馮美琪 遼寧錦州渤海大學(xué)工學(xué)院

基于PLC的隧道照明控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

馮美琪 遼寧錦州渤海大學(xué)工學(xué)院

隨著目前我國山區(qū)的飛速發(fā)展，修建公路隧道逐漸受到廣泛的重視。隧道是否可以正常運(yùn)作與隧道照明系統(tǒng)之間有著很直接的聯(lián)系，傳統(tǒng)意義上的隧道照明控制系統(tǒng)有著不足之處，這些缺陷在某種程度上大大地引起了電能資源的浪費(fèi)，同時(shí)照明的均勻度不夠，已經(jīng)成為危害行車安全的直接影響因素。所以，實(shí)現(xiàn)隧道照明控制系統(tǒng)具有重要的理論意義和實(shí)踐意義。本文主要是介紹了系統(tǒng)的硬件部分與軟件部分，其中軟件部分具體從上位機(jī)調(diào)試軟件模塊、分支程序控制模塊以及單個(gè)回路燈調(diào)光模塊進(jìn)行了設(shè)計(jì)說明。

隧道照明控制 隧道 PLC

1 研究背景及意義

我國具有豐富的土地資源，綿延的山包裹著祖國大地，我國有很多地區(qū)遍布山地或者重丘，在這種地區(qū)下行駛車輛，對于人們的生命安全以及財(cái)產(chǎn)安全來說都是很大的隱患，面對復(fù)雜的地理因素，建設(shè)公路隧道的工程在不斷地增加，這是由于它的很多優(yōu)點(diǎn)，公路隧道可以解決高程障礙、減少行車的時(shí)間以及行車的里程。特別是這些年以來，隨著我國經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，建設(shè)公路的規(guī)模逐漸增強(qiáng)，在目前的隧道發(fā)展成就上，我國已經(jīng)排在世界的前列。隧道是高速公路中一段獨(dú)特的路段，當(dāng)車輛進(jìn)入到隧道里面的時(shí)候人就會(huì)被一些視覺現(xiàn)象影響。這是因?yàn)樗淼拉h(huán)境是封閉的，而且隧道的高度是受到限制的，隧道的側(cè)向凈寬空間不是很大，隧道外面的光照強(qiáng)度要強(qiáng)于隧道里面的光度。當(dāng)車輛進(jìn)入到隧道里面的時(shí)候，駕駛員就會(huì)看到“黑洞現(xiàn)象”，而這種現(xiàn)象產(chǎn)生的原因是由于人眼是從光強(qiáng)的地方進(jìn)入到光度比較弱的地方，這個(gè)過程我們的眼睛需要有一個(gè)適應(yīng)的過程，當(dāng)適應(yīng)后才可以看到隧道里面的畫面。從隧道里面出來的時(shí)候，司機(jī)就會(huì)看到“白洞現(xiàn)象”，其產(chǎn)生的原因則與“黑洞現(xiàn)象”相反，由于人眼從光弱的地方進(jìn)入到光比較強(qiáng)的地方的時(shí)候，眼睛會(huì)產(chǎn)生眩光的現(xiàn)象。在隧道的中間過程中，車輛排出的霧氣經(jīng)過車燈的照射下從而形成了所謂的物理現(xiàn)象——散射現(xiàn)象，這種現(xiàn)象會(huì)對隧道里面的可見度產(chǎn)生很大影響，從而司機(jī)的的視線就會(huì)被影響。所以將照明設(shè)備安裝在隧道里面，可以給人以很好的視覺環(huán)境，車輛在隧道中行駛的時(shí)候就可以獲得安全保障。

2 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

在工業(yè)控制設(shè)計(jì)的過程中，如果自動(dòng)化控制系統(tǒng)很復(fù)雜的話，那么該系統(tǒng)就會(huì)運(yùn)用到有組織的控制系統(tǒng)架構(gòu)中。其中控制系統(tǒng)架構(gòu)是由幾個(gè)方面組成的，分別為：人機(jī)界面、中間層以及底層的設(shè)備。其中人機(jī)界面是最高超的，而中間層的實(shí)現(xiàn)就要依賴PLC,也就是所謂的可編程邏輯控制器，底層的設(shè)備要借用到現(xiàn)場總線從而完成通訊。本文設(shè)計(jì)的隧道照明控制系統(tǒng)的硬件架構(gòu)組成包括了上位機(jī)、PLC以及現(xiàn)場其他控制設(shè)備。

2.1 隧道照明控制系統(tǒng)的硬件架構(gòu)

根據(jù)研究分析了已有的隧道照明控制系統(tǒng)可以得出，雖然隧道照明控制系統(tǒng)選擇的技術(shù)以及方法有多種，但是目的都是一樣的。都是為了達(dá)到減少運(yùn)營費(fèi)用以及節(jié)省隧道照明的資源。本文設(shè)計(jì)的硬件結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

3.1 控制系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)

隧道照明功能的實(shí)現(xiàn)需要各種硬件設(shè)備的參與，按照硬件系統(tǒng)的功能從而完成軟件模塊的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)，本文的軟件結(jié)構(gòu)如圖2所示。

