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高速隧道單燈控制方案隧道照明節能改造

隧道照明控制管理系統

據不完全統計目前我國建成通車的公路隧道已超過2600延公里，且隨著交通基礎設施的不斷完善，公路建設正向地質環境條件更為惡劣的山區發展，公路隧道將進一步延伸。為了保障交通安全，隧道照明是公路建設中不可或缺的重要組成部分。按照我國公路照明設計規范規定，長度大于100m 的公路隧道應設置照明設施，且每延公里隧道照明負荷應不小于60kW,按每日平均開通10個小時計，平均年耗電量達21.6萬度（折合76噸標準煤），能耗巨大。再加上維護更新費用，以至于公路隧道照明成了困擾公路運營單位的沉重經濟負擔。
另外，隧道照明中必須考慮某些特殊的視覺現象，為了對隧道照明進行優化設計，就有必要先了解些基本的視覺問題。在白天，駕駛員進入隧道時會遇到如下視覺問題：剛進入隧道由于白天隧道外的亮度相對于隧道內的高很多，如果隧道足夠長，駕駛員看到的是黑乎乎的一個洞，這就是“黑洞”現象；如果隧道很短的話，在駕駛員面前就出一個“黑框”。進入隧道后由明亮的外部進入一個較暗的隧道，視覺會有一定的適應時間，然后才能看清隧道內部的情況，這種現象稱為“適應的滯后現象 ”。在隧道中間段，由于汽車排出的廢氣集聚，形成煙霧，汽車前照燈的光會被這些煙霧吸收和散射，形成光幕和降低前方障礙物與其背景（路面，墻面）之間的亮度對比度，影響障礙物的能見度，給視覺功能帶來不利影響。隧道出口處會出現一個很亮的出口，對駕駛員會產生強烈的眩光，從而看不清路況，容易發生車禍。為此隧道照明通常分為入口照明，內部照明和出口照明。其中對入口照明的要求更加嚴格，要求從與外界相仿的亮度逐漸降低。具體而言，白天隧道入口照明的亮度要根據隧道外的亮度，車速，入口處的視場和隧道的長度來確定的。
節能降耗、保障安全是建設和運營單位迫切需要解決的技術難題。巨川電氣科技隧道單燈智能照明控制系統可以節省電量的損耗，同時改善隧道內視覺享受，減輕駕駛員疲勞，有利于提高隧道通行能力保證交通安全。
2.設計依據
隧道和道路照明，尤其是高速公路隧道照明有如下顯著特點與要求：
•   燈具節點數量龐大一般為數千盞甚至上萬盞；
•   管理區域大，少則一公里，多則近百公里；
•   施工安裝和維護難度大，成本高；
•   照明與行車安全相關，需要高可靠性和穩定性；
•   需要集中控制。
基于以上幾點，隧道的業主和設計、運營、養護等單位都對照明提出了智能控制的需求。此外，伴隨著科技的進步和發展，人們對控制系統也產生了新的性能期望和要求：
•   能在電腦或電子設備上可視的、簡單、快捷地控制所有照明燈具
•   對隧道燈具，尤其是加強段照明的燈具實施按需調光，達到消除白洞、黑洞效應的目的，并且能夠節能降耗。
•   對道路燈具，按照燈具安裝區域的經緯度，運算出天文時鐘，自動的在日落時開燈，日出時關燈。按需調光，達到節能降耗的目的。
•   能夠迅速、實時地掌握所有燈具的工作狀態，對異常狀態及時報警，達到提高安全性，并且降低維護成本的目的。

二.系統功能
隧道照明控制方案的實施，依賴于先進控制技術和控制方式的支撐。隧道照明系統配置了照明控制配電箱，能實現現場人工控制和自動控制，并且預留了遠程控制模塊，以實現對照明設施的遠程控制。隧道照明燈具采用手動、遙控、時控三種控制方式進行控制，一般情況下采用遙控和時控方式，檢修時采用手動控制。通過時間控制模式，晚上關閉加強照明燈具；基本照明燈具則保持常亮。同時，白天根據洞外亮度情況對隧道加強照明燈具亮度適應曲線進行動態調光控制，以達到安全、舒適、高效、經濟的照明效果。該方式重點突出安全和節能控制的特點，體現綠色照明要求，追求“按需照明”的理想沒計目標。隨著工業自動化水平的提高和照明光源的發展及照明燈具的改善，智能控制方式將會得到更為廣泛的應用。具體功能如下：

