●文平 馬瑾

構(gòu)建全仿真隧道供配電照明實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)

●文平 馬瑾

隧道照明是道路交通的重要組成部分，它關(guān)系到道路交通的通行能力、行程速度、交通安全性能等問(wèn)題。良好的隧道照明對(duì)保證來(lái)往車(chē)輛的順利通行，避免交通事故發(fā)生有著重要作用。

隧道 照明 配電

一、隧道照明概述

作為高速公路重要組成的隧道是既能縮短交通途徑，又能簡(jiǎn)捷通過(guò)險(xiǎn)要地段的重要手段之一，其環(huán)境與普通路段環(huán)境相比具有：隧道內(nèi)外亮度差極大、空氣污染嚴(yán)重、傾向凈寬較小且高度有限、沒(méi)有擴(kuò)展活動(dòng)的余地和噪聲等特點(diǎn)，加之車(chē)輛的迅速增長(zhǎng)，使高速公路的優(yōu)越性大大減弱，交通問(wèn)題顯得十分突出，通行能力、行程速度、交通安全性能客觀(guān)上比其他路段差，交通事故發(fā)生率、交通能耗及對(duì)環(huán)境的污染成倍增加。在此情況下要保證來(lái)往車(chē)輛的順利通行，避免交通事故發(fā)生，隧道照明系統(tǒng)就越發(fā)顯得重要。

1.隧道照明系統(tǒng)。隧道照明系統(tǒng)包括：（1）入口段照明；（2）過(guò)渡段照明；（3）內(nèi)部段照明；（4）接近段減光措施；（5）應(yīng)急照明；（6）出口段照明。

2.隧道照明亮度與照度標(biāo)準(zhǔn)。為了使車(chē)輛在隧道內(nèi)安全行駛，減少不安全感，在隧道內(nèi)應(yīng)有足夠的亮度。按照行車(chē)設(shè)計(jì)速度及路面反射條件決定的路面亮度和平均照度。我國(guó)對(duì)隧道按長(zhǎng)度在100m以?xún)?nèi)的直線(xiàn)隧道，白天照度規(guī)定為100～200lx，傍晚和夜間規(guī)定為35～75lx。

二、隧道供配電照明實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思路

在學(xué)校隧道供配電照明是交通運(yùn)輸管理、交通控制管理等專(zhuān)業(yè)所設(shè)計(jì)的一門(mén)專(zhuān)業(yè)課知識(shí)。然而對(duì)于高職院校來(lái)說(shuō)要對(duì)該類(lèi)專(zhuān)業(yè)配備齊全的隧道供配電照明的實(shí)訓(xùn)設(shè)備是很困難的。其主要原因包括：隧道供配電照明來(lái)說(shuō)沒(méi)有相關(guān)教學(xué)儀器公司對(duì)其有相關(guān)的教學(xué)設(shè)備的開(kāi)發(fā)，其次對(duì)于高職院校來(lái)說(shuō)資金投入也是一大難題。在這樣的條件下，我們利用現(xiàn)有的設(shè)備與學(xué)生在校學(xué)習(xí)的相關(guān)知識(shí)結(jié)合起來(lái)，在盡量節(jié)約的基礎(chǔ)上，自行架設(shè)一套自動(dòng)控制的隧道供配電照明實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)。

1.實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)場(chǎng)地的選取。根據(jù)隧道的特點(diǎn)，隧道是一段封閉的空間，自然光無(wú)法照射其中，白天駕駛員進(jìn)入隧道，是從一個(gè)亮度相對(duì)于隧道內(nèi)很高的地方進(jìn)入，這樣很明顯的亮度對(duì)比對(duì)駕駛員視覺(jué)適應(yīng)產(chǎn)生影響；同樣當(dāng)駕駛員從亮度很差的隧道中出來(lái)時(shí)，對(duì)于隧道外強(qiáng)烈的亮度，眼睛的視覺(jué)適應(yīng)能力也會(huì)受到影響。所以首先我們考慮到的就是需要有像隧道這樣一個(gè)光線(xiàn)很差的環(huán)境，經(jīng)過(guò)實(shí)地研究，最終將實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)的場(chǎng)地選為教學(xué)樓的走道。

表1 實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)設(shè)備清單

教學(xué)樓走道兩邊都有教室，正好將光線(xiàn)遮擋住，走道兩端為窗戶(hù)，正好可以模擬隧道的進(jìn)口段和出口段，加之使用走道作為實(shí)訓(xùn)場(chǎng)地也解決了學(xué)校教室有限的問(wèn)題。

