淺談單燈智能控制的高速公路隧道照明管理系統的應用

【摘要】以G50滬渝高速的峨山隧道為研究載體，著(zhù)重介紹了高速公路隧道燈控制系統的架構，完成了單燈控制器的硬件設計和集中控制器的選配，并提出了系統控制方式與策略，為高速公路隧道照明提供了一套智能化的解決方案。

【關(guān)鍵字】：隧道照明；單燈智能控制；高速公路；LED隧道燈

引言

單燈(單元組合)智能控制技術(shù)是一種新型節能控制技術(shù)，其工作原理是系統里的每盞照明燈具均有編碼地址，并通過(guò)該地址實(shí)現與系統的數據交互，實(shí)現任意分組及開(kāi)燈、關(guān)燈、調光等，使得系統可實(shí)現可視化、信息化管理。把照明管理和節能控制推入精細化、可以帶來(lái)巨大的經(jīng)濟效益、環(huán)保效益和社會(huì )效益。本文以G50滬渝高速的峨山隧道為研究載體，在調研國內外研究現狀、進(jìn)行理論分析與試驗研究的基礎上．開(kāi)展基于單燈(單元組合)控制的隧道智能照明系統研究，力求形成*科學(xué)的照明控制策略，解決隧道的照明難題。

1、系統架構

高速公路隧道照明單燈智能控制管理系統是在隧道燈啟亮區間，依據不同時(shí)段隧道環(huán)境與道路照明使用情況的變化，對于LED隧道燈進(jìn)行降功率調光節能控制以及遠程控制管理。調光節能控制的核心技術(shù)是LED電源調控與檢測技術(shù)，遠程管理是綜合利用PLC電力線(xiàn)載波技術(shù)、4G／GPRS／CDMA公用網(wǎng)通訊技術(shù)、系統平臺軟件技術(shù)加以實(shí)現。本課題所研究的高速公路隧道照明單燈智能控制管理系統能實(shí)現LED隧道照明單燈的開(kāi)關(guān)控制、亮度調節、遠近距離實(shí)時(shí)讀取數據及設髓、燈具巡檢、單燈計量、安全預警等功能，其系統架構框圖如圖l所示。

圖1高速公路隧道單燈控制系統架構框圖

高速公路隧道照明單燈智能控制管理系統的整體結構采用“客戶(hù)端(上位機)管理操作軟件+系統管理平臺+集中控制器(物聯(lián)數據集中器)+單燈控制器(終端控制器)"?？蛻?hù)端(上位機)管理操作軟件在遠程任意位置(譬如手機微信、瀏覽器、客戶(hù)端軟件等)運行；系統管理平臺安裝在系統主站(監控中心)的服務(wù)器，集中控制器(物聯(lián)數據集中器)接收、執行、轉發(fā)客戶(hù)端(上位機)管理操作軟件的指令，利用PLC電力載波通訊技術(shù)與單燈控制器進(jìn)行數據的傳遞與交換，從而對每個(gè)單燈控制器(終端控制器)進(jìn)行控制，實(shí)現對每一盞LED隧道燈亮滅控制以及調光控制，從而實(shí)現節能目標。此外，集中控制器(物聯(lián)數據集中器)通過(guò)內置輸出端口在控制柜(或箱變)內能夠對LED隧道燈的整條回路進(jìn)行控制；單燈控制器(終端控制器)安裝于LED隧道燈的接線(xiàn)盒內，它是高速公路隧道照明單燈智能控制管理系統的核心執行部件。

2、單燈控制器設計

單燈控制器的設計采用Atmegal6系列單片機作為主控制器，該芯片具有工作效率比較高、功耗比較低、RISC處理功能比較強、內存容量比較大、相對而言其性?xún)r(jià)比很高等優(yōu)點(diǎn)。該芯片配有32個(gè)可編程I/O接口，配有1kB的SRAM以及8路10位的ADC,能夠滿(mǎn)足控制系統的要求。光電傳感器采用EL7900光照度傳感器，把光照強度轉換為電信號之后，利用A/D轉換器把電信號轉換為數字信號，主控單元根據檢測的光照度以及系統指令計算控制量，進(jìn)行隧道燈亮度控制。

