淺談單燈智能控制的高速公路隧道照明管理系統(tǒng)的應(yīng)用

任運(yùn)業(yè)

安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定 201801

【摘要】：以G50滬渝高速的峨山隧道為研究載體，著重介紹了高速公路隧道燈控制系統(tǒng)的架構(gòu)，完成了單燈控制器的硬件設(shè)計(jì)和集中控制器的選配，并提出了系統(tǒng)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

0引言

單燈(單元組合)智能控制技術(shù)是一種新型節(jié)能控制技術(shù)，其工作原理是系統(tǒng)里的每盞照明燈具均有編碼地址，并通過該地址實(shí)現(xiàn)與系統(tǒng)的數(shù)據(jù)交互，實(shí)現(xiàn)任意分組及開燈、關(guān)燈、調(diào)光等，使得系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)可視化、信息化管理。把照明管理和節(jié)能控制推入精細(xì)化、可以帶來巨大的經(jīng)濟(jì)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(diào)研國內(nèi)外研究現(xiàn)狀、進(jìn)行理論分析與試驗(yàn)研究的基礎(chǔ)上．開展基于單燈(單元組合)控制的隧道智能照明系統(tǒng)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(tǒng)架構(gòu)

高速公路隧道照明單燈智能控制管理系統(tǒng)是在隧道燈啟亮區(qū)間，依據(jù)不同時(shí)段隧道環(huán)境與道路照明使用情況的變化，對(duì)于LED隧道燈進(jìn)行降功率調(diào)光節(jié)能控制以及遠(yuǎn)程控制管理。調(diào)光節(jié)能控制的核心技術(shù)是LED電源調(diào)控與檢測(cè)技術(shù)，遠(yuǎn)程管理是綜合利用PLC電力線載波技術(shù)、4G／GPRS／CDMA公用網(wǎng)通訊技術(shù)、系統(tǒng)平臺(tái)軟件技術(shù)加以實(shí)現(xiàn)。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(tǒng)能實(shí)現(xiàn)LED隧道照明單燈的開關(guān)控制、亮度調(diào)節(jié)、遠(yuǎn)近距離實(shí)時(shí)讀取數(shù)據(jù)及設(shè)髓、燈具巡檢、單燈計(jì)量、安全預(yù)警等功能，其系統(tǒng)架構(gòu)框圖如圖l所示。

圖1高速公路隧道單燈控制系統(tǒng)架構(gòu)框圖

高速公路隧道照明單燈智能控制管理系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)采用“客戶端(上位機(jī))管理操作軟件+系統(tǒng)管理平臺(tái)+集中控制器(物聯(lián)數(shù)據(jù)集中器)+單燈控制器(終端控制器)"?？蛻舳?上位機(jī))管理操作軟件在遠(yuǎn)程任意位置(譬如手機(jī)微信、瀏覽器、客戶端軟件等)運(yùn)行；系統(tǒng)管理平臺(tái)安裝在系統(tǒng)主站(監(jiān)控中心)的服務(wù)器，集中控制器(物聯(lián)數(shù)據(jù)集中器)接收、執(zhí)行、轉(zhuǎn)發(fā)客戶端(上位機(jī))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(shù)據(jù)的傳遞與交換，從而對(duì)每個(gè)單燈控制器(終端控制器)進(jìn)行控制，實(shí)現(xiàn)對(duì)每一盞LED隧道燈亮滅控制以及調(diào)光控制，從而實(shí)現(xiàn)節(jié)能目標(biāo)。此外，集中控制器(物聯(lián)數(shù)據(jù)集中器)通過內(nèi)置輸出端口在控制柜(或箱變)內(nèi)能夠?qū)ED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隧道燈的接線盒內(nèi)，它是高速公路隧道照明單燈智能控制管理系統(tǒng)的核心執(zhí)行部件。

2單燈控制器設(shè)計(jì)

