簡析單燈智能控制的高速公路隧道照明管理系統的實施
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易允恒
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)智能控制技術是一種新型節能控制技術，其工作原理是系統里的每盞照明燈具均有編碼地址，并通過該地址實現與系統的數據交互，實現任意分組及開燈、關燈、調光等，使得系統可實現可視化、信息化管理。把照明管理和節能控制推入精細化、可以帶來巨大的經濟效益、環保效益和社會效益。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、進行理論分析與試驗研究的基礎上．開展基于單燈(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，依據不同時段隧道環境與道路照明使用情況的變化，對于LED隧道燈進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是LED電源調控與檢測技術，遠程管理是綜合利用PLC電力線載波技術、4G／GPRS／CDMA公用網通訊技術、系統平臺軟件技術加以實現。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現LED隧道照明單燈的開關控制、亮度調節、遠近距離實時讀取數據及設髓、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“客戶端(上位機)管理操作軟件+系統管理平臺+集中控制器(物聯數據集中器)+單燈控制器(終端控制器)”。客戶端(上位機)管理操作軟件在遠程任意位置(譬如微信、瀏覽器、客戶端軟件等)運行；系統管理平臺安裝在系統主站(監控中心)的服務器，集中控制器(物聯數據集中器)接收、執行、轉發客戶端(上位機)管理操作軟件的指令，利用PLC電力載波通訊技術與單燈控制器進行數據的傳遞與交換，從而對每個單燈控制器(終端控制器)進行控制，實現對每一盞LED隧道燈亮滅控制以及調光控制，從而實現節能目標。此外，集中控制器(物聯數據集中器)通過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，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、相對而言其性價比很高等優點。該芯片配有32個可編程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。可對LED隧道燈遠程開關、調光操作，支持0～10V方式的無極調光；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，并實現掉電保存；可以根據采集信息判斷LED隧道燈是否發生異常，當LED隧道燈發生故障時，能夠主動上報故障信息；可以與控制終端實現半雙工電力線載波通訊，對主站下發的控制命令及策略及時響應。
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發展有限公司的IDGS-1路燈物聯數據集中器。IDGS-1路燈物聯數據集中器采用220V供電，終端內置電池。可以完成照明配電柜運行參數采集。采用公網GPRS通信方式，兼容有線寬帶、CDMA等通信方式。
監控終端帶有通用接口，可以實現與配電、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現場顯示屏和按鍵，可以在現場手動操作功能，實現終端的管理、維護，以及照明控制柜的運行參數抄讀和控制。具備自動報警、設置與查看、抄讀、終端管理與維護功能初始化、實時控制、校時等功能。
4控制方式與策略
高速公路隧道照明基礎照明LED燈24小時工作，為避免過度照明導致的電能浪費，也為了減小LED隧道燈光衰同時考慮電源壽命問題，在項目實際實施過程中可利用車輛檢測儀來統計分時段的車流量大小，根據分時段車流量大小來自動調節基礎照明亮度。
高速公路隧道加強照明LED燈的開閉時間、亮度調節都是由單燈控制器來完成的。控制系統根據洞內外亮度檢測數據和車流量數據，經過計算和分析后來自動的調節LED隧道燈的亮度百分比，以達到*優照明效果，以此來消除高速公路隧道“黑洞效應”。
高速公路隧道應急照明由基本照明燈實現。當城市供電突然中斷時，無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"產生的可能，有效的避免了高速公路隧道交通意外的發生。
5安科瑞智能照明控制系統
5.1概述
ink1">ALIBUS智能照明產品采用RS485總線技術，技術成熟可靠，安全穩定。開關驅動器具備工作的能力，適用于一些中小型的項目；模塊化設計，可以任意拼接擴展，同時預留I/O口以及Modbus接口，還可以滿足與AcrelEMS企業微電網管理云平臺進行數據交換。
5.2應用場所
適合于各類智能小區、醫院、學校、酒店，以及體育場所、、隧道、車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）實時檢測并顯示各個模塊的在線狀態，反饋現場受控回路的開關狀態，監控界面按照樓層各分區的布局和回路列表來瀏覽。
2）當發生模塊離線、網關設備掉線或者狀態反饋和下發控制命令不一致時會發生故障報警，并將故障報警信息記錄并顯示在界面中。
3）可以對單個照明回路實現開關控制；每個模塊、樓層都有相應的模塊控制開關和樓層控制開關，也可以一個模塊或者整個樓層實現開關控制。
4）開關驅動器支持過零觸發功能，負載（燈具）的分合操作僅在交流電過零時進行；可有效減少電磁干擾以及對電網的沖擊，延長燈具與控制裝置的壽命。
