一种基于PLC的路灯节能照明系统及其工作方法

一种基于plc的路灯节能照明系统及其工作方法
技术领域
1.本发明属于一种夜间路灯节能系统，特别基于plc的路灯节能照明系统及其工作方法。


背景技术：

2.随着我国基础设施建设的蓬勃发展，夜间行车道路建设遍及广大地区。在提出了改善人民生活质量的问题后，道路建设达到了高潮。如今，每条街道基本都配备了相应的夜间路灯，由于我国人口众多，人口分布密集，相应街道的覆盖率非常高，路灯的覆盖率也在不断提高。
3.随着路灯覆盖率增长，随之而来的路灯照明浪费情况日益严重。以宁波市为例，在2018年、2019年、2020年三年间用于照明的电费支出由最初的1200 万到三年后的2300万，几乎翻了一番。在大多数中小城市，午夜过后街道上几乎没有人，造成了“无人有灯”的现象。在北京、上海、广州等大城市，凌晨两点以后也会出现类似的现象。不仅行人稀少，车流量也相对较低。从这段时间到早上，路灯仍然提供高强度的照明效果，由此造成的能源浪费是非常大的。
4.在我国，城市公共照明一直占照明用电量的比重较高。按30％的份额计算，每年消耗约439亿千瓦时。平均0.65元/千瓦时，年支出285亿元，而且这个数字还在逐年增加。
5.能源资源浪费的问题主要是在交通稀少的夜间维持高强度照明造成的不必要的浪费。与高速公路基础设施的快速扩张相比，高速公路建设中的路灯照明建设也有待进一步发展。但是，在长期的高速公路建设中，我国在很大程度上忽视了公路建设中路灯的改进和发展，使道路建设无法从照明中受益。在新时代，这是资源浪费比较严重的问题。能源的浪费会在一定程度上影响城市现代化进程。解决夜间路灯造成的能源浪费将显得尤为重要。
6.经过检索，申请公开号cn110337163a一种节能路灯照明系统，涉及路灯控制的技术领域，其技术方案要点是：一种节能路灯照明系统，包括设置于路边的路灯，多个所述路灯按路段划分区域，单区域划分为多组路灯，所述路灯连接有节能照明系统，所述节能照明系统包括，感应器，设置于每组所述路灯行驶方向前，用于检测驶过的车辆，并发出启动信号；组控制器，与感应器信号连接，且连接一组路灯，当感应器被触发时，组控制器根据启动信号控制该组路灯通电；区域控制器，连接于组控制器，用于接收每个路段组控制器的监控信息；中央管理控制平台，连接于区域控制器，用于对路灯进行监控。本发明的节能路灯照明系统以最大限度的节约电能。
7.但是上述发明并没有考虑到在车辆高峰期的时候路灯的控制情况，在车辆高峰期频繁的进行路灯的亮灭控制会在一定程度上影响司机对路况的判断，有可能会引发交通事故。本发明基于这种情况将路灯控制与大数据采集进行结合，分析出路段的车流高峰期，并在plc上进行时间的采集，根据日期时间的判断在此期间将路灯节能模式关闭，使得路灯保持常亮。
8.cn206686396u，一种基于plc的节能路灯控制系统。它包括激光传感器、发射器、接收器、太阳能板、光控传感器、led灯、蓄电池及控制装置、接收器电路、三菱plc和发射器电路，路灯灯杆底部设置有蓄电池及控制装置，路灯灯杆顶部设置有太阳能板，太阳能板通过光控传感器与蓄电池及控制装置相连，蓄电池及控制装置还与发射器、接收器及led灯相连，路灯灯杆上设置有发射器、接收器、led灯及光控传感器，发射器通过接收器电路与三菱plc相连，三菱plc通过发射器电路与接收器相连，激光传感器成对设置在道路两侧且位于路灯的两侧。本实用新型系统硬件简单、编程得到简化，成本低、可靠性高。
9.上述发明没有考虑到在环境恶劣的情况下导致传感器失效的问题，如果碰到恶劣环境，传感器失效，导致路灯不能点亮，这样路灯就失去了照明效果，基于此问题，本发明采用了手动模式和自动模式的切换解决这个问题。如果碰到恶劣环境，传感器失去效果，路灯自动切换到手动模式，是路灯节能模式关闭，保持常亮的工作状态，这样就解决了恶劣环境下节能路灯失去照明效果的问题，降低交通事故的发生。