?遠程控制與管理：通過CAN總線通信技術和網線實現隧道照明系統的遠程智能監控與管理；

?隧道分段亮度調節：出口段、入口段、隧道內過渡段、隧道內部等，分段設置，自動進行分段照明控制；

?多種控制方式：監控中心遠程手動/自動、本機手動/自動、外部強制控制等

五種控制方式，系統管理維護更加方便；

?數據采集與檢測：隧道燈具及設備的電流、電壓、功率等數據檢測，終端在線、離線、故障狀態監測、實現系統故障智能分析；

?多功能實時報警：燈具故障，終端故障、線纜故障、斷電、斷路、短路、異常開箱、線纜、設備狀態異常等系統異常實時報警；

?綜合管理功能：數據報表、運行數據分析、可視化數據、景觀設備資產管理等完善的綜合管理功能，管理運維更加智能化。

三.隧道單燈控制管理系統

系統結構:
A.隧道單燈管理器（）
隧道單燈控制器即：集中控制器，安裝在配電柜中，1臺可管理200盞以下的單燈控制器。

工作電壓	AC220V 50HZ
負載電流	5A
環境溫度	-20℃-70℃
通訊方式	CAN總線通訊方式，同時帶數據接口
安裝方式	面板開孔嵌入式/底板支架式
產品重量	416g
面板開孔	158mm*94mm
外形尺寸	16210045mm(長寬高)

功能特點：
(一)接收和發送子網內的所有單燈控制信號、數據記錄、報警處理等。它負責控制子網內的單燈控制器運行，將系統中心的命令下達給單燈控制器，將單燈控制器及線路信息反饋系統中心。集中控制器處于系統中心和單燈控制器的中間，向上通過TXD和RXD數據接口與網關通信，網關再與系統中心通信，向下則是通過 CAN總線通訊協議方式，同各個單燈控制器通信。
（二）可實現對三相電或者單相電的電流（三路）電壓（三路）、有功、無功、
功率因素、溫度等數據的采集；
（三）接收服務器下發的定時策略存儲在本地，上報服務器所要查詢的數據；可
實現本地或者遠程的查詢與配置；同時可實現策略的查詢、修改；也可進行手動
實時控制命令和查詢命令；
具體功能如下：
①實時控制：可實時控制每盞單燈開關
②本地控制：回路控制，支持本地操作
③定時控制：分段定時，星期選擇
④經緯控制：自動計算當地日出日落時間進行相應的開關控制
⑤2路開關量采集（非法開門、紅外檢測、煙感貨接觸器狀態等）
主要參數：
工作電壓   AC220V 50HZ
負載電流   5A
環境溫度   -20℃-70℃
通訊方式   CAN總線通訊方式，同時帶數據接口
安裝方式   面板開孔嵌入式/底板支架式
產品重量   416g
面板開孔   158mm*94mm
外形尺寸   162*100*45mm(長*寬*高)
B.隧道單燈控制器（）
安裝在燈具內部，實現對每盞燈具的開關控制，調光控制等功能。

工作電壓	AC220V 50HZ
負載功率	3KW
環境溫度	-40℃-85℃
回路輸出	1路
通訊方式	CAN總線通訊方式
調光方式	PWM/0-10V
防水等級	IP65
外形尺寸	1556840mm(長寬高)

功能特點：
控制隧道燈具開關、亮度調節、電流采集、電壓采集、計算功率以及功率因數等。單燈控制器安裝在燈具內部，滿足路燈企業和工程商的使用需求。洞外的亮度檢測儀通過CAN口與單燈控制器連接，入洞口的加強照明燈具開啟時，單燈控制器通過讀取隧道外亮度檢測儀的數據，即可根據洞外亮度的等級對LED隧道加強燈具輸出功率進行動態調光；另外，加強照明采用自動控制模式，可分為：晴天、云天、陰天、重陰天4級，單燈控制器可其他設置好4個級別的調光功率，滿足不同天氣狀況的照明要求。
主要參數
工作電壓   AC220V 50HZ
負載功率   3KW
環境溫度   -40℃-85℃
回路輸出   1路
通訊方式   CAN總線通訊方式
調光方式   PWM/0-10V
防水等級   IP65
外形尺寸   155*68*40mm(長*寬*高)
C.智能網關模塊（）
智能網關模塊是連接集中控制器與后臺軟件的轉換中心，以太網接入網線，設置好IP地址，電腦系統軟件即可遠程操作管理控制隧道單燈。