圖2為單燈控制器原理圖。

AC220Vs AC22主控單元 AC220Y PLC電力

圖2單燈控制器原理圖

該單燈控制器具備調光、電參量采集、故障診斷、通訊、控制等功能?？蓪ED隧道燈遠程開(kāi)關(guān)、調光操作，支持0～10V方式的無(wú)極調光；能采集LED隧道燈的電壓、電流、功率因素、電能量等數據；具備電能量存儲功能，并實(shí)現掉電保存；可以根據采集信息判斷LED隧道燈是否發(fā)生異常，當LED隧道燈發(fā)生故障時(shí)，能夠主動(dòng)上報故障信息；可以與控制終端實(shí)現半雙工電力線(xiàn)載波通訊，對主站下發(fā)的控制命令及策略及時(shí)響應。

該單燈控制器的電氣間隙≥1.9mm、爬電距離≥3.2mm、對地漏電流≤3.5MA、絕緣電阻≥5MΩ、溫度適應性-40±3℃~85±2℃、濕度適應性5～90%、額定工作電壓AC180~250V、工作功耗0.5～15W、組網(wǎng)通訊頻率330KHz、外殼防護等級IP65、電壓電流采集精度≤1%、安全接觸電流≤0.75mA。

3、集中控制器選配

高速公路隧道照明單燈智能控制管理系統中的集中控制器選用丹東三安技術(shù)發(fā)展有限公司的IDGS-1路燈物聯(lián)數據集中器。IDGS-1路燈物聯(lián)數據集中器采用220V供電，終端內置電池?？梢酝瓿烧彰髋潆姽襁\行參數采集。采用公網(wǎng)GPRS通信方式，兼容有線(xiàn)寬帶、CDMA等通信方式。

監控終端帶有通用接口，可以實(shí)現與配電、節能和防盜設備的連接，做到四位一體。監控終端自帶中文LCD現場(chǎng)顯示屏和按鍵，可以在現場(chǎng)手動(dòng)操作功能，實(shí)現終端的管理、維護，以及照明控制柜的運行參數抄讀和控制。具備自動(dòng)報警、設置與查看、抄讀、終端管理與維護功能初始化、實(shí)時(shí)控制、校時(shí)等功能。

4、控制方式與策略

高速公路隧道照明基礎照明LED燈24小時(shí)工作，為避免過(guò)度照明導致的電能浪費，也為了減小LED隧道燈光衰同時(shí)考慮電源壽命問(wèn)題，在項目實(shí)際實(shí)施過(guò)程中可利用車(chē)輛檢測儀來(lái)統計分時(shí)段的車(chē)流量大小，根據分時(shí)段車(chē)流量大小來(lái)自動(dòng)調節基礎照明亮度。

高速公路隧道加強照明LED燈的開(kāi)閉時(shí)間、亮度調節都是由單燈控制器來(lái)完成的?？刂葡到y根據洞內外亮度檢測數據和車(chē)流量數據，經(jīng)過(guò)計算和分析后來(lái)自動(dòng)的調節LED隧道燈的亮度百分比，以達到*優(yōu)照明效果，以此來(lái)消除高速公路隧道“黑洞效應"。

高速公路隧道應急照明由基本照明燈實(shí)現。當城市供電突然中斷時(shí)，無(wú)級調光控制器瞬間將基本照明燈功率同步調整到50%左右，使應急照明配光特性與原基本照明一致，消除了“斑馬效應"產(chǎn)生的可能，有效的避免了高速公路隧道交通意外的發(fā)生。

5、安科瑞智能照明控制系統

5.1概述

ALIBUS智能照明產(chǎn)品采用RS485總線(xiàn)技術(shù)，技術(shù)成熟可靠，安全穩定。開(kāi)關(guān)驅動(dòng)器具備獨立工作的能力，適用于一些中小型的項目；模塊化設計，可以任意拼接擴展，同時(shí)預留I/O口以及Modbus接口，還可以滿(mǎn)足與AcrelEMS企業(yè)微電網(wǎng)管理云平臺進(jìn)行數據交換。

5.2應用場(chǎng)所

適合于各類(lèi)智能小區、醫院、學(xué)校、酒店，以及體育場(chǎng)所、機場(chǎng)、隧道、車(chē)站等大型公建項目的照明控制需求。

5.3系統結構

5.4系統功能

1）實(shí)時(shí)檢測并顯示各個(gè)模塊的在線(xiàn)狀態(tài)，反饋現場(chǎng)受控回路的開(kāi)關(guān)狀態(tài)，監控界面按照樓層各分區的布局和回路列表來(lái)瀏覽。

