（机械设计及理论专业论文）火车站绿色照明系统的研究与实现.pdf

武汉理工大学硕士学位论文 摘要 本文针对汉口火车站照明系统的现状，设计出一种新型的火车站绿色照 明控制系统。该系统将新型节能灯具和先进的工业自动控制结合起来，从硬 件、软件两方面着手，较好的解决了节能与提高照明服务质量之问的矛盾。 工业控制采用工业控制计算机与p l c ，组成分布式控制系统，具有控制、监 测、报警和数据库管理等功能，实现了照明系统的自动化管理。 工业控制计算机和p l c 作为控制部件，具有很多优点，可以实现复杂的 逻辑处理，工作稳定可靠，反应速度快，功能完备。可以完全取代铁路系统 中大量使用的继电器控制方式。 第一章综述了目前国内外照明节能及照明自动控制的现状和发展趋势， 指出了汉口火车站原照明系统存在的问题并初步提出了解决方案。 第二章介绍了照明的专业术语和照明设计的一些原则以及应该注意的 问题。详细阐述了系统的总体方案及关键技术。 第三章详细介绍了作为下位机的p l c 对于控制子节点的工作原理、系统 组成、硬件电路设计以及控制代码的编写。 第四章详细介绍了计算机集中监控系统的工作原理、网络组成以及软件 平台组态王和控制程序的功能模块，并介绍了从火车站客车信息预报系 统接收客车进出站信息的通信软件的实现。 第五章对整个系统进行总结，并提出了需要继续研究的问题和工作展 望。 关键词：火车站照明可编程控制器自动控制组态王 武汉理工大学硕士学位论文 a b s t r a c t t h i sd i s s e r t a t i o ns t u d i e san e w t y p eo fg r e e ni l l u m i n a t i o ns y s t e mo fr a i l w a y s t a t i o na i ma tt h ea c t u a l l yi l l u m i n a t i o no ft h eh a n k o ur a i l w a ys t a t i o n t h i s s y s t e mc o m b i n et h en e wt y p el u m p sa n dl a n t e r n ss a v i n ge n e r g yw i t ha d v a n c e d i n d u s t r y a u t o m a t i c c o n t r o l ，p r o c e e d w i t hh a r d w a r ea n ds o f t w a r e ，s o l v et h e p r o b l e mb e t w e e ns a v i n ge n e r g ya n ds e r v i n gq u a l i t y i p ca n dp l cc o m p o s ea d i s t r i b u t e dc o n t r o ls y s t e mh a v i n gt h ef u n c t i o n so fc o n t r o l ，o b s e r v a t i o n ，a l e r ta n d d a t a b a s em a n a g e r , w h i c hr e a l i z ea u t o m a t i cm a n a g e m e n to fi l l u m i n a t i o ns y s t e m a s c o m p o n e n t s o fc o n t r o l ，i p ca n dp l ch a v em a n y v i r t u e s t h e yc a nf i n i s h c o m p l i c a t e dl o g i c a lo p e r a t i o n t h e y a l es t e a d ya n d r e l i a b l e ，h a v i n gh i g hs p e e do f r e s p o n s ea n d ag o o dm a n yo f f u n c t i o n s t h e ye n t i r e l yr e p l a c et h ec o n t r o lm e t h o d u s i n gr e l a y si na l o to f r a i l w a ys i t u a t i o n i nc h a p t e r1 ，t h ed o m e s t i ca n d f o r e i g np r e s e n ts t a t ea n dd e v e l o pd i r e c t i o no f i l l u m i n a t i o na n d s a v i n ge n e r g y a r e s u m m a r i z e d ，t h ee x i s t e n tp o b l e m sa l e p r o p o s e da n d s o l v ep r o j e c ti sa l s op r i m a r