隧道照明控制管理系統(tǒng) 解決方案

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隧道照明控制管理系統(tǒng)
解決方案

現(xiàn)狀

據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)目前我國(guó)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(jìn)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(guó)公路照明設(shè)計(jì)規(guī)范規(guī)定，長(zhǎng)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(fù)荷應(yīng)不小于60kW,按每日平均開通10個(gè)小時(shí)計(jì)，平均年耗電量達(dá)21.6萬(wàn)度（折合76噸標(biāo)準(zhǔn)煤），能耗巨大。再加上維護(hù)更新費(fèi)用，以至于公路隧道照明成了困擾公路運(yùn)營(yíng)單位的沉重經(jīng)濟(jì)負(fù)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(duì)隧道照明進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，就有必要先了解些基本的視覺問題。在白天，駕駛員進(jìn)入隧道時(shí)會(huì)遇到如下視覺問題：剛進(jìn)入隧道由于白天隧道外的亮度相對(duì)于隧道內(nèi)的高很多，如果隧道足夠長(zhǎng)，駕駛員看到的是黑乎乎的一個(gè)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(gè)“黑框”。進(jìn)入隧道后由明亮的外部進(jìn)入一個(gè)較暗的隧道，視覺會(huì)有一定的適應(yīng)時(shí)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(huì)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(duì)比度，影響障礙物的能見度，給視覺功能帶來(lái)不利影響。隧道出口處會(huì)出現(xiàn)一個(gè)很亮的出口，對(duì)駕駛員會(huì)產(chǎn)生強(qiáng)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(duì)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(chǎng)和隧道的長(zhǎng)度來(lái)確定的。
節(jié)能降耗、保障安全是建設(shè)和運(yùn)營(yíng)單位迫切需要解決的技術(shù)難題。浙江巨川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(shí)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(jì)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(diǎn)與要求：

燈具節(jié)點(diǎn)數(shù)量龐大一般為數(shù)千盞甚至上萬(wàn)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(hù)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(diǎn)，隧道的業(yè)主和設(shè)計(jì)、運(yùn)營(yíng)、養(yǎng)護(hù)等單位都對(duì)照明提出了智能控制的需求。此外，伴隨著科技的進(jìn)步和發(fā)展，人們對(duì)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(jiǎn)單、快捷地控制所有照明燈具
對(duì)隧道燈具，尤其是加強(qiáng)段照明的燈具實(shí)施按需調(diào)光，達(dá)到消除白洞、黑洞效應(yīng)的目的，并且能夠節(jié)能降耗。
對(duì)道路燈具，按照燈具安裝區(qū)域的經(jīng)緯度，運(yùn)算出天文時(shí)鐘，自動(dòng)的在日落時(shí)開燈，日出時(shí)關(guān)燈。按需調(diào)光，達(dá)到節(jié)能降耗的目的。
能夠迅速、實(shí)時(shí)地掌握所有燈具的工作狀態(tài)，對(duì)異常狀態(tài)及時(shí)報(bào)警，達(dá)到提高安全性，并且降低維護(hù)成本的目的。

二.系統(tǒng)功能
浙江巨川電氣科技有限公司隧道照明控制系統(tǒng)方案的實(shí)施，依賴于先進(jìn)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(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)人工控制和自動(dòng)控制，并且預(yù)留了遠(yuǎn)程控制模塊，以實(shí)現(xiàn)對(duì)照明設(shè)施的遠(yuǎn)程控制。隧道照明燈具采用手動(dòng)、遙控、時(shí)控三種控制方式進(jìn)行控制，一般情況下采用遙控和時(shí)控方式，檢修時(shí)采用手動(dòng)控制。通過時(shí)間控制模式，晚上關(guān)閉加強(qiáng)照明燈具；基本照明燈具則保持常亮。同時(shí)，白天根據(jù)洞外亮度情況對(duì)隧道加強(qiáng)照明燈具亮度適應(yīng)曲線進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)光控制，以達(dá)到安全、舒適、高效、經(jīng)濟(jì)的照明效果。該方式重點(diǎn)突出安全和節(jié)能控制的特點(diǎn)，體現(xiàn)綠色照明要求，追求“按需照明”的理想沒計(jì)目標(biāo)。隨著工業(yè)自動(dòng)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(huì)得到更為廣泛的應(yīng)用。
隧道照明控制系統(tǒng)具體功能如下：
?遠(yuǎn)程控制與管理：通過CAN總線通信技術(shù)和網(wǎng)線實(shí)現(xiàn)隧道照明系統(tǒng)的遠(yuǎn)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(dòng)進(jìn)行分段照明控制；
?多種控制方式：監(jiān)控中心遠(yuǎn)程手動(dòng)/自動(dòng)、本機(jī)手動(dòng)/自動(dòng)、外部強(qiáng)制控制等五種控制方式，系統(tǒng)管理維護(hù)更加方便；
?數(shù)據(jù)采集與檢測(cè)：隧道燈具及設(shè)備的電流、電壓、功率等數(shù)據(jù)檢測(cè)，終端在
線、離線、故障狀態(tài)監(jiān)測(cè)、實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)故障智能分析；
?多功能實(shí)時(shí)報(bào)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(shí)時(shí)報(bào)警；
?綜合管理功能：數(shù)據(jù)報(bào)表、運(yùn)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(yùn)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（JCT-LD）
隧道單燈控制器即：集中控制器，安裝在配電柜中，1臺(tái)可管理200盞以下的單燈控制器。

