构建全仿真隧道供配电照明实训系统

●文平 马瑾

构建全仿真隧道供配电照明实训系统

●文平 马瑾

隧道照明是道路交通的重要组成部分，它关系到道路交通的通行能力、行程速度、交通安全性能等问题。良好的隧道照明对保证来往车辆的顺利通行，避免交通事故发生有着重要作用。

隧道 照明 配电

一、隧道照明概述

作为高速公路重要组成的隧道是既能缩短交通途径，又能简捷通过险要地段的重要手段之一，其环境与普通路段环境相比具有：隧道内外亮度差极大、空气污染严重、倾向净宽较小且高度有限、没有扩展活动的余地和噪声等特点，加之车辆的迅速增长，使高速公路的优越性大大减弱，交通问题显得十分突出，通行能力、行程速度、交通安全性能客观上比其他路段差，交通事故发生率、交通能耗及对环境的污染成倍增加。在此情况下要保证来往车辆的顺利通行，避免交通事故发生，隧道照明系统就越发显得重要。

1.隧道照明系统。隧道照明系统包括：（1）入口段照明；（2）过渡段照明；（3）内部段照明；（4）接近段减光措施；（5）应急照明；（6）出口段照明。

2.隧道照明亮度与照度标准。为了使车辆在隧道内安全行驶，减少不安全感，在隧道内应有足够的亮度。按照行车设计速度及路面反射条件决定的路面亮度和平均照度。我国对隧道按长度在100m以内的直线隧道，白天照度规定为100～200lx，傍晚和夜间规定为35～75lx。

二、隧道供配电照明实训系统的设计思路

在学校隧道供配电照明是交通运输管理、交通控制管理等专业所设计的一门专业课知识。然而对于高职院校来说要对该类专业配备齐全的隧道供配电照明的实训设备是很困难的。其主要原因包括：隧道供配电照明来说没有相关教学仪器公司对其有相关的教学设备的开发，其次对于高职院校来说资金投入也是一大难题。在这样的条件下，我们利用现有的设备与学生在校学习的相关知识结合起来，在尽量节约的基础上，自行架设一套自动控制的隧道供配电照明实训系统。

1.实训系统场地的选取。根据隧道的特点，隧道是一段封闭的空间，自然光无法照射其中，白天驾驶员进入隧道，是从一个亮度相对于隧道内很高的地方进入，这样很明显的亮度对比对驾驶员视觉适应产生影响；同样当驾驶员从亮度很差的隧道中出来时，对于隧道外强烈的亮度，眼睛的视觉适应能力也会受到影响。所以首先我们考虑到的就是需要有像隧道这样一个光线很差的环境，经过实地研究，最终将实训系统的场地选为教学楼的走道。

表1 实训系统设备清单

教学楼走道两边都有教室，正好将光线遮挡住，走道两端为窗户，正好可以模拟隧道的进口段和出口段，加之使用走道作为实训场地也解决了学校教室有限的问题。

2.实训系统设备材料的选择。作为一套完整的供配电照明教学实训系统来说，实训系统的设备选择主要考虑到的是使用学生上课学习过的相关设备。这样可以将学生课堂学习的理论知识在实训系统中得以操作，了解它的实际作用。同时也考虑到作为一套供配电照明系统来说，只是单纯地把供电和照明两部分简单地接线或是照明来进行操作对学生的培养不够完善，所以在设计之初我们又考虑到将整套系统做成一套完整的自动控制系统。设备清单如表1。

3.实训系统的整体设计思路。整个实训系统分为三大部分：照明部分；供配电部分；自动控制部分。其中供配电部分和照明部分最终是由自动控制部分来进行控制，自动控制模块选用三菱FX2N-64MR PLC。

（1）照明部分。照明部分主要为光源的选择。作为隧道照明来说，光源的选择是保证隧道内车辆通行安全的重要环节，同时在国家大力推进低碳经济的新形势下，对隧道照明系统光源的选取也成为照明部分的重要考虑因素。

经过对市场的分析及对不同光源使用寿命的了解，最终我们采用了额定电压为DC12v和AC220v的两种LED灯。选取两种不同额定电压的LED灯是为让学生通过对两种光源进行供电的调试来认知直流电与交流电间的区别。选取适用的光源后，设计照明电路的接线图（如图1）。

