隧道智能照明解决方案

        隧道具有缩短公路里程、提高运输效益、利用地下空间节省用地、保持生态环境等优越性,越来越多的高速公路隧道、城市地下通道、过江隧道、湖底隧道等各种形式的隧道投入运行和使用。隧道照明与一般道路照明要求不同,隧道白天也需要照明,而且问题比夜间更加复杂,照明系统是隧道机电工程中最重要的设施之一,也是车辆在隧道内安全通行的基本保证,而合理的照明控制策略以及依此策略的照明调节控制系统是保证照明系统安全可靠、高效节能的重要因素。


        现有的隧道照明智能控制大多采用时序控制法,主要通过投退不同的照明回路,以增减工作灯具数量的方式来达到目的。这种控制方法虽然控制简单、可靠,但未完全考虑环境因素对隧道照明的影响,如天气条件、隧道通风状况、交通量以及车速对照度的要求等,不能完全满足隧道照明的要求,并且能耗高。随着半导体照明技术的快速发展,目前高效节能的LED照明灯已越来越多地应用于隧道照明系统中。与传统的灯具相比,LED照明具有低功耗、高可靠性、长寿命等优点,是一种符合环保、节能的绿色照明光源。顺舟智能将从完善控制策略的角度提出LED隧道照明智能控制系统的实现及其应用方案,综合分析隧道照明的要求及其特点,为大功率LED隧道照明智能控制系统提供完整的解决方案。


        针对以往隧道照明方案能耗高的问题,经分析,采用无级调光这种方式是一种不错的选择,这种无级调光方式是基于LED 光源基础上实现的。它可使灯具亮度根据需要任意调整,隧道内需要多亮,照明灯具就提供多大的亮度,在满足规范的前提下避免了过度照明,最大限度地节约了电能。


一、系统结构


该无线控制网络由 GPRS 网络和 ZigBee 网络组成,无线智能路灯控制系统的组成单元如下:


A、路灯控制器(SZ10系列)

在有限的路由深度和网络容量的前提下,不但具有路灯控制器的各项功能,而且还具备中继路由功能。

























主要功能有:控制路灯开关、亮度调节、电流采集、电压采集、计算功率以及功率因数等。单灯控制器分为模块式(内置灯具中)和外挂式(可内置灯杆中),分别满足路灯企业和工程商的使用需求。根据项目需求,我司 SZ10 系列单灯控制器,可预留接口,实现人体感应控制灯、光照度控制灯、雨雪量采集控制灯、温湿度采集控制灯等等。


B、集中管理器(ZigBee 协调器+GPRS 数传终端)



















主要功能有:

(一)接收和发送子网内的所有路灯控制信号、数据记录、报警处理等。它负责控制子网内的路灯控制器运行,将系统中心的命令下达给路灯控制器,将路灯控制器及线路信息反馈系统中心。集中控制器处于系统中心和路灯控制器的中间,向上通过 GPRS 方式与系统中心通信,向下则是通过 ZigBee 通讯协议方式,同各个路灯控制器通信。

(二)可实现对三相电或者单相电的电流(三路)电压(三路)、有功、无功、功率因素、温度等数据的采集;具有四路回路开关控制。

(三)接收服务器下发的定时策略存储在本地,上报服务器所要查询的数据;可实现本地或者远程的查询与配置;同时可实现策略的查询、修改;也可进行手动实时控制命令和查询命令。


C、系统中心(计算机系统+软件监控平台)


系统中心主要实现通过系统控制软件对不同(集中管理器)下的路灯控制器进行远程数据访问和控制,包括参数配置,控制命令发送、现场灯具状态收集等。能够显示路灯开关状态信息,能够远程控制路灯的开关和调节路灯的亮度,可以实现时序调度事件、读取数据记录、监视事件和报警应答等操作。



















软件系统主界面


D、单灯控制系统总体框架


系统拓扑结构图如下:






























