偏僻路段路灯节能设计

孙崭鹏

摘 要：随着我国城镇化的快速建设和发展，城市道路工程建设中道路照明系统的设计和维护也变得越来越重要，夜间道路照明的质量直接关系到道路车辆行驶的安全，同时随着国家经济的发展，能源问题日益突出，如何能最佳合理的布置路灯，如何才能将路灯的照明优化，越来越成为急需解决的问题。其中相对偏僻的路段，行人稀少，但是路灯却经常彻夜通明，对电能造成了极大地浪费。良好的道路照明就是考虑道路环境、路面类型、有无人行道、交通量等相关因素，进行光源光色、灯具选择，灯具排列布置，合理的照明控制设计，达到满足驾驶员、行人交通安全的视觉信息采集，提高路段的安全性和舒适感，并最终达到降低维护使用成本的目的。本设计根据分析偏僻路段照明控制要求，选用西门子 PLC S7-200系列，通过手动控制和分段时序控制对路段照明系统进行控制，同时针对手动控制和分段时序控制方案设计了基于PLC的硬件与软件系统。

关键词：路灯；自动智能；PLC；间距

一、绪论

（一）城市道路照明管理控制的意义

随着科学技术的不断发展，城市照明已经不仅局限于街道的照明，社会对亮灯率、开关灯的准确率、故障检测的实时性和维修的及时性、路灯的节能要求也不断的增高，科学的控制路灯，不仅可以满足人们行路行车的安全，还能节约电能及延长灯具的使用寿命从而减轻维修工作量和减少运行费用。据统计我国城市公共照明占照明耗电量30%左右，约440亿度。如果按市场平均电价0.70/ 度来计算，一年耗费大约310 亿元，道路照明节能技术的推广意义重大。

（二）偏僻路段照明的特点及照明要求

偏僻道路是一种特殊路段，其道路位置决定了它的照明特点与其他路段不同，偏僻道路照明特点有以下几点：傍晚偶尔会有人员散步和机动车、非机动车通过，需要良好的照明；需要基本的亮化作用；上下夜班的行人或车辆有可能通行；深夜通行的概率比较低 。

（三）偏僻路段路灯布置及排列设计

1.道路有关数据

经过对课题选定路段实地测量，得到了以下数据：两侧人行道宽度：4m；道路宽度：15m；道路长度：980m；路灯规划：单排，单灯，一共50个；路灯高度：9m；路灯间距：20m。

2.排布设计

为了更好地利用路灯进行照明，选择两排交叉布灯，照明效果更好。

3.灯的规格

经过调查这段路的路灯使用的是150W高压钠灯。

其光通量Φ=15000lm。

4.路灯间距计算

通过查阅资料，我找到了平均照度计算公式：Φ=ELB/μKP；

E——根据道路等级及规范照度准确定的平均照度；

L——相邻灯具纵向间距/m；

B——路面宽度/m；

μ——利用系数，利用系数一般在照明中取0.2；

K——维护系数，混凝土路面取1.3，沥青路面取2；

P——与排列方式相数值，一侧排列及交错排列时，取P=1，相对排列时取P=2；

Φ——光通量。

所以L=ΦμKP/ EB。

根据国家关于城市道路照明设计的标准，E取10，P取1，因为这条路是沥青路面K取2，B=4+15+4=23M，带入以上数据，最后参考数据得到：L=52m。

所以路面所需路灯单排数量为 n=980/52≈19盏，2排则需要38盏。

5.设计修正

出于对行人安全的考虑，道路的两端也就是路口处，各加一个路灯，总路灯数目为40盏。每侧分成2路，共分成4路接线进行控制，每路10盏灯。

二、偏僻道路照明控制系统方案及PLC的简介

（一）偏僻道路完善的照明控制要求

1）根据时间段调节路灯的亮度。在傍晚、午夜的时段，控制路灯保持较强的照度，其他时分，开始自动调光，在后半夜车稀人少时，则控制路灯保持较低照度或关掉照明。2）根据路段的人流车流量控制路灯的亮灭。车流量和人流量少的时段，当有物体快进入给街道时开启该街道的路灯，当物体离开该街道一定距离时关断该街道路灯。

（二）偏僻道路照明控制方式

1）人工手动控制。通过人工按钮进行开停，可以用于检修和灯具检查。2）全自动控制。a.通过光电传感器感知外界环境的光强变化，将光能模拟信号转化为数字信号。b.根据光线强度变化对路灯亮度的调节，将光亮变化的电信号传送给PLC，PLC机根据电信号的变化，选择电路中不同的控制路线，从而做出对路灯点亮范围及亮度进行相应调整。

三、基于PLC偏僻道路照明系统的软硬件设计

（一）PLC控制系统的设计步骤

1）根据生产工艺过程分析控制要求。如：需要完成的动作顺序、 条件、保护和连锁等。2）根据控制要求确定所需要的输入/输出设备，再确定PLC的I/O点数。3）选择PLC规格型号 ，分配PLC的I/O点，设计I/O接线图。4）PLC程序设计。

（二）PLC的选择

本设计选择西门S7-200系列PLC。该系列产品素以高性能闻名，并且具有相当好的扩展和通信能力，我在该系列产品中选择了S7-200 CPU 224，14输入/10输出口。能很好的满足本系统的控制要求。

（三）控制系统硬件设计

1.I/0分配

CPU提供的本地I/O具有固定的地址，对于CPU 224来说本机I/O为14入/10出。当需要扩展某类的输入输出口时，可以将扩展模块连接到CPU的右侧形成I/O链。

2.编程方法的选择

西门子STEP7软件可以很方便的对PLC进行编程。提供三种工具来进行编程：梯形图（LAD）、语句表（STL）和功能块图（FBD）。

梯形图（LAD）类似电气接线图，这种方式易于初学者使用、易于理解且全世界通用。在这里我们选用了LAD方式。

3.自动智能控制模式

自动智能控制是根据不同季节一天中不同时刻来控制路灯照明器的开启和关闭，配合超声波和光电传感器，实现智能控制。

四、结论

1）首先对偏僻道路照明回路进行了计算分析，规范化选择了路灯的盏数和分布分路设计。

2）通過对PLC各种性能以及控制系统的设计步骤分析，本设计选择西门子PLC S7-200，对控制系统硬件设计进行了说明，包括I/O分配和PLC的接线图，同时简介了编程软件以及系统控制流程圖的设计。