PLC技术在隧道照明节能控制中的应用_孔慧慧.pdf

光源与照明 总第 176 期 2023 年 1 月 照明工程27PLC 技术在隧道照明节能控制中的应用孔慧慧1，康玉芳2，蒋炳南11.江阴职业技术学院，江苏 无锡 2144052.国网安徽省电力公司宣城供电公司，安徽 宣城 242000摘要：隧道照明系统对保障交通行驶的安全性具有重要的作用，但在运行的过程中，如在夜间车流量较少的情况下，存在过度照明的情况。在国家提倡节能、环保的背景下，需要进一步加强隧道照明的节能控制改造。文章分析了隧道照明节能控制的主要内容，并在此基础上合理利用 PLC 技术在控制方面的优势，确保隧道照明节能控制目标的实现。关键词：PLC 技术；隧道照明；节能控制分类号：U453.70引言在我国公路基础设施快速建设的过程中，隧道对减少公路的行驶距离，提升公路交通的便捷性做出了巨大贡献。同时，隧道作为一个相对封闭的空间，其内部照明情况会对正常行驶和交通安全带来较大影响。在设计隧道照明时，需要避免因内外照度变化带来的眩光情况，避免因进出隧道瞬间产生的视觉误差引起的交通事故。隧道照明的需求不断变化，要想全面保证隧道任何时段的照明效果，会对隧道的运营带来较大的能源成本，无论是从经济性还是节能性的角度出发，都需要充分考虑隧道照明控制方式的改变。1隧道照明节能控制的主要内容1.1 按需分配最初，隧道照明节能控制主要采用人工控制的手段，通过远程或者本地的方式手动操作隧道照明系统，使其能够根据隧道照明需求的动态变化，实现照明的智能化分配，从而达到“按需分配”的照明效果1。但这种控制方式的运行成本较高，同时人工控制的时延对隧道照明系统充分发挥作用带来一定的影响。因此在现代通信、网络技术发展的过程中，需要使用远程控制计算机，按照预定的程序、时间段分配照明，提升照明控制的智能化水平，保障控制效果完全满足“按需分配”的要求。需要在原有系统的基础上，提升控制策略的智能化水平，以满足更多场景下隧道照明的需求。1.2 精准照明在不同情况下隧道对照明的要求有较大的区别，如雨雾天气需要确保最大的照明效果，避免司机视野不佳对行驶安全和舒适度带来的不良影响；夏季内外光照差距较大，需要确保内外光源的变化不会引起短暂眩光的情况；在阴天，需要适当降低照度，确保隧道照度在合理的范围内，并提升照明的舒适度。通过精准的照明控制，在不同条件下采取对应的方式进行调光，可以精准提供照明，同时降低照明系统的能源消耗2。2PLC 技术在隧道照明节能控制中的应用优势2.1 成本低在工业自动化控制领域，PLC 技术是成本最低的自动化控制技术，相较于复杂的人工智能、专家系统，PLC 技术的编程方式较为简单，应用和开发成本较低。单个 PLC 芯片的价值从几元到几百元不等。在程序开发的过程中，可以利用计算机图形编程软件，通过控制芯片端口的输出、输入信号或电压实现控制逻辑。2.2 综合性强PLC 芯片的功能十分强大，在使用的过程中，PLC 芯片的运算能力和功能可以根据具体的需求进行快速自定义，如对 PLC 某个端口进行自定义，可以实现定时、电平输入和输出等多项功能。较强的综合性使 PLC 技术能够在隧道照明节能控制中发挥良好的作用，并进一步满足隧道照明控制多方面的要求。2.3 可扩展PLC 芯片的功能比较强大，可以根据实际的使作者简介：孔慧慧，女，硕士，讲师，研究方向为自动化控制工程。文章编号：2096-9317（2023）01-0027-03 照明工程 2023 年 第 1 期 总第 176 期 光源与照明28用需求，利用 PLC 芯片进行组网设计来实现不同控制逻辑之间的有效分配3。PLC 芯片可以根据实际需求，联合其他 PLC 芯片或者设备来实现控制功能的模块化。PLC 芯片中集成了网络模块，可以实现与远程控制中心和上位机的有效联系，进一步拓展控制范围，实现对隧道照明节能控制的改造。