PLC控制技术在隧道照明中的应用_陶奕昊.pdf

光源与照明 总第 176 期 2023 年 1 月 照明工程45PLC 控制技术在隧道照明中的应用陶奕昊张家港市第三职业高级中学，江苏 苏州 215600摘要：在科技高速发展的今天，我国隧道照明控制逐渐向着多元化的方向发展，无线控制、感应式控制及PLC 控制等先进技术的不断涌现，不仅大幅度提高了隧道照明质量，还为隧道工程的平稳发展提供了有力支持。其中 PLC 控制技术的适用性更广，投入成本较低，将该技术与远程控制系统相结合，能够更好地控制隧道照明系统，提高系统运行的可靠性与合理性，还能够降低能源的消耗，改善隧道内的行车光线环境。基于此，文章以 PLC 控制技术为出发点，分析该技术在隧道照明中的应用策略。关键词：隧道照明；PLC 控制；照明设计分类号：U453.70引言近年来，我国高速公路建设规模不断扩大，高速公路中的隧道越来越多。隧道区域是交通事故高发地段，主要原因是车辆进出隧道口时会出现“白洞”和“黑洞”效应，在很大程度上降低驾驶员的视觉功能和视觉舒适度，驾驶员会短暂处于眼盲状态。为改善这一现象，必须优化隧道照明控制系统，为驾驶员提供更为舒适的视觉环境，从而确保行车安全。相关研究表明，隧道照明用电费用在整个隧道运营成本投入中的占比较大，隧道照明会消耗大量的电能。对此，在生态文明建设背景下，除了要保证隧道地段行车的安全性，还需降低照明系统的能源消耗，实现环保节能，提高隧道工程的经济效益。基于上述背景，将 PLC 控制技术应用到隧道照明控制中，可实现智能照明控制，不仅能够为驾驶员提供更加安全的行车环境，还能够为隧道工程企业带来更多的综合效益。1PLC 控制技术概述相较于传统的继电接触控制技术，PCL 控制技术的应用优势包括较高的信号传输质量和自动化程度、组态灵活、结构简单等。正是这些优势，使该技术在各个领域得到广泛应用。PLC 控制系统具有实时编辑和数字运算的功能，其由传感器、现场控制单元和PLC 装置等部件组成，在这些部件的共同作用下，可实现信号采集、指令输入与输出、数据运算分析及远程控制等功能。PLC 系统中包括众多的功能模块，可以结合用户的具体控制需求进行灵活调整，使系统结构和模块单元相匹配，从而恰当地增减系统功能，如可借助 PLC 控制技术设置、调整照明系统和模拟量等。2PLC 控制技术在隧道照明中的应用意义2.1 实现智能调光控制通常，公路隧道内外部的光照度有着较大的差异，这种差异会给驾驶员的视觉功能带来诸多不良影响，增加行车的安全风险。为解决这一问题，可在隧道照明控制过程中运用 PLC 控制技术，以更加智能地控制隧道内外部的光照度，改善二者差异对驾驶员视觉的不良影响，保证行车的安全，避免隧道交通事故的发生。不同于一般公路道路，隧道位于山间，其出入口和内部的亮度变化较大，会在很大程度上影响到驾驶员的视觉功能，要想保证驾驶员的行车安全，更好地满足隧道行车照明需求，需要充分考虑隧道长度、天气、季节及时间段差异等因素，对隧道照明调光进行智能化控制1。PLC 控制技术具有很强的适用性，可以适应不同环境，将该技术应用到隧道照明控制中，能够实时获取隧道内部各种设备的运行数据，然后将这些数据传输至控制中心，由计算机系统进行分析和计算，再结合计算结果来判断当下隧道照明需求，下达相应指令，以实现对隧道照明亮度的合理调节。应用 PLC控制技术能够实现远程控制中心和隧道内照明设备之间的互通互联，管理人员利用远程控制中心，可结合具体的照明需求实现对隧道内照明设备的远程控制，从而更好地满足行车期间隧道照明需求。作者简介：陶奕昊，男，本科，助理讲师，研究方向为电子电工、电气自动化。文章编号：2096-9317（2023）01-0045-03 照明工程 2023 年 第 1 期 总第 176 期 光源与照明462.2 降低隧道照明能源消耗通常，隧道地段通行的车辆较少，需要结合隧道内外部照明的实际情况，合理调节隧道内部照明。若一直采用同一种照明方式，并让隧道内长时间保持明亮状态，必然会消耗大量的电能，这违背了我国绿色节能、生态文明发展的理念。对此，可以应用 PLC 控制技术，其既能够实现隧道照明智能控制，又能够提高各类资源的利用效率，节省电能的消耗，达到绿色节能的目的。