钟志
广东飞达交通工程有限公司 广东广州 510000
摘要：本文主要针对PLC技术在隧道照明系统的节能控制展开了探讨，对隧道PLC传输系统作了研究，并对隧道照明节能控制新技术的研发和隧道照明节能控制软件的应用作了详细的论述，以期能为有关方面的需要提供参考借鉴。
关键词：隧道照明；PLC技术；节能控制
引言
隧道照明可以改善隧道内路面状况，改善隧道内视觉享受，减轻驾驶员疲劳，有利于提高隧道通行能力保证交通安全。但是隧道照明的能耗却是非常高，在如今倡导节能减排的社会背景下，对隧道照明系统进行节能控制尤为重要。基于此，本文就PLC技术在隧道照明系统的节能控制进行了探讨，相信对有关方面的需要能有一定帮助。
1 隧道PLC传输系统研究
基于PLC的隧道单灯控制技术研究，建立监测控制平台和照明虚拟控制回路，为实现灯具智能调光、运行状态远程监测和隧道内强、弱电线缆合理布设提供技术支撑，完成基于电力载波（PLC）的隧道照明控制模型见图1。
图1 基于电力载波的隧道照明控制模型
PLC电力线载波传输控制技术具有通信和控制功能，其电力线载波网络元芯片，可将来自不同厂商而遵守同一协议规范的自动化设备连接成统一的系统。在信号传输方面具有较强的适应性，简化了布线工作，避免接口兼容性问题，增强了系统的抗干扰能力。模块化PLC电力线载波传输系统的主要参数见表1。
表1 模块化PLC电力线载波传输系统的主要参数
2 隧道照明节能控制新技术研发
2.1 构建安全、高效节能的隧道智能照明系统
通过调研相关行业的智能照明系统和节能控制经验，充分顾及隧道照明的既有设计规范和设计原则、施工养护特点、现有控制调节手段，在研究对象隧道常年平均交通量、不同时段平均交通量、不同时段车辆通过的平均速度、所处地的不同季节不同时间段的隧道口亮度、常年通过的主要车型，兼顾原有隧道机电设备，制定隧道安全高效照明节能控制系统标准模型，见图2。
图2 隧道安全高效照明节能控制系统构成
依据行业规范，建立隧道交通量、隧道口外亮度L20（S）、隧道内加强段亮度、隧道内平均行车速度、隧道线形与调节控制器输出调节电流间的控制模型，实现多变量状态空间建模的自适应闭环隧道照明节能控制，并兼有人工干预的控制模型，实现节能控制和应急控制。基于PLC的安全高效照明节能控制技术原理总体框架见图3。
图3 隧道安全高效照明节能控制系统原理
2.2 基于SPLC的隧道照明安全控制容错技术研发
由于高速公路隧道照明对安全的严格要求，要绝对避免因控制系统失效造成的安全隐患和电能浪费。本系统引入安全高效节能控制的安全可编程控制器SPLC及其一揽子技术，作为隧道照明控制技术的集成创新技术。SPLC在自身或外围元器件或执行机构出现故障时，依然能正确响应。这种控制器用一个带诊断能力的单一控制器通道，和第二个诊断通道利用串行连接构成输出回路，称一选一诊断系统，见图4。
图4 一选一诊断结构系统
在软件方面，SPLC基于功能模块的复用和图形化的开发手段，提供的相关安全功能模块保证了不会因安全功能上的程序漏洞而导致安全功能丢失。为实现隧道照明节能控制装置的安全容错功能，需实现控制系统各功能部件的冗余设计与试验验证，SPLC控制器具有主干与核心功能，支持硬件双重化冗余，起集中管理、分散控制作用。安全控制装置容错设计见图5。
图5 安全控制装置容错设计
2.3 隧道照明智能嵌入式控制模型研发
照明控制模型实行“一隧道一模型”，由隧道口外亮度L20（S）、设计行车速度、车流量、隧道线形等因素综合确定。实测隧道内外亮度，依据设计要求L20（S）与隧道内亮度的对应数值，并顾及隧道设计行车速度、线形等作适当修正，经与实际运行状况反复调试建立模型。例如，试点隧道加强段照明回路电流与隧道口洞外自然光亮度关系数学模型的建立，是依据隧道口洞外自然光亮度与照明回路电流的经验数据，采用多项式回归方法，并结合能源信息监测平台的辅助分析作调整，形成试点隧道加强段节能控制的数学模型，见图6。
