基于PLC的隧道照明控制系统设计

第25卷第—期电子计工程2017^ 4月

Vol.25 No.24 Electronic Design Engineering Dec. 2017

基"PLC # 隧％

王静

(榆林学院陕西榆林719000)

摘要：基于西门子S7-200PLC设计了隧道照明控制系统，采用了自动和手动两种控制方法。手动

控制主要针对特殊天气状况或灯具设备维护时的照明，自动控制根据隧道外光照强度来对照明系

统进行控制。通过P L C系统软硬件设计实现了隧道照明所需功能要求。本设计在照明的同时能

够实现节能，并且保证司机人员的安全性与舒适性，具有一定的实际意义。

关键词：隧道照明；光照度；PLC-传感器；梯形图

中图分类号：TN705 文献标识码：A文章编号+1674-6236(2017)24-0152-05

The design of tunnel lighting control system based on PLC

WANG Jing

(Yulin University,Yulin719000, China)

Abstract: T his paper designs tunnel lighting control system based on Siemens S7- 200 PLC,uses

automatic and manual two control methods.Manual control mainly aimed at the special weather

conditions or equipment maintenance of lighting lamps,automatic control according to the light intensity

of tunnel outside to control lighting system.T hrough the hardware and software design of the it achieves the necessary functional requirements of the tunnel lighting.T his design can achieve tunnel

lighting as well as energy saving at the same time,and ensure safety and comfort of the driver personnel,

so it has a certain practical significance.

Key words:tunnel lighting;light illumination;PLC;sensor;ladder diagram

隧道照明有别于一般公路照明，其对隧道内交

通行车安全起着决定性的作用，对隧道照明系统进

行合理设计，不仅要满足驾驶员的视觉舒适要求，提

高驾驶安全性，而且要做到电能的节约避免浪费能

源我国公路隧道研究相对国外起步较晚，上世纪

80年代隧道照明理论和技术的研究开始萌芽，90年 代，我国的公路隧道进人了研究设计阶段，众多学者

提出了公路隧道的设计思路。2 000年左右，我国国

内的第一部有关公路隧道照明设计的专用技术规范 《公路隧道通风照明设计规范》正式发布。隧道照明

控制的研究开始深人，成果显著。主要的研究方向

从如何设计照明系统，转移到了如何控制照明系统，

注重照明系统的优化、节能及自动化。文献[2]首次

提出了基于洞外亮度、交通量和平均车速的公路隧

道照明控制模型。文献[3]使用L E D灯作为隧道照

收稿日期：2016-11-15 稿件编号：201611118

项目基金：愉林市科技计划项目（2014cxy-04-02)

作者简介：王静（1983—），女，陕西榆林人，硕士，讲师。

-152-明灯具，设计了基于智能照明曲线的照明控制系统。文献[4]设计的是基于F P G A的公路隧道照明控 制系统。采用C A N现场总线控制方式，实现在无人 值守的情况下隧道照明系统的自动控制，降低了系 统成本。文献[5]分析了可调光的LE D的优势，设计 了基于Zig B e e技术的无线模块CC2430作为网络 节点的隧道照明控制系统。

1系统结构和控制方案

!1系统结构

隧道内照明可以根据不同因素条件来进行控 制，例如车流量，车速，日出日落时刻，光照度等来控 制隧道照明改变照明亮度@]。本设计根据隧道外光 照强度变化来控制调整隧道内照明。以西门子S7- 200PLC作为控制核心，分为自动控制和手动控制。自动控制根据洞外光照强度不同来自动控制照明回