yp r o p o s e d i nc h a p t e r2 ，t h eb a s i cc o n c e p ta n dp r i n c i p l eo fi l l u m i n a t i o ni si n t r o d u c e d ， t h em a s sp r o j e c to ft h e s y s t e m i s p a r t i c u l a r l ye x p o u n d e d ，t h ek e yt e c h n i c a l p r o b l e m w h i c ht h es y s t e md e m a n dt or e s o l v ei sp r o p o s e d i n c h a p t e r3 ，t h e c o n s t i t u t eo fp l cc o n t r o l s y s t e m ，w o r kp r i n c i p l e ，t h e h a r d w a r ec i r c u i td e s i g na n dc o n t r o lc o d e sa r ei n t r o d u c e d i nc h a p t e r4 ，i ti sp a r t i c u l a r l yi n t r o d u c e dt h a tt h ew o r kp r i n c i p l e ，n e t w o r k c o n s t i t u t i o no ft h e c o m p u t e r c o n t r o l s y s t e m ，s o f t w a r ef l a t - - k i n g v i e wa n d f u n c t i o nm o d u l e ，a sw e l la st h ec o m m u n i c a t i o np r o g r a mt h a tc a na c c e p tt h e i n f o r m a t i o nw h i c ht r a i ni si nt h es t a t i o na n dw h i c ht r a i ni so u to ft h es t m i o n i nc h a p t e r5 ，as u m m a r i z a t i o no ft h ed i s s e r t a t i o ni s g i v e n ，t h ep r o b l e ma n d p r o s p e c tw h i c h a l ed e m a n d e dt ob ec o n t i n u es t u d i e da r e p r o p o s e d k e yw o r d s ：m i l w a ys t a t i o n ，i l l u m i n a t i o n ，p l c ，a u t o m a t i cc o n t r o l ，k i n g v i e w i i 武汉理工大学硕士研究生论文 第一章绪论 1 1 本课题研究意义 “绿色照明”是9 0 年代初提出的照明领域的新方针，它是从节约能源、 保护环境的角度提出来的。美国环保局于1 9 9 1 年初提出了绿色照明和有关 计划，并积极付诸实施，几年来取得了显著成效。随后得到了联合困和世界上 众多国家的关注，并制订了相关的计划。“1 我国对节约能源十分重视，在照明领域的节能也进行了很多工作。例如在 进入9 0 年代之际，中国照明学会组织了照明节能的分析研究，提出了一些措 施，1 9 9 0 年组织撰写了未来十年照明节能预测的报告，对2 0 世纪最后十 年的照明节能潜力进行了研究分析，提出了技术措旋和建议，报送国家计委、 中国科协等领导单位，引起了更多重视，该报告被列入了( 1 9 9 1 年全国节能宣 传周节能报告文集进行了重点宣传。国家经贸委1 9 9 3 年开始把照明节能 提到了能源、环境与经济协调发展的战略高度，放在资源节约工作的优先位 置，并于1 9 9 4 年开始组织制订中国绿色照明工程计划，于1 9 9 6 年正式制订了 中国绿色照明工程实旌方案，正式组织试点和实施。1 9 9 6 年1 0 月。1 9 9 7 年1 0 月，1 9 9 8 年1 0 月，结合全国节能宣传周，由国家经贸委资源节约综合利 用司主办，中国照明学会等单位协办了三届中国绿色照明国际研讨会，进行 了技术交流和广泛的宣传，起到了积极推动作用。 实施绿色照明的宗旨，是要在我国发展和推广商效照明器具，节约照明用 电，建立优质高效、经济、舒适、安全可靠、有益环境和改善人们生活质量， 提高工作效率，保护人民身心健康的照明环境，以满足国民经济各部门和人 民群众的日益增长的对照明质量、照明环境的更高要求和减少环境污染的需 要。2 1 1 2 汉口站照明现状 汉口站位于京广线与汉丹线的交汇处，是武汉枢纽最大的客运站，也是 华中地区较大的客运站之一。车站及配套工程建筑面积3 5 万平方米，主站 房建筑面积2 万多平方米，现有到发线l l 股道，4 个站台可同时停靠旅客列 武汉理工大学硕：e 研究生论文 车，候车室广厅面积1 5 6 5 平方米。