溶洞照明中金屬鹵化物燈的控制方法

　　關(guān)鍵詞：溶洞照明 燈光控制系統(tǒng) 金屬鹵化物燈 PLC 

 

　　金屬鹵化物燈是一種高強(qiáng)度氣體放電燈，它具有全波長(zhǎng)光譜、光色好、發(fā)光效率高等特點(diǎn)，可制成綠、蘭、紫、紅、白等各種顏色，功率有70W、175W、250W、400W、1000W、2000W等，被大量地應(yīng)用于溶洞照明中。金屬鹵化物燈有一個(gè)較長(zhǎng)時(shí)間的啟動(dòng)過(guò)程，在這個(gè)過(guò)程中燈的各個(gè)參數(shù)均發(fā)生變化。從啟動(dòng)到光電參數(shù)基本穩(wěn)定一般需 4～8分鐘。金屬鹵化物燈在關(guān)閉或熄滅后，須等待約 5～10分鐘才能再次啟動(dòng)點(diǎn)亮，這是由于燈工作溫度很高，放電管壓氣很高，導(dǎo)致啟動(dòng)電壓升高，只有待燈冷卻到一定程度后才能再啟動(dòng)[1]。金屬鹵化物燈的這種啟動(dòng)和再啟動(dòng)特性給溶洞照明的燈光控制系統(tǒng)提出了很高的要求。很多溶洞照明的燈光控制系統(tǒng)因不能解決對(duì)金屬鹵化物燈的控制問(wèn)題不得不讓金屬鹵化物燈處于常亮狀態(tài)，使得溶洞照明的運(yùn)行成本大為提高。用可編程序控制器（PLC）組成溶洞照明的燈光控制系統(tǒng)，可以較好地解決溶洞照明中金屬鹵化物燈的控制問(wèn)題。

 

　　溶洞照明分為兩部分：一部分為景觀照明，用于景觀照明的燈光稱之為景燈；另一部分為游覽道照明，用于游覽道照明的燈光稱之為路燈。溶洞照明的燈光控制方式取決于溶洞游覽方式，目前溶洞游覽方式多采用沿游覽道順序游覽方式，即進(jìn)洞---游覽過(guò)程開(kāi)始，沿游覽道欣賞景觀，出洞---游覽過(guò)程結(jié)束。因此，從控制原理上看，溶洞照明的燈光控制系統(tǒng)是典型的順序控制系統(tǒng)。在控制方式上，當(dāng)游客到達(dá)一個(gè)景點(diǎn)時(shí)，導(dǎo)游通過(guò)控制開(kāi)關(guān)（磁控或光控）將該景點(diǎn)的燈光開(kāi)啟，供游客欣賞洞內(nèi)景觀，游客欣賞完畢后，導(dǎo)游將通往下一個(gè)景點(diǎn)的路燈開(kāi)啟，同時(shí)或延時(shí)關(guān)閉該景點(diǎn)的燈光，之后導(dǎo)游又執(zhí)行開(kāi)景燈關(guān)路燈的操作，直到游覽過(guò)程結(jié)束。

 

　　旅游溶洞游覽線路少則幾百米、多則上千米，須用多臺(tái) PLC 對(duì)溶洞燈光進(jìn)行集中控制，每臺(tái)PLC控制幾段路燈和幾個(gè)景點(diǎn)的景燈，數(shù)量視具體情況而定。選用 OMRON 公司生產(chǎn)的 CPM1A小型機(jī)，既滿足控制要求又符合經(jīng)濟(jì)原則[2]。為了方便靈活地控制整個(gè)溶洞的燈光，洞內(nèi)各 PLC 須組成網(wǎng)絡(luò)，目的是便于PLC間實(shí)行通信，實(shí)現(xiàn)PLC間命令的發(fā)送和接收。即每臺(tái)PLC的輸出點(diǎn) 01001—COM 、輸入點(diǎn)00001—24V分別與下臺(tái)PLC的輸入點(diǎn)00000—24V 、輸出點(diǎn)01000—COM 通過(guò)雙絞屏蔽電纜直接相連。

 

　　根據(jù)金屬鹵化物燈的啟動(dòng)和再啟動(dòng)特性，將每個(gè)景點(diǎn)的金屬鹵化物燈從其他光源中分離出來(lái)，給每個(gè)景點(diǎn)的金屬鹵化物燈分配一個(gè)單獨(dú)的PLC輸出點(diǎn)，對(duì)金屬鹵化物燈進(jìn)行獨(dú)立控制，保證游客在到達(dá)某一景點(diǎn)之前4～8分鐘將該景點(diǎn)的金屬鹵化物燈開(kāi)啟。這樣，當(dāng)開(kāi)啟景燈或路燈的同時(shí)就可以將下一個(gè)景點(diǎn)或下面幾個(gè)景點(diǎn)的金屬鹵化物燈提前開(kāi)啟點(diǎn)亮，并發(fā)出一個(gè)控制命令，禁止下一個(gè)景點(diǎn)或下面幾個(gè)景點(diǎn)的金屬鹵化物燈關(guān)閉，表明有游客即將到達(dá)下面的景點(diǎn)。只有當(dāng)上一個(gè)景點(diǎn)或上幾個(gè)景點(diǎn)沒(méi)有游客且當(dāng)前景點(diǎn)的金屬鹵化物燈從熄滅到再次啟動(dòng)的時(shí)間間隔大于4～8分鐘才可以將當(dāng)前景點(diǎn)的金屬鹵化物燈關(guān)閉，這是為了給金屬鹵化物燈熄滅后有充分的冷卻時(shí)間，便于金屬鹵化物燈的再次可靠啟動(dòng)點(diǎn)亮。否則，當(dāng)前景點(diǎn)的金屬鹵化物燈就一直保持常亮狀態(tài)，直到關(guān)閉的條件滿足時(shí)才關(guān)閉。

