PLC中照明控制

一、现状调查
隧道照明是保障公路隧道安全行车和运营的重要组成部分，同时也是隧道内能耗最大的环节，因此多个国家制定了隧道照明的设计规范，如CIE［１］(commission international d’eclairage)，BS［２］（Britain lighting standards)和IES (illuminating engineering society of North America）等。

对于隧道照明系统而言，照明控制系统设计的好坏直接决定着整个照明系统的优劣。

现有的控制方法主要包括手动控制方法、时序控制方法和自动控制方法。

手动控制和时序控制方法易于实施，在实际应用中稳定可靠，但不能够根据天气、车流量和车速的变化对洞内亮度进行调节，基本上没有节能效果，存在着很大的电能浪费。

目前我国隧道照明控制模式在实际运行中存在很大的浪费，①隧道洞外亮度、车流量和车速等参数只是在设计阶段以最大值考虑，最终各段照明亮度也始终是处于最大值状态，照明系统效率偏低，存在着大量的电能浪费；
②营运过程中产生与行车安全和隧道监控之间矛盾等问题。

③随着隧道运营水平的提高，各种新型照明技术的不断创新发展以及计算机技术的发展和新的控制理论研究成果，隧道安全与节能技术将沿着系统化、智能化、综合化的方向发展，使隧道节能达到一个新的技术水平。

因此针对隧道的节能的控制实施也迫在眉睫。

本隧道利用LED 灯的优越性能，尤其是它相比于其它照明灯具易于控制的特点，设计一种隧道照明自动控制系统，可根据洞外亮度、车流量变化动态调整洞内亮度，实现隧道照明的连续调光，不仅保证隧道的安全运营，而且降低隧道的电能消耗。

二、设定目标
1、课题目标：
因目前大多隧道在营运过程中产生节能与行车安全的矛盾问题，基于现代的
照明节能主流和增强可持续发展，并且增加隧道照明的寿命和保持良好的照明性
能采取用PLC可编程控制下对隧道进行智能化的节能控制，因此结合本隧道现
有的硬件设备：PLC、车流检测仪、光亮度检测仪等，采用基于PLC可编程控
制下对隧道进行智能化的节能控制，列出多种节能方案对比出最佳节能控制方案
以达到隧道照明节能的最优方案。

2、目标可行性分析：
隧道照明PLC控制技术是利用集成方法将智能型计算机技术、高性能的网
络通信技术、信息处理技术与隧道照明节能的有机结合，并通过对隧道洞外环境
等因素考虑对隧道照明进行控制从而减小隧道在营运过程中产生节能与行车安
全的矛盾问题。

本隧道的硬件设备能满足这一方面的要求。

三、确定要因
四、制定对策
五、对策实施
方案一：根据不同的时间段对隧道照明灯的进行控制。

将每天的24小时划分为四个时间段，分别为：00:00—6:00；6:00:—12:00；12:00—18:00；18:00—24:00，在不同的时间段内采用不同的照明等级。

一般情况下，00:00—6:00时间段车流量较少开启隧道内三分之一的基本照明和隧道外引道照明；6:00:—12:00
开启隧道内三分之二的基本照明和入口段高压钠灯；12:00—18:00隧道内基本照
明灯具全开和入口段高压钠灯；18—24:00开启隧道内三分之二的基本照明和隧道外引道照明。

方案二：本方案自动调光系统，主要由PLC、车辆检测仪、光亮度检测仪、照明控制计算机、驱动电源和配套的LED 隧道灯组成，由光亮度检测仪采集到洞外亮度信息，经PLC按照事先设定好的调光控制逻辑，计算出隧道内的亮度值及根据LED 灯亮度计算出需要开启的照明回路数，该控制策略主要依据《公路隧道照明通风设计规范》[3]中的规范进行设计，其原理为：根据隧道隧道洞外亮度、车流量、隧道内实际亮度对隧道照明灯具进行动态调光控制，使隧道内实际亮度值很好的接近亮度适应要求，依据《公路隧道照明通风设计规范》的设计标准，建立隧道内照明数学模型，每一次调光计算出隧道内所需的亮度值，换算出LED灯所需开启的数量，为了满足人眼对亮度的适应要求和保证隧道内行车的安全，在调整洞内亮度时，采用亮度渐变的控制方式，由PLC采集回来的隧道内的实际光亮度与计算出所需的光亮度进行对比采用逐级分段开灯的方式以达到所需的亮度要求，避免亮度的突然变化。

过于频繁的触发调光不利于人眼的适应，一定程度上还会降低灯具的使用寿命，所以控制过程中采用时间触发方式，每过10m i n采集一次洞外亮度、车流量进行一次亮度需求的计算以及为实现三相供电均衡以及结合本隧道灯具的布置方式故本隧道灯具控制分三级进行，从而将开启的隧道内基本照明回路数分三级即：三分之一、三分之二、全开。