图6 试点隧道回路电流与隧道洞外亮度关系
y=5.23325×10-6x4-5.86911×10-4x3+0.02209x2-0.06823x+0.41494
式中：广隧道加强段照明回路电流，A；x-隧道洞外自然光亮度，CD/m2。
3 隧道照明节能控制软件
隧道智慧照明系统和节能随动控制系统软件采用CS架构见图7。其中，隧道照明节能控制软件以隧道所为管理单位，实现对隧道所下辖各个隧道进行节能控制。
图7 隧道智慧照明系统和节能随动控制系统软件构成
3.1 实时监控管理
实时监控区域组成：
（1）主控制器状态：显示主控制器当前状态和前一工作状态，状态内容包括：回路工作情况、调光占空比。
（2）隧道模型：按实际隧道设备分布建模型，使用超图建模或是CAD建模，模型需要反应隧道内回路情况、开关灯情况、各传感器信息（洞口照度、平均车流量、隧道内异常事件）。
（3）告警信息显示：显示当前最新告警信息，主要告警信息源有：报警主机自检信息、隧道灯具故障信息、事件检测信息（微波车检、视频车检）。
（4）隧道分布图：管理单位所辖隧道分布图。（5）功能菜单：进入各子功能模块菜单。
3.2 灯具状态查询
显示隧道内灯具的工作状态参数，主要包括：工作电流、电压、功率、灯已损坏等数据。
3.3 报警预案管理
3.3.1 内部事件预案
（1）控制主机异常预案一告警提醒；
（2）照度仪异常预案_告警提醒；
（3）微波车检（洞口流量）异常预案一告警提醒；
（4）红外对射（洞口流量）异常预案-+告警提醒；
（5）微波车检（洞内事件）异常预案一告警提醒；
（6）视频车检（洞内事件）异常预案一告警提醒。
3.3.2 外部事件预案
（1）隧道内紧急事故一回路控制（全开）；
（2）隧道内设备维护维修一回路控制（手动）；
（3）隧道内异常停车一回路控制（手动）；
（4）消防系统火灾报警事件一回路控制（全开）。
3.3.3 操作流程
当有外部事件发生时，系统给出报警提醒（信息闪烁、声音提醒），由监控员进行确认，确认后进行手动切换。
3.4 参数配置模块
配置按隧道进行，主要配置内容：
（1）设计车速；
（2）最小k值；
（3）设计时速下，入口段照明占空比与洞外亮度对比关系见表2、表3。
表2 设计时速下基本段照明占空比与洞外亮度对比关系
3.5 报表管理
（1）隧道异常事件报表：异常事件、时间、隧道、方向、位置、是否误报、事件确认。
（2）隧道设备故障情况表：设备名称、故障时间、故障情况、恢复时间、故障原因。
（3）车流量变化表（周期10min）：内容包括：隧道、方向、车流量信息。
（4）洞外照度变化表（周期10min）：隧道、方向、照度。
4 结语
综上所述，隧道照明对隧道的安全运行起着非常重要的作用，但是耗能非常高。因此，在如今倡导节能降耗的社会中，我们就需要对隧道照明进行节能控制，以使隧道照明系统能在低耗能的情况下进行工作，从而符合社会发展的主题。
参考文献：
[1]包志彬、程栋、郭日兴.基于PLC和WinCC的隧道照明节能控制与监控系统[J].中国交通信息产业.2009（01）.
[2]刘勇、王东.高速公路隧道照明系统节能设计探讨[J].公路交通技术.2011（02）.
论文作者:钟志
论文发表刊物:《基层建设》2015年20期供稿
论文发表时间:2016/3/16
标签：隧道论文; 节能论文; 回路论文; 系统论文; 预案论文; 亮度论文; 模型论文; 《基层建设》2015年20期供稿论文;