偏僻路段路燈節能設計

孫嶄鵬

摘 要：隨著我國城鎮化的快速建設和發展，城市道路工程建設中道路照明系統的設計和維護也變得越來越重要，夜間道路照明的質量直接關系到道路車輛行駛的安全，同時隨著國家經濟的發展，能源問題日益突出，如何能最佳合理的布置路燈，如何才能將路燈的照明優化，越來越成為急需解決的問題。其中相對偏僻的路段，行人稀少，但是路燈卻經常徹夜通明，對電能造成了極大地浪費。良好的道路照明就是考慮道路環境、路面類型、有無人行道、交通量等相關因素，進行光源光色、燈具選擇，燈具排列布置，合理的照明控制設計，達到滿足駕駛員、行人交通安全的視覺信息采集，提高路段的安全性和舒適感，并最終達到降低維護使用成本的目的。本設計根據分析偏僻路段照明控制要求，選用西門子 PLC S7-200系列，通過手動控制和分段時序控制對路段照明系統進行控制，同時針對手動控制和分段時序控制方案設計了基于PLC的硬件與軟件系統。

關鍵詞：路燈；自動智能；PLC；間距

一、緒論

（一）城市道路照明管理控制的意義

隨著科學技術的不斷發展，城市照明已經不僅局限于街道的照明，社會對亮燈率、開關燈的準確率、故障檢測的實時性和維修的及時性、路燈的節能要求也不斷的增高，科學的控制路燈，不僅可以滿足人們行路行車的安全，還能節約電能及延長燈具的使用壽命從而減輕維修工作量和減少運行費用。據統計我國城市公共照明占照明耗電量30%左右，約440億度。如果按市場平均電價0.70/ 度來計算，一年耗費大約310 億元，道路照明節能技術的推廣意義重大。

（二）偏僻路段照明的特點及照明要求

偏僻道路是一種特殊路段，其道路位置決定了它的照明特點與其他路段不同，偏僻道路照明特點有以下幾點：傍晚偶爾會有人員散步和機動車、非機動車通過，需要良好的照明；需要基本的亮化作用；上下夜班的行人或車輛有可能通行；深夜通行的概率比較低 。

（三）偏僻路段路燈布置及排列設計

1.道路有關數據

經過對課題選定路段實地測量，得到了以下數據：兩側人行道寬度：4m；道路寬度：15m；道路長度：980m；路燈規劃：單排，單燈，一共50個；路燈高度：9m；路燈間距：20m。

2.排布設計

為了更好地利用路燈進行照明，選擇兩排交叉布燈，照明效果更好。

3.燈的規格

經過調查這段路的路燈使用的是150W高壓鈉燈。

其光通量Φ=15000lm。

4.路燈間距計算

通過查閱資料，我找到了平均照度計算公式：Φ=ELB/μKP；

E——根據道路等級及規范照度準確定的平均照度；

L——相鄰燈具縱向間距/m；

B——路面寬度/m；

μ——利用系數，利用系數一般在照明中取0.2；

K——維護系數，混凝土路面取1.3，瀝青路面取2；

P——與排列方式相數值，一側排列及交錯排列時，取P=1，相對排列時取P=2；

Φ——光通量。

所以L=ΦμKP/ EB。

根據國家關于城市道路照明設計的標準，E取10，P取1，因為這條路是瀝青路面K取2，B=4+15+4=23M，帶入以上數據，最后參考數據得到：L=52m。

所以路面所需路燈單排數量為 n=980/52≈19盞，2排則需要38盞。

5.設計修正

出于對行人安全的考慮，道路的兩端也就是路口處，各加一個路燈，總路燈數目為40盞。每側分成2路，共分成4路接線進行控制，每路10盞燈。

二、偏僻道路照明控制系統方案及PLC的簡介

（一）偏僻道路完善的照明控制要求

1）根據時間段調節路燈的亮度。在傍晚、午夜的時段，控制路燈保持較強的照度，其他時分，開始自動調光，在后半夜車稀人少時，則控制路燈保持較低照度或關掉照明。2）根據路段的人流車流量控制路燈的亮滅。車流量和人流量少的時段，當有物體快進入給街道時開啟該街道的路燈，當物體離開該街道一定距離時關斷該街道路燈。

（二）偏僻道路照明控制方式

1）人工手動控制。通過人工按鈕進行開停，可以用于檢修和燈具檢查。2）全自動控制。a.通過光電傳感器感知外界環境的光強變化，將光能模擬信號轉化為數字信號。b.根據光線強度變化對路燈亮度的調節，將光亮變化的電信號傳送給PLC，PLC機根據電信號的變化，選擇電路中不同的控制路線，從而做出對路燈點亮范圍及亮度進行相應調整。

三、基于PLC偏僻道路照明系統的軟硬件設計

（一）PLC控制系統的設計步驟

1）根據生產工藝過程分析控制要求。如：需要完成的動作順序、 條件、保護和連鎖等。2）根據控制要求確定所需要的輸入/輸出設備，再確定PLC的I/O點數。3）選擇PLC規格型號 ，分配PLC的I/O點，設計I/O接線圖。4）PLC程序設計。

（二）PLC的選擇

本設計選擇西門S7-200系列PLC。該系列產品素以高性能聞名，并且具有相當好的擴展和通信能力，我在該系列產品中選擇了S7-200 CPU 224，14輸入/10輸出口。能很好的滿足本系統的控制要求。

（三）控制系統硬件設計

1.I/0分配

CPU提供的本地I/O具有固定的地址，對于CPU 224來說本機I/O為14入/10出。當需要擴展某類的輸入輸出口時，可以將擴展模塊連接到CPU的右側形成I/O鏈。

2.編程方法的選擇

西門子STEP7軟件可以很方便的對PLC進行編程。提供三種工具來進行編程：梯形圖（LAD）、語句表（STL）和功能塊圖（FBD）。

梯形圖（LAD）類似電氣接線圖，這種方式易于初學者使用、易于理解且全世界通用。在這里我們選用了LAD方式。

3.自動智能控制模式

自動智能控制是根據不同季節一天中不同時刻來控制路燈照明器的開啟和關閉，配合超聲波和光電傳感器，實現智能控制。

四、結論

1）首先對偏僻道路照明回路進行了計算分析，規范化選擇了路燈的盞數和分布分路設計。

2）通過對PLC各種性能以及控制系統的設計步驟分析，本設計選擇西門子PLC S7-200，對控制系統硬件設計進行了說明，包括I/O分配和PLC的接線圖，同時簡介了編程軟件以及系統控制流程圖的設計。