單燈控制器的設(shè)計(jì)采用Atmegal6系列單片機(jī)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(qiáng)、內(nèi)存容量比較大、相對(duì)而言其性價(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,能夠滿足控制系統(tǒng)的要求。光電傳感器采用EL7900光照度傳感器，把光照強(qiáng)度轉(zhuǎn)換為電信號(hào)之后，利用A/D轉(zhuǎn)換器把電信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，主控單元根據(jù)檢測(cè)的光照度以及系統(tǒng)指令計(jì)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(diào)光、電參量采集、故障診斷、通訊、控制等功能?？蓪?duì)LED隧道燈遠(yuǎn)程開關(guān)、調(diào)光操作，支持0～10V方式的無極調(diào)光；能采集LED隧道燈的電壓、電流、功率因素、電能量等數(shù)據(jù)；具備電能量存儲(chǔ)功能，并實(shí)現(xiàn)掉電保存；可以根據(jù)采集信息判斷LED隧道燈是否發(fā)生異常，當(dāng)LED隧道燈發(fā)生故障時(shí)，能夠主動(dòng)上報(bào)故障信息；可以與控制終端實(shí)現(xiàn)半雙工電力線載波通訊，對(duì)主站下發(fā)的控制命令及策略及時(shí)響應(yīng)。

該單燈控制器的電氣間隙≥1.9mm、爬電距離≥3.2mm、對(duì)地漏電流≤3.5MA、絕緣電阻≥5MΩ、溫度適應(yīng)性-40±3℃~85±2℃、濕度適應(yīng)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(hù)等級(jí)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(tǒng)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(shù)據(jù)集中器。IDGS-1路燈物聯(lián)數(shù)據(jù)集中器采用220V供電，終端內(nèi)置電池?？梢酝瓿烧彰髋潆姽襁\(yùn)行參數(shù)采集。采用公網(wǎng)GPRS通信方式，兼容有線寬帶、CDMA等通信方式。

監(jiān)控終端帶有通用接口，可以實(shí)現(xiàn)與配電、節(jié)能和防盜設(shè)備的連接，做到四位一體。監(jiān)控終端自帶中文LCD現(xiàn)場(chǎng)顯示屏和按鍵，可以在現(xiàn)場(chǎng)手動(dòng)操作功能，實(shí)現(xiàn)終端的管理、維護(hù)，以及照明控制柜的運(yùn)行參數(shù)抄讀和控制。具備自動(dòng)報(bào)警、設(shè)置與查看、抄讀、終端管理與維護(hù)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(chǔ)照明LED燈24小時(shí)工作，為避免過度照明導(dǎo)致的電能浪費(fèi)，也為了減小LED隧道燈光衰同時(shí)考慮電源壽命問題，在項(xiàng)目實(shí)際實(shí)施過程中可利用車輛檢測(cè)儀來統(tǒng)計(jì)分時(shí)段的車流量大小，根據(jù)分時(shí)段車流量大小來自動(dòng)調(diào)節(jié)基礎(chǔ)照明亮度。

高速公路隧道加強(qiáng)照明LED燈的開閉時(shí)間、亮度調(diào)節(jié)都是由單燈控制器來完成的?？刂葡到y(tǒng)根據(jù)洞內(nèi)外亮度檢測(cè)數(shù)據(jù)和車流量數(shù)據(jù)，經(jīng)過計(jì)算和分析后來自動(dòng)的調(diào)節(jié)LED隧道燈的亮度百分比，以達(dá)到*優(yōu)照明效果，以此來消除高速公路隧道“黑洞效應(yīng)"。

高速公路隧道應(yīng)急照明由基本照明燈實(shí)現(xiàn)。當(dāng)城市供電突然中斷時(shí)，無級(jí)調(diào)光控制器瞬間將基本照明燈功率同步調(diào)整到50%左右，使應(yīng)急照明配光特性與原基本照明一致，消除了“斑馬效應(yīng)"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(tǒng)

5.1概述

ALIBUS智能照明產(chǎn)品采用RS485總線技術(shù)，技術(shù)成熟可靠，安全穩(wěn)定。開關(guān)驅(qū)動(dòng)器具備獨(dú)立工作的能力，適用于一些中小型的項(xiàng)目；模塊化設(shè)計(jì)，可以任意拼接擴(kuò)展，同時(shí)預(yù)留I/O口以及Modbus接口，還可以滿足與AcrelEMS企業(yè)微電網(wǎng)管理云平臺(tái)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。

5.2應(yīng)用場(chǎng)所

適合于各類智能小區(qū)、醫(yī)院、學(xué)校、酒店，以及體育場(chǎng)所、機(jī)場(chǎng)、隧道、車站等大型公建項(xiàng)目的照明控制需求。

5.3系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

5.4系統(tǒng)功能

1）實(shí)時(shí)檢測(cè)并顯示各個(gè)模塊的在線狀態(tài)，反饋現(xiàn)場(chǎng)受控回路的開關(guān)狀態(tài)，監(jiān)控界面按照樓層各分區(qū)的布局和回路列表來瀏覽。