3隧道照明节能控制的影响因素隧道照明是确保车辆正常行驶的重要基础，在实际运行过程中，影响隧道照明需求的因素较复杂，为了确保照明功能的实现，并保障按需分配、精准照明的效果，需要分析隧道照明节能控制的影响因素，并以此为依据设计隧道节能控制系统。3.1 环境亮度隧道是一个相对密闭的空间，其中存在的污染物，如发动机的烟雾、水蒸气等，或多或少会对光线的传播效率带来影响。保障环境亮度，是确保车辆正常运行、司机拥有良好可视范围的重要基础。一方面，需要确保车辆在隧道内部拥有良好的可视空间，保障车辆的安全行驶。需要根据洞外的亮度进行调整，洞外亮度越高，隧道内的环境亮度也越高，从而确保司机的可视范围不会发生变化。另一方面，在车辆在进出隧道的过程中，洞内外的光线和司机的视觉会发生变化，为了确保光线切换的过程不会对司机的眼睛带来过多的压力，需要确保内外环境亮度的协调性。需要通过洞内外亮度的同步变化，避免对司机的视觉带来不良影响4。3.2 交通量隧道内的交通量会对照明需求带来相应的影响。例如，在没有车辆通过的情况下，隧道内部不需要照明；在车流量较大的情况下，需要确保照明效果符合实际要求。隧道内交通量的变化存在较强的随机性，为了避免在没有车辆通过时产生过度照明，要计算隧道内的交通量，以减少可能产生的能源浪费现象。3.3 车速在车辆进出隧道的过程中，会产生光、暗之间的视觉转化。在车速较高的情况下，司机视觉转换和适应的时间较短，需要确保入口照明的亮度较高，以帮助司机快速适应洞内的照明；在车速较慢的情况下，需要适当降低入口照明的亮度，来保证司机能够快速适应洞内或者洞外的照明情况。车辆的车速也直接影响其在隧道内的行驶时长，对隧道照明的时长带来较大的影响。车辆通过隧道的时间可能是几分钟，也可能是十几分钟或者更长，相应地照明时间会发生变化，在设计过程中需要充分考虑车速对照明带来的影响。4PLC 技术在隧道照明节能控制中的具体应用4.1 PLC 控制方式为了确保 PLC 隧道照明控制系统满足不同条件下的控制要求，在设计过程中，需要采用以远程控制中心智能控制为主、本地 PLC 芯片控制为辅的控制方式。（1）远程控制。远程控制需要利用与 PLC 芯片连接的车检器、光照传感器、视频传感器收集隧道信息，并利用 PLC 芯片的通信模块将数据反馈至控制中心，由控制中心的智能程序或通过人工等方式调整隧道照明，实现对应的照明控制效果。（2）本地控制。在 PLC 芯片检测到与控制中心通信中断时，启动本地控制逻辑，根据传感器、车检器收集到的信息，调整输出模拟电压，对隧道照明系统的明灭状态、光照亮度进行无级调整。4.2 PLC 控制参数的采集洞内外的照明数据主要利用洞内外的光照传感器收集。交通量、车速使用视频车检器检测。同时，可以利用隧道内的监控视频传感器检测隧道内的交通情况，以避免发生特殊情况，如车祸、积水等。车检器、传感器在检测到相关数据时，可以将信息转换成数字信息传输给 PLC，并由 PLC 根据通信协议，通过有线或无线网络传输至远程控制中心，实现对信息的处理和利用。4.3 根据参数的隧道照明节能控制4.3.1 根据环境亮度的控制在隧道照明节能控制中，需要合理设置光照传感器的光强采集频率、周期。为了确保采集数据的准确性，避免因数据误差带来的不良影响，在设计过程中，需要在洞内外使用多个传感器进行数据采集，并对比传感器的数据，选择相近的数据作为光照度数值。其中，洞外的光照传感器只需要在白天工作，并以 10 min 为频率进行检测。PLC 芯片可以根据远程控制命令或者本地控制逻辑，调整照明系统的控制电压，使隧道内的光照亮度始终根据洞内外的光照需求发生变化，在保障光照需求的同时，提升光照控制的精准性与合理性5。光源与照明 总第 176 期 2023 年 1 月 照明工程294.3.2 根据交通量的控制（1）远程控制。远程控制中心根据 PLC 反馈的隧道照明需求信息，和交通监控中心提供的视频数据，分析、预测隧道当前或者可能出现的交通量情况，并根据交通量展开照明控制。