功能特點：
通過以太網可以接入Internet實現遠距離通信，布線簡單，一般采用網線的屏蔽線接口；支持多聯網通信，傳輸穩定，速率高！
主要參數：
工作電壓   DC12-24V 500mA
使用環境   -40℃-85℃
LAN以太網   10/100M bps
配置方式   網口
串口波特率   9600bps
網絡協議   TCP
外形尺寸   81*104*26mm(長*寬*高)

工作電壓	DC12-24V 500mA
使用環境	-40℃-85℃
LAN以太網	10/100M bps
配置方式	網口
串口波特率	9600bps
網絡協議	TCP
外形尺寸	8110426mm(長寬高)

D.中繼器（）
當CAN通訊線超出1200米，需增加一個中繼器，使得電腦遠程控制通訊信號更加穩定，保證數據傳輸的穩定性和高效性。

工作電壓	DC12-24V 500mA
使用環境	-45℃-85℃
工作消耗	<1W
通訊接口	CAN-BUS總線
數據吞吐量	3000fps
隔離保護	CAN端口具備2500VDC電氣隔壁
外形尺寸	6010227mm(長寬高)

功能特點：
提供4個CAN信號接口，實現獨立CAN網絡間數據交換；
過濾錯誤CAN信息，改變網絡拓撲結構；
延長網絡通訊距離，增加節點數量；
主要參數：
工作電壓   DC12-24V 500mA
使用環境   -45℃-85℃
工作消耗   <1W
通訊接口   CAN-BUS總線
數據吞吐量   3000fps
隔離保護   CAN端口具備2500VDC電氣隔壁
外形尺寸   60*102*27mm(長*寬*高)

E.系統軟件（計算機系統+軟件監控平臺）

系統中心主要實現通過系統控制軟件對不同（集中管理器）下的單燈控制器進行遠程數據訪問和控制，包括參數配置，控制命令發送、現場燈具狀態收集等。能夠顯示路燈開關狀態信息，能夠遠程控制路燈的開關和調節路燈的亮度，可以實現時序調度事件、讀取數據記錄、監視事件和報警應答等操作，具體功能如下：
?遠程開關：可對任意一盞、一路或自定義的一組路燈進行遠程開關控制；
?遠程調光：可對任意一盞、一路或自定義的一組路燈進行遠程調光控制；
?狀態查詢：可隨時查詢路燈的開關狀態、亮度、電流、電壓、功率等數據。
?自動巡檢：系統具有自動巡檢的功能，可代替人工巡檢。
?自動運行：系統可自動執行設置好的照明策略，可實現定時開關燈、分時段調光等。
?情景照明：可自定義設置任意分區、分組、分時以及隔盞亮燈等情景照明模式
?故障報警：可實現故障報警、故障檢測
?數據報表：可按日、月、年統計用用電量、節能率等數據，并生成相關報表
?歷史記錄：可保存操作歷史記錄，能追溯操作失誤問題
?設備管理：可管理單燈控制器、集中管理器等設備，包括錄入、修改、刪除、查詢等功能。
?分級權限：不同級別的用戶可設置不同的管理區域和操作權限
?地圖功能：系統集成GIS地理信息系統，可在地圖上查看和管理任一盞路燈。

四.隧道單燈控制系統的實際應用
1.節能方面
目前隧道照明的能耗有70%左右是浪費在過渡照明上。因此，隧道照明節能，
首先必須從減少過度照明著手。若要減少過度照明，就要求照明燈具的功率能
夠根據需要進行調控。那種用單純減小燈具設計功率以減少過度照明的方法是
不可取的。因為這種方法會使照明系統運營一段時間后亮度就會低于規范要
求。到那時，除非增加燈具數量，否則就只有采用降低行車速度或頻繁更換光
源的方法來解決了。采用無級調光這種方式是一種不錯的選擇，這種無級調光
方式是基于LED 光源基礎上實現的。它可使燈具亮度根據需要任意調整，隧
道內需要多亮，照明燈具就提供多大的亮度，在滿足規范的前提下避免了過度
照明，最大限度地節約了電能。