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

3）可以對(duì)單個(gè)照明回路實(shí)現(xiàn)開關(guān)控制；每個(gè)模塊、樓層都有相應(yīng)的模塊控制開關(guān)和樓層控制開關(guān)，也可以一個(gè)模塊或者整個(gè)樓層實(shí)現(xiàn)開關(guān)控制。

4）開關(guān)驅(qū)動(dòng)器支持過零觸發(fā)功能，負(fù)載（燈具）的分合操作僅在交流電過零時(shí)進(jìn)行；可有效減少電磁干擾以及對(duì)電網(wǎng)的沖擊，延長(zhǎng)燈具與控制裝置的壽命。

5）對(duì)每個(gè)照明回路可以預(yù)設(shè)掉電狀態(tài)，當(dāng)照明電源掉電時(shí)，開關(guān)驅(qū)動(dòng)器會(huì)自動(dòng)切換到預(yù)設(shè)的掉電狀態(tài)；確保重新上電時(shí)燈具的開關(guān)狀態(tài)是確定與可控的。

6）拖動(dòng)調(diào)光控件，照明設(shè)備從0%到100%進(jìn)行調(diào)光，可以對(duì)單個(gè)照明回路實(shí)現(xiàn)調(diào)光控制，調(diào)光總控可以對(duì)一個(gè)模塊的照明回路實(shí)現(xiàn)調(diào)光控制，也可以對(duì)多個(gè)照明回路實(shí)現(xiàn)調(diào)光控制，通過圖標(biāo)的亮滅狀態(tài)反饋現(xiàn)場(chǎng)開關(guān)的狀態(tài)。

7）點(diǎn)擊場(chǎng)景控件，打開或者關(guān)閉對(duì)應(yīng)場(chǎng)景設(shè)置，軟件界面上顯示不同的場(chǎng)景模式和場(chǎng)景功能，通過圖標(biāo)的亮滅顯示對(duì)應(yīng)的場(chǎng)景狀態(tài)是打開還是關(guān)閉。

8）設(shè)置定時(shí)時(shí)間，確認(rèn)時(shí)間點(diǎn)后，對(duì)該事件點(diǎn)執(zhí)行的動(dòng)作進(jìn)行設(shè)置，設(shè)置燈在設(shè)定的時(shí)間點(diǎn)亮或者滅。

9）系統(tǒng)可以通過預(yù)設(shè)的當(dāng)?shù)亟?jīng)緯度信息，自動(dòng)計(jì)算每天的日升日落時(shí)間；根據(jù)天文時(shí)鐘控制照明開關(guān)，實(shí)現(xiàn)日落開燈、日出關(guān)燈的功能。

10）所有定時(shí)控制計(jì)劃均可下發(fā)保存至驅(qū)動(dòng)模塊；當(dāng)上位機(jī)系統(tǒng)故障或模塊離線時(shí)，驅(qū)動(dòng)模塊可以利用自帶的RTC時(shí)鐘維持定時(shí)控制計(jì)劃的正常執(zhí)行，不影響日常的照明控制效果。

11）系統(tǒng)結(jié)構(gòu)是分布式總線結(jié)構(gòu)；系統(tǒng)內(nèi)各元件不依賴于其他元件而能夠獨(dú)立工作；系統(tǒng)內(nèi)各元件可以通過程序的設(shè)定實(shí)現(xiàn)功能的多樣性。

12）預(yù)留BA或第三方集成平臺(tái)接口，采用modbus、opc等方式。

5.5設(shè)備選型

6結(jié)束語

基于單燈智能控制的高速公路隧道照明管理系統(tǒng)以實(shí)現(xiàn)G50滬渝高速的峨山隧道照明智能節(jié)電控制為目標(biāo)，綜合運(yùn)用無線通信、傳感器信息處理、電力線載波等技術(shù)技術(shù)實(shí)現(xiàn)了對(duì)高速公路隧道LED燈的無極調(diào)光控制，對(duì)高速公路隧道照明智能控制應(yīng)用與推廣具有重要意義。

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作者簡(jiǎn)介：任運(yùn)業(yè)，男，現(xiàn)任職于安科瑞電氣股份有限公司，主要研究方向?yàn)橹悄苷彰骺刂葡到y(tǒng)領(lǐng)域。