應用PLC構成的隧道照明自動控制系統分析

摘 要：就當今我國高速公路隧道照明系統進行分析，結合隧道照明的特點，提出PLC系統在高速公路隧道照明自動控制系統中的應用，并將其與手動控制進行對比，對PLC系統的結構和功能做出詳細闡述，同時對系統硬件配置、系統軟件設計進行詳細分析，得出PLC工作原理以及操作方式，并總結出PLC在使用過程中顯示出的優點，希望對我國高速公路隧道照明工程提供一定幫助。

關鍵詞：PLC系統；隧道照明；自動控制系統

影響隧道照明的因素有很多，其中包括洞外的亮度、行車的速度、車流量的大小等因素。對隧洞內入口段、過渡段、中間段以及出口段的亮度進行科學控制，需要結合隧道入口處亮度以及車流量大小進行，從而保證隧洞內車流順暢，避免因隧洞內亮度不夠導致交通事故發生。

1 隧道照明

總所周知，人的眼睛具有很大的適應能力，可以很快適應周圍環境的光度變化。人的肉眼從較亮環境到較暗環境的這一適應過程被稱為暗適應，當人的眼睛從較暗環境到較亮環境這一適應過程被稱為亮適應[1]。肉眼亮適應時間交暗適應的時間要短，為0.001s，完全適應的時間為2min。而暗適應在起初的15min中是敏感度變化比較快的階段，然后會隨著時間的推移逐漸加快，到0.5h后其靈敏度可能會增加到原來的10萬倍，其完全適應時間為35min-1h。由此可以看出，如果隧道入口處洞口外亮度差較大，會導致車輛駕駛員的眼睛出現視盲現象，從而導致交通事故發生。

因此，要對隧道入口處的照明亮度進行嚴格控制，在隧道的過渡段和中間段處，使用的照明亮度較高，根據國家的相關規定對隧道內所用燈具進行科學布置。相關工作者將隧道照明系統的控制分為人工控制系統、光強自動控制系統、時序控制系統以及時序光強自動控制相結合系統等。當前我國所使用的隧道照明控制方法多為邏輯開關，其主要原理是不同排列組合的燈具以及安裝在現場的控制器所提供的相關信號等對其中的附加燈具做出邏輯控制，從而滿足隧道不同階段對光度的需求。這種方式較為簡單，在燈具選擇上也較為靈活，同時在維修方面也較為容易。

2 PLC系統的結構和功能

文章主要闡述的是高速公路隧道照明系統，其主要是利用S7-200系列的CPU224 PLC，并作為隧道照明的主要邏輯控制系統，通過TPC7062K觸摸屏處人機界面以及PLC系統，實現相關操作[2]。采用這樣的方式，獲取的信息具有一定的實時性。通過監控系統中的MCGS軟件了解到照明燈的實時狀態，同時對其中的數據進行及時處理，實現上位機和下位機的通信。與此同時，觸摸屏上能夠顯示清晰的流程控制，并能通過動畫的方式為操作人員提供指示，這樣就能對照明燈的亮度進行實時監控。對PLC中設置的時鐘進行適當的修改，可以滿足不同時間下隧洞內對光亮的不同需求。因為上位機和下位機之間進行通信的過程中，需要耗費一定的時間，這就導致兩者之間在時間上有著一定的差異，但是這個時差非常短，可以忽略，必要時，相關工作人員可以對其作出適當的矯正，這樣可以消除時差對實時性的影響。PLO系統是一個時序控制系統，其根據隧洞隨處環境的日出日落時間對隧洞入口處的照明情況進行科學調控，同時使其它階段的照明正常。

3 系統硬件配置

S7-200系列CPU224PLC具備豐富的指令，同時其速度非常快，也具備較強的通信能力。其POU模塊具備的I/O總數是24點，其中，輸入點為14點，輸出點為10點，能夠同時帶7個擴展模塊，其內部設置的時鐘，可以實現時序自動控制。燈具出發信號在系統中的8個輸入點（I0.0～I0.7），控制燈具開關的邏輯信號為10個輸出點（Q0.0～Q1.1）。可以根據不同需求，各自完成任務。為了能夠節省輸出點和輸入點，可以在部分輸入點中利用分分式復用的方式，其原理如表1 所示。