2.控制方式
采用巨川電氣科技智能隧道燈控制系統后即可實現基本照明和加強照明相結合
的控制模式，一套系統里面即可實現開關、調光、巡檢控制，可根據不同的環境
需求實現無極調光變換，達到管理方便、節省能源的功能。
考慮既要保證隧道的舒適度、亮度要求，又要充分節約能源、降低運行費用，
隧道照明采用照明自動化控制、就地控制和遙控。根據洞外環境亮度、交通量的
變化，按白天（晴朗）、傍晚（多云）、陰雨天、重陰、夜間、深夜六級標準對
洞內照度進行控制。晴朗的白天基本照明和加強照明燈具全部開啟，傍晚或多云
天氣加強照明燈減半，陰雨天加強照明燈開啟1/4，重陰天加強照明燈開啟1/8,
夜間加強照明燈全部關閉，深夜交通量較小時基本照明燈具可按50%調光。
照明自動控制由設備監控系統負責，巨川電氣科技 LED 照明調光系統預留了開放標準的CAN通信接口，可外接各種傳感器。洞外亮度監測裝置將檢測到的隧道洞外亮度信號傳送至控制裝置上，再由其換算后輸出0～10V 直流模擬信號去控制 LED 燈具的輸出功率，從而達到控制被照場所亮度的目的。

2.2.1基本照明控制
隧道內基本照明的特點是工作時間長，需要24小時持續照明。根據這一特點，在設計基本照明亮度時考慮了足夠的冗余量。但在使用時，我們并不需要將設計冗余全部用上，即滿功率工作；而是需要多少功率就提供多少功率。在未來若干年內，當燈具出現一定的光衰時，可通過控制系統相應增加燈具的輸出功率，使隧道內的基本照明強度始終都能滿足規范要求而又不會產生過度照明。
2.2.2加強照明控制
隧道加強照明燈具早晨開啟和晚上關斷的時間以及燈具開啟后的亮度調節
均由隧道單燈控制系統裝置進行控制。控制系統根據檢測到的洞外亮度數據，經計算后去控制洞內燈具的輸出功率。這種自動跟蹤洞外亮度，調節洞內亮度的照明方式，有效避免了過度照明，實現了按需照明的目標，最大限度地節約了電能。
2.2.3應急照明控制
隧道的應急照明燈具又兼做基本照明燈具，均由 EPS 電源供電。當市電斷電時，控制裝置瞬間將基本照明燈具的功率同步控制到額定功率的15%左右。這使得系統在市電斷電情況下應急照明的配光特性與原先的基本照明相同，最大限度地避免了交通事故的發生。
3.LED調光控制的優越性
隧道采用 LED 照明亮度單燈智能控制系統后，節能只是其優越性的一個方面。由于節能，它的工作溫度絕大部分時間都處在一個較低的水平。而工作溫度的降低，又會衍生出其他的效益：
(1)亮度無級控制，比分級控制的同類燈具更節能40%，比鈉燈照明節能70%～90%
(2)由于一年中只有夏天的中午，加強照明燈具才接近滿功率工作，大多數
時間均在10%～60%的功率下工作;而基本照明的設計冗余留到遠期再用，近期的工作功率也低于燈具的額定功率。這使得燈具和電源的長期工作溫度非常低，不僅可大幅減小 LED 的光衰，還延長了 LED 和電源的壽命。
(3)下半夜功率可同步減半，燈具配光特性保持不變，避免了單側關燈所產
生的危及行車安全的斑馬效應。
(4)系統設計簡單，只須2個回路，即一個基本照明回路和一個加強照明回路。
基本照明又兼應急照明;當市電斷電時，所有基本照明的功率均降至額定功率的
10%，從而確保了照度的均勻性。
(5)當隧道未達到設計車流量時，可依據規范對洞內照明強度進行相應折減，
折減量可根據需要任意設定，以確保在滿足規范的前提下最大限度地節約電能，
避免過度照明，使系統真正實現了設計師們追求的按需照明的設計理念。
(6)與分級調光系統相比，該系統可節約相當數量的電纜、控制箱及相應電
氣的費用。

五.隧道單燈控制系統的優點和節能效益
5.1優點展示：