二、 控制方式


采用上海顺舟智能隧道灯控制系统后即可实现基本照明和加强照明相结合的控制模式,一套系统里面即可实现开关、调光、巡检控制,可根据不同的环境需求实现无极调光变换,已达到管理方便、节省能源的功能。考虑既要保证隧道的舒适度、亮度要求,又要充分节约能源、降低运行费用,隧道照明采用照明自动化控制、就地控制和遥控。根据洞外环境亮度、交通量的变化,按白天(晴朗)、傍晚(多云)、阴雨天、重阴、夜间、深夜六级标准对洞内照度进行控制。晴朗的白天基本照明和加强照明灯具全部开启,傍晚或多云天气加强照明灯减半,阴雨天加强照明灯开启1/4,重阴天加强照明灯开启1/8,夜间加强照明灯全部关闭,深夜交通量较小时基本照明灯具可按50%调光。照明自动控制由设备监控系统负责,顺舟智能LED 照明调光系统预留了开放标准的通信接口,可外接各种传感器。洞外亮度监测装置将检测到的隧道洞外亮度信号传送至控制装置上,再由其换算后输出0~10V 直流模拟信号去控制 LED灯具的输出功率,从而达到控制被照场所亮度的目的。


1、 基本照明控制


隧道内基本照明的特点是工作时间长,需要24小时持续照明。根据这一特点,在设计基本照明亮度时考虑了足够的冗余量。但在使用时,我们并不需要将设计冗余全部用上,即满功率工作;而是需要多少功率就提供多少功率。在未来若干年内,灯具出现一定的光衰时,可通过控制系统相应增加灯具的输出功率,使隧道内的基本照明强度始终都能满足规范要求而又不会产生过度照明。


2、加强照明控制


隧道加强照明灯具早晨开启和晚上关断的时间以及灯具开启后的亮度调节均由 zigbee 单灯控制系统装置进行控制。控制系统根据检测到的洞外亮度数据,经计算后去控制洞内灯具的输出功率。这种自动跟踪洞外亮度,调节洞内亮度的照明方式,有效避免了过度照明,实现了按需照明的目标,最大限度地节约了电能。


3、应急照明控制


隧道的应急照明灯具又兼做基本照明灯具,均由 EPS 电源供电。当市电断电时,控制装置瞬间将基本照明灯具的功率同步控制到额定功率的15%左右。这使得系统在市电断电情况下应急照明的配光特性与原先的基本照明相同,最大限度地避免了交通事故的发生。


三、LED调光控制的优越性


隧道采用 LED 照明亮度 zigbee 智能控制系统后,节能只是其优越性的一个方面。由于节能,它的工作温度绝大部分时间都处在一个较低的水平。而工作温度的降低,又会衍生出其他的效益:

(1)亮度无级控制,比分级控制的同类灯具更节能40%,比钠灯照明节能70%~90%。

(2)由于一年中只有夏天的中午,加强照明灯具才接近满功率工作,大多数时间均在10%~60%的功率下工作;而基本照明的设计冗余留到远期再用,近期的工作功率也低于灯具的额定功率。这使得灯具和电源的长期工作温度非常低,不仅可大幅减小 LED 的光衰,还延长了 LED 和电源的寿命。

(3)下半夜功率可同步减半,灯具配光特性保持不变,避免了单侧关灯所产生的危及行车安全的斑马效应。

(4)系统设计简单,只须2个回路,即一个基本照明回路和一个加强照明回路。基本照明又兼应急照明;当市电断电时,所有基本照明的功率均降至额定功率的10%,从而确保了照度的均匀性。

(5)当隧道未达到设计车流量时,可依据规范对洞内照明强度进行相应折减,折减量可根据需要任意设定,以确保在满足规范的前提下最大限度地节约电能,避免过度照明,使系统真正实现了设计师们追求的按需照明的设计理念。

(6)与分级调光系统相比,该系统可节约相当数量的电缆、控制箱及相应电气的费用。

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