研究方向：PLC应用，电气控制自动化。

王静基于PLC的隧道照明控制系统设计

路。使用光照度传感器采集光照，传感器安装在隧 道外与P L C的特殊扩展模块EM235连接，不同的强 度的光照使传感器输出不同的电流传入模块EM235，EM235的模拟量得到不同电信号。通过编 程利用EM235收到的信号控制隧道内照明，达到模 拟量控制开关量，从而控制隧道内照明[7]。手动控制 作为后备控制，只有自动控制出现故障时才会采用 手动控制。控制人员简单判断外界天气，开启相应 的照明模式，对隧道内照明进行简单的照明控制。手动控制根据天气情况控制，有晴天、多云、阴天和 晚上4种情况，手动控制下尽可能满足司乘人员在 隧道内行车的亮度需求[8]。图1是本设计的系统结 构框图，包括传感器、PLC控制器、特殊模块EM235、驱动电路、照明电路。

图1系统结构框图

!2控制方案

隧道内照明要随隧道外光照强度的变化而变 化，以调节司机进入隧道时视觉适应时间。隧道内 照明分为入口照明、内部照明和出口照明三段。当外界光照在300 lu x以上时，司机穿过隧道是由明到 暗再到明的过程，因此在视觉上会有一定影响，进而 影响驾驶员对前方路况的掌握[9]。从司乘人员驶进 隧道再到驶离隧道，整个照明亮度要由入口的高亮 度减弱至平缓，临近出口时由平缓增至高亮度。当洞外光照强度在50〜300 lu x内时，隧道内外没有太 大的亮度差，内部照明亮度上可以保持一致，且可与 隧道外亮度保持一致或略高。隧道外光照亮度低于 50 lux直至0时表明外界光照阴暗，驾驶者穿过隧道 经过的都是昏暗的环境，不利于行车。该阶段隧道 内照明亮度可由入口的低亮度增高到一定亮度，临近出口时再降低[10]。

根据上面的分析，对隧道内的照明灯具进行分 组，在控制系统中根据不同路段情况实现分组组合照 明。表1是不同照明器灯具组对应表，自动控制和 手动控制的各照明模式由表内不同灯具组组合而 成。表2是系统运行时自动控制下不同光照强度的 各照明模式表，表3是手动控制下不同状况的照明 模式表"

表1照明灯具组表

照明器灯具组对应照明

1基本照明(隧道出入口段覆盖4

2基本照明（隧道过渡段及中间段覆盖4

3基本照明(隧道全段覆盖）

4增强照明(隧道全段覆盖）

5 增强照明(隧道出入口段及过渡段覆盖）

6增强照明(隧道出入口段覆盖4

7隧道出入口路灯

8隧道两段出口外警示灯

表2自动控制照明运行模式表

光照强度光照模式

10 000 lux以上1+2+3+4+5+6

1000-10 000 lux1+2+3+4+5

300-1 000 lux1+2+3+4

50-300 lux3+4+7

0〜50 lux2+4+7

表3手动控制照明运行模式表

天气状况或其他光照模式

晴天1+2+3+4+5+6

多云1+2+3+4+5

阴天1+2+3+4

晚间2+4+*

紧急事件所有照明全开，并打开警示灯

2系统硬件设计

根据控制要求对P LC进行I/O分配，分配表如 表4。输出端接触器KM1是照明器组1的触发器，KM2是照明器组2的触发器，KM3是照明器组3的触发器，KM4是照明器组4的触发器，KM5是照明器 组5的触发器，KM6是照明器组6的触发器，KM7是 隧道出入口路灯的触发器，KM8是隧道出入口警示 灯的触发器[11]。

根据I/O分配表画出PLC硬件接线图，如图2所 示，10.0选择自动控制方式，10.1选择手动控制方式，10.2接收手动控制晴天按钮SB3的输入，10.3接收手 动控制多云按钮SB4的输入，10.4接收手动控制阴天 按钮SB5的输入，10.5接收手动控制晚间按钮SB6的输入，10.6接收紧急按钮SB7的输人[12];输出端Q0.0 控制照明器组1，Q0.1控制照明器组2，Q0.2控制照 明器组3，=0.控制照明器组4，=0.4控制照明器组 5，Q0.5控制照明器组6，Q0.6控制出入口路灯，Q0.7

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