基于PLC的隧道照明控制系统设计

基于PLC的隧道照明控制系统设计

冯美琪 辽宁锦州渤海大学工学院

摘要：随着目前我国山区的飞速发展，修建公路隧道逐渐受到广泛的重视。隧道是否可以正常运作与隧道照明系统之间有着很直接的联系，传统意义上的隧道照明控制系统有着不足之处，这些缺陷在某种程度上大大地引起了电能资源的浪费，同时照明的均匀度不够，已经成为危害行车安全的直接影响因素。所以，实现隧道照明控制系统具有重要的理论意义和实践意义。本文主要是介绍了系统的硬件部分与软件部分，其中软件部分具体从上位机调试软件模块、分支程序控制模块以及单个回路灯调光模块进行了设计说明。

关键字：隧道照明控制 隧道 PLC

1 研究背景及意义

我国具有丰富的土地资源，绵延的山包裹着祖国大地，我国有很多地区遍布山地或者重丘，在这种地区下行驶车辆，对于人们的生命安全以及财产安全来说都是很大的隐患，面对复杂的地理因素，建设公路隧道的工程在不断地增加，这是由于它的很多优点，公路隧道可以解决高程障碍、减少行车的时间以及行车的里程。特别是这些年以来，随着我国经济的飞速发展，建设公路的规模逐渐增强，在目前的隧道发展成就上，我国已经排在世界的前列。隧道是高速公路中一段独特的路段，当车辆进入到隧道里面的时候人就会被一些视觉现象影响。这是因为隧道环境是封闭的，而且隧道的高度是受到限制的，隧道的侧向净宽空间不是很大，隧道外面的光照强度要强于隧道里面的光度。当车辆进入到隧道里面的时候，驾驶员就会看到“黑洞现象”，而这种现象产生的原因是由于人眼是从光强的地方进入到光度比较弱的地方，这个过程我们的眼睛需要有一个适应的过程，当适应后才可以看到隧道里面的画面。从隧道里面出来的时候，司机就会看到“白洞现象”，其产生的原因则与“黑洞现象”相反，由于人眼从光弱的地方进入到光比较强的地方的时候，眼睛会产生眩光的现象。在隧道的中间过程中，车辆排出的雾气经过车灯的照射下从而形成了所谓的物理现象——散射现象，这种现象会对隧道里面的可见度产生很大影响，从而司机的的视线就会被影响。所以将照明设备安装在隧道里面，可以给人以很好的视觉环境，车辆在隧道中行驶的时候就可以获得安全保障。

2 系统硬件设计

在工业控制设计的过程中，如果自动化控制系统很复杂的话，那么该系统就会运用到有组织的控制系统架构中。其中控制系统架构是由几个方面组成的，分别为：人机界面、中间层以及底层的设备。其中人机界面是最高超的，而中间层的实现就要依赖PLC,也就是所谓的可编程逻辑控制器，底层的设备要借用到现场总线从而完成通讯。本文设计的隧道照明控制系统的硬件架构组成包括了上位机、PLC以及现场其他控制设备。

2.1 隧道照明控制系统的硬件架构

根据研究分析了已有的隧道照明控制系统可以得出，虽然隧道照明控制系统选择的技术以及方法有多种，但是目的都是一样的。都是为了达到减少运营费用以及节省隧道照明的资源。本文设计的硬件结构图如图1所示。

3 系统软件设计

3.1 控制系统软件结构

隧道照明功能的实现需要各种硬件设备的参与，按照硬件系统的功能从而完成软件模块的设计实现，本文的软件结构如图2所示。

3.2 上位机调试软件模块

图1 基于PLC的隧道照明控制系统硬件架构图

图2 控制系统的软件总体结构图

图3 上位机调试软件的可视化界面

图4 上位机的调试界面图

隧道照明控制系统起到指挥控制的结构是上位机，上位机也是系统的决策者。上位机系统实现了一个容易操作的控制页面，通过界面技术人员能够对隧道灯进行合理地管理。本文设计的上位机的目的是为了对实时数据进行采集的过程，通过这些数据从而对隧道里面的亮度进行判断，如果灯光的亮度无法满足，那么就需要提前运用算法，对采集的数据实现运算，最后现场控制的PLC就会接收到这些数据的计算结果，PLC会发出新的控制指令，按照需要实现控制的信息，把相关的控制信息给到现场的设备里面。按照功能的划分可以将上位机调试软件分为：灯具控制、参数配置、显示界面。其中界面如图3所示。

配置参数中的参数具体包含了设定PLC的地址、设定上位机的波特率，以及PLC的连接模式、通讯协议等。通讯协议的对象针对的是上下位机，通讯协议的目的是为了控制隧道的终端设备，根据这个协议从而能够对隧道灯的亮度进行调整以及对其他设备进行控制，通过将通信协议数据返回，从而在界面上显示出下位机采集的参数，便于管理系统。就需要按照相关的需求来对PLC下位机程序进行局部划分设计。PLC的软件模块中给出了各个模块之间的相关关系。

3.4 分支程序控制模块

分支程序的主要功能是对接收到的数据进行判断从而考虑下一个步骤，同时当步骤执行结束后再返回主到程序。分支程序中的子路径具体有很多。如果子路径的执行条件满足了，那么就可以进入到子路径中了。分支程序会根据控制信息中的关键位信息，以及书写的顺序，对子路径进行一一地判断。

3.5 单个回路灯调光

3.3 PLC软件模块

下位机程序的设计需要应用到PLC，程序的设计如果要实现条理清晰，高可读性，而且便于开发人员的进一步开发，那么

本文设计的隧道照明的测试是根据灯6的控制从而对单个回路的调光进行模拟，打开灯7，将其他的灯关闭以及打开灯6及灯7之间的间隔时间，由于上位机无法对灯具实时情况进行检测，因此支路0的0号灯中的电流以及电压和调光率都是等于0。灯6以及灯7被打开的时候，因为启动钠灯所花费的时间会比较多，所以系统中所显示出来的数据是第1支路中的灯6以及灯7，调光率数据显示出来的是255，表明了正在开启隧道灯。上位机的调试界面图如图4所示。

结语：本文首先是进行了对传统隧道照明系统的缺点分析，根据隧道照明的特征，从而实现基于PLC的隧道照明控制系统。文章在结构上先是进行了照明控制系统的硬件设计，其控制系统的组成分为PLC、上位机以及其他现场设备等。接着进行了系统的软件设计，主要是围绕着PLC软件控制模块进行设计，基于各模块功能的分析，本文设计了多个软件模块的设计流程图，同时具体阐述了上下位机及下位机。

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