偏僻路段路燈節(jié)能設(shè)計

孫嶄鵬

摘 要：隨著我國城鎮(zhèn)化的快速建設(shè)和發(fā)展，城市道路工程建設(shè)中道路照明系統(tǒng)的設(shè)計和維護也變得越來越重要，夜間道路照明的質(zhì)量直接關(guān)系到道路車輛行駛的安全，同時隨著國家經(jīng)濟的發(fā)展，能源問題日益突出，如何能最佳合理的布置路燈，如何才能將路燈的照明優(yōu)化，越來越成為急需解決的問題。其中相對偏僻的路段，行人稀少，但是路燈卻經(jīng)常徹夜通明，對電能造成了極大地浪費。良好的道路照明就是考慮道路環(huán)境、路面類型、有無人行道、交通量等相關(guān)因素，進行光源光色、燈具選擇，燈具排列布置，合理的照明控制設(shè)計，達到滿足駕駛員、行人交通安全的視覺信息采集，提高路段的安全性和舒適感，并最終達到降低維護使用成本的目的。本設(shè)計根據(jù)分析偏僻路段照明控制要求，選用西門子 PLC S7-200系列，通過手動控制和分段時序控制對路段照明系統(tǒng)進行控制，同時針對手動控制和分段時序控制方案設(shè)計了基于PLC的硬件與軟件系統(tǒng)。

關(guān)鍵詞：路燈；自動智能；PLC；間距

一、緒論

（一）城市道路照明管理控制的意義

隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，城市照明已經(jīng)不僅局限于街道的照明，社會對亮燈率、開關(guān)燈的準(zhǔn)確率、故障檢測的實時性和維修的及時性、路燈的節(jié)能要求也不斷的增高，科學(xué)的控制路燈，不僅可以滿足人們行路行車的安全，還能節(jié)約電能及延長燈具的使用壽命從而減輕維修工作量和減少運行費用。據(jù)統(tǒng)計我國城市公共照明占照明耗電量30%左右，約440億度。如果按市場平均電價0.70/ 度來計算，一年耗費大約310 億元，道路照明節(jié)能技術(shù)的推廣意義重大。

（二）偏僻路段照明的特點及照明要求

偏僻道路是一種特殊路段，其道路位置決定了它的照明特點與其他路段不同，偏僻道路照明特點有以下幾點：傍晚偶爾會有人員散步和機動車、非機動車通過，需要良好的照明；需要基本的亮化作用；上下夜班的行人或車輛有可能通行；深夜通行的概率比較低 。

（三）偏僻路段路燈布置及排列設(shè)計

1.道路有關(guān)數(shù)據(jù)

經(jīng)過對課題選定路段實地測量，得到了以下數(shù)據(jù)：兩側(cè)人行道寬度：4m；道路寬度：15m；道路長度：980m；路燈規(guī)劃：單排，單燈，一共50個；路燈高度：9m；路燈間距：20m。

2.排布設(shè)計

為了更好地利用路燈進行照明，選擇兩排交叉布燈，照明效果更好。

3.燈的規(guī)格

經(jīng)過調(diào)查這段路的路燈使用的是150W高壓鈉燈。

其光通量Φ=15000lm。

4.路燈間距計算

通過查閱資料，我找到了平均照度計算公式：Φ=ELB/μKP；

E——根據(jù)道路等級及規(guī)范照度準(zhǔn)確定的平均照度；

L——相鄰燈具縱向間距/m；

B——路面寬度/m；

μ——利用系數(shù)，利用系數(shù)一般在照明中取0.2；

K——維護系數(shù)，混凝土路面取1.3，瀝青路面取2；

P——與排列方式相數(shù)值，一側(cè)排列及交錯排列時，取P=1，相對排列時取P=2；

Φ——光通量。

所以L=ΦμKP/ EB。

根據(jù)國家關(guān)于城市道路照明設(shè)計的標(biāo)準(zhǔn)，E取10，P取1，因為這條路是瀝青路面K取2，B=4+15+4=23M，帶入以上數(shù)據(jù)，最后參考數(shù)據(jù)得到：L=52m。