功能特點(diǎn)：
(一)接收和發(fā)送子網(wǎng)內(nèi)的所有單燈控制信號(hào)、數(shù)據(jù)記錄、報(bào)警處理等。它負(fù)責(zé)控制子網(wǎng)內(nèi)的單燈控制器運(yùn)行，將系統(tǒng)中心的命令下達(dá)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(gè)單燈控制器通信。
（二）可實(shí)現(xiàn)對(duì)三相電或者單相電的電流（三路）電壓（三路）、有功、無(wú)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(shí)策略存儲(chǔ)在本地，上報(bào)服務(wù)器所要查詢的數(shù)據(jù)；可
實(shí)現(xiàn)本地或者遠(yuǎn)程的查詢與配置；同時(shí)可實(shí)現(xiàn)策略的查詢、修改；也可進(jìn)行手動(dòng)
實(shí)時(shí)控制命令和查詢命令；
具體功能如下：
①實(shí)時(shí)控制：可實(shí)時(shí)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(shí)控制：分段定時(shí)，星期選擇
④經(jīng)緯控制：自動(dòng)計(jì)算當(dāng)?shù)厝粘鋈章鋾r(shí)間進(jìn)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(cè)、煙感貨接觸器狀態(tài)等）
主要參數(shù)：

工作電壓	AC220V 50HZ
負(fù)載電流	5A
環(huán)境溫度	-20℃-70℃
通訊方式	CAN總線通訊方式，同時(shí)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	16210045mm(長(zhǎng)寬高)

B.隧道單燈控制器（JCT-LK）
安裝在燈具內(nèi)部，實(shí)現(xiàn)對(duì)每盞燈具的開關(guān)控制，調(diào)光控制等功能。

功能特點(diǎn)：
控制隧道燈具開關(guān)、亮度調(diào)節(jié)、電流采集、電壓采集、計(jì)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(cè)儀通過CAN口與單燈控制器連接，入洞口的加強(qiáng)照明燈具開啟時(shí)，單燈控制器通過讀取隧道外亮度檢測(cè)儀的數(shù)據(jù)，即可根據(jù)洞外亮度的等級(jí)對(duì)LED隧道加強(qiáng)燈具輸出功率進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)光；另外，加強(qiáng)照明采用自動(dòng)控制模式，可分為：晴天、云天、陰天、重陰天4級(jí)，單燈控制器可其他設(shè)置好4個(gè)級(jí)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(fù)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(jí)	IP65
外形尺寸	1556840mm(長(zhǎng)寬高)

C.智能網(wǎng)關(guān)模塊（JCT-ZCR）
智能網(wǎng)關(guān)模塊是連接集中控制器與后臺(tái)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(yuǎn)程操作管理控制隧道單燈。

功能特點(diǎn)：
通過以太網(wǎng)可以接入Internet實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離通信，布線簡(jiǎn)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	8110426mm(長(zhǎng)寬高)

D.中繼器（JCT-ZCC）
當(dāng)CAN通訊線超出1200米，需增加一個(gè)中繼器，使得電腦遠(yuǎn)程控制通訊信號(hào)更加穩(wěn)定，保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆€(wěn)定性和高效性。

功能特點(diǎn)：
提供4個(gè)CAN信號(hào)接口，實(shí)現(xiàn)獨(dú)立CAN網(wǎng)絡(luò)間數(shù)據(jù)交換；
過濾錯(cuò)誤CAN信息，改變網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)；
延長(zhǎng)網(wǎng)絡(luò)通訊距離，增加節(jié)點(diǎn)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(hù)	CAN端口具備2500VDC電氣隔壁
外形尺寸	6010227mm(長(zhǎng)寬高)