技术实现要素：

10.本发明旨在解决以上现有技术的问题。提出了一种基于plc的路灯节能照明系统及其工作方法。本发明的技术方案如下：
11.一种基于plc的路灯节能照明系统，其包括：压力传感器、红外线传感器、照明路灯、plc可编程逻辑控制器，其中地埋式压力传感器，用于实时检测到车辆的驶入情况，每个路灯上安装的红外线传感器检测车辆的驶出情况，传感器的信号转换为电信号输送给plc可编程逻辑控制器，plc可编程逻辑控制器利用电信号实现照明路灯的亮灭控制，达到最优的照明效果。
12.进一步的，所述plc可编程逻辑控制器采用西门子s7-200cpu226cn。
13.进一步的，在恶劣的环境下，当压力传感器和红外线传感器无法正常工作时，人工改变工作模式，使路灯始终处于工作状态。
14.进一步的，所述照明路灯的控制工作由plc可编程逻辑控制器实现，具体流程如下：
15.对于读取日期和时间，设置长导通触点并通过read_rtc读取当前时钟；
16.对于路灯的亮灭控制，当车辆从路灯通过时，传感器在常开点被导通；使用上升沿，add命令自动增加1，这意味着现在路灯之间有一辆车；当车辆不在路灯下方时，使用下降沿，sub命令自动减1，表示此时路灯之间没有车；通过设置加1减1，它间接代表了交通流量的信息；
17.其中，所有路灯都在手动紧急状态下开启；在自动状态下，如果不是在工作时间，即凌晨一点之前，将根据城市大数据分析，如果车辆较多，在此时间之前打开路灯；处于工作状态时，会关闭常亮动作。
18.进一步的，所述对于读取日期和时间，设置长导通触点并通过read_rtc读取当前时钟，具体包括：
19.读取7个字节，包括年、月、日、时、分、秒、00、星期几，保存起来，由于读取的日期不能比较，所以先将读取的信息转换为bcd的字，然后将其转换为可以比较的二进制字。
20.一种基于任一项所述系统的工作方法，其包括自动模式和手动模式，其中，
21.自动模式为：当压力传感器检测到车辆的输入信号时，将物理信号转换成电信号传输给plc，plc作为主控制器控制路灯；当车辆行驶在第一排公共照明区域时，安装在街道上的红外传感器检测出入口车辆信息，即前路灯的红外传感器记录车辆信息，并将其光脉冲转换为电信号，传递给plc，控制下一个路灯的点亮，下一个路灯的红外传感器会检测车辆信息，然后将光脉冲转换为电信号来控制下一个路灯的关闭，以此类推，直到车辆完全驶出路段；
22.手动模式：当压力传感器和红外传感器无法正常工作时，人工改变工作模式，使路灯始终处于工作状态。
23.本发明的优点及有益效果如下：
24.本发明创新的地方在于将路灯系统与大数据分析相结合，分析出路段的高峰期，并在plc上对日期时间进行采集对比，在车辆高峰期间，关闭路灯的节能模式，保持路灯常亮。第二个创新点在于考虑到恶劣环境下传感器失效进而导致路灯失去照明效果的问题，基于这个问题采用两种模式：手动模式和自动模式，在恶劣环境下采用手动模式，关闭路灯的节能模式，让路灯保持常亮，这样就会大大降低恶劣环境下路灯失去照明效果导致交通事故发生的概率。
附图说明
25.图1是本发明提供优选实施例系统原理示意框图；
26.图2为plc的硬件结构图；
27.图3为路灯节能系统的工作流程图；
28.图4为组态模拟画面。
具体实施方式
29.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、详细地描述。所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例。
30.本发明解决上述技术问题的技术方案是：
31.本发明的夜灯节能系统是一种具有实时可控性的夜间路灯节能系统。在单向行驶的一排路灯的起始位置有压力传感器，可以实时检测车辆。每个路灯上都安装了红外传感器，实时检测车辆，并利用这些信号来打开和关闭路灯，以获得最佳照明效果。大体来讲系统设计原理就是前排控制后排的亮，后排控制前排的灭。
32.一方面，本发明可以在周围环境允许的情况下，根据当天的太阳和日出实现早晚路灯的照明效果，而在夜间实现自身的照明效果。另一方面，如果环境条件不允许，可以将传感器的检测准确性切换到手动模式，以避免因系统错误而造成损失。这种设计依靠路灯之间的传感器信号来实现锁定效果，提供了夜间路灯实时可控的节能效果。
33.本发明在选择输入输出口的数量上，除了需要满足一定的输入输出口外，还需要满足一定的余量，选择西门子plc的具体型号为：s7-200cpu226cn。
34.如图1所示，一种基于plc的路灯节能照明系统，其特征在于，包括：压力传感器、红外线传感器、照明路灯、plc可编程逻辑控制器，其中压力传感器用于实时检测到车辆的驶入情况，每个路灯上安装的红外线传感器检测车辆的驶出情况，传感器的信号转换为电信