在实际的控制过程中，需要设计不同的交通量控制模式，以满足不同的照明控制需求。大交通量模式。远程控制中心发出环境亮度整要求，调至高亮度水平，避免隧道内的污染、烟尘带来的照明效果不佳问题，并在交通量减少后，恢复至原来的控制模式，避免对隧道运行带来的影响。小交通量模式。根据车检器提供的车速与光照传感器提供的环境亮度数据，调整 PLC 的输出电压，使隧道照明始终处于最佳的照明状态，提升系统的节能效果。特殊事件模式。当视频传感器检测到车祸、火灾或者有高优先级车辆队列行驶时，需要保证隧道照明的全面、高效的工作状态，需要向 PLC 芯片发出工作指令，确保相关事件得到有效的处理。0 交通量模式。车检器、视频传感器没有检测到车辆的情况下，需要让隧道照明控制系统保持最节能的工作状态，仅维持基本的运行亮度，避免能源的浪费。（2）本地控制。当车检器、视频传感器检测到来车时，根据洞内外照度传感器提供的信息，向隧道提供照明，并根据车检器的计数情况，调整照明的强度，以保证照明效果符合实际应用的需求。在设计的过程中，需要重视车辆先后进入隧道的情况，避免因车辆进出导致的程序逻辑问题6。4.3.3 根据车速的控制设计隧道行驶限速、平均速度等，同时，使用预设照明时间的方式，根据车辆进出情况，设计照明开启、关闭的时机，从而为车辆提供一定时长的隧道照明7。利用车检器和视频传感器记录车辆行驶速度，根据隧道的全长，设计隧道灯具的开启、关闭时机，及时调整隧道内部的照明亮度，并在车辆通行期间为车辆提供安全、舒适的照明8。4.4 其他设计（1）时间校正。为了确保远程通信数据的准确性与及时性，需要在通信的过程中，比对传输的信息、数据的时间标志，确保时间标志符合远程控制中心与PLC 通信模块的协议标准，使远程控制中心发出的控制指令能够及时响应实际的隧道照明需求。（2）紧急预案。在 PLC 设备向远程控制中心发送通信请求时，如果无法与远程控制中心取得联系，为了避免对隧道照明带来的不良影响，需要及时启动本地控制方案，确保隧道照明控制能够安全执行。因此，在设计的过程中，需要在 PLC 设备中设计紧急预案，根据本地控制逻辑或者应急控制策略，实现对隧道照明系统的有效控制。（3）设备管理。利用 PLC 对隧道设备进行管理时，需要利用 PLC 自带的检测功能或者安装新的传感器，全过程采集传感器、灯具、电源等设备的运行数据，并根据其工作情况，采取维护保养措施，从而避免设备运行异常带来的能源浪费问题。（4）调光管理。在部分隧道灯具的发光调整过程中，PLC 自带的模拟电压调整功能无法满足调光要求，需要使用额外的调光器放大 PLC 模拟电调的调光效果。在实际应用的过程中，需要根据灯具的具体情况采用不同的调光管理模块，以满足对光照亮度的调整要求。5结束语综上所述，为了提升隧道照明的节能控制水平，文章充分分析了隧道照明节能改造中需要调整的内容，并在此基础上利用 PLC 设备展开隧道照明节能改造。在实际应用过程中，不但需要分析隧道照明过程中对照明需求产生影响的因素，还需要保障 PLC 设备充分发挥效用。在改善隧道照明质量的同时，应对针对隧道照明控制的多元化需求，利用现代通信技术拓展 PLC 设备的工作能力，通过远程智能系统、专家系统的建设，为隧道照明节能工程提供可靠的支持。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 于岩峰.智能型公路隧道照明节能控制技术J.光源与照明,2021(12):35-36.4 李弘博,李广华,李卓,等.山岭隧道洞口遮阳棚及其照明设置方法研究J.公路,2022,67(5):302-306.5 郑国平,任兆丹,崔优凯.隧道照明系统辅助设计与优化分析软件研发J.计算机工程与设计,2022,43(1):293-301.6 石经纬,刘尧,孙康茗,等.枋钟路隧道照明系统方案设计J.公路,2022,67(11):32-35.7 王鼎媛,乔梅梅,盛刚.面向驾驶员视觉的公路螺旋形