例如，应用 PLC 控制技术，可在灯具的选用上实现节能管理，通过使用节能照明灯具，如 LED 灯具和电磁感应灯等，或使用绿色清洁能源供电等，不仅能够提高隧道照明的稳定性，还能够减少电能消耗。如果隧道的长度较短且位于偏远地区，可以采用太阳能光伏发电技术，以保证电能的正常供应，减少配电网的建设成本2。3隧道照明中 PLC 控制技术的应用原理3.1 PLC 控制流程为充分发挥 PLC 控制技术的价值，相关人员应当结合隧道内部的实际情况科学布设 PLC 控制器，然后将这些控制器与设备进行充分连接，这样做能够收集到更加全面的隧道内部各类设备的运行数据信息。由PLC 控制器对这些信息进行预处理，并将处理后的信息传输且存储到监控设备计算机系统中，系统通过分析和计算，依据具体情况下达指令。在这一过程中，PLC 控制器可以比较控制命令和隧道内部各设备的运行状态，向下端执行设备发布指令，以实现对隧道照明的科学管控。PLC 控制器在隧道内部照明中发挥的作用包括：（1）借助触摸屏展现各类设备的运行情况，并直接向隧道照明灯具下达指令；（2）将隧道照明设备的运行数据传送到隧道管理系统中，以便相关人员手动控制隧道照明系统，保证照明情况符合人们的行车需求3；（3）PLC 控制器完全独立于其他系统，当其他设备无法正常运行，或隧道现场和远程控制器之间不能正常通信时，可以通过工作人员手动操作来实现照明控制。3.2 控制方式PLC 控制技术基于中心监控管理系统下达指令，PLC 控制技术的控制方式如下。（1）按时序自动控制。即结合隧道现场的天气和具体的时间段来对隧道照明进行自动化控制，如对于阴天和早晚等照明度比较低的时段，PLC 控制系统会自动打开加强照明灯，提高隧道内照明亮度；如果是隧道现场行车数量较少或无车辆通行的时间段，系统会自动降低灯光亮度，启动24 h 应急照明灯，从而减少能源的消耗。（2）按亮度自动控制。即结合光强检测仪信号对隧道照明开关进行智能控制，PLC 控制系统会根据光强检测仪的检测结果进行分析，判断隧道照明亮度是否符合安全行车需求，倘若隧道外部亮度过强，可看作是晴天，需要打开隧道内所有的照明灯具，以提高隧道内部亮度；倘若隧道外部亮度范围为 2 000 3 000 cd/m2，可看作是阴天，需要关闭隧道内的加强照明灯具；倘若隧道外部亮度范围为 1 000 2 000 cd/m2，可看作是傍晚，需要打开隧道内的加强照明灯具；倘若隧道外部亮度在2 000 cd/m2以下，需要开启全日灯4。若遇到光强检测仪无法正常运行的情况时，PLC 控制系统会将照明控制模式调整为按时序自动控制模式。在具体运用过程中，应当遵循先开后关的原则，合理切换隧道内照明灯的等级，即先打开所需的照明回路，再关闭需要切换的照明回路。在关闭时应适当延长时间，以保证隧道内照明亮度的变化可以更好地适应驾驶员的视觉需求。4隧道照明中 PLC 控制技术的应用方案4.1 控制逻辑（1）远程控制逻辑。隧道照明的远程控制，应当结合远程控制中心，采用远程通信技术来智能化地调控隧道照明系统。需要依据路段监控明确隧道区域的车流量，然后由监控分中心明确隧道内的车辆数量和行驶速度，进而判断车辆的行驶状态，明确是否发生安全事故或者故障。之后对上述数据进行对比分析，向隧道照明系统下达合理的指令，以保证隧道照明满足行车需求。同时，构建电力监控系统，将远程通信设备安装到隧道照明系统的电源位置，收集电力监控的数据信息，再将这些数据信息发送至远程控制中心，由中心结合不同的照明需求下达相应的指令，依据不同的时间段和天气来选择不同的控制模式，从而实现对隧道照明的科学控制，调节隧道内外的光照度，防止眩光现象给驾驶员带来不良影响5。（2）本地控制逻辑。在隧道照明控制中应用 PLC控制技术时，需要结合隧道的实际状况明确本地控制逻辑，以保证 PLC 控制模式的有效性。当隧道处于正常运行状态时，车辆行驶无任何阻碍，PLC 控制系统光源与照明 总第 176 期 2023 年 1 月 照明工程47需要结合隧道内的车流量、天气及光照度等数据信息来发出相应的调光指令，合理调整隧道内的照明灯具。