号输送给plc可编程逻辑控制器，plc可编程逻辑控制器利用电信号实现照明路灯的亮灭控制，达到最优的照明效果。
35.优选的，所述plc可编程逻辑控制器采用西门子s7-200cpu226cn。
36.优选的，在恶劣的环境下，当压力传感器和红外线传感器无法正常工作时，人工改变工作模式，使路灯始终处于工作状态。
37.优选的，所述照明路灯的控制工作由plc可编程逻辑控制器实现，具体流程如下：
38.对于读取日期和时间，设置长导通触点并通过read_rtc读取当前时钟；
39.对于路灯的亮灭控制，当车辆从路灯通过时，传感器在常开点被导通；使用上升沿，add命令自动增加1，这意味着现在路灯之间有一辆车；当车辆不在路灯下方时，使用下降沿，sub命令自动减1，表示此时路灯之间没有车；通过设置加1减1，它间接代表了交通流量的信息；
40.其中，所有路灯都在手动紧急状态下开启；在自动状态下，如果不是在工作时间，即凌晨一点之前，将根据城市大数据分析，如果车辆较多，在此时间之前打开路灯；处于工作状态时，会关闭常亮动作。
41.优选的，所述对于读取日期和时间，设置长导通触点并通过read_rtc读取当前时钟，具体包括：
42.读取7个字节，包括年、月、日、时、分、秒、00、星期几，保存起来，由于读取的日期不能比较，所以先将读取的信息转换为bcd的字，然后将其转换为可以比较的二进制字。
43.一种基于任一项所述系统的工作方法，其包括自动模式和手动模式，其中，
44.自动模式为：当压力传感器检测到车辆的输入信号时，将物理信号转换成电信号传输给plc，plc作为主控制器控制路灯；当车辆行驶在第一排公共照明区域时，安装在街道上的红外传感器检测出入口车辆信息，即前路灯的红外传感器记录车辆信息，并将其光脉冲转换为电信号，传递给plc，控制下一个路灯的点亮，下一个路灯的红外传感器会检测车辆信息，然后将光脉冲转换为电信号来控制下一个路灯的关闭，以此类推，直到车辆完全驶出路段；
45.手动模式：当压力传感器和红外传感器无法正常工作时，人工改变工作模式，使路灯始终处于工作状态。
46.本发明可以根据时间段进行节能控制，对路段的车辆经过情况进行大数据分析，例如，在凌晨一点之前经过车辆较多，此时路灯是一直处于全亮状态的；而一点之后车辆稀疏，此时路灯系统启动节能模式，通过传感器检测车辆的出驶情况，路灯相应进行亮灭控制。
47.本发明的自动模式：当压力传感器检测到车辆的输入信号时，将物理信号转换成电信号传输给plc，plc作为主控制器控制路灯。当车辆行驶在第一排公共照明区域时，安装在街道上的红外传感器检测出入口车辆信息，即前路灯的红外传感器记录车辆信息，并将其光脉冲转换为电信号，传递给plc，控制下一个路灯的点亮，下一个路灯的红外传感器会检测车辆信息，然后将光脉冲转换为电信号来控制下一个路灯的关闭。以此类推，直到车辆完全驶出路段。
48.手动模式：在恶劣的环境下，压力传感器和红外传感器无法正常工作，人工改变工作模式，使路灯始终处于工作状态。
49.路灯照明：根据季节和白天日出日落数据，可自动开启夜间前路灯工作状态。
50.路灯的工作由plc可编程逻辑控制器实现，具体流程如下：
51.对于读取日期和时间，设置长导通触点并通过read_rtc读取当前时钟。读取7个字节，包括年、月、日、时、分、秒、00、星期几，保存起来，由于读取的日期不能比较，所以先将读取的信息转换为bcd的字，然后将其转换为可以比较的二进制字。
52.对于路灯的亮灭控制，当车辆从路灯通过时，传感器在常开点被导通。我们使用上升沿，add命令自动增加1，这意味着现在路灯之间有一辆车。当车辆不在路灯下方时，我们使用下降沿，sub命令自动减1，表示此时路灯之间没有车。通过设置加1减1，它间接代表了交通流量的信息。
53.其中，所有路灯都在手动紧急状态下开启。在自动状态下，如果不是在工作时间，即凌晨一点之前，将根据城市大数据分析，如果车辆较多，在此时间之前打开路灯。当处于工作状态时，会关闭常亮动作。
54.还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、商品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、商品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个
……”
限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、商品或者设备中还存在另外的相同要素。
55.以上这些实施例应理解为仅用于说明本发明而不用于限制本发明的保护范围。在阅读了本发明的记载的内容之后，技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等效变化和修饰同样落入本发明权利要求所限定的范围。