2.實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)設(shè)備材料的選擇。作為一套完整的供配電照明教學(xué)實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)的設(shè)備選擇主要考慮到的是使用學(xué)生上課學(xué)習(xí)過(guò)的相關(guān)設(shè)備。這樣可以將學(xué)生課堂學(xué)習(xí)的理論知識(shí)在實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)中得以操作，了解它的實(shí)際作用。同時(shí)也考慮到作為一套供配電照明系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，只是單純地把供電和照明兩部分簡(jiǎn)單地接線(xiàn)或是照明來(lái)進(jìn)行操作對(duì)學(xué)生的培養(yǎng)不夠完善，所以在設(shè)計(jì)之初我們又考慮到將整套系統(tǒng)做成一套完整的自動(dòng)控制系統(tǒng)。設(shè)備清單如表1。

3.實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)的整體設(shè)計(jì)思路。整個(gè)實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)分為三大部分：照明部分；供配電部分；自動(dòng)控制部分。其中供配電部分和照明部分最終是由自動(dòng)控制部分來(lái)進(jìn)行控制，自動(dòng)控制模塊選用三菱FX2N-64MR PLC。

（1）照明部分。照明部分主要為光源的選擇。作為隧道照明來(lái)說(shuō)，光源的選擇是保證隧道內(nèi)車(chē)輛通行安全的重要環(huán)節(jié)，同時(shí)在國(guó)家大力推進(jìn)低碳經(jīng)濟(jì)的新形勢(shì)下，對(duì)隧道照明系統(tǒng)光源的選取也成為照明部分的重要考慮因素。

經(jīng)過(guò)對(duì)市場(chǎng)的分析及對(duì)不同光源使用壽命的了解，最終我們采用了額定電壓為DC12v和AC220v的兩種LED燈。選取兩種不同額定電壓的LED燈是為讓學(xué)生通過(guò)對(duì)兩種光源進(jìn)行供電的調(diào)試來(lái)認(rèn)知直流電與交流電間的區(qū)別。選取適用的光源后，設(shè)計(jì)照明電路的接線(xiàn)圖（如圖1）。

（2）供配電部分。AC220v作為實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)主供電電壓，通過(guò)從配電室接入電壓，連接主電接觸器、主電轉(zhuǎn)換繼電器、主電過(guò)流保（漏電）護(hù)器等電氣設(shè)備來(lái)完成對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的供電及保護(hù)。由于會(huì)使用DC12vLED燈作為光源，所以在供電系統(tǒng)中加入DC12V電壓轉(zhuǎn)換繼電器，為DC12v光源供電。此外由于PLC輸出控制電壓為DC24v，控制DC24v繼電器，而為了能完成30個(gè)以上的多點(diǎn)控制，并防止PLC輸出最大電流不能達(dá)到多個(gè)繼電器同時(shí)工作所需最大電流，所以外接了一個(gè)DC24v電壓轉(zhuǎn)換繼電器。

圖2 仿真隧道供配電照明實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)主供電電路圖（云南交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院信息學(xué)院）

（3）自動(dòng)控制部分。作為隧道供配電照明實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)的控制模塊我們選擇使用三菱公司的FX2N-64MR PLC模塊。選擇該模塊的主要原因是本校學(xué)生在學(xué)習(xí)自動(dòng)控制時(shí)我們選擇了三菱公司的PLC作為教學(xué)內(nèi)容；其次也考慮到使用PLC來(lái)作為控制模塊可以用較為簡(jiǎn)單的梯形圖形式來(lái)進(jìn)行編程，所以在本實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)中繼續(xù)沿用三菱PLC來(lái)進(jìn)行自動(dòng)控制。

程序設(shè)計(jì)思路：

A.供電部分的電壓選擇，由于我們采用了DC12v和AC220v兩種不同電壓的LED燈，所以在設(shè)備運(yùn)行之初要首先確定PLC所控制的電壓是否滿(mǎn)足LED燈的使用條件。所以在程序中加入了選擇開(kāi)關(guān)命令和確認(rèn)命令。

