PLC中照明控制

1、現(xiàn)狀調(diào)查隧道照明是保障公路隧道安全行車和運營的重要組成部分，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)計規(guī)范，如 CIE1 (commission international d eclairage) , BS (Britain lighting standards) 和 IES (illuminating engineering society ofNorth America)等。對于隧道照明系統(tǒng)而言，照明控制系統(tǒng)設(shè)計的好壞直接決定著整個照明系統(tǒng) 的優(yōu)劣。現(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施，在實際應(yīng)用中穩(wěn)定可靠，

2、但不能夠根據(jù)天 氣、車流量和車速的變化對洞內(nèi)亮度進行調(diào)節(jié)，基本上沒有節(jié)能效果，存在著很大的電能浪費。目前我國隧道照明控制模式在實際運行中存在很大的浪費，隧道洞外亮度、車流量和車速等參數(shù)只是在設(shè)計階段以最大值考慮，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；營運過程中產(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)展以及計算機技術(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)能達到一個新的技術(shù)水平。因此針對隧道的節(jié)能的控制實施也迫在眉 睫。本隧道利用LED燈的優(yōu)越

3、性能，尤其是它相比于其它照明燈具易于控制的 特點，設(shè)計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，實現(xiàn)隧道照明的連續(xù)調(diào)光，不僅保證隧道的安全運營，而且降低隧道 的電能消耗。二、設(shè)定目標1、課題目標：因目前大多隧道在營運過程中產(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 以達到隧道照明節(jié)能

4、的最優(yōu)方案。2、目標可行性分析：隧道照明PLC控制技術(shù)是利用集成方法將智能型計算機技術(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行控制從而減小隧道在營運過程中產(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、確定要因廳P末端因素確認情況確認方法是e'要因Mm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) 研究義獻是2不同大氣情況下的亮度設(shè)計不同大氣情 況卜的照明 亮度致用光強檢測儀是四、制定對策序末端對策目措施時負號因素

5、標問責人1時間段的設(shè)計根據(jù)不同時 問段對照明 燈的開啟數(shù) 量進行設(shè)計節(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) 計根據(jù)不同的 天氣情況卜 對亮度進行 設(shè)計節(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行五、對策實施方案一：根據(jù)不同的時間段對隧道照明燈的進行控制。將每天的 24小時劃 分為四個時間段，分別為： 00:006:00; 6:0

6、0：12:00; 12:0018:00; 18:00 24:00,在不同的時間段內(nèi)采用不同白1照明等級。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、 照明控制計算機、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，計算出隧道內(nèi)的亮

7、度 值及根據(jù)LED燈亮度計算出需要開啟的照明回路數(shù)，該控制策略主要依據(jù)公 路隧道照明通風設(shè)計規(guī)范3中的規(guī)范進行設(shè)計，其原理為：根據(jù)隧道隧道洞外 亮度、車流量、隧道內(nèi)實際亮度對隧道照明燈具進行動態(tài)調(diào)光控制，使隧道內(nèi)實際亮度值很好的接近亮度適應(yīng)要求， 依據(jù)公路隧道照明通風設(shè)計規(guī)范 的設(shè)計 標準，建立隧道內(nèi)照明數(shù)學模型，每一次調(diào)光計算出隧道內(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)的實際光亮度與計算出所需的光亮度進行對比采用逐級分段開燈的方式以 達到所需的亮度要求，避免亮度

8、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 i n采集一次洞外亮度、車流量進行一次亮度需求的計算以及為實現(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)學模型主要針對洞外亮度 L20(S)、車流量Q (輛/小時)建立。隧道洞

9、內(nèi)亮度數(shù)學模型：根據(jù)公路隧道照明通風設(shè)計規(guī)范公式 4.3.1可 知：隧道洞內(nèi)亮度計算公式為：Lth=k*L20(S)(1)本隧道設(shè)計的最大車速為 60km/h,而本隧道無測速硬件故本方案按車速為 60km/h計算，根據(jù)公路隧道照明通風設(shè)計規(guī)范表4.3.1隧道內(nèi)亮度折減系數(shù)可得車流量Q0700輛/小時隧道洞內(nèi)亮度折減系數(shù)k=0.015;當車流量Q>2 400 輛/小時隧道洞內(nèi)亮度折減系數(shù)k=0.022;當車流量700輛/小時&Q&2 400輛/ 時時采用內(nèi)插法計算隧道內(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

10、上或者特別黑時指引車子的作用，相當于路燈，故于每天18: 00-6:00開啟，加強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，所以一般在隧道內(nèi)外亮度差值較大時開啟，故于每天 6:0018:00開啟；根據(jù)該方案從而實現(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 用亮度進行控制，當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

11、人員在照明控制計算 機中進行切換。通過以上控制方式達到減小隧道在營運過程中產(chǎn)生節(jié)能與行車安 全的矛盾問題。六、效果檢查在項目實施完成隧道通車后，通過一個半月時間對以上方案一和方案二以及 采用人工控制照明的方式進行實際實驗及分析，通過每天對所消耗的電量進行統(tǒng)計并進行對比。采用隔周的方式對方以上三種方式進行交叉實驗，通過一個半月實驗發(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)濟效益該方案所需的硬件設(shè)備都是隧道實際就有的不許新增任何設(shè)備，將這些設(shè)備綜合利用，從長遠看來和基于研究以及設(shè)計的理

12、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行控制，大大減小了電能的浪費節(jié)約了運營成 本，避免了在車流量很少時開很過多燈，同時在車流量多時也能根據(jù)實際需要自 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營成 本。八、鞏固措施項目的優(yōu)化設(shè)計與實際的情況要做跟一個跟蹤，因為項目的設(shè)計的最優(yōu)不 可能能達到最佳的那個點，它只能達到最佳的范圍。所以要鞏固對實

13、際的情況做 一個跟蹤，最終根據(jù)數(shù)據(jù)進行最后一步的程序優(yōu)化來達到最佳的效果，通過隧道通車后采用一段時間的耗電統(tǒng)計、展開調(diào)查記錄通車的舒適度情況，或者建立一 個平臺由司機進行網(wǎng)上評價對隧道的舒適度情況，并根據(jù)這些數(shù)據(jù)做相應(yīng)的控制調(diào)整。從而達到逐步向最優(yōu)點靠近的目的。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 道照明通風設(shè)計規(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，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：1 COMMISSION INTERNATIONAL D'ECLAIRAGE. CIE NO 882 guide for the lighting of road tunnels and under passesS. Vienna： CIE Publication