5）對每個照明回路可以預設掉電狀態，當照明電源掉電時，開關驅動器會自動切換到預設的掉電狀態；確保重新上電時燈具的開關狀態是確定與可控的。
6）拖動調光控件，照明設備從0%到進行調光，可以對單個照明回路實現調光控制，調光總控可以對一個模塊的照明回路實現調光控制，也可以對多個照明回路實現調光控制，通過圖標的亮滅狀態反饋現場開關的狀態。
7）點擊場景控件，打開或者關閉對應場景設置，軟件界面上顯示不同的場景模式和場景功能，通過圖標的亮滅顯示對應的場景狀態是打開還是關閉。
8）設置定時時間，確認時間點后，對該事件點執行的動作進行設置，設置燈在設定的時間點亮或者滅。
9）系統可以通過預設的當地經緯度信息，自動計算每天的日升日落時間；根據天文時鐘控制照明開關，實現日落開燈、日出關燈的功能。
10）所有定時控制計劃均可下發保存至驅動模塊；當上位機系統故障或模塊離線時，驅動模塊可以利用自帶的RTC時鐘維持定時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結構；系統內各元件不依賴于其他元件而能夠工作；系統內各元件可以通過程序的設定實現功能的多樣性。
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
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名稱 |
型號 |
功能 |
備注 |
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|
安科瑞智能照明控制系統 |
ALIBUS |
可通過控制面板、人體感應、照度感應、微波感應、上位機系統、觸摸屏、、平板端等多種控制終端實現靈活多樣的智能化控制 |
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名稱 |
型號 |
上行 |
下行 |
外形尺寸 |
備注 |
|
智能通信管理機 |
Anet-1E1S1 |
1路以太網 |
1路RS485 |
140*90*50 |
|
|
智能通信管理機 |
Anet-1E2S1 |
1路以太網 |
1路RS485 |
140*90*50 |
|
|
智能通信管理機 |
Anet-2E4S1 |
2路以太網 |
4路RS485 |
168*113*54 |
|
|
智能通信管理機 |
Anet-2E8S1 |
2路以太網 |
8路RS485 |
168*113*54 |
|
|
名稱 |
型號 |
負載電流 |
安裝方式 |
外形尺寸 |
備注 |
|
4路開關驅動器 |
ASL220Z-S4/16 |
16A |
導軌式 |
144*90*70 |
1.控制火線 2.每回路額定電流16A 3.磁保持繼電器 4.延時控制 5.電流檢測 6.定時控制 |
|
8路開關驅動器 |
AS220Z-S8/16 |
16A |
導軌式 |
216*90*70 |
1.控制火線 2.每回路額定電流16A 3.磁保持繼電器 4.延時控制 5.電流檢測 6.定時控制 |
|
12路開關驅動器 |
ASL220Z-S12/16 |
16A |
導軌式 |
288*90*70 |
1.控制火線 2.每回路額定電流16A 3.磁保持繼電器 4.延時控制 5.電流檢測 6.定時控制 |
|
16路開關驅動器 |
ASL220Z-S16/16 |
16A |
導軌式 |
360*90*70 |
1.控制火線 2.每回路額定電流16A 3.磁保持繼電器 4.延時控制 5.電流檢測 6.定時控制 |
|
8路調光驅動器 |
ASL220Z-SD8/16 |
16A |
導軌式 |
360*90*70 |
1.控制火線 2.每回路額定電流16A 3.磁保持繼電器 4.延時控制 5.0-10V調光 |
|
名稱 |
型號 |
性能 |
安裝方式 |
外形尺寸 |
備注 |
|
紅外感應傳感器 |
ASL220-PM/T |
3-5m 120° |
嵌入式吸頂 |
φ80 |
開孔55mm |
|
微波感應傳感器 |
ASL220-RM/T |
5-7m 120° |
嵌入式吸頂 |
φ80 |
開孔55mm |
|
微動感應傳感器 |
ASL220-PR/T |
5-7m 120° |
嵌入式吸頂 |
φ80 |
開孔55mm |
|
IP網關 |
ASL200-485-IP |
ALIBUSnet/IP |
導軌式 |
14*28*39 |
系統組網元件 監控軟件接口設備 |
|
1聯2鍵智能面板 |
ASL220-F1/2 |
2組控制指令 |
86盒 |
86*24*86 |
開關 調光 場景 |
|
2聯4鍵智能面板 |
ASL220-F2/4 |
4組控制指令 |
86盒 |
86*24*86 |
|
|
3聯6鍵智能面板 |
ASL220-F3/6 |
6組控制指令 |
86盒 |
86*24*86 |
|
|
4聯8鍵智能面板 |
ASL220-F4/8 |
8組控制指令 |
86盒 |
86*24*86 |
6結束語
基于單燈智能控制的高速公路隧道照明管理系統以實現G50滬渝高速的峨山隧道照明智能節電控制為目標，綜合運用無線通信、傳感器信息處理、電力線載波等技術技術實現了對高速公路隧道LED燈的無極調光控制，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:
[1].汪偉.公路隧道照明設計與研究[D].西安：長安大學，2011.
[2].解翠翠.吳火軍.隧道照明光源選擇分析[J]建筑電氣，2017,36(11):40-44.
[3].安科瑞企業微電網設計與應用手冊.2022年05版.
[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.丹東三安技術發展有限公司，遼寧丹東118000.
