公路照明电气控制系统设计

公路照明电气控制系统设计

黄跃娟 杨丽莉 卑煦 康远宁 孙伟新 孙梓文

哈尔滨华德学院 110025

摘要：本文采用光照度传感器获取环境光的照度，实现LED灯具0-5V模拟电压控制信号与灯具光通量的线性匹配。完成了照明控制系统本地控制器，电压可调LED驱动电源的软硬件设计，其中本地控制器主要由PLC控制单元进行控制，实现从上位机控制计算机接收调光数据，并将数据从PLC传送到电流可调的LED电源，进而实现亮度调节。

关键词：公路照明；LED灯；可编程控制器

1、引言

目前路灯控制特别是中小城市多采用时控法、光控法和时光控法，精密度不够，工作效果不佳。平时的维护维修工作仍靠人工夜间巡查和居民的举报及定期检修。这种方法浪费人力物力，同时由于亮灯时间的控制只有全亮和全灭两种情况，既浪费电源，又降低了路灯的使用寿命。目前使用的电器多是普通的继电器和镇流器，灯具大多是白炽灯、高压汞灯管、荧光灯及部分采用高压钠灯等。这些电器耗能高，光效低，易造成化学污染。

城市路灯照明是城市规划的重要组成部分，路灯建设应与城市规划紧密结合。一些城市路灯管理单位引进了较为先进的“路灯无线自动化监控和管理系统”，路灯逐渐实现智能化。这些技术不同程度上进行节能控制，但是性价比还不够明显，电路稳定性不高。

2、控制方案

本控制系统利用新型LED灯具可以无极调光的特点，通过光照度传感器检测环境亮度，采用PLC为控制单元采集各参数，进行调控。从而实现光照度传感器与PLC之间的通讯。此次设计所用到的PLC为台达PLC，考虑到路灯多输入点、多环境要求、多模拟点的因素，所以用台达AH500系列的PLC更符合设计。台达PLC利用能够调节系统的模块，以此在它的里面实现一般的接受、计算和数字传送、只能传送、计数等作业的需求，并能经过数字或者是形象化的传入和传出，调节设备运行过程中种种不同的设备或运行流程。

3、系统硬件设计

公路照明亮度的无级控制涉及到光源特性、电源功率的可控性、控制信号的传输、数据采集、数据处理、与中控室通讯等诸多技术，并涉及到相应的控制程序和上位机软件。光照度传感器对环境亮度进行检测，并将检测的数据结果实时地传送到LED亮度无级控制系统中。

控制系统根据环境实际亮度，对输入数据进行相应地处理后，转换成0~5V的标准信号，去控制LED灯的亮度。解决LED隧道灯亮度可控的关键环节是研制一种高效的，电流可控的恒流驱动电源。为了让控制系统能够同时长距离控制数千盏LED路灯，其控制输入端采用了高阻形式，以确保控制信号的长距离传输。

由PLC按程序输出运算结果的数字量，经模/数转换和电流放大器，生成0~5V的电压，经过控制线和受控LED灯的控制端端口连接，对LED灯进行无级调控。

光照度传感器给PLC输入测量参数，即可输入相应的模拟电压，控制LED光源从最大亮度到熄灭状态的无级调节，即控制电压的4.9~5.1V对应微亮或熄灭状态，控制电压为0V对应最大亮度。

光照度传感器每十分钟输出检测值给本地PLC，经PLC运算转换，对LED灯无级调节，使路灯亮度随环境亮度同步变化。

本地PLC具有与监控分中心通信传输功能。因而，也可以使用通信系统，实现监控分中心对公路LED灯的远程控制。本地与远程控制模式可以相互转换，以本地控制优先。控制系统的输入量参数包括环境亮度，使用两台光照度传感器，光照度数据输入PLC模拟量入口，PLC取两台光照度传感器的平均值。正常工作期间，如果没有外部调控指令输入，PLC从傍晚开始每10分钟采集一次亮度检测值，PLC以此输出对应的控制电压，使公路达到安全照明。本次设计的主电路是光照度传感器与台达PLC的RS485通讯，PLC连接触摸屏LCD和节能调压器。

4、系统软件设计

系统工作流程包括系统的初始化，光照度传感器每间隔一段时间传送一次检测的亮度值到PLC，以及PLC执行运算并传送数据给光照度传感器，过程中需要经过模数转换，输出控制电压3~4.5V给节能调压器，节能调压器再控制路灯的亮度。

PLC开始RUN的第一次扫描On，通讯协议为MODBUS通讯协议，链接线缆为RS-485串行通信线。当程序运行后先进行系统初始化，根据传感器的发送的字节数据格式和通讯方式设定通信协议，然后是通讯保持设定并设置通讯逾时最后确定RTU模式。对传感器进行数据采集，先发送以个送信要求的信号。然后可编程控制器会根据这个信号采集传感器通上的数据。因为质量传感器变送器的数据传输格式是1位起始位，8位数据位，1位停止位，无奇偶校验位。

数据采集程序的介绍。首先是一个Modbus数据读取指令，在其中设定联机装置地址、读取数据的地址和数据长度，根据传感器的使用说明，传感器数据采样时从通道3开始，故数据地址是H3。Modbus通讯指令数据处理，可编程控制器内建RS-485通讯便利指令，该指令执行时所送出的指令，当受信端接收后会回传信息，该信息会存储于D1070-D1085。因为我们采集的是32位浮点数也就是采集4个8位数，先采集两个8位数分别放到D寄存器中并交换上位8位于下位8位内容通过逻辑或运算存入D64寄存器，然后在采集两个8位数放入D寄存器交换内容并进行逻辑或运算存入D65寄存器，这样就把称重传感器中的浮点数据采集回来了。

数据采集与数据比较。信息传入PLC进行比较前应预先设定基础比较值，其是电池极片的重量标准界限。在这段程序中DMOVR指令的作用为浮点数数据搬移，该指令可直接在 S 操作数输入浮点数值当 DMOVR 指令执行时，将 S的内容（浮点数值）直接搬移至D内。然后有四组数进行比较。

5、结论

此次设计基于台达PLC利用传感器、计数器、定时器与PLC控制程序，实现了公路照明系统自动控制，展示出了台达PLC在自动控制系统领域的可靠、稳定性的优点。实现了照明的各个环节的顺利运行。

参考文献

[1]姚常鹏．高杆灯远程集中智能控制技术应用研究[J]．中国科技纵横，2015

[2]闫永生．探讨公路隧道中LED照明灯具的应用[J]．科技创新导报，2012