其可以在不同情況下，實現不同的輸入控制，這使輸入點達到最大化。PLC和上位機之間的通信需要通過RS-485總線進行連接，并且通過軟件對設備端口、地址以及傳輸波特率傳輸所具有的特性進行設置。

4 系統軟件設計

4.1 PLC軟件設計

我國高速公路隧道照明系統的控制方式可以分為手動控制以及自動控制。其中手動控制方式主針對設備安裝過程中的調試工作，同時還用于設備的日常保養和維護，手動控制可以將全部照明設備全部開啟，還可以對各個階段分別開啟。自動控制主要依靠設備內設置的時鐘，針對不同環境對燈光進行實時控制，主要依靠PLC系統中，提前設置的數據，根據隧道所處地區的日出日落時間，采用循環性的方式對照明設備進行調節和控制。上電掃描，當PLC開始運行，相關工作人員把系統隨需要的隧道所處地區的日出日落時間以數據的形式載入到系統當中，從而對這些數據進行相關處理，然后根據具體情況對手動控制和自動控制進行選擇。當系統通過手動的方式運行時，可以對獨立的各種燈具進行控制，操作起來較為簡單，適合在系統維修和檢修過程中使用。系統處于自動控制階段時，要先把PLC系統中的實時時鐘激活，然后為系統提供相應的時間依據，對當地當前的日出日落時間進行判斷，進而使系統對照明設備進行自動控制。但是，在每天開始控制時，及時更新日出和日落時間的相關數據，同時考慮不同年份是否需要對日出日落時間的相關數據進行調整。隧洞照明系統在實際使用過程中是非常龐大的和復雜的，工作人員為了有效地提高這一系統的運行效率，第一天使用這項系統時，應當對其運行狀態進行不斷的判斷和比較，在之后的每天可以采用順序控制的方式，以這樣的方式加強照明系統的開關時間的準確性和實時性。

4.2 上位機組狀態設計

MCGS系統主要應用與快速構造，是一項計算機監控系統的組態軟件，它可以在Windows平臺上運行，對現場的數據進行采集和處理，采用動畫顯示、實時曲線、以動畫顯示、報警處理、歷史曲線、報表輸出、流程控制等方式給用戶提供解決問題的具體方案，并且能夠充分利用Windows系統中的圖形功能，使界面一致性較好，學起來較為簡單，其具備較強的通用性，因此得到廣泛應用。這項系統主要由主控制窗口、用戶窗口、設備窗口等組成。

這項系統中主要包括模式監控、手動控制、自動控制、時間設置等，可以與PLC進行通信，從而實現同步交換數據的目的[3]。這其中的模式監控可以實現自動和手動之間的轉換，從而使系統的可靠性以及穩定性得到提高，有效防止操作錯誤為工作帶來的影響；自動控制和手動控制具備各種狀態下的燈光指示和操控按鈕。手動控制主要是對照明進行分段控制，有利于工程人員的操作；自動控制主要是在PLC系統中設置的時間數據指引下進行操控，同時，其中的時間設置按鈕可以打開時間設置的畫面，對時間進行設定和矯正，這項工作可以隨時隨地進行操作，但是這項功能僅適用于自動操控，在手動操控中無需使用這項功能。

5 結束語

隧道照明系統需要根據隧道內廣度的不同進行科學調節，對隧道內亮度進行控制，幫助駕駛員進入隧道時或者駛出隧道后能夠很快適應光度的變化，從而最大限度地降低因照明問題造成交通事故的發生頻率，保證隧道內交通順暢。

參考文獻

[1]蔣錦泉，邱斌.光纖環網PLC控制系統在隧道監控中的應用[J].西部交通科技，2014，1：39-41.

[2]路楊，任 ，朱斌，等.高速公路隧道LED照明智能控制和供配電優化設計[J].公路交通科技（應用技術版），2012，3：211-213.

[3]王學富.PLC在公路隧道機電工程中的應用[J].中國西部科技，2012，4：16-17.