B.照明部分：照明部分除去簡(jiǎn)單的燈光照明外，我們考慮到的是作為學(xué)生應(yīng)該對(duì)整個(gè)照明控制有自己的控制想法，并非是固定模式，所以在滿(mǎn)足正常隧道照明條件的同時(shí)，可以對(duì)照明光源進(jìn)行程序上的多種控制。在此我們就設(shè)計(jì)了多個(gè)開(kāi)關(guān)不同程序控制的想法。

C.其他控制內(nèi)容：在整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中可能會(huì)存在突發(fā)情況需要即時(shí)停止設(shè)備運(yùn)行，或是有需要檢修的部分等情況，根據(jù)不同的突發(fā)情況和檢修情況，在程序設(shè)計(jì)時(shí)我們也考慮到了加入及時(shí)停車(chē)程序和區(qū)域停電程序。

根據(jù)以上考慮到的程序思路，進(jìn)行電氣設(shè)備的選型，并做出控制接線(xiàn)的端子圖，如圖3。

圖3 仿真隧道供配電照明實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)PLC接線(xiàn)端子圖

三、隧道供配電照明實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)的架設(shè)

隧道供配電照明實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)的架設(shè)是個(gè)較為龐大的工程，首先我們要考慮如何在不影響正常行動(dòng)的情況下將光源架設(shè)到走道上方。經(jīng)過(guò)分析和實(shí)地考察以及師生間的討論最終確定下一個(gè)較為可靠的施工方案，并在教師的帶領(lǐng)下由學(xué)生將支架架設(shè)到走道上方。

照明光源選擇LED燈，LED燈優(yōu)點(diǎn)在于節(jié)約能源和使用壽命長(zhǎng)，然后LED燈要比白熾燈等價(jià)格偏高，為了節(jié)約成本我們購(gòu)買(mǎi)了LED燈散件，由學(xué)生焊接完成LED燈的制作，這樣也很大程度上提高學(xué)生的電子元件的認(rèn)知和掌握焊接技術(shù)。

實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)架設(shè)完成后，經(jīng)過(guò)多次調(diào)試，在電氣設(shè)備上和控制程序上加入了多個(gè)保護(hù)措施。為防止今后學(xué)生在架設(shè)或使用工程當(dāng)中出現(xiàn)線(xiàn)路短路的情況，我們?cè)趯?shí)訓(xùn)控制平臺(tái)處加入了多個(gè)空氣開(kāi)關(guān)來(lái)進(jìn)行保護(hù)。此外在程序當(dāng)中也同樣設(shè)計(jì)了程序運(yùn)行和供電保護(hù)程序，達(dá)到硬件軟件雙保險(xiǎn)。

四、總結(jié)及擴(kuò)展

隧道供配電照明實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)的成功架設(shè)與調(diào)試，為學(xué)生提供了一個(gè)真實(shí)的供配電、照明、隧道照明實(shí)訓(xùn)平臺(tái)。在該實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)中，學(xué)生首先要學(xué)會(huì)如何正確進(jìn)行供配電的設(shè)計(jì)，根據(jù)自己設(shè)計(jì)的供電線(xiàn)路進(jìn)行設(shè)備材料的選取，之后完成整個(gè)接線(xiàn)測(cè)試過(guò)程。同時(shí)為滿(mǎn)足隧道照明的要求，還要考慮到整個(gè)隧道中光源的分布情況。在硬件設(shè)備安裝調(diào)試正常以后進(jìn)行程序設(shè)計(jì)，滿(mǎn)足老師提出的照明效果，或通過(guò)學(xué)生自行設(shè)計(jì)完善照明系統(tǒng)。

隧道供配電照明實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)有很大的提升空間，學(xué)生可以考慮在該系統(tǒng)中加入多種傳感器來(lái)監(jiān)測(cè)隧道內(nèi)光線(xiàn)的亮度、空氣質(zhì)量、溫濕度情況。并根據(jù)測(cè)量所得的數(shù)據(jù)進(jìn)行相應(yīng)的控制變化。同時(shí)在整個(gè)供電線(xiàn)路部分可以加入電壓表、電流表、功率表等電氣測(cè)量設(shè)備，通過(guò)數(shù)值讀取分析整個(gè)系統(tǒng)的供電情況。

[1]高遠(yuǎn)望，馮杰.隧道供配電及照明系統(tǒng)中節(jié)能技術(shù)綜合應(yīng)用探索.公路交通科技（應(yīng)用技術(shù)版），2006（8）

（作者單位：云南交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院 云南昆明 650000）

（責(zé)編：若佳）

F240，U455

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1004-4914（2014）11-287-02