第一、第二候车室面积各为1 4 5 2 平方米 第三候车室面积为7 1 7 平方米，售票厅面积为6 6 1 平方米。近年来，汉口站 客运量呈大幅上升趋势，旅客发送量每年增长2 0 ，2 0 0 1 年达到6 1 0 万人 次。 车站自开站以来，铁道部、郑州铁路局、武汉铁路分局都先后投入大量 资金用于改善车站的行车和客运设施，各种科学和现代化管理设备相继投入 使用，但整个车站的照明系统及灯具使用相对落后，与国家实施的“绿色照 明”工程相差甚远。目前车站候车室、售票厅、站台、行包房等处仍采用以 日光灯为主要灯具的淘汰型光源。另外照明系统的控制也较落后，一是分组 少，要开一起开，要关一起关：二是控制方式为全人工方式，这样在节约和 提高服务质量的双重要求下，显得极不适应。 现照明系统的基本情况如下： 1 用电功率大：四个站台及人行天桥采用钠灯和水银灯混合光源照明， 共有1 2 5 w 的灯具6 5 6 盏，总功率为8 2 0 0 0w 。五个候车室采用4 0 w 的日光灯 照明，共有灯具1 2 4 3 盏，总功率为4 9 7 2 0 撵。广厅和行包房采用1 2 5 w 的水 银灯或日光灯照明，共有灯具3 7 8 盏，总功率为4 7 2 5 0w 。售票厅和办公楼 采用4 0 w 日光灯、自炽灯混合照明，共有灯具4 1 0 盏，总功率为1 6 2 0 0w 。 全站合计照明用电功率达2 1 1 5 7k w 。 2 线路混乱：现车站的照明系统用电线路t e 较混乱，生产、生活用电 交织，照明、空调用电混乱不清，既不便控制，更不便计量。另外，功率余 量严重不足，必需进行线路改造。 3 计量困难：由于线路混乱，造成对各部门、各车问、各班组进行家 庭模拟式的计量考核困难和用电浪费。汉口站2 0 0 0 年的用电量达3 0 8 万度， 2 0 0 1 年的用电量达3 5 9 8 万度。其中灯具用电量约为总用电量的3 0 ，达 1 0 7 8 度。 4 维护费用高：车站的灯具、线路维护费用一直较高，主要是灯具寿命 短、更换频繁，既浪费了人力，也浪费了物力，更重要的是给车站提高服务 质量带来了消极影响。仅2 0 0 1 年，据初步统计，更换灯具9 1 0 0 多盏，灯具 的直接支出费用高达近3 0 万元。 因此，汉口车站迫切需要对现有的照明系统控制方式和照明灯具进行彻 7 武汉理工大学硕士研究生论文 底改造。以适应市场经济的要求；适应提高服务质量，降低成本的要求；适 应现代化管理的要求。 1 3 国内外绿色照明发展现状及趋势 1 3 1 国外绿色照明的发展 为了提高光效、降低能耗和改善环境，美国环保署于1 9 9 1 年首先提出 了“绿色照明设计”，其具体目标是：推广使用效率高、寿命长、安全和性 能稳定的电光源、照明电器配件以及调光控制件组成的照明系统，节约照明 用电，减少发电对环境的污染，提高人们的工作效率和生活质量。为此美国 先后提出了照明改造内容，制订了联邦节能法规和建筑节能标准等。日本和 欧洲等工业发达国家也相继出台了各自的绿色照明规划。根据国际照明委员 会( c i e ) t c 7 一0 3 技术委员会的报告，推广绿色照明工程以来，欧美1 6 个 发达国家的照明电耗变化情况如下 3 ： ( 1 ) 平均照明用电占总用电的比例( ) ： 1 9 6 0 年1 3 o ， 1 9 7 5 年1 3 8 ， 2 0 0 0 年1 1 0 ： ( 2 ) 平均照明能量效率( 1 m w ) 进步： 1 9 6 0 年2 6 ， 1 9 8 0 年4 8 ， 2 0 0 0 年6 5 ： ( 3 ) 人均用电总量( k w h ) ： 1 9 6 0 年2 0 0 0 ， 2 0 0 0 年1 0 0 0 0 ； ( 4 ) 人均照明用电量( k w h ) ： 1 9 6 0 年2 6 4 ， 2 0 0 0 年1 2 0 0 ： 可以看出，由于推广“绿色照明计划”，使得平均照明能效有了明显提 高，节能效率显著，生活质量得到很大改善。 1 3 2 我国绿色照明计划 3 武汉理工大学硕士研究生论文 我国从1 9 9 3 年开始启动“绿色照明工程”计划，并在北京、上海、广东、 山东等省市试点，经过几年来调研和试点，于1 9 9 6 年5 月由国家经贸委等 1 2 个部门组建了“中国绿色照明工程”办公室和专家组。这一工程已被列入 ”九五”期间重点节能计划，到2 0 0 0 年将达到照明节电2 0 ，即年节电3 0 0 亿k w h 的目的。实现这个目标既可节省1 5 0 0 万t 原煤，减少2 0 0 多万t 废 气及尘渣排放量。与此相配套国家举办了“节电照明产品质量检测培训 班”，颁布了“节电照明产品”国家标准，正在制定“建筑装修使用照明的 标准”等“1 。上海市从1 9 9 6 年开始启动绿色照明工程，己在不同场所新增或 改造照明设备，积极推广节能或高光效长寿命灯具，如全市近十万盏路灯中 已有八万多盏采用了节能高压钠灯；地铁、机场、大桥、码头以及相当一批 宾馆、百货商场、大型企业推广了节能型高压钠灯、紧凑型荧光灯和细管节 能日光灯，部分商场、宾馆更换了各类节能灯和高效金属卤化物灯和高压钠 灯等。