據(jù)不完全統(tǒng)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(chǔ)設(shè)施的不斷完善,公路建設(shè)正向地質(zhì)環(huán)境條件更為惡劣的山區(qū)發(fā)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(shè)中不可或缺的重要組成部分。按照我國公路照明設(shè)計規(guī)范規(guī)定,長度大于100m 的公路隧道應(yīng)設(shè)置照明設(shè)施,且每延公里隧道照明負荷應(yīng)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(biāo)準(zhǔn)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(jīng)濟負擔(dān)。
另外,隧道照明中必須考慮某些特殊的視覺現(xiàn)象,為了對隧道照明進行優(yōu)化設(shè)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(nèi)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(xiàn)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(yīng)時間,然后才能看清隧道內(nèi)部的情況,這種現(xiàn)象稱為“適應(yīng)的滯后現(xiàn)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(xiàn)一個很亮的出口,對駕駛員會產(chǎn)生強烈的眩光,從而看不清路況,容易發(fā)生車禍。為此隧道照明通常分為入口照明,內(nèi)部照明和出口照明。其中對入口照明的要求更加嚴(yán)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(jù)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(jié)能降耗、保障安全是建設(shè)和運營單位迫切需要解決的技術(shù)難題。巨川電氣科技隧道單燈智能照明控制系統(tǒng)可以節(jié)省電量的損耗,同時改善隧道內(nèi)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(shè)計依據(jù)
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(jié)點數(shù)量龐大一般為數(shù)千盞甚至上萬盞;
• 管理區(qū)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(guān),需要高可靠性和穩(wěn)定性;
• 需要集中控制。
基于以上幾點,隧道的業(yè)主和設(shè)計、運營、養(yǎng)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(fā)展,人們對控制系統(tǒng)也產(chǎn)生了新的性能期望和要求:
• 能在電腦或電子設(shè)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(diào)光,達到消除白洞、黑洞效應(yīng)的目的,并且能夠節(jié)能降耗。
• 對道路燈具,按照燈具安裝區(qū)域的經(jīng)緯度,運算出天文時鐘,自動的在日落時開燈,日出時關(guān)燈。按需調(diào)光,達到節(jié)能降耗的目的。
• 能夠迅速、實時地掌握所有燈具的工作狀態(tài),對異常狀態(tài)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(tǒng)功能
隧道照明控制方案的實施,依賴于先進控制技術(shù)和控制方式的支撐。隧道照明系統(tǒng)配置了照明控制配電箱,能實現(xiàn)現(xiàn)場人工控制和自動控制,并且預(yù)留了遠程控制模塊,以實現(xiàn)對照明設(shè)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(guān)閉加強照明燈具;基本照明燈具則保持常亮。同時,白天根據(jù)洞外亮度情況對隧道加強照明燈具亮度適應(yīng)曲線進行動態(tài)調(diào)光控制,以達到安全、舒適、高效、經(jīng)濟的照明效果。該方式重點突出安全和節(jié)能控制的特點,體現(xiàn)綠色照明要求,追求“按需照明”的理想沒計目標(biāo)。隨著工業(yè)自動化水平的提高和照明光源的發(fā)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(yīng)用。具體功能如下:
?遠程控制與管理:通過CAN總線通信技術(shù)和網(wǎng)線實現(xiàn)隧道照明系統(tǒng)的遠程智能監(jiān)控與管理;
?隧道分段亮度調(diào)節(jié):出口段、入口段、隧道內(nèi)過渡段、隧道內(nèi)部等,分段設(shè)置,自動進行分段照明控制;
?多種控制方式:監(jiān)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(tǒng)管理維護更加方便;
?數(shù)據(jù)采集與檢測:隧道燈具及設(shè)備的電流、電壓、功率等數(shù)據(jù)檢測,終端在線、離線、故障狀態(tài)監(jiān)測、實現(xiàn)系統(tǒng)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(shè)備狀態(tài)異常等系統(tǒng)異常實時報警;
?綜合管理功能:數(shù)據(jù)報表、運行數(shù)據(jù)分析、可視化數(shù)據(jù)、景觀設(shè)備資產(chǎn)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(tǒng)
系統(tǒng)結(jié)構(gòu):
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(huán)境溫度 | -20℃-70℃ |
通訊方式 | CAN總線通訊方式,同時帶數(shù)據(jù)接口 |
安裝方式 | 面板開孔嵌入式/底板支架式 |
產(chǎn)品重量 | 416g |
面板開孔 | 158mm*94mm |
外形尺寸 | 162*100*45mm(長*寬*高) |
功能特點:
(一)接收和發(fā)送子網(wǎng)內(nèi)的所有單燈控制信號、數(shù)據(jù)記錄、報警處理等。它負責(zé)控制子網(wǎng)內(nèi)的單燈控制器運行,將系統(tǒng)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(tǒng)中心。集中控制器處于系統(tǒng)中心和單燈控制器的中間,向上通過TXD和RXD數(shù)據(jù)接口與網(wǎng)關(guān)通信,網(wǎng)關(guān)再與系統(tǒng)中心通信,向下則是通過 CAN總線通訊協(xié)議方式,同各個單燈控制器通信。
(二)可實現(xiàn)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(shù)據(jù)的采集;
(三)接收服務(wù)器下發(fā)的定時策略存儲在本地,上報服務(wù)器所要查詢的數(shù)據(jù);可
實現(xiàn)本地或者遠程的查詢與配置;同時可實現(xiàn)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(guān)
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(jīng)緯控制:自動計算當(dāng)?shù)厝粘鋈章鋾r間進行相應(yīng)的開關(guān)控制
⑤2路開關(guān)量采集(非法開門、紅外檢測、煙感貨接觸器狀態(tài)等)
主要參數(shù):
工作電壓 AC220V 50HZ
負載電流 5A
環(huán)境溫度 -20℃-70℃
通訊方式 CAN總線通訊方式,同時帶數(shù)據(jù)接口
安裝方式 面板開孔嵌入式/底板支架式
產(chǎn)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(nèi)部,實現(xiàn)對每盞燈具的開關(guān)控制,調(diào)光控制等功能。
工作電壓 | AC220V 50HZ |
負載功率 | 3KW |
環(huán)境溫度 | -40℃-85℃ |
回路輸出 | 1路 |
通訊方式 | CAN總線通訊方式 |
調(diào)光方式 | PWM/0-10V |
防水等級 | IP65 |
外形尺寸 | 155*68*40mm(長*寬*高) |
功能特點:
控制隧道燈具開關(guān)、亮度調(diào)節(jié)、電流采集、電壓采集、計算功率以及功率因數(shù)等。單燈控制器安裝在燈具內(nèi)部,滿足路燈企業(yè)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(shù)據(jù),即可根據(jù)洞外亮度的等級對LED隧道加強燈具輸出功率進行動態(tài)調(diào)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(shè)置好4個級別的調(diào)光功率,滿足不同天氣狀況的照明要求。
主要參數(shù)
工作電壓 AC220V 50HZ
負載功率 3KW
環(huán)境溫度 -40℃-85℃
回路輸出 1路
通訊方式 CAN總線通訊方式
調(diào)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(wǎng)關(guān)模塊( )
智能網(wǎng)關(guān)模塊是連接集中控制器與后臺軟件的轉(zhuǎn)換中心,以太網(wǎng)接入網(wǎng)線,設(shè)置好IP地址,電腦系統(tǒng)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(wǎng)可以接入Internet實現(xiàn)遠距離通信,布線簡單,一般采用網(wǎng)線的屏蔽線接口;支持多聯(lián)網(wǎng)通信,傳輸穩(wěn)定,速率高!
主要參數(shù):
工作電壓 DC12-24V 500mA
使用環(huán)境 -40℃-85℃
LAN以太網(wǎng) 10/100M bps
配置方式 網(wǎng)口
串口波特率 9600bps
網(wǎng)絡(luò)協(xié)議 TCP
外形尺寸 81*104*26mm(長*寬*高)
工作電壓 | DC12-24V 500mA |
使用環(huán)境 | -40℃-85℃ |
LAN以太網(wǎng) | 10/100M bps |
配置方式 | 網(wǎng)口 |
串口波特率 | 9600bps |
網(wǎng)絡(luò)協(xié)議 | TCP |
外形尺寸 | 81*104*26mm(長*寬*高) |
D.中繼器( )
當(dāng)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(wěn)定,保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆€(wěn)定性和高效性。
工作電壓 | DC12-24V 500mA |
使用環(huán)境 | -45℃-85℃ |
工作消耗 | <1W |
通訊接口 | CAN-BUS總線 |
數(shù)據(jù)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) |
功能特點:
提供4個CAN信號接口,實現(xiàn)獨立CAN網(wǎng)絡(luò)間數(shù)據(jù)交換;
過濾錯誤CAN信息,改變網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu);
延長網(wǎng)絡(luò)通訊距離,增加節(jié)點數(shù)量;
主要參數(shù):
工作電壓 DC12-24V 500mA
使用環(huán)境 -45℃-85℃
工作消耗 <1W
通訊接口 CAN-BUS總線
數(shù)據(jù)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(tǒng)軟件(計算機系統(tǒng)+軟件監(jiān)控平臺)
系統(tǒng)中心主要實現(xiàn)通過系統(tǒng)控制軟件對不同(集中管理器)下的單燈控制器進行遠程數(shù)據(jù)訪問和控制,包括參數(shù)配置,控制命令發(fā)送、現(xiàn)場燈具狀態(tài)收集等。能夠顯示路燈開關(guān)狀態(tài)信息,能夠遠程控制路燈的開關(guān)和調(diào)節(jié)路燈的亮度,可以實現(xiàn)時序調(diào)度事件、讀取數(shù)據(jù)記錄、監(jiān)視事件和報警應(yīng)答等操作,具體功能如下:
?遠程開關(guān):可對任意一盞、一路或自定義的一組路燈進行遠程開關(guān)控制;
?遠程調(diào)光:可對任意一盞、一路或自定義的一組路燈進行遠程調(diào)光控制;
?狀態(tài)查詢:可隨時查詢路燈的開關(guān)狀態(tài)、亮度、電流、電壓、功率等數(shù)據(jù)。
?自動巡檢:系統(tǒng)具有自動巡檢的功能,可代替人工巡檢。
?自動運行:系統(tǒng)可自動執(zhí)行設(shè)置好的照明策略,可實現(xiàn)定時開關(guān)燈、分時段調(diào)光等。
