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1、装订线基于PLC的隧道灯光控制系统基于PLC的隧道灯光控制系统设计及PLC仿真毕业论文目录第一章 绪论51.1研究背景和意义51.2隧道照明51.2.1隧道照明的意义51.2.2隧道照明的特点及照明要求51.3国内外研究概况71.3.1国外研究概况71.3.2国内研究概况81.4本章小结81.5研究内容9第二章 隧道照明控制系统方案及PLC的简介102.1隧道照明控制102.1.1隧道照明回路平均亮度计算102.1.2隧道照明控制方式112.1.3隧道照明控制要求122.2人工手动控制142.3分段时序控制152.4无极调光控制（自动调光控制）162.4.1无极调光控制模式162.4.2无极调
2、光控制方式172.5可编程控制器PLC172.5.1 PLC的定义172.5.2 PLC的功能182.5.3 PLC的结构182.5.4 PLC的工作原理202.6本章小结21第三章 基于PLC隧道照明系统的软硬件设计233.1 PLC控制系统的设计233.1.1 PLC控制系统的设计步骤233.1.2 PLC的选择233.2控制系统硬件设计243.2.1 I/0分配243.2.2 PLC的接线图253.3编程方法的选择253.4软件过程设计263.5程序流程图273.5.1系统流程图273.5.2手动控制流程图273.5.3分段时序控制流程图283.6软件设计梯形图与STL语言293.7本章
3、小结29第四章 基于PLC隧道照明控制系统的仿真304.1 西门子PLC S7-200仿真软件304.2 仿真结果分析304.2.1 手动控制下的的晴天运行304.2.2 手动控制下的多云运行314.2.3 手动控制下的阴天运行324.2.4 手动控制下的夜间运行324.2.5 手动控制下的更夜运行334.2.6 火灾发生时的运行模式334.2.7 自动控制下的运行模式344.3本章小结35第五章 结论与展望36总结36展望36致谢38主要参考文献39附录40梯形图40语句表47第一章 绪论1.1研究背景和意义 隧道作为高等级公路的特输路段，当车辆在驶入、通过和驶出隧道的过程中，会出现一系列的
4、视觉问题，为适应视觉的变化，当汽车驾驶员驶车进入隧道入口时，在白天，突然面对一个亮度相对很低的光环境入口，视觉需要尽快调整以适应光环境由明到暗的变化，会出现“黑洞效应”；在驶出隧道时情况正好相反，面对一个白亮的洞口视觉需要尽快调整以适应光环境由暗到明的变化，会出现“白洞效应”；在夜晚，同样需要清楚地看到前方路况。因此需在隧道内设置附加电光照明。需采用自动控制系统使洞内亮度随洞外亮度完全同步变化，以消除司机的“暗适应”与“明适应”的视觉问题，并且最大限度的节省能源。同时，如何在隧道内各段采用不同强度的照明来改善隧道内的光照及其分布，创造洞内良好的工作视觉环境，确保在白天和夜间行驶的车辆以设计速度
5、能够安全地接近、穿越和通过隧道，预防隧道内交通事故的发生，保证隧道的正常运营，就是隧道照明控制系统要解决的问题。同时隧道照明也是隧道运营费用中最大的日常开支项目之一，安全、舒适又经济节能的照明技术也是研究的目标。1.2隧道照明1.2.1隧道照明的意义 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。隧道照明系统主要包括：中间照明段、入口段照明、过渡段照明、出口段照明、应急照明、洞外引道照明及接近段减光设施。根据公路隧道通风照明设计规范（JTJ026-1999）规定，长度大于100m的隧道都应设置电光照明设施1。1.2.2隧道照明的特点及照