（2）供配电部分。AC220v作为实训系统主供电电压，通过从配电室接入电压，连接主电接触器、主电转换继电器、主电过流保（漏电）护器等电气设备来完成对整个系统的供电及保护。由于会使用DC12vLED灯作为光源，所以在供电系统中加入DC12V电压转换继电器，为DC12v光源供电。此外由于PLC输出控制电压为DC24v，控制DC24v继电器，而为了能完成30个以上的多点控制，并防止PLC输出最大电流不能达到多个继电器同时工作所需最大电流，所以外接了一个DC24v电压转换继电器。

图2 仿真隧道供配电照明实训系统主供电电路图（云南交通职业技术学院信息学院）

（3）自动控制部分。作为隧道供配电照明实训系统的控制模块我们选择使用三菱公司的FX2N-64MR PLC模块。选择该模块的主要原因是本校学生在学习自动控制时我们选择了三菱公司的PLC作为教学内容；其次也考虑到使用PLC来作为控制模块可以用较为简单的梯形图形式来进行编程，所以在本实训系统中继续沿用三菱PLC来进行自动控制。

程序设计思路：

A.供电部分的电压选择，由于我们采用了DC12v和AC220v两种不同电压的LED灯，所以在设备运行之初要首先确定PLC所控制的电压是否满足LED灯的使用条件。所以在程序中加入了选择开关命令和确认命令。

B.照明部分：照明部分除去简单的灯光照明外，我们考虑到的是作为学生应该对整个照明控制有自己的控制想法，并非是固定模式，所以在满足正常隧道照明条件的同时，可以对照明光源进行程序上的多种控制。在此我们就设计了多个开关不同程序控制的想法。

C.其他控制内容：在整个系统运行过程中可能会存在突发情况需要即时停止设备运行，或是有需要检修的部分等情况，根据不同的突发情况和检修情况，在程序设计时我们也考虑到了加入及时停车程序和区域停电程序。

根据以上考虑到的程序思路，进行电气设备的选型，并做出控制接线的端子图，如图3。

图3 仿真隧道供配电照明实训系统PLC接线端子图

三、隧道供配电照明实训系统的架设

隧道供配电照明实训系统的架设是个较为庞大的工程，首先我们要考虑如何在不影响正常行动的情况下将光源架设到走道上方。经过分析和实地考察以及师生间的讨论最终确定下一个较为可靠的施工方案，并在教师的带领下由学生将支架架设到走道上方。

照明光源选择LED灯，LED灯优点在于节约能源和使用寿命长，然后LED灯要比白炽灯等价格偏高，为了节约成本我们购买了LED灯散件，由学生焊接完成LED灯的制作，这样也很大程度上提高学生的电子元件的认知和掌握焊接技术。

实训系统架设完成后，经过多次调试，在电气设备上和控制程序上加入了多个保护措施。为防止今后学生在架设或使用工程当中出现线路短路的情况，我们在实训控制平台处加入了多个空气开关来进行保护。此外在程序当中也同样设计了程序运行和供电保护程序，达到硬件软件双保险。

四、总结及扩展

隧道供配电照明实训系统的成功架设与调试，为学生提供了一个真实的供配电、照明、隧道照明实训平台。在该实训系统中，学生首先要学会如何正确进行供配电的设计，根据自己设计的供电线路进行设备材料的选取，之后完成整个接线测试过程。同时为满足隧道照明的要求，还要考虑到整个隧道中光源的分布情况。在硬件设备安装调试正常以后进行程序设计，满足老师提出的照明效果，或通过学生自行设计完善照明系统。

隧道供配电照明实训系统有很大的提升空间，学生可以考虑在该系统中加入多种传感器来监测隧道内光线的亮度、空气质量、温湿度情况。并根据测量所得的数据进行相应的控制变化。同时在整个供电线路部分可以加入电压表、电流表、功率表等电气测量设备，通过数值读取分析整个系统的供电情况。

[1]高远望，冯杰.隧道供配电及照明系统中节能技术综合应用探索.公路交通科技（应用技术版），2006（8）

（作者单位：云南交通职业技术学院 云南昆明 650000）

（责编：若佳）

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1004-4914（2014）11-287-02