3.2 上位機(jī)調(diào)試軟件模塊

圖1 基于PLC的隧道照明控制系統(tǒng)硬件架構(gòu)圖

圖2 控制系統(tǒng)的軟件總體結(jié)構(gòu)圖

圖3 上位機(jī)調(diào)試軟件的可視化界面

圖4 上位機(jī)的調(diào)試界面圖

隧道照明控制系統(tǒng)起到指揮控制的結(jié)構(gòu)是上位機(jī)，上位機(jī)也是系統(tǒng)的決策者。上位機(jī)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了一個(gè)容易操作的控制頁面，通過界面技術(shù)人員能夠?qū)λ淼罒暨M(jìn)行合理地管理。本文設(shè)計(jì)的上位機(jī)的目的是為了對實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)進(jìn)行采集的過程，通過這些數(shù)據(jù)從而對隧道里面的亮度進(jìn)行判斷，如果燈光的亮度無法滿足，那么就需要提前運(yùn)用算法，對采集的數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)運(yùn)算，最后現(xiàn)場控制的PLC就會(huì)接收到這些數(shù)據(jù)的計(jì)算結(jié)果，PLC會(huì)發(fā)出新的控制指令，按照需要實(shí)現(xiàn)控制的信息，把相關(guān)的控制信息給到現(xiàn)場的設(shè)備里面。按照功能的劃分可以將上位機(jī)調(diào)試軟件分為：燈具控制、參數(shù)配置、顯示界面。其中界面如圖3所示。

配置參數(shù)中的參數(shù)具體包含了設(shè)定PLC的地址、設(shè)定上位機(jī)的波特率，以及PLC的連接模式、通訊協(xié)議等。通訊協(xié)議的對象針對的是上下位機(jī)，通訊協(xié)議的目的是為了控制隧道的終端設(shè)備，根據(jù)這個(gè)協(xié)議從而能夠?qū)λ淼罒舻牧炼冗M(jìn)行調(diào)整以及對其他設(shè)備進(jìn)行控制，通過將通信協(xié)議數(shù)據(jù)返回，從而在界面上顯示出下位機(jī)采集的參數(shù)，便于管理系統(tǒng)。就需要按照相關(guān)的需求來對PLC下位機(jī)程序進(jìn)行局部劃分設(shè)計(jì)。PLC的軟件模塊中給出了各個(gè)模塊之間的相關(guān)關(guān)系。

3.4 分支程序控制模塊

分支程序的主要功能是對接收到的數(shù)據(jù)進(jìn)行判斷從而考慮下一個(gè)步驟，同時(shí)當(dāng)步驟執(zhí)行結(jié)束后再返回主到程序。分支程序中的子路徑具體有很多。如果子路徑的執(zhí)行條件滿足了，那么就可以進(jìn)入到子路徑中了。分支程序會(huì)根據(jù)控制信息中的關(guān)鍵位信息，以及書寫的順序，對子路徑進(jìn)行一一地判斷。

3.5 單個(gè)回路燈調(diào)光

3.3 PLC軟件模塊

下位機(jī)程序的設(shè)計(jì)需要應(yīng)用到PLC，程序的設(shè)計(jì)如果要實(shí)現(xiàn)條理清晰，高可讀性，而且便于開發(fā)人員的進(jìn)一步開發(fā)，那么

本文設(shè)計(jì)的隧道照明的測試是根據(jù)燈6的控制從而對單個(gè)回路的調(diào)光進(jìn)行模擬，打開燈7，將其他的燈關(guān)閉以及打開燈6及燈7之間的間隔時(shí)間，由于上位機(jī)無法對燈具實(shí)時(shí)情況進(jìn)行檢測，因此支路0的0號(hào)燈中的電流以及電壓和調(diào)光率都是等于0。燈6以及燈7被打開的時(shí)候，因?yàn)閱?dòng)鈉燈所花費(fèi)的時(shí)間會(huì)比較多，所以系統(tǒng)中所顯示出來的數(shù)據(jù)是第1支路中的燈6以及燈7，調(diào)光率數(shù)據(jù)顯示出來的是255，表明了正在開啟隧道燈。上位機(jī)的調(diào)試界面圖如圖4所示。

結(jié)語：本文首先是進(jìn)行了對傳統(tǒng)隧道照明系統(tǒng)的缺點(diǎn)分析，根據(jù)隧道照明的特征，從而實(shí)現(xiàn)基于PLC的隧道照明控制系統(tǒng)。文章在結(jié)構(gòu)上先是進(jìn)行了照明控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)，其控制系統(tǒng)的組成分為PLC、上位機(jī)以及其他現(xiàn)場設(shè)備等。接著進(jìn)行了系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)，主要是圍繞著PLC軟件控制模塊進(jìn)行設(shè)計(jì)，基于各模塊功能的分析，本文設(shè)計(jì)了多個(gè)軟件模塊的設(shè)計(jì)流程圖，同時(shí)具體闡述了上下位機(jī)及下位機(jī)。

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