6、明要求 隧道照明是一种特殊路段，其管道结构决定了它的照明特点与其他路段不同，隧道照明特点有以下几点：（1） 隧道路面应具有一定的亮度水平；（2） 隧道内的墙壁应具有一定的亮度水平；（3） 在设计中应考虑车速、交通量和路线线形等诸多因素；（4） 综合行车安全和舒适度等方面设定照明水平；（5） 考虑人的视觉适应性，避免隧道的入口段和出口段出现的“黑洞效应”和“白洞效应”带来的不良后果。（6） 隧道在白天也需要照明，并且，白天的照明设计比夜晚更加复杂。由于隧道的特殊结构，它的照明特点也是较为复杂，在设计隧道照明时， 必须详尽的考虑可能影响隧道照明的因素，然后设计一系列解决这些问题的方案，消除隧道交通
7、可能存在的安全隐患。同时，在设计隧道照明的同时，为了实现节约能源、提高照明效果并保证隧道行车的安全性和舒适性情况下，我们通常可以考虑以下几个方面：（1） 亮度由于隧道内部和外部的正常日照光度不同，尤其是在白天，内外光线亮度差较大，会给驾驶员造成视觉的不适应，影响驾驶员的判断，从而导致交通事故。为此，隧道照明通常分为入口段照明、过渡段照明和出口段照明。其中，白天隧道入口段的亮度要根据隧道外的亮度、车速、入口外额视场和隧道长度来确定。过渡段的照明水平要进一步的下降，从而为驾驶员提供视觉暗适应的时间。（2） 亮度均匀度良好的视觉功能不但要求有一个好的平均亮度，还要求路面上的平均亮度和最小亮度之间不能
8、相差太大。如果视场中亮度差太大，会产生眩晕效应，继而影响驾驶员的视觉，也会加重加重驾驶员的疲劳感。总体亮度均匀度是指隧道内部的路面上最小亮度和平均量的比值，纵向均匀度是指在车道轴线上最小路面亮度和最大路面亮度的比值。如果路面上连续、反复的出现亮带和暗带，即“斑马效应”，对于在这个车道上的道路使用者而言，会感到很烦躁，会危及到道路安全。（3） 炫光炫光的形成是由于视场中有极高的亮度或亮度对比存在，而使视功能下降或使眼睛感到不舒适。在隧道照明中的炫光可以来自迎面驶来的车辆前灯、隧道照明灯具、隧道出口时外面的亮度等。炫光会使人对障碍物的辨认能力下降，危及行车安全。隧道照明灯具应采用截光型，采取除去直
9、射和反射炫光的特殊技术措施，形成漫反射，使光线十分柔和的进入眼球。（4） 频闪效应频闪是指在较长的隧道中，由于照明器排列的不连续，导致司机不断地受到明暗变化多刺激而产生的烦乱。它与敏感的亮度的变化、明暗变化的频率、频闪的总时间有关系。（5） 照明控制合理的照明控制会随照明需求的变化而适地改变照明水平，以减少不必要的能源浪费。在隧道照明中，根据昼夜的变化、天气原因以及车流量的大小因素，通过各种调光设备来控制隧道的照明环境，满足正常的照明需求。1.3国内外研究概况1.3.1国外研究概况 对公路隧道照明设计的研究国外开始于20世纪50年代，相比我国较早，而且历经较长时间的研究和发展，技术已相对完善。
10、例如，建于20世纪60年代的法、意两国间的长为11.6km的Mont Blanc隧道，它的照明设计就已经实现了根据交通量的变化来进行调光的做法;为规范隧道照明的设计和施工，降低交通事故的发生率，80年代以后，各个国家陆续颁布了隧道照明设计规范，1982年CIE(国际照明委员会)制定的(CIENo.30.2.1998)标准在当时被广泛认可，在接下来的1990年和1995年这个标准分别被做了修订，与此同时，世界各国也随即执行了各自的标准，如日本1990年出版的隧道照明指南，1997年的EUROSTD欧洲隧道照明标准等，这些发达国家的照明技术及照明理论相对我们国家来说比较完善，因而己形成规范性的标准