通过以上措施取得了十分明显的节电效益。同时浦东被列为全国电力 改革的样板之一，新建的“中电大厦”已作为绿色照明工程的示范试点单 位，采用光效高、性能优异的电光源，预计每年的节电率为3 5 - - 5 0 ，不 到一年即可收回节电投资成本“1 。 1 3 3 我国铁路绿色照明应用和发展n 1 铁路是我国能源耗量较大行业之一，节能增效是一项重要工作。随着国 家节能法的出台，国务院绿色照明工程的深入实施，各个铁路局都咦把节能 作为“增节”的主要项目，照明节电是节能的重要一环。各种新型高效节 能灯具得到推广应用，如高压钠灯( n g ) 和金属卤化物灯( z j d ) 等高强度 气体放电灯；各种照明节电控制系统也随着节电研究的深入而出现，如齐齐 哈尔铁路局的z j k z a 型照明节电控制系统、黑龙江七台河煤矿地方铁路站 场的d s 一1 型铁路站场照明控制器、上海火车站照明控制系统等等；“铁路电 气照明照度标准”也在不断发展和提高：从1 9 5 7 年借鉴前苏联经验制订的 标准到1 9 6 0 年第一版正式的照度标准t b 4 9 4 6 0 ，再到t b 4 9 4 8 8 ，每一步都 是在不断完善提高。 。 1 4 本课题完成的工作 虽然铁路在照明节电工作中取得了长足的发展和显著的效果，但是因为 4 武汉理丁大学硕士研究生论文 铁路各单位覆盖全国，彼此所处地理位置不同导致照明需求不同，如日照时 间的长短、阴晴天气的多少等等，因此照明节电既不能只凭换用各种节能灯 具来实现，而且照明控制系统要实现多冗余度控制、通用性和多功能性。多 冗余度控制是指要实现控制逻辑的灵活性，既可以将时间作为控制参数，又 可以通过环境光照度来控制灯具的开停。通用性是指系统控制余量大、应用 范围广，只需少许改动甚至不改动就可以应用于任何一个工作环境当中。多 功能是指既具有照明控制功能，还应该具有监测、报警、记录、报表和数据 库管理等功能。 本方案在详细分析了国内外现有的照明控制系统的原理和工作状况的基 础上设计出了这样一个多冗余度通用型绿色照明系统。它采用分布式网络结 构，通用型的工业控制计算机和可编程序控制器作为上下位机，并在各工作 结点处加装各种光电传感器，由下位机读取现场工作状态反映给上位机，并 执行上位机发出的控制指令：上位机获取现场数据进行逻辑判断，发送控制、 报警指令，并建立相应的数据库，便于查询和存档，从而实现火车站照明控 制自动化管理。 武汉理工人学硕十研究生论文 第二章火车站绿色照明系统总体方案设计 2 1 常用照明专业术语 常用照明专业术语含义见表2 1 符 名称单位说明 号 光通量 中 流明 l m发光体每秒种所发出的光繁之总雨1 ，即光通量 n 光强i坎德拉c d发光体在特定方向单位立体角内所发射的光通量 照度 e勒克斯l m j m 2发光体照射在被照物体单位面积上的光通量 亮度 l 尼脱 c d ，m 2发光体在特定方向单位立体角单位面积内的光通量 电光源将l 乜能转化为光的能力，以发出的光通量除以 光效每瓦流明 l m w 耗电量来表示 平均寿命小时指一批灯泡至百分之五十的数量损坏时的小时数 在同时考虑灯泡的损坏以及光束输出衰减的状况下， 其综台光束输出减至一特定的小时数。 。 经济寿命 小时 此比例用于室外的光源为百分之七十，用于室内的光 源如日光灯则为百分之八十。 表2 1 常用照明专业术语含义 其它常用照明术语： 1 节能灯：指消耗较少的电能而达到较高的光照效果的照明产品，如荧光 灯、环型灯、直管型荧光灯、紧凑型荧光灯等。光通维特率一灯在规定的条件 下燃点，灯在寿命期问内一特定时间的光通量与该灯的初始光通量之比，以百 分数来表示。国标要求：2 0 0 0 h 不小于7 8 。 国外先进水平：2 0 0 0 h 不小于9 0 。 美国能源之星：4 0 额定寿命时不小于8 0 。 围内水平：注重质量的企业，并采用保护膜工艺，基本都能达到国标。 武汉理工大学硕士研究生论文 我司水平：根据规格的不同有一些差别，2 u 1 2 m m 管径9 w 、l 1 w 节能灯2 0 0 0 h 达到8 7 。 2 功率因数：交流电路中电压有效值与电流有效值的乘积为视在功率，而 有功功率只是其中的一部分。功率因数是灯管的有功功率与视在功率之比。功 率因数低，则电流中的谐波含量越高，对电网产生污染，破坏电网的平衡度， 无功损耗增加。 3 色变异：亦可称为同色异谱、条件等色或条件对色等，亦可简单定义为： 二色刺激在某参考光源下( 一般指模拟平均太阳光，d 6 5 ) 具有相同的色外 观( 即所谓对色) ，但是在某第二光源下( 如钨丝灯光，a ) 则二者呈现不同 的色外观( 即所谓不对色) 。这种现象称为色变异，而此二色刺激称为色变对 ( m e t a m e r ) 。在应用上，色变异对于色彩相关行业而言( 如印刷、纺织、油墨、 塑胶、彩电、照明、建筑、艺术等) ，在色彩品质管理上常造成很大的困扰，甚 至会遭致拒收、赔偿而提高生产成本之严重损失。因此，色变异性之评估乃是 色彩检测技术中重要的一环。 4 色容差：线光谱较强的气体放电灯发出光的颜色都可视为红、绿、蓝三种 单色光按定比例混合而成。为了评价颜色光的色度差异，引入了色度。坐 标的表示法，即为c i e 公布的色度图。