在本地控制中，PLC 控制系统应当每间隔一段时间就获取一次上位机的通信情况，然后结合具体需求切换成本地控制模式，需要依据本地照明情况来合理调整隧道照明模式，如结合隧道区域的天气和时间段等明确切换的照明方式，包括全面照明、关闭照明及有限照明等。在程序设计过程中，应当以历史数据为出发点科学合理地设计隧道照明控制的参数、方式等，如果遇到通信中断情况，可启动本地控制程序，利用预设方式进行本地照明控制，从而保证隧道照明质量。4.2 控制内容（1）控制参数采集。要想实现 PLC 智能控制，必须先采集参数：检查环境亮度，借助光照传感器采集隧道内外的光照强度数据，通常每 5 20 min 检测1 次隧道内外的光照亮度，然后对比多次检测数据，以更好地控制隧道照明系统的亮度，保证隧道内外部照明亮度一致，防止驾驶员出隧道时发生眩光问题；检测隧道区域车辆的运行速度等信息，可采用车辆检测器采集这些信息，然后通过计算明确隧道照明需求，对隧道内的照明亮度进行合理调整，以保证车辆在隧道内行驶时有充足的光照亮度；检测隧道区域的交通量，可借助视频监控设备来获取这一信息，然后将信息传递至远程控制中心，结合隧道实际照明需求下达控制指令，如果隧道区域的交通量比较大，需要将隧道照明亮度调至高亮，如果隧道区域的交通量比较小，应当结合车流与车速对隧道照明亮度加以动态控制，当隧道区域无车流经过时，应将隧道洞口的照明灯具调到最低的安全亮度。（2）主程序循环。需要严格检测照明灯具的运行状态，然后进行初始化，进入调光控制过程。同时，需要对传感器进行定时测试，全面检测特殊事件，在接受到控制命令以后，由第二层程序执行控制命令。（3）调光控制。在接收到传感器信息或上位机发布的指令以后，需要与提前设定的数据对比。在选择控制命令时，应当结合具体的控制程序有针对性地调整隧道照明灯具的亮度，以保证内外部的亮度统一。（4）定时测试。PLC 需要每间隔一段时间向上位机发布一次测试命令，将隧道现场的各类运行数据信息传输到上位机，以保证 PLC 与远程控制中心之间的信息互通。如果二者的通信不畅，应尽快启动 PLC 本地控制模式，并与上位机恢复通信连接。（5）查询控制。为了保证隧道照明控制系统的稳定可靠运行，远程控制中心应当实时获取各个底层设备的运行状态，PLC 必须在第一时间将获取到的数据信息上传，以便相关人员判断隧道照明灯具和相关设备是否存在故障或损坏等问题。（6）时间校正。在采集信息的过程中，PLC 的存储器也能够实时保存信息，同时会对信息添加时间标签，以保证信息能够得到及时利用。在上位机下达信息收集指令时，需要严格校正时间，确保上位机的信息获取指令和 PLC 传递信息的时间一致，从而避免信息由于时间误差而出现问题。（7）管理地址控制。为更好地管理和维护隧道安装的照明设备，需要为每个设备设定相应的管理地址，以便及时采集和传输信息数据，从而保证隧道照明设备的安全可靠运行。4.3 控制算法在隧道照明期间，必须全面把控影响调光系统的各方面因素，如隧道内外与出入口的亮度、隧道内部的车流量等，然后结合传感器获取的信息数据计算隧道内车辆行驶过程中最佳的照明亮度。在应用控制算法时，需要结合各项数据信息明确隧道的实际亮度，然后结合相应算法计算出需求亮度。当隧道亮度与需求亮度的差的绝对值超出允许范围时，需要对隧道照明亮度进行调整。通常，隧道内照明灯具的亮度均能够在一定的范围内调节，当亮度需求值小于灯具最小亮度值时，应当将需求亮度调整至灯具亮度最小值；反之，应将需求亮度调整为灯具额定亮度。5结束语综上所述，在隧道照明控制中应用 PLC 控制技术能够实现对隧道照明的智能化、自动化、合理化控制，实现隧道照明绿色节能目标，为驾驶员提供更舒适、安全的照明环境。隧道工程建设单位应当加强对 PLC控制技术的研究，结合隧道照明的实际需求，提出科学、可行的 PLC 控制方案，从而充分发挥 PLC 控制技术的应用价值。参考文献1 张梅梅.PLC技术在隧道照明节能控制中的应用J.光源与照明,2022(7):16-18.2 李晓宇,闫凯文,秦一凡,等.双车道公路隧道照明灯具优化布置研究J.现代隧道技术,2022,59(S1):291-297.3 陈光勇,万利,周逸凯.高速公路隧道照明智能控制J.吉林大学学报(信息科学版),2022,40(06):984-993.