所以路面所需路燈單排數(shù)量為 n=980/52≈19盞，2排則需要38盞。

5.設(shè)計修正

出于對行人安全的考慮，道路的兩端也就是路口處，各加一個路燈，總路燈數(shù)目為40盞。每側(cè)分成2路，共分成4路接線進行控制，每路10盞燈。

二、偏僻道路照明控制系統(tǒng)方案及PLC的簡介

（一）偏僻道路完善的照明控制要求

1）根據(jù)時間段調(diào)節(jié)路燈的亮度。在傍晚、午夜的時段，控制路燈保持較強的照度，其他時分，開始自動調(diào)光，在后半夜車稀人少時，則控制路燈保持較低照度或關(guān)掉照明。2）根據(jù)路段的人流車流量控制路燈的亮滅。車流量和人流量少的時段，當(dāng)有物體快進入給街道時開啟該街道的路燈，當(dāng)物體離開該街道一定距離時關(guān)斷該街道路燈。

（二）偏僻道路照明控制方式

1）人工手動控制。通過人工按鈕進行開停，可以用于檢修和燈具檢查。2）全自動控制。a.通過光電傳感器感知外界環(huán)境的光強變化，將光能模擬信號轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號。b.根據(jù)光線強度變化對路燈亮度的調(diào)節(jié)，將光亮變化的電信號傳送給PLC，PLC機根據(jù)電信號的變化，選擇電路中不同的控制路線，從而做出對路燈點亮范圍及亮度進行相應(yīng)調(diào)整。

三、基于PLC偏僻道路照明系統(tǒng)的軟硬件設(shè)計

（一）PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計步驟

1）根據(jù)生產(chǎn)工藝過程分析控制要求。如：需要完成的動作順序、 條件、保護和連鎖等。2）根據(jù)控制要求確定所需要的輸入/輸出設(shè)備，再確定PLC的I/O點數(shù)。3）選擇PLC規(guī)格型號 ，分配PLC的I/O點，設(shè)計I/O接線圖。4）PLC程序設(shè)計。

（二）PLC的選擇

本設(shè)計選擇西門S7-200系列PLC。該系列產(chǎn)品素以高性能聞名，并且具有相當(dāng)好的擴展和通信能力，我在該系列產(chǎn)品中選擇了S7-200 CPU 224，14輸入/10輸出口。能很好的滿足本系統(tǒng)的控制要求。

（三）控制系統(tǒng)硬件設(shè)計

1.I/0分配

CPU提供的本地I/O具有固定的地址，對于CPU 224來說本機I/O為14入/10出。當(dāng)需要擴展某類的輸入輸出口時，可以將擴展模塊連接到CPU的右側(cè)形成I/O鏈。

2.編程方法的選擇

西門子STEP7軟件可以很方便的對PLC進行編程。提供三種工具來進行編程：梯形圖（LAD）、語句表（STL）和功能塊圖（FBD）。

梯形圖（LAD）類似電氣接線圖，這種方式易于初學(xué)者使用、易于理解且全世界通用。在這里我們選用了LAD方式。

3.自動智能控制模式

自動智能控制是根據(jù)不同季節(jié)一天中不同時刻來控制路燈照明器的開啟和關(guān)閉，配合超聲波和光電傳感器，實現(xiàn)智能控制。

四、結(jié)論

1）首先對偏僻道路照明回路進行了計算分析，規(guī)范化選擇了路燈的盞數(shù)和分布分路設(shè)計。

2）通過對PLC各種性能以及控制系統(tǒng)的設(shè)計步驟分析，本設(shè)計選擇西門子PLC S7-200，對控制系統(tǒng)硬件設(shè)計進行了說明，包括I/O分配和PLC的接線圖，同時簡介了編程軟件以及系統(tǒng)控制流程圖的設(shè)計。