对节能灯之间的色度差异，国家标准规 定色度容差在6 s d c m 以内为该灯色度合格，6 s d c m 以外为不合格。 5 反射率( r e f l e c t a n c eo r r e f l e c t i o nf a c t o r ) ：某表面的亮度取决于落于其上的 光量与该表面所能反射光线的能力；其所能反射的光的多寡与分布形式则取决 于该材料表面的性质以反射光与入射光的比值来表示，称为该栩料表面的反 射比或反射率( ) 。完美的黑色表面的反射比为0 ，亦即无论多少光落于其上 皆无亮度产生而全被吸收；反之，完美白色表面的反射比为1 ( 反射率1 0 0 ， 吸收率0 ) 。反射比的测量，首先，将照度计置于物体表面读出其表面照度值 e i ( i n c i d e n tl i g h t ) ，再将照度值置于其上5 - 8 c m ( 感光部分朝该表面且确定无阴 影遮挡) 。即可测出其所反射的照度值e r ( r e f l e c t e dl i g h t ) ，表面照度除反射照 度所得之商即为该材料表面的反射比。 6 显色性：光源对于物体颜色呈现的程度称为显色性，也就是颜色逼真的 程度，是通过与同色温的参考或基准光源( 白炽灯或画光) 下物体外观颜色的 比较。显色性高的光源对颜色的表现较好，我们所看到的颜色也就较接近自然 7 武汉理工大学硕士研究生论文 原色，显色性低的光源对颜色的表现较差，我们所看到的颜色偏差也较大。 7 色温：光源发射光的颜色与黑体在某一温度下辐射光色相同时，黑体的 温度称为该光源的色温。光源色温不同，光色也不同，色温在3 3 0 0 k 以下有稳 重的气氛，温暖的感觉：色温在3 0 0 0 5 0 0 0 k 为中问色温，有爽快的感觉：色 温在5 0 0 0 k 以上有冷的感觉。【7 】【8 】 2 2 绿色照明简述 所谓绿色照明是指：通过科学的灯光照明规范和设计，推广使用高效、长 寿、安全和性能稳定的电光源照明电器以及智能、准确的照明控制，达到提高 照明质量、增加照度水平的同时，减少照明用电( 节能) 和减少能源消耗，大 气污染( 环保) 的目的。 不论是开始在美国的提出的”绿色照明计划”，或者我国制订的绿色照明工 程实施方案，都有其明确的宗旨和目标，具有丰富的内涵。要实施我国的绿色照 明工程方案，达到预期的目标，必须要使照明工程的设计、科研、生产维护专业人 员，各行业、各地区、各企业事业单位的管理者，对绿色照明工程有比较全面的认 识和正确的理解，懂得它是一项综合性的系统工程，需要从多方面采取政策手段 和技术措施，才能凑效，对这个问题认识的简单化，或片面的理解，都是有害的。我 认为对以下儿个问题需要有正确的认识。 1 绿色照明工程要求人们不要简单她认为只是节能，而要从更高层次去认识， 提高到节约能源、保护环境的高度对待，这样意义更广泛，更深远电有的地区、有 的单位可能认为现在电力供应不那么紧张了，照明节电不那么重要了，这种简单 地理解，就是没有从环保的高度去认识节能，因为绿色照明工程提出的宗旨不只 是个经济效益问题，而更主要是着眼于资源的利用和环境保护的重大课题。通过 照明节电，从而减少发电量，即降低燃煤量( 目前我国7 0 以上的发电量还是依赖 燃煤获得) ，以减少s 0 2 ，c 0 2 以及氮氧化合物等有害气体的排放，对于世界面临环 境与发展的课题，都有深远的意义。 2 绿色照明工程要求照明节能，已经不完全是传统意义的节能这在我国“绿 色照明工程实施方案”中提出的宗旨已经有清楚的描述，就是要满足对照明质量 和视觉环境条件的更高要求，因此不能靠降低照明标准来实现节能，而是要充分 运用现代科技手段提高照明工程设计水平和方位，提高照明器材效率来实现。 武汉理工大学硕七研究生论文 3 实施绿色照明工程，不能简单地理解为提供高效节能照明器材，高效的器 材是重耍的物质基础，但是还应有正确合理的照明工程设计。设计是统管全局的， 对能否实施绿色照明要求起着决定作用；此外，运行维护管理也有不少忽视的作 用，没有这一因素，照明节能的实旅也不完整。 4 高效照明器材是照明节能的重要基础，但照明器材不只是光源，光源是首 要因素，已经为人们认识，但不是唯一的，灯具和电气附件( 如镇流器) 的效率，对于 照明节能的影响是不可忽视的，这点往往不为人们所注意，比如一台带漫射罩的 灯具，或一台带格栅的直管形荧光灯具，高效优质产品比低质产品的效率可以高 出5 0 以至1 0 0 ，足见其节能效果。 5 高效光源是照明节能的首要因素，必须重视推广应用高效光源。但是有人 把推广高效光源简单地理解为推广节能灯( 而这里的节能灯是专指紧凑型荧光 灯) ，这是很不全面的j 艮有害的，因为光源种类很多，有不少高效者应予推广。就能 量转换效率而言，有和紧凑型荧光灯光效相当的( 如直管荧光灯) ，有比其光效更 高的( 如高压钠灯，金属卤化物灯) ，这些高效光源各有其特点和优点，各有其适用 场所，决非简单地用一类节能光源能代替的。根据应用场所条件不同，至少有三类 高效光源应予推广使用。 第一类是以高压钠灯、金属卤化物灯为代表的高强度气体放电灯( h i d ) ，适用 于高大工业厂房、体育场馆、道路、广场、户外作业场所等。