11、。 除此之外，国外许多国家对隧道照明灯具也做了比较深入的研究，而且成立了研究中心，建立了试验中心，并普遍使用计算机辅助制造技术(CAM)和计算机辅助设计(CAD)这两项比较先进的技术来支持他们的研究。例如，瑞士已研究出了多种隧道照明灯具，隧道光源选择高压钠灯，很多隧道洞口段采用逆光照明配光方案;欧美发达国家在关于灯具的光学特性、使用材料、功能结构和外观质量的研究上取得了比较大的成果2;另外，为了迎合人们对公路隧道灯具造型和质量要求逐渐加强的需求，国外在公路隧道灯具的结构和外壳材料、外观质量、灯具功能、密封材料、反射器材料、灯具和隧道的匹配，灯具的光学特性等方面也做了大量的研究。因此，这些国家生
12、产出来的灯具不仅光效高而且造型美观，质量轻，互换性好，这对提高公路隧道照明质量，保证行车安全性和舒适性起了非常大的作用。 隧道照明控制技术的研究也是许多发达国家的研究重点，隧道照明控制以前大多采用逻辑分组控制的方式，而现在的研究倾向于根据隧道内交通量的大小、车速、天气状况等因素的网络智能控制技术的研究。1.3.2国内研究概况比国外许多国家，对公路隧道照明技术的研究我国开始的比较晚，经验及基础性的工作缺乏，在很长一段时间内，我国公路隧道照明设计规范一直处于空缺状态，公路隧道设计规范（C JTJ 026-90）是2000年以前我国隧道照明系统设计主要参照的标准，然而该规范很不完善，对我国隧道照明设
13、计的指导性不足。 随着我国公路建设的突飞猛进，隧道通车里程也随之增加，这就巫待一套比较完善的公路隧道设计规范问世。于是，2000年1月，一本公路隧道通风照明设计规范(JTJ026.1-1999)被颁布了，该规范主要涉及照明系统构成、隧道各照明段的长度和亮度的确定、隧道照明调光、洞外亮度要求、减光措施、照明纵向均匀度和总均匀度的设计、灯具布置方案、光源分级、照度与亮度计算方法等方面的内容，自此，我国公路隧道的照明设计才有了可以参照的设计标准3。但是，因为我国对隧道照明技术研究的时间较短，对驾驶员的视觉生理和驾驶行为研究甚少，而且我国高速公路建设集中于最近的十几年中，大量的隧道建设是在经验和研究支
14、撑不足的情况下建成的，导致很多问题的发生。我国公路隧道照明主要存在以下几方面的问题（1） 多数隧道入口段都是采用3排甚至4排的灯具布置方式，灯具的初次投资费用相对较高；（2） 在隧道的实际运营中，为了节约电能，多数隧道运营管理部门通常只开启二分之一或四分之一的灯具，有的甚至不开灯；（3） 虽然公路隧道通风照明设计规范( JTJ026.1-1999)中明确规定，长度超过100米的隧道都需设照明系统，但是很多已经运营的长度在600米以内的隧都没有设置照明（4） 公路隧道通风照明设计规范（C JTJ026.1-1999 ）及很多的地方性隧道照明设计文件都给出了将照明分级进行控制的规定，比如按冬天、夏天、白天、夜间、阴雨天、晴天的6级控制方式，但是能够按照规定做的隧道非常少。1.4本章小结本章探讨实际隧道的控制要求，从而组建控制系统。本章从课题研究背景入手介绍了现在高速公路隧道的发展状况以及国内外隧道监控系统的发展状况，最后着重论述了隧道照明监控系统的发展状况和隧道照明系统的控制要求。1.5研究内容第一章:绪论。本章主要介绍本文研究背景和意义，国内外研究现状和发展趋势，并且点出本文研究内容是如何确定的。第二章:公路隧道照明控制策略。本章主要介绍现行的关于高速公路隧道照明的几种方案。手动控制、分时段进行的时序控制方式和根据洞内外的亮度值自动