?情景照明:可自定義設(shè)置任意分區(qū)、分組、分時以及隔盞亮燈等情景照明模式
?故障報警:可實現(xiàn)故障報警、故障檢測
?數(shù)據(jù)報表:可按日、月、年統(tǒng)計用用電量、節(jié)能率等數(shù)據(jù),并生成相關(guān)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(shè)備管理:可管理單燈控制器、集中管理器等設(shè)備,包括錄入、修改、刪除、查詢等功能。
?分級權(quán)限:不同級別的用戶可設(shè)置不同的管理區(qū)域和操作權(quán)限
?地圖功能:系統(tǒng)集成GIS地理信息系統(tǒng),可在地圖上查看和管理任一盞路燈。
四.隧道單燈控制系統(tǒng)的實際應(yīng)用
1.節(jié)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(jié)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(jù)需要進行調(diào)控。那種用單純減小燈具設(shè)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(tǒng)運營一段時間后亮度就會低于規(guī)范要
求。到那時,除非增加燈具數(shù)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(diào)光這種方式是一種不錯的選擇,這種無級調(diào)光
方式是基于LED 光源基礎(chǔ)上實現(xiàn)的。它可使燈具亮度根據(jù)需要任意調(diào)整,隧
道內(nèi)需要多亮,照明燈具就提供多大的亮度,在滿足規(guī)范的前提下避免了過度
照明,最大限度地節(jié)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(tǒng)后即可實現(xiàn)基本照明和加強照明相結(jié)合
的控制模式,一套系統(tǒng)里面即可實現(xiàn)開關(guān)、調(diào)光、巡檢控制,可根據(jù)不同的環(huán)境
需求實現(xiàn)無極調(diào)光變換,達到管理方便、節(jié)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(jié)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(jù)洞外環(huán)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(biāo)準(zhǔn)對
洞內(nèi)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(guān)閉,深夜交通量較小時基本照明燈具可按50%調(diào)光。
照明自動控制由設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)負責(zé),巨川電氣科技 LED 照明調(diào)光系統(tǒng)預(yù)留了開放標(biāo)準(zhǔn)的CAN通信接口,可外接各種傳感器。洞外亮度監(jiān)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(nèi)基本照明的特點是工作時間長,需要24小時持續(xù)照明。根據(jù)這一特點,在設(shè)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(shè)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(nèi),當(dāng)燈具出現(xiàn)一定的光衰時,可通過控制系統(tǒng)相應(yīng)增加燈具的輸出功率,使隧道內(nèi)的基本照明強度始終都能滿足規(guī)范要求而又不會產(chǎn)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(guān)斷的時間以及燈具開啟后的亮度調(diào)節(jié)
均由隧道單燈控制系統(tǒng)裝置進行控制??刂葡到y(tǒng)根據(jù)檢測到的洞外亮度數(shù)據(jù),經(jīng)計算后去控制洞內(nèi)燈具的輸出功率。這種自動跟蹤洞外亮度,調(diào)節(jié)洞內(nèi)亮度的照明方式,有效避免了過度照明,實現(xiàn)了按需照明的目標(biāo),最大限度地節(jié)約了電能。
2.2.3應(yīng)急照明控制
隧道的應(yīng)急照明燈具又兼做基本照明燈具,均由 EPS 電源供電。當(dāng)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(tǒng)在市電斷電情況下應(yīng)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(fā)生。
3.LED調(diào)光控制的優(yōu)越性
隧道采用 LED 照明亮度單燈智能控制系統(tǒng)后,節(jié)能只是其優(yōu)越性的一個方面。由于節(jié)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(jié)能40%,比鈉燈照明節(jié)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(shù)
時間均在10%~60%的功率下工作;而基本照明的設(shè)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(cè)關(guān)燈所產(chǎn)
生的危及行車安全的斑馬效應(yīng)。
(4)系統(tǒng)設(shè)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(yīng)急照明;當(dāng)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(dāng)隧道未達到設(shè)計車流量時,可依據(jù)規(guī)范對洞內(nèi)照明強度進行相應(yīng)折減,
折減量可根據(jù)需要任意設(shè)定,以確保在滿足規(guī)范的前提下最大限度地節(jié)約電能,
避免過度照明,使系統(tǒng)真正實現(xiàn)了設(shè)計師們追求的按需照明的設(shè)計理念。
(6)與分級調(diào)光系統(tǒng)相比,該系統(tǒng)可節(jié)約相當(dāng)數(shù)量的電纜、控制箱及相應(yīng)電
氣的費用。
五.隧道單燈控制系統(tǒng)的優(yōu)點和節(jié)能效益
5.1優(yōu)點展示:
5.2 節(jié)能效益
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