这类场所范围广 使用光源多( 按光源总功率计更为明显) ，节能效果最显著。 第二类是以直管荧光灯( 以t 8 型荧光灯为推广重点) 为主，适用于较低矮的 室内场所，如办公楼、教室、图书馆、商场，以及高度在4 5 m 以下的生产场所( 如 仪表、电子、纺织、卷烟等) 。 第三类是以紧凑型荧光灯( 包括”h ”型，”u ”型，”d ”型，环形等) 为主，替代白炽 灯，适用于家庭住宅、旅馆、餐厅、门厅、走廊等场所。 各种灯具的性能参数见表2 2 1 9 】 9 武汉理工大学硕士研究生论文 低压卤钨高压金属卤高压钠 光源种类白炽灯卤钨灯荧光灯 蜘汞灯化物灯灯 5 0 1 04 0 0 1 0 额定功率( w )1 0 5 0 02 5 0 2 0 0 0l o 7 05 - 1 0 07 0 1 0 0 0 00 0 光效( i ) 洲)7 1 6 51 9 5 2 l1 4 2 03 0 6 03 0 5 06 0 - 8 09 0 - 1 0 0 2 5 0 0 平均寿命( h )1 0 0 01 5 0 02 0 0 0 3 5 0 02 0 0 0 3 0 0 02 0 0 05 0 0 0 5 0 0 0 显色指数9 89 89 87 0 8 03 0 4 0 6 5 8 52 0 2 5 表2 2 各种灯具性能参数表 显然，第二类灯不能应用于第一类场所也不适宜在第二类场所推广应用，必 须清楚地认识以上三类光源都要积极推广，但第一、二类场所范围更大，节能潜力 更大，更有不可忽视的地位。有人只强调紧凑型荧光灯。把他夸大到不恰当的程 度，甚至做出十分错误的估量；提出按我国生产白炽灯的年产量，以百分之几十 替换为紧凑型荧光灯，再同白炽灯的耗电量作比较，竟然计算出年节电达3 0 0 亿、 5 0 0 亿、甚至7 0 0 亿千瓦小时的结论。这类似乎科学的计算，是在错误的假设基 础上做出的，这类谬误的结论将造成严重的误导，似乎只要多生产和应用紧凑型 荧光灯，就可以实现我国绿色照明工程制订的目标，这就把一项复杂的综合性系 统工程简单化，庸俗化了。 2 3 照明设计原则 照明设计应遵循以下几条原则 1 0 】： 1 在建筑照明中，人工照明与日光具有同等重要的意义。 2 同光可以通过人工照明加以补充。人工照明既可以补充日光的不足，还 可以制造完全有别于日光效果的气氛。 3 根据照明质量要求合理选择光源。白炽灯和卤钨灯用于对辉度、颜色、 质量以及调光性能有高度要求的情况，紧凑型荧光灯及高强放电光源则用于强 调节能及减少维修的场合。 4 电子变压器和电子镇流器使光源寿命得以提高，并可减少能源的消耗。 5 每一项照明工程都应有维修保养计划，如定期更换、淘汰或清洗照明器。 6 照明器的功能相当于门窗，是建筑不容忽视的一个组成部分。 1 0 武汉理工大学硕士研究生论文 7 评判照明器质量的重要因素，是其功能性和其能够达到的最大的视觉舒 适性以及其最佳照明效率的组合。 8 作为建筑结构中的一个细节，应十分谨慎地选用照明器。 9 在布置照明器时，应该同时考虑到功能性和建筑设计上地要求。 1 0 采光和照明设计是建筑构思地组成部分。 11 在设计工作环境的照明条件时，应着重考虑最佳地视觉舒适性。 1 2 环境的亮度感觉，可由墙面的立面照明或天花的间接照明来达到。 1 3 重点照明可引发人对某一点的兴趣，并帮助人在一个空间中体察环境。 1 4 为减少能源的消耗，应将工作区域的自然采光以及人工照明相结合。 1 5 根据不同的工作环境选一个相应的照明水平，在保证照明质量的同时 也考虑节能效果。 1 6 为制造不同的气氛及最好的照明效果，照明设计时应考虑照明控制系 统的使用。 1 7 即便在室内照明设计时，也应考虑到夜晚外部的照明效果。 1 8 一个建筑的设计结构可以通过优秀的照明设计得以最佳的体现 1 9 照明器和照明效果不仅仅是建筑设计的重要组成部分，还可以是公司 企业形象的塑造手段。 火车站绿色照明系统设计也应遵循上述原则，充分考虑旅客的视觉需求。 铁路站房各区域所应达到的光照度要求各不相同，现列出铁路站房的光照度标 准值如表2 3 照度标准值 类别参考平面及高度 低中高 普通候车室、母子候车室、售票室0 7 5 m 水平面 5 07 5l o o 贵宾室、软席候车室、售票厅、广擂室、调 度室、行车计划室、海关办公窒、公安验证0 7 5 m 水平面7 5 1 0 01 5 0 处、问讯处、补票处 进站大厅、行李托运和领取处、小什寄存处地面 5 07 51 0 0 有棚站台、进出站地道、站台通道地面 1 52 03 0 无棚站台、人行天桥、站前广场地面 1 01 5 2 0 表2 3 铁路站房的光肌度标准值 1 l 武汉理工大学硕七研究生论文 2 4 火车站绿色照明系统总体方案设计 2 4 1 照明灯具的选择” 由前所述可知在象汉口火车站这样的大型特大型客运站场，场所范围广，使 用光源多( 按光源总功率计更为明显) ，以高压钠灯、金属卤化物灯为代表的高 强度气体放电灯( h i d ) 节能效果最显著。虽然高压钠灯光效较金属卤化物灯更 高，寿命也更长，但是其显色指数比金属卤化物灯低很多，对颜色的表现较差 我们所看到的颜色与自然原色的颜色偏差也较大，影响照明质量，因此，通过 对各个性能参数的综合考虑，决定选择金属卤化物灯作为照明灯具。 