使隧道內(nèi)實(shí)際亮度值很好的接近亮度適應(yīng)要求，依據(jù)公路隧道照明通風(fēng)設(shè)計(jì)規(guī)范的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，建立隧道內(nèi)照明數(shù)學(xué)模型，每一次調(diào)光計(jì)算出隧道內(nèi)所需的亮度值，換算出LED燈所需開啟的數(shù)量，為了滿足人眼對亮度的適應(yīng)要求和保證隧道內(nèi)行車的安全，在調(diào)整洞內(nèi)亮度時，采用亮度漸變的控制方式，由PLC采集回來的隧道內(nèi)的實(shí)際光亮度與計(jì)算出所需的光亮度進(jìn)行對比采用逐級分段開燈的方式以達(dá)到所需的亮度要求，避免亮度的突然變化。過于頻繁的觸發(fā)調(diào)光不利于人眼的適應(yīng)，一定程度上還會降低燈具的使用壽命，所以控制過程中采用時間觸發(fā)方式，每過10m

8、 i n采集一次洞外亮度、車流量進(jìn)行一次亮度需求的計(jì)算以及為實(shí)現(xiàn)三相供電均衡以及結(jié)合本隧道燈具的布置方式故本隧道燈具控制分三級進(jìn)行，從而將開啟的隧道內(nèi)基本照明回路數(shù)分三級即：三分之一、三分之二、全開。同時為了保障燈具使用均衡化、合理化，每次開啟的燈按使用時間最少的燈優(yōu)先開以及結(jié)合三相供電平衡的方式進(jìn)行，使得燈具的使用均衡化、合理化從而延長了燈具使用壽命以及保證了供電的穩(wěn)定；隧道洞內(nèi)亮度的數(shù)學(xué)模型主要針對洞外亮度L20(S)、車流量Q (輛/小時 )建立。 隧道洞內(nèi)亮度數(shù)學(xué)模型：根據(jù)公路隧道照明通風(fēng)設(shè)計(jì)規(guī)范公式4.3.1可知：隧道洞內(nèi)亮度計(jì)算公式為：Lth=k*L20(S) (1)本隧道設(shè)計(jì)的最

9、大車速為60km/h，而本隧道無測速硬件故本方案按車速為60km/h計(jì)算，根據(jù)公路隧道照明通風(fēng)設(shè)計(jì)規(guī)范表4.3.1隧道內(nèi)亮度折減系數(shù)可得車流量Q700輛/小時隧道洞內(nèi)亮度折減系數(shù)k=0.015；當(dāng)車流量Q2 400輛/小時隧道洞內(nèi)亮度折減系數(shù)k=0.022；當(dāng)車流量700輛/小時Q2 400輛時時采用內(nèi)插法計(jì)算隧道內(nèi)亮度折減系數(shù):k=（0.022-0.015）*(Q-700)+0.015 (2)隧道外引道照明主要用于晚上或者特別黑時指引車子的作用，相當(dāng)于路燈，故于每天18：006:00開啟，加強(qiáng)照明主要是為了減小隧道內(nèi)外亮度變化過大給人眼照成的不適應(yīng)兒設(shè)計(jì)，所以一般在隧道內(nèi)外亮度差值較大時開啟

10、，故于每天6:0018:00開啟；根據(jù)該方案從而實(shí)現(xiàn)對隧道內(nèi)照明系統(tǒng)的連續(xù)調(diào)光。方案三：基于上述二種控制方案，結(jié)合并總綜合上述二種方案得出按照時間和亮度結(jié)合的方案控制照明效果更佳，同時亮度和時間互為備用，正常情況下采用亮度進(jìn)行控制，當(dāng)PLC檢測到光亮度檢測儀斷線或者故障時自動切換到時間控制，同時隧道管理人員也可以根據(jù)實(shí)際情況選擇手動控制每個回路，或者由PLC自動控制照明且時間控制和光亮度控制可由隧道管理人員在照明控制計(jì)算機(jī)中進(jìn)行切換。通過以上控制方式達(dá)到減小隧道在營運(yùn)過程中產(chǎn)生節(jié)能與行車安全的矛盾問題。六、 效果檢查 在項(xiàng)目實(shí)施完成隧道通車后，通過一個半月時間對以上方案一和方案二以及采用人工控

