構(gòu)建全仿真隧道供配電照明實訓(xùn)系統(tǒng)

●文平 馬瑾

構(gòu)建全仿真隧道供配電照明實訓(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、交通安全性能等問題。良好的隧道照明對保證來往車輛的順利通行，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，又能簡捷通過險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、沒有擴(kuò)展活動的余地和噪聲等特點，加之車輛的迅速增長，使高速公路的優(yōu)越性大大減弱，交通問題顯得十分突出，通行能力、行程速度、交通安全性能客觀上比其他路段差，交通事故發(fā)生率、交通能耗及對環(huán)境的污染成倍增加。在此情況下要保證來往車輛的順利通行，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。按照行車設(shè)計速度及路面反射條件決定的路面亮度和平均照度。我國對隧道按長度在100m以內(nèi)的直線隧道，白天照度規(guī)定為100～200lx，傍晚和夜間規(guī)定為35～75lx。

二、隧道供配電照明實訓(xùn)系統(tǒng)的設(shè)計思路

在學(xué)校隧道供配電照明是交通運(yùn)輸管理、交通控制管理等專業(yè)所設(shè)計的一門專業(yè)課知識。然而對于高職院校來說要對該類專業(yè)配備齊全的隧道供配電照明的實訓(xùn)設(shè)備是很困難的。其主要原因包括：隧道供配電照明來說沒有相關(guān)教學(xué)儀器公司對其有相關(guān)的教學(xué)設(shè)備的開發(fā)，其次對于高職院校來說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)知識結(jié)合起來，在盡量節(jié)約的基礎(chǔ)上，自行架設(shè)一套自動控制的隧道供配電照明實訓(xùn)系統(tǒng)。

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

表1 實訓(xùn)系統(tǒng)設(shè)備清單

教學(xué)樓走道兩邊都有教室，正好將光線遮擋住，走道兩端為窗戶，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訓(xùn)場地也解決了學(xué)校教室有限的問題。

2.實訓(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)實訓(xùn)系統(tǒng)來說，實訓(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)的理論知識在實訓(xùn)系統(tǒng)中得以操作，了解它的實際作用。同時也考慮到作為一套供配電照明系統(tǒng)來說，只是單純地把供電和照明兩部分簡單地接線或是照明來進(jìn)行操作對學(xué)生的培養(yǎng)不夠完善，所以在設(shè)計之初我們又考慮到將整套系統(tǒng)做成一套完整的自動控制系統(tǒng)。設(shè)備清單如表1。

3.實訓(xùn)系統(tǒng)的整體設(shè)計思路。整個實訓(xùn)系統(tǒng)分為三大部分：照明部分；供配電部分；自動控制部分。其中供配電部分和照明部分最終是由自動控制部分來進(jìn)行控制，自動控制模塊選用三菱FX2N-64MR PLC。

（1）照明部分。照明部分主要為光源的選擇。作為隧道照明來說，光源的選擇是保證隧道內(nèi)車輛通行安全的重要環(huán)節(jié)，同時在國家大力推進(jìn)低碳經(jīng)濟(jì)的新形勢下，對隧道照明系統(tǒng)光源的選取也成為照明部分的重要考慮因素。

經(jīng)過對市場的分析及對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)生通過對兩種光源進(jìn)行供電的調(diào)試來認(rèn)知直流電與交流電間的區(qū)別。選取適用的光源后，設(shè)計照明電路的接線圖（如圖1）。

（2）供配電部分。AC220v作為實訓(xùn)系統(tǒng)主供電電壓，通過從配電室接入電壓，連接主電接觸器、主電轉(zhuǎn)換繼電器、主電過流保（漏電）護(hù)器等電氣設(shè)備來完成對整個系統(tǒng)的供電及保護(hù)。由于會使用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個以上的多點控制，并防止PLC輸出最大電流不能達(dá)到多個繼電器同時工作所需最大電流，所以外接了一個DC24v電壓轉(zhuǎn)換繼電器。

圖2 仿真隧道供配電照明實訓(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）自動控制部分。作為隧道供配電照明實訓(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)自動控制時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來作為控制模塊可以用較為簡單的梯形圖形式來進(jìn)行編程，所以在本實訓(xùn)系統(tǒng)中繼續(xù)沿用三菱PLC來進(jìn)行自動控制。

程序設(shè)計思路：

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足LED燈的使用條件。所以在程序中加入了選擇開關(guān)命令和確認(rèn)命令。

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

C.其他控制內(nèi)容：在整個系統(tǒng)運(yùn)行過程中可能會存在突發(fā)情況需要即時停止設(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)計時我們也考慮到了加入及時停車程序和區(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，并做出控制接線的端子圖，如圖3。

圖3 仿真隧道供配電照明實訓(xùn)系統(tǒng)PLC接線端子圖

三、隧道供配電照明實訓(xùn)系統(tǒng)的架設(shè)

隧道供配電照明實訓(xùn)系統(tǒng)的架設(shè)是個較為龐大的工程，首先我們要考慮如何在不影響正常行動的情況下將光源架設(shè)到走道上方。經(jīng)過分析和實地考察以及師生間的討論最終確定下一個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)點在于節(jié)約能源和使用壽命長，然后LED燈要比白熾燈等價格偏高，為了節(jié)約成本我們購買了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)。

實訓(xùn)系統(tǒng)架設(shè)完成后，經(jīng)過多次調(diào)試，在電氣設(shè)備上和控制程序上加入了多個保護(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)線路短路的情況，我們在實訓(xùn)控制平臺處加入了多個空氣開關(guān)來進(jìn)行保護(hù)。此外在程序當(dāng)中也同樣設(shè)計了程序運(yùn)行和供電保護(hù)程序，達(dá)到硬件軟件雙保險。

四、總結(jié)及擴(kuò)展

隧道供配電照明實訓(xùn)系統(tǒng)的成功架設(shè)與調(diào)試，為學(xué)生提供了一個真實的供配電、照明、隧道照明實訓(xùn)平臺。在該實訓(xùn)系統(tǒng)中，學(xué)生首先要學(xué)會如何正確進(jìn)行供配電的設(shè)計，根據(jù)自己設(shè)計的供電線路進(jìn)行設(shè)備材料的選取，之后完成整個接線測試過程。同時為滿足隧道照明的要求，還要考慮到整個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，滿足老師提出的照明效果，或通過學(xué)生自行設(shè)計完善照明系統(tǒng)。

隧道供配電照明實訓(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監(jiān)測隧道內(nèi)光線的亮度、空氣質(zhì)量、溫濕度情況。并根據(jù)測量所得的數(shù)據(jù)進(jìn)行相應(yīng)的控制變化。同時在整個供電線路部分可以加入電壓表、電流表、功率表等電氣測量設(shè)備，通過數(shù)值讀取分析整個系統(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