隧道智能照明解決方案

        隧道具有縮短公路里程、提高運輸效益、利用地下空間節省用地、保持生態環境等優越性,越來越多的高速公路隧道、城市地下通道、過江隧道、湖底隧道等各種形式的隧道投入運行和使用。隧道照明與一般道路照明要求不同,隧道白天也需要照明,而且問題比夜間更加複雜,照明系統是隧道機電工程中最重要的設施之一,也是車輛在隧道內安全通行的基本保證,而合理的照明控制策略以及依此策略的照明調節控制系統是保證照明系統安全可靠、高效節能的重要因素。


        現有的隧道照明智能控制大多採用時序控制法,主要通過投退不同的照明迴路,以增減工作燈具數量的方式來達到目的。這種控制方法雖然控制簡單、可靠,但未完全考慮環境因素對隧道照明的影響,如天氣條件、隧道通風狀況、交通量以及車速對照度的要求等,不能完全滿足隧道照明的要求,並且能耗高。隨著半導體照明技術的快速發展,目前高效節能的LED照明燈已越來越多地應用於隧道照明系統中。與傳統的燈具相比,LED照明具有低功耗、高可靠性、長壽命等優點,是一種符合環保、節能的綠色照明光源。順舟智能將從完善控制策略的角度提出LED隧道照明智能控制系統的實現及其應用方案,綜合分析隧道照明的要求及其特點,為大功率LED隧道照明智能控制系統提供完整的解決方案。


        針對以往隧道照明方案能耗高的問題,經分析,採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於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,在滿足規範的前提下避免了過度照明,最大限度地節約了電能。


一、系統結構


該無線控制網路由 GPRS 網路和 ZigBee 網路組成,無線智能路燈控制系統的組成單元如下:


A、路燈控制器(SZ10系列)

在有限的路由深度和網路容量的前提下,不但具有路燈控制器的各項功能,而且還具備中繼路由功能。

























主要功能有:控制路燈開關、亮度調節、電流採集、電壓採集、計算功率以及功率因數等。單燈控制器分為模塊式(內置燈具中)和外掛式(可內置燈桿中),分別滿足路燈企業和工程商的使用需求。根據項目需求,我司 SZ10 系列單燈控制器,可預留介面,實現人體感應控制燈、光照度控制燈、雨雪量採集控制燈、溫濕度採集控制燈等等。


B、集中管理器(ZigBee 協調器+GPRS 數傳終端)



















主要功能有:

(一)接收和發送子網內的所有路燈控制信號、數據記錄、報警處理等。它負責控制子網內的路燈控制器運行,將系統中心的命令下達給路燈控制器,將路燈控制器及線路信息反饋系統中心。集中控制器處於系統中心和路燈控制器的中間,向上通過 GPRS 方式與系統中心通信,向下則是通過 ZigBee 通訊協議方式,同各個路燈控制器通信。

(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、溫度等數據的採集;具有四路迴路開關控制。

(三)接收伺服器下發的定時策略存儲在本地,上報伺服器所要查詢的數據;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。


C、系統中心(計算機系統+軟體監控平台)


系統中心主要實現通過系統控制軟體對不同(集中管理器)下的路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。



















軟體系統主界面


D、單燈控制系統總體框架


系統拓撲結構圖如下:






























二、 控制方式


採用台湾順舟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,一套系統裡面即可實現開關、調光、巡檢控制,可根據不同的環境需求實現無極調光變換,已達到管理方便、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,隧道照明採用照明自動化控制、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(多雲)、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,傍晚或多雲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,順舟智能LED 照明調光系統預留了開放標準的通信介面,可外接各種感測器。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。


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餘量。但在使用時,我們並不需要將設計冗餘全部用上,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,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範要求而又不會產生過度照明。


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 zigbee 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,經計算後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。


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。


三、LED調光控制的優越性


隧道採用 LED 照明亮度 zigbee 智能控制系統后,節能只是其優越性的一個方面。由於節能,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)由於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餘留到遠期再用,近期的工作功率也低於燈具的額定功率。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個迴路,即一個基本照明迴路和一個加強照明迴路。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,可依據規範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,以確保在滿足規範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。

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