 

　　要用軟件實(shí)現(xiàn)上述控制方法，必須首先明確景點(diǎn)有人和無(wú)人的表示方式，可以用分配給景點(diǎn)的PLC輸出點(diǎn)相對(duì)應(yīng)的輸出線圈的上升沿和下降沿來(lái)表達(dá)，輸出線圈閉合產(chǎn)生上升沿則接觸器吸合，景燈點(diǎn)亮表示該景點(diǎn)有人；輸出線圈斷開(kāi)產(chǎn)生下降沿則接觸器斷開(kāi)，景燈熄滅表示該景點(diǎn)無(wú)人。在確定了用輸出線圈上升沿和下降沿來(lái)表示景點(diǎn)有人和無(wú)人后，還必須使控制命令在PLC間可靠的傳遞。實(shí)現(xiàn)金屬鹵化物燈控制的命令有三個(gè)：金屬鹵化物燈提前開(kāi)，金屬鹵化物燈禁止關(guān)和金屬鹵化物燈允許關(guān)。金屬鹵化物燈提前開(kāi)命令表示提前開(kāi)啟下一個(gè)景點(diǎn)的金屬鹵化物燈；金屬鹵化物燈禁止關(guān)命令表示有人從上一個(gè)景點(diǎn)來(lái)到當(dāng)前景點(diǎn)，當(dāng)前景點(diǎn)金屬鹵化物燈禁止關(guān)閉；金屬鹵化物燈允許關(guān)表示上一個(gè)景點(diǎn)或上幾個(gè)景點(diǎn)無(wú)人，當(dāng)前景點(diǎn)金屬鹵化物燈可以關(guān)閉。這三個(gè)命令在PLC間的傳遞采用時(shí)間檢測(cè)技術(shù)，用不同的時(shí)間間隔代表不同的命令，如用0.6秒時(shí)間代表金屬鹵化物燈提前開(kāi)命令，0.4秒時(shí)間代表金屬鹵化物燈禁止關(guān)命令，0.2秒時(shí)間代表金屬鹵化物燈允許關(guān)命令。通過(guò)PLC的輸出點(diǎn)01001-COM閉合不同的時(shí)間由下一臺(tái)PLC的輸入點(diǎn)00000-24V檢測(cè)出相應(yīng)的時(shí)間，從而將控制命令從一臺(tái)PLC傳遞給下一臺(tái)PLC，實(shí)現(xiàn)金屬鹵化物燈的開(kāi)啟和關(guān)閉。通信程序語(yǔ)句表如下：

 

命令發(fā)送程序語(yǔ)句表：

LD 00002

OR 20000

ANDNOT TIM000

OUT 20000

LD 20000

TIMH(15)000 #0060

LD 01002

DIFU(13) 20003

DIFD(14) 20004

LD 20003

OR 20001

ANDNOT TIM001

OUT 20001

LD 20001

TIMH(15)001 #40

LD 20004

OR 20002

ANDNOT TIM002

OUT 20002

LD 20002

TIMH(15)002 #20

LD 20000

OR 20001

OR 20002

OUT 01001

其中：輸入繼電器00002分配給景點(diǎn)控制開(kāi)關(guān)，輸出繼電器01002分配給景點(diǎn)景燈，中間繼電器20000表示金屬鹵化物燈提前開(kāi)命令，20001表示金屬鹵化物燈禁止關(guān)命令，20002表示金屬鹵化物燈允許關(guān)命令。

命令接收程序語(yǔ)句表：

LD 00000

DIFD(14) 20010

LD 20010

MOV(21) TIM127 DM0000

LD 20010

CMP(20) DM0000 #170

AND 25505

OUT 20301

LD 20010

ANDNOT 20301

CMP(20) DM0000 #150

AND 25505

OUT 20302

LD 20010

ANDNOT 20301

ANDNOT 20302

CMP(20) DM0000 #130

AND 25505

OUT 20303

LD 00000

TIMH(15)127 #200

 

其中：中間繼電器20301表示金屬鹵化物燈允許關(guān)命令，20302表示金屬鹵化物燈禁止關(guān)命令，20302表示金屬鹵化物燈提前開(kāi)命令。