2）當發(fā)生模塊離線(xiàn)、網(wǎng)關(guān)設備掉線(xiàn)或者狀態(tài)反饋和下發(fā)控制命令不一致時(shí)會(huì )發(fā)生故障報警，并將故障報警信息記錄并顯示在界面中。

3）可以對單個(gè)照明回路實(shí)現開(kāi)關(guān)控制；每個(gè)模塊、樓層都有相應的模塊控制開(kāi)關(guān)和樓層控制開(kāi)關(guān)，也可以一個(gè)模塊或者整個(gè)樓層實(shí)現開(kāi)關(guān)控制。

4）開(kāi)關(guān)驅動(dòng)器支持過(guò)零觸發(fā)功能，負載（燈具）的分合操作僅在交流電過(guò)零時(shí)進(jìn)行；可有效減少電磁干擾以及對電網(wǎng)的沖擊，延長(cháng)燈具與控制裝置的壽命。

5）對每個(gè)照明回路可以預設掉電狀態(tài)，當照明電源掉電時(shí)，開(kāi)關(guān)驅動(dòng)器會(huì )自動(dòng)切換到預設的掉電狀態(tài)；確保重新上電時(shí)燈具的開(kāi)關(guān)狀態(tài)是確定與可控的。

6）拖動(dòng)調光控件，照明設備從0%到100%進(jìn)行調光，可以對單個(gè)照明回路實(shí)現調光控制，調光總控可以對一個(gè)模塊的照明回路實(shí)現調光控制，也可以對多個(gè)照明回路實(shí)現調光控制，通過(guò)圖標的亮滅狀態(tài)反饋現場(chǎng)開(kāi)關(guān)的狀態(tài)。

7）點(diǎn)擊場(chǎng)景控件，打開(kāi)或者關(guān)閉對應場(chǎng)景設置，軟件界面上顯示不同的場(chǎng)景模式和場(chǎng)景功能，通過(guò)圖標的亮滅顯示對應的場(chǎng)景狀態(tài)是打開(kāi)還是關(guān)閉。

8）設置定時(shí)時(shí)間，確認時(shí)間點(diǎn)后，對該事件點(diǎn)執行的動(dòng)作進(jìn)行設置，設置燈在設定的時(shí)間點(diǎn)亮或者滅。

9）系統可以通過(guò)預設的當地經(jīng)緯度信息，自動(dòng)計算每天的日升日落時(shí)間；根據天文時(shí)鐘控制照明開(kāi)關(guān)，實(shí)現日落開(kāi)燈、日出關(guān)燈的功能。

10）所有定時(shí)控制計劃均可下發(fā)保存至驅動(dòng)模塊；當上位機系統故障或模塊離線(xiàn)時(shí)，驅動(dòng)模塊可以利用自帶的RTC時(shí)鐘維持定時(shí)控制計劃的正常執行，不影響日常的照明控制效果。

11）系統結構是分布式總線(xiàn)結構；系統內各元件不依賴(lài)于其他元件而能夠獨立工作；系統內各元件可以通過(guò)程序的設定實(shí)現功能的多樣性。

12）預留BA或第三方集成平臺接口，采用modbus、opc等方式。

5.5設備選型

6、結束語(yǔ)

基于單燈智能控制的高速公路隧道照明管理系統以實(shí)現G50滬渝高速的峨山隧道照明智能節電控制為目標，綜合運用無(wú)線(xiàn)通信、傳感器信息處理、電力線(xiàn)載波等技術(shù)技術(shù)實(shí)現了對高速公路隧道LED燈的無(wú)極調光控制，對高速公路隧道照明智能控制應用與推廣具有重要意義。

參考文獻:

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[4].阮穎.李晨.陶冶.高正龍.馬國勇.基于單燈智能控制的高速公路隧道照明管理系統.安徽省交通控股集團蕪湖高速公路管理中心，安徽蕪湖241000;2.丹東三安技術(shù)發(fā)展有限公司，遼寧丹東118000.

作者簡(jiǎn)介：魏健輝，女，現任職于安科瑞電氣股份有限公司，主要研究方向為智能照明控制系統領(lǐng)域。