E.系統(tǒng)軟件（計(jì)算機(jī)系統(tǒng)+軟件監(jiān)控平臺(tái)）

隧道智能照明系統(tǒng)中心主要實(shí)現(xiàn)通過系統(tǒng)控制軟件對(duì)不同（集中管理器）下的單燈控制器進(jìn)行遠(yuǎn)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(chǎng)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(yuǎn)程控制路燈的開關(guān)和調(diào)節(jié)路燈的亮度，可以實(shí)現(xiàn)時(shí)序調(diào)度事件、讀取數(shù)據(jù)記錄、監(jiān)視事件和報(bào)警應(yīng)答等操作，具體功能如下：
ö遠(yuǎn)程開關(guān)：可對(duì)任意一盞、一路或自定義的一組路燈進(jìn)行遠(yuǎn)程開關(guān)控制；
ö遠(yuǎn)程調(diào)光：可對(duì)任意一盞、一路或自定義的一組路燈進(jìn)行遠(yuǎn)程調(diào)光控制；
ö狀態(tài)查詢：可隨時(shí)查詢路燈的開關(guān)狀態(tài)、亮度、電流、電壓、功率等數(shù)據(jù)。
ö自動(dòng)巡檢：系統(tǒng)具有自動(dòng)巡檢的功能，可代替人工巡檢。
ö自動(dòng)運(yùn)行：系統(tǒng)可自動(dòng)執(zhí)行設(shè)置好的照明策略，可實(shí)現(xiàn)定時(shí)開關(guān)燈、分時(shí)段調(diào)光等。
ö情景照明：可自定義設(shè)置任意分區(qū)、分組、分時(shí)以及隔盞亮燈等情景照明模式
ö故障報(bào)警：可實(shí)現(xiàn)故障報(bào)警、故障檢測(cè)
ö數(shù)據(jù)報(bào)表：可按日、月、年統(tǒng)計(jì)用用電量、節(jié)能率等數(shù)據(jù)，并生成相關(guān)報(bào)表
ö歷史記錄：可保存操作歷史記錄，能追溯操作失誤問題
ö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。
ö分級(jí)權(quán)限：不同級(jí)別的用戶可設(shè)置不同的管理區(qū)域和操作權(quán)限
ö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(shí)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(fèi)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(jìn)行調(diào)控。那種用單純減小燈具設(shè)計(jì)功率以減少過度照明的方法是不可取的。因?yàn)檫@種方法會(huì)使照明系統(tǒng)運(yùn)營(yíng)一段時(shí)間后亮度就會(huì)低于規(guī)范要求。到那時(shí)，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(lái)解決了。采用無(wú)級(jí)調(diào)光這種方式是一種不錯(cuò)的選擇，這種無(wú)級(jí)調(diào)光方式是基于LED 光源基礎(chǔ)上實(shí)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
采用浙江巨川智能隧道燈控制系統(tǒng)后即可實(shí)現(xiàn)基本照明和加強(qiáng)照明相結(jié)合的控制模式，一套系統(tǒng)里面即可實(shí)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(shí)現(xiàn)無(wú)極調(diào)光變換，達(dá)到管理方便、節(jié)省能源的功能?？紤]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(yùn)行費(fèi)用，隧道照明采用照明自動(dòng)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(jí)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)洞內(nèi)照度進(jìn)行控制。晴朗的白天基本照明和加強(qiáng)照明燈具全部開啟，傍晚或多云天氣加強(qiáng)照明燈減半，陰雨天加強(qiáng)照明燈開啟1/4，重陰天加強(qiáng)照明燈開啟1/8,夜間加強(qiáng)照明燈全部關(guān)閉，深夜交通量較小時(shí)基本照明燈具可按50%調(diào)光。
照明自動(dòng)控制由設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)負(fù)責(zé)，浙江巨川 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(cè)裝置將檢測(cè)到的隧道洞外亮度信號(hào)傳送至控制裝置上，再由其換算后輸出0～10V 直流模擬信號(hào)去控制 LED 燈具的輸出功率，從而達(dá)到控制被照?qǐng)鏊炼鹊哪康摹?br />

2.2.1基本照明控制
隧道內(nèi)基本照明的特點(diǎn)是工作時(shí)間長(zhǎng)，需要24小時(shí)持續(xù)照明。根據(jù)這一特點(diǎn)，在設(shè)計(jì)基本照明亮度時(shí)考慮了足夠的冗余量。但在使用時(shí)，我們并不需要將設(shè)計(jì)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(lái)若干年內(nèi)，當(dāng)燈具出現(xiàn)一定的光衰時(shí)，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(qiáng)度始終都能滿足規(guī)范要求而又不會(huì)產(chǎn)生過度照明。
2.2.2加強(qiáng)照明控制
隧道加強(qiáng)照明燈具早晨開啟和晚上關(guān)斷的時(shí)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(jìn)行控制?？刂葡到y(tǒng)根據(jù)檢測(cè)到的洞外亮度數(shù)據(jù)，經(jīng)計(jì)算后去控制洞內(nèi)燈具的輸出功率。這種自動(dòng)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(shí)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(shí)，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(gè)方面。由于節(jié)能，它的工作溫度絕大部分時(shí)間都處在一個(gè)較低的水平。而工作溫度的降低，又會(huì)衍生出其他的效益：
(1)亮度無(wú)級(jí)控制，比分級(jí)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(qiáng)照明燈具才接近滿功率工作，大多數(shù)時(shí)間均在10%～60%的功率下工作;而基本照明的設(shè)計(jì)冗余留到遠(yuǎn)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(zhǎng)期工作溫度非常低，不僅可大幅減小 LED 的光衰，還延長(zhǎng)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(jì)簡(jiǎn)單，只須2個(gè)回路，即一個(gè)基本照明回路和一個(gè)加強(qiáng)照明回路?；菊彰饔旨鎽?yīng)急照明;當(dāng)市電斷電時(shí)，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(dá)到設(shè)計(jì)車流量時(shí)，可依據(jù)規(guī)范對(duì)洞內(nèi)照明強(qiáng)度進(jìn)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(shí)現(xiàn)了設(shè)計(jì)師們追求的按需照明的設(shè)計(jì)理念。
(6)與分級(jí)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(fèi)用。