2 4 2 照明的控制和保护 2 4 2 1 照明控制 照明灯具一般均根据照明的范围分成几组，分组控制，其控制方法可分 为人工操作和自动控制两种。 1 人工操作又分为就地操作和远距离操作。就地操作即操作电气柜内的开 关设备，5 0 年代和6 0 年代基本用胶盖开关( 开启式负荷开关) ，7 0 年代以后用 自动开关操作。远距离操作。则在电气柜中设交流接触器，在值班室中以按钮 或其他二次开关进行控制。 2 自动控制。站场照明是一种较大的用电负荷，为了排除人为的惰性和管 理因素的缺陷，达到节电的目的，从7 0 年代开始。逐步引进和研制了一些自动 控制的设备： ( 1 ) 光控：按照自然光的亮度是否达到照度标准值作为条件，用光电控制装 置进行照明控制； ( 2 ) 时钟控制：依据日出、日落的时间以时钟来控制照明灯具，即按照一定 的1 ：5 t 照时间长度计算出时钟脉冲个数通过单片机等工业计算机的时钟计数， 以是否达到预先设定好的脉冲个数为条件进行控制； ( 3 ) 微机控制：一年中太阳出落的时间是变化量，利用微机可以对不同的日 期自动调整，与日出日落同步地确定开闭照明灯具地时间，而且在不同经纬度 的地区可以调整其不同的时间；根据不同的工作需要选择使用光照度还是时间 为条件进行控制。 2 4 2 2 照明的保护及其他 1 过载和短路：5 0 年代和6 0 年代仅采用熔断器。7 0 年代采用空气自动开 1 2 武汉理工大学硕士研究生论文 关后，在各分组回路利用自动开关作过负荷和短路保护，各盏灯具上单独设熔 断器保护，以减少故障的影响面。 2 接地和防雷：为防止各种故障时对人身安全的威胁，照明装置均需设接 地装置。所有金属构架和电气设备外露可导电部分均应可靠接地；作为高耸构 筑物，利用金属塔身和钢筋混凝土支柱中的钢筋作引下线。接地装鼹和保护接 地用同一接地极，其接地电阻小于l o n 。 3 功率因数：在采用自炽灯时，照明负荷的功率因数1 0 是满足供用电要 求的；当采用气体放电灯后，其功率因数约为0 4 o 6 ，因此需要进行补偿， 可以采用配电室中集中补偿，也可单灯分散补偿。 2 4 3 照明系统硬件组成及原理 整个系统由计算机总控制台、站台控制器、候车室控制器、照明灯具、供 电线路、通讯线路等组成【i2 1 。其中：计算机采用研华超薄型工业控制计算机； 站台控制器和候车室控制器都采用p l c 作为下位机【l ”。系统结构如图2 1 所示： 图2 1 照明系统控制结构图 本系统采用分布式的树状网络拓扑结构【1 5 。父结点为工业控制计算机，负 责整个绿色照明系统的监视、检测和控制。子结点分为三部分：客车预报系统 子结点；照明控制器子结点：报警装置子结点。网络拓扑结构及指令流、数据 流流向如图2 2 所示： 武汉理工大学硕士研究生论文 父结点通过对各子结点的遍历查询【l ”，获取客车进出站信号、各站台候车 室等结点照明灯具的工作状态、电气参数等数据：经过工业控制计算机逻辑处 理后，输出控制指令和报警指令。 子结点通过串口总线( r s 2 3 2 r s 4 8 5 ) t t t 与父结点相连接，发送和接收数 据及指令。其中：客车预报系统子结点与父结点之间为单向通讯，子结点只管 发送客车到出站信号，父结点对于该子结点只管接收该信号；各照明控制器结 点与父结点之间为双向数据交换，子结点发送现场数据给父结点，父结点进行 逻辑处理后发送控制指令给各个照明控制器子结点：报警装置子结点与父结点 之间也是单向通讯，父结点只管在进行逻辑处理发现故障后发送报警信号给报 警装置子结点，子结点只管在收到报警指令后响应报警。 站台、候车室、人行天桥、行包膀等各结点控制器 数据流流向 指令流流向 幽2 2 网络拓扑结构图 2 4 4 控制系统软件组成及原理 控制系统软件分为上位机监控管理软件和下位机控制软件两个部分【1 8 】。其 中： 1 上位机监控管理软件负责：现场灯具状态以及客车进出站状态的显示； 初始参数的设定( 系统日期、时间、光照度界限、开停时间等) ；采集数据 的数据库管理( 用电量、停靠列车数、报警记录) ；查询下位机串口数据并读 取：进行逻辑判断并输出控制指令。 2 下位机控制软件负责：接收上位机发送的控制指令，进行指令分析， 1 4 武汉理工大学硕士研究生论文 并控制灯具的自动开关；读取现场各个传感器的数据以及客车进出站信息， 存储供上位机查询。 上位机监控管理软件通过串口的端口号及同一端口的不同站点号来区分各 个下位机发送的数据。 上位机监控原理图如图2 3 所示，其中客车预报系统直接采用铁路客运站 现有的成熟软件，只是在原有基础上增加了一个发送模块，将客车进出站信号 传给上位机；控制下位机采用l g 公司的p l c 编程软件k g l w i n ，实现接收 上位机指令，分析指令并输出控制信号，实现照明灯具的自动开启和关闭，并 图2 3 上位机监控原理图 读取传感器的数据，存储于特定的数据存储器中供上位机查询使用。上位机使 用北京亚控科技开发的工业组态软件一组态王6 0 1 作为编制计算机监控管理 软件的软件平台。采用模块化设计，每个模块分工明确，相互独立，各司其职 又彼此联系，可以灵活的增减功能和移植。