同时为了保障灯具使用均衡化、合理化，每次开启的灯按使用时间最少的灯优先开以及结合三相供电平衡的方式进行，使得灯具的使用均衡化、合理化从而延长了灯具使用寿命以及保证了供电的稳定；隧道洞内亮度的数学模型主要针对洞外亮度L20(S)、车流量Q (辆/小时)建立。

隧道洞内亮度数学模型：根据《公路隧道照明通风设计规范》公式4.3.1可知：隧道洞内亮度计算公式为：L th=k*L20(S) (1) 本隧道设计的最大车速为60km/h，而本隧道无测速硬件故本方案按车速为
60km/h计算，根据《公路隧道照明通风设计规范》
表4.3.1隧道内亮度折减系数
可得车流量Q≤700辆/小时隧道洞内亮度折减系数k=0.015；当车流量Q≥2 400辆/小时隧道洞内亮度折减系数k=0.022；当车流量700辆/小时≤Q≤2 400辆／时时采用内插法计算隧道内亮度折减系数: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别黑时指引车子的作用，相当于路灯，故于每天18：00—6:00开启，加强照明主要是为了减小隧道内外亮度变化过大给人眼照成的不适应儿设计，所以一般在隧道内外亮度差值较大时开启，故于每天6:00—18:00开启；根据该方案从而实现对隧道内照明系统的连续调光。

方案三：基于上述二种控制方案，结合并总综合上述二种方案得出按照时间和亮度结合的方案控制照明效果更佳，同时亮度和时间互为备用，正常情况下采用亮度进行控制，当PLC检测到光亮度检测仪断线或者故障时自动切换到时间控制，同时隧道管理人员也可以根据实际情况选择手动控制每个回路，或者由PLC自动控制照明且时间控制和光亮度控制可由隧道管理人员在照明控制计算机中进行切换。

通过以上控制方式达到减小隧道在营运过程中产生节能与行车安全的矛盾问题。

六、效果检查
在项目实施完成隧道通车后，通过一个半月时间对以上方案一和方案二以及采用人工控制照明的方式进行实际实验及分析，通过每天对所消耗的电量进行统计并进行对比。

采用隔周的方式对方以上三种方式进行交叉实验，通过一个半月实验发现方案二比方案一共省电839KW，比人工控制照明方式省电1253KW。

该方案不仅有较优的控制效果，保证了隧道的行车要求，同时有很好的节能效果。

七、经济效益
该方案所需的硬件设备都是隧道实际就有的不许新增任何设备，将这些设备综合利用，从长远看来和基于研究以及设计的理念来看这次的照明节能方案可以提高节能效益，并且增加了隧道照明的舒适度和智能化。

以下用数值来体现节能
的效果：采用方案三对隧道照明进行控制，大大减小了电能的浪费节约了运营成本，避免了在车流量很少时开很过多灯，同时在车流量多时也能根据实际需要自动调节隧道内亮度，比传统的采用人工手动控制照明的方式节约了人工成本、电量以及控制效果更佳，同时延长了灯具的使用寿命，比方案一每个月省电1000多度，大大的降低了节能与安全的矛盾，延长了设备的使用寿命和降低了运营成本。

八、巩固措施
项目的优化设计与实际的情况要做跟一个跟踪，因为项目的设计的最优不可能能达到最佳的那个点，它只能达到最佳的范围。

所以要巩固对实际的情况做一个跟踪，最终根据数据进行最后一步的程序优化来达到最佳的效果，通过隧道通车后采用一段时间的耗电统计、展开调查记录通车的舒适度情况，或者建立一个平台由司机进行网上评价对隧道的舒适度情况，并根据这些数据做相应的控制调整。

从而达到逐步向最优点靠近的目的。

九、总结
隧道照明是公路交通工程的重要组成部分，照明控制系统的好坏直接影响到隧道内的行车安全和能耗成本。

本隧道利用LED灯的优越性能：①以《公路隧道照明通风设计规范》为依据，以洞外亮度、车流量为输人参数，建立了隧道所需亮度数学模型；②能够跟随洞外亮度、车流量变化和结合洞内亮度而自动调节洞内亮度，设计了一种隧道照明自动控制系统，该系统在满足照明要求的同时，降低了传统照明控制系统因忽略车流量、车速的影响或只按阶段最大值考虑所造成的电能浪费，节能效果显著。

大大的降低了节能与安全的矛盾，使隧道照明更加宜人化和智能化。

参考文献：
[1] COMMISSION INTERNATIONAL D’ECLAIRAGE. CIE NO 88—2 guide for
the lighting of road tunnels and under passes[S ]．Vienna：CIE Publication，1999．
[2] BRITISH TECHN ICAL COMMITTEE．BS5489-2 code of practice for the design
of road lighting of tunnels[S]．London：British Standards Institution, 2 00 3 ．
[3]交通部重庆公路科学研究所. 公路隧道通风照明设计规范
JTJ026．1-1999[S]．北京：人民交通出版社，2000。