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技術(shù)文章

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

更新時(shí)間:2023-11-07 瀏覽次數(shù):473

【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+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,從而對每個(gè)單燈控制器(終端控制器)進(jìn)行控制,實(shí)現(xiàn)對每一盞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)換為電信號之后,利用A/D轉(zhuǎn)換器把電信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號,主控單元根據(jù)檢測的光照度以及系統(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ED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。可以完成照明配電柜運(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)場顯示屏和按鍵,可以在現(xiàn)場手動(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)管理云平臺進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。

5.2應(yīng)用場所

適合于各類智能小區(qū)、醫(yī)院、學(xué)校、酒店,以及體育場所、機(jī)場、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)檢測并顯示各個(gè)模塊的在線狀態(tài),反饋現(xiàn)場受控回路的開關(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電網(wǎng)的沖擊,延長燈具與控制裝置的壽命。

5)對每個(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,可以對單個(gè)照明回路實(shí)現(xiàn)調(diào)光控制,調(diào)光總控可以對一個(gè)模塊的照明回路實(shí)現(xiàn)調(diào)光控制,也可以對多個(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)場開關(guān)的狀態(tài)。

7)點(diǎn)擊場景控件,打開或者關(guān)閉對應(yīng)場景設(shè)置,軟件界面上顯示不同的場景模式和場景功能,通過圖標(biāo)的亮滅顯示對應(yīng)的場景狀態(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或第三方集成平臺接口,采用modbus、opc等方式。

5.5設(shè)備選型

名稱

型號

功能

備注

安科瑞智能照明控制系統(tǒng)

ALIBUS

可通過控制面板、人體感應(yīng)、照度感應(yīng)、微波感應(yīng)、上位機(jī)系統(tǒng)、觸摸屏、手機(jī)、平板端等多種控制終端實(shí)現(xiàn)靈活多樣的智能化控制


名稱

型號

上行

下行

外形尺寸

備注

智能通信管理機(jī)

Anet-1E1S1

1路以太網(wǎng)

1路RS485

140*90*50


智能通信管理機(jī)

Anet-1E2S1

1路以太網(wǎng)

1路RS485

140*90*50


智能通信管理機(jī)

Anet-2E4S1

2路以太網(wǎng)

4路RS485

168*113*54


智能通信管理機(jī)

Anet-2E8S1

2路以太網(wǎng)

8路RS485

168*113*54


名稱

型號

負(fù)載電流

安裝方式

外形尺寸

備注

4路開關(guān)驅(qū)動(dòng)器

ASL220Z-S4/16

16A

導(dǎo)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(shí)控制

5.電流檢測

6.定時(shí)控制

8路開關(guān)驅(qū)動(dòng)器

AS220Z-S8/16

16A

導(dǎo)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(shí)控制

5.電流檢測

6.定時(shí)控制

12路開關(guān)驅(qū)動(dòng)器

ASL220Z-S12/16

16A

導(dǎo)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(shí)控制

5.電流檢測

6.定時(shí)控制

16路開關(guān)驅(qū)動(dòng)器

ASL220Z-S16/16

16A

導(dǎo)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(shí)控制

5.電流檢測

6.定時(shí)控制

8路調(diào)光驅(qū)動(dòng)器

ASL220Z-SD8/16

16A

導(dǎo)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(shí)控制

5.0-10V調(diào)光

名稱

型號

性能

安裝方式

外形尺寸

備注

紅外感應(yīng)傳感器

ASL220-PM/T

3-5m

120°

嵌入式吸頂

φ80

開孔55mm

微波感應(yīng)傳感器

ASL220-RM/T

5-7m

120°

嵌入式吸頂

φ80

開孔55mm

微動(dòng)感應(yīng)傳感器

ASL220-PR/T

5-7m

120°

嵌入式吸頂

φ80

開孔55mm

IP網(wǎng)關(guān)

ASL200-485-IP

ALIBUSnet/IP

導(dǎo)軌式

14*28*39

系統(tǒng)組網(wǎng)元件

監(jiān)控軟件接口設(shè)備

1聯(lián)2鍵智能面板

ASL220-F1/2

2組控制指令

86盒

86*24*86

開關(guān)

調(diào)光

場景

2聯(lián)4鍵智能面板

ASL220-F2/4

4組控制指令

86盒

86*24*86

3聯(lián)6鍵智能面板

ASL220-F3/6

6組控制指令

86盒

86*24*86

4聯(lián)8鍵智能面板

ASL220-F4/8

8組控制指令

86盒

86*24*86








































































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)了對高速公路隧道LED燈的無極調(diào)光控制,對高速公路隧道照明智能控制應(yīng)用與推廣具有重要意義。

參考文獻(xiàn):

[1].汪偉.公路隧道照明設(shè)計(jì)與研究[D].西安:長安大學(xué),2011.

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[3].安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設(shè)計(jì)與應(yīng)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(tǒng).安徽省交通控股集團(tuán)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.


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