模块包括：参数设置、组态控制、 h m i 、状态监视、数据分析及管理、错误报警等。 武汉理工大学硕十研究生论文 第三章火车站绿色照明系统的p l c 控制设计 3 1 概述 3 1 1 p l c 简介 p l c ( p r o g r a m m a b l el o g i c a lc o n t r o l l e r 可编程序控制器) 是计算机在工 业生产中应用的产品，是机电一体化技术具有代表性的体现“。 在生产设备中，有大量的开关量、数字量、脉冲量以及模拟量的控制装 置。例如：继电器的通断，电磁阀的开闭，电动机的启停，产品的计数、温 度、压力、流量的设定及控制等。在许多需要控制的场合又常有很强的时 序性，即先做什么，才能后做什么。这里面就有一些连锁和逻辑关系。 对于开关量、数字量的自动控制，在2 0 世纪早期，是用继电器和接触 器等分立电子元件组成的电器控制装置来实现的。这种控制方式简单经济， 但是继电器和接触器的可靠性较差，查找故障困难，且由于固定接线的通用 性和灵活性较差，故只适应动作较简单。控制规模较小的场合。 随着微电子技术和计算机技术的发展，微机技术被用到p l c 中，使得 p l c 成为具有计算机功能的工业控制装置，并在工业界得到越来越多的应 用。与已往的继电器和接触器相比，p l c 具有以下的特点f 2 0 】： ( 1 ) 功能齐全： p l c 的基本功能包括：开关量输入输出，模拟量输入输出，辅助继电器， 状态继电器，延时继电器，锁存继电器，主控继电器，定时器，计数器，移 位寄存器，鼓型控制器，跳转和强制i 0 。指令系统日趋丰富不仅具有逻辑 运算、算术运算等基本功能，而且能以双倍精度或浮点形式完成代数运算和 矩阵运算。 p l c 的扩展功能有通信联网、成组数据传送、p i d 闭环回路控制、排序 查表功能、中断控制及特殊功能函数运算等功能。 ( z ) 应用灵活 p l c 采用标准的积木硬件结构和模块化的软件设计，使其不仅可以适应 大小不同、功能繁复的控制要求，而且可以适应各种工艺流程变更较多的场 武汉理工大学硕士研究生论文 合。 p l c 的安装和现场接线简单，可以按积木方式扩充和删减其系统规模。 ( 3 ) 操作维修方便，稳定可靠 p l c 采用电气操作人员习惯的梯形图形式编程与功能助记符编程，使用 户能十分方便读懂程序和编写、修改程序。 p l c 具有完善的监视和诊断功能，其内部工作状态、通信状态、i o 点 状态和异常状态等均有醒目的显示。因此可以及时准确了解机器故障点，利 用替代模块或插件的办法迅速处理故障。 p l c 采用了屏蔽、滤波、隔离、联锁、w a t c h d o g 电路等积极有效的硬 件防范措旌，且其结构精巧，所以耐热、防潮、抗震等性能也很好，平均无 故障时间可达几万小时。 整体结构的p l c 采用了典型的计算机结构，主要由c p u 、r a m 、r o m 和专门设计的输入输出接口电路等组成，其原理如图3 1 所示【”1 。 e p r 0 8 存储器 a dd a 计算机 其他设备 输入接线端子输出接线端予 圈3 1 整体结构的p l c 结构原理图 模块式p l c 的系统硬件结构采用总线模块化结构，根据系统中各个组成 部分的功能不同，将它们制成具有统一独立标准总线的模块。其原理如图3 2 所示。 1 7 武汉理工大学硕士研究生论文 图3 2 模块化p l c 结构原理图 3 1 2p l c 控制原理 p l c 是整个火车站绿色照明系统中各个控制子结点的中心设备，它是上 位机与底层各执行元件之间的桥梁，作用极其重要。它实现了每个站台、候 车室等结点的控制相互独立起来成为一个局部的整体，并且通过对上位机控 制指令的分析和分离，实现每个结点照明灯路的分组控制。p l c 所实现的 控制继电器及读取传感器数据等功能对于上位机而言，均为透明的。不需干 预。与已往使用的完全由继电器来实现组合逻辑的控制装置相比，使用p l c 可方便的实现逻辑控制，功能强大、响应速度快、体积小、查找故障简单和 成本低廉等优点“。 p l c 控制系统是本系统主要的硬件结构，p l c 在整个火车站绿色照明 系统各个结点控制接线原理如图3 3 ( a 、b ) 所示。其中：每个结点的照 明灯具按六路分组控制，因此p l c 有六路输出，每个输出点对应一个中间继 电器，同时为了检测在p l c 有输出信号的时候，交流接触器工作是否正常， 因此，将交流接触器的一对常开触点对应一个p l c 的输入点，当需要某一路 照明灯具工作，即某个输出点有电信号输出，对应的中间继电器吸合时，如 果此时对应的交流接触器没有吸合，则说明p l c 外围的控制电路出现故障， 则输出报警信号，报警灯闪烁。自动手动选择的作用是通知p l c 屏蔽和开启 自动控制功能，当手动输入为真时，由电气柜的手动开关控制照明灯具，p l c 的控制部分不起作用，当自动输入为真时，则手动开关不起作用，由p l c 控制部分接管。自动手动互锁，如果同时有信号或者同时没有信号。则输出 报警，报警灯闪烁。通讯模块的接收指令通道与数据传输通道通过屏蔽双 墓坚堡三查堂堡主婴塞生堡苎 绞线分时复用同一个串口总线，接收来自上位机的控制指令，并响应上位机 ( b ) c 表示交流接触