11、制照明的方式進(jìn)行實(shí)際實(shí)驗(yàn)及分析，通過每天對所消耗的電量進(jìn)行統(tǒng)計(jì)并進(jìn)行對比。采用隔周的方式對方以上三種方式進(jìn)行交叉實(shí)驗(yàn)，通過一個半月實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)方案二比方案一共省電839KW，比人工控制照明方式省電1253KW。該方案不僅有較優(yōu)的控制效果，保證了隧道的行車要求，同時有很好的節(jié)能效果。七、 經(jīng)濟(jì)效益 該方案所需的硬件設(shè)備都是隧道實(shí)際就有的不許新增任何設(shè)備，將這些設(shè)備綜合利用，從長遠(yuǎn)看來和基于研究以及設(shè)計(jì)的理念來看這次的照明節(jié)能方案可以提高節(jié)能效益，并且增加了隧道照明的舒適度和智能化。以下用數(shù)值來體現(xiàn)節(jié)能的效果：采用方案三對隧道照明進(jìn)行控制，大大減小了電能的浪費(fèi)節(jié)約了運(yùn)營成本，避免了在車流量很少時開很過

12、多燈，同時在車流量多時也能根據(jù)實(shí)際需要自動調(diào)節(jié)隧道內(nèi)亮度，比傳統(tǒng)的采用人工手動控制照明的方式節(jié)約了人工成本、電量以及控制效果更佳，同時延長了燈具的使用壽命，比方案一每個月省電1000多度，大大的降低了節(jié)能與安全的矛盾，延長了設(shè)備的使用壽命和降低了運(yùn)營成本。八、 鞏固措施 項(xiàng)目的優(yōu)化設(shè)計(jì)與實(shí)際的情況要做跟一個跟蹤，因?yàn)轫?xiàng)目的設(shè)計(jì)的最優(yōu)不可能能達(dá)到最佳的那個點(diǎn)，它只能達(dá)到最佳的范圍。所以要鞏固對實(shí)際的情況做一個跟蹤，最終根據(jù)數(shù)據(jù)進(jìn)行最后一步的程序優(yōu)化來達(dá)到最佳的效果，通過隧道通車后采用一段時間的耗電統(tǒng)計(jì)、展開調(diào)查記錄通車的舒適度情況，或者建立一個平臺由司機(jī)進(jìn)行網(wǎng)上評價(jià)對隧道的舒適度情況，并根據(jù)這些

13、數(shù)據(jù)做相應(yīng)的控制調(diào)整。從而達(dá)到逐步向最優(yōu)點(diǎn)靠近的目的。九、 總結(jié)隧道照明是公路交通工程的重要組成部分，照明控制系統(tǒng)的好壞直接影響到隧道內(nèi)的行車安全和能耗成本。本隧道利用LED燈的優(yōu)越性能：以公路隧道照明通風(fēng)設(shè)計(jì)規(guī)范為依據(jù)，以洞外亮度、車流量為輸人參數(shù)，建立了隧道所需亮度數(shù)學(xué)模型； 能夠跟隨洞外亮度、車流量變化和結(jié)合洞內(nèi)亮度而自動調(diào)節(jié)洞內(nèi)亮度，設(shè)計(jì)了一種隧道照明自動控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)在滿足照明要求的同時， 降低了傳統(tǒng)照明控制系統(tǒng)因忽略車流量、車速的影響或只按階段最大值考慮所造成的電能浪費(fèi)，節(jié)能效果顯著。大大的降低了節(jié)能與安全的矛盾，使隧道照明更加宜人化和智能化。參考文獻(xiàn) ：1 COMMISSION INTERNATIONAL DECLAIRAGE. CIE NO 882 guide for the lighting of road tunnels and under passesS Vienna：CIE Publicat