隧道照明控制

7.1现状

单条隧道照明控制的通讯方式目前有三种：

1.总线制的控制方式

就是通过线路（网线、双绞线）作为通讯介质的控制方式。可采用不同通讯协议、电压来实现对灯具的开关及调光采集设备数据进行控制与管理。信号传输准确率较高，传输距离远，干扰性能优越，单独组网不会受到其他设备的共用网络的干扰。但需要铺设专线，施工成本高、维护负担重对线缆有一定要求；挂从机数量少，布线比较复杂，施工要求比较高，需要做总线匹配:通常有一个网络设备出现放障会导致系统整体进行或局部的瘫痪，而且又难以判断。

2.无线通讯模式控制模式

通过无线传输信号通讯方式去控制灯具。每盏灯具配备一个天线和地址进行控制与数据的收集。可以独立组网和采用公共网络组网。其监控范围广，无须单独布线，可扩展性强，安装方便。但通信距离短；单灯控制器的成本较高。每个单灯控制器内不仅有电流，电压数据采集的模块，还有GPRS/CDMA通信Modem，总的成本相对较高。

3.电力载波控制通讯控制模式

利用独立的市电供电线路作为通讯介质，采用移相监控多载波的调制技术，来进行灯具控到的一种模式。其支持点对点通信，通信速率相对较高，主机挂从机数量多，无须布线、施工方便、价格低廉、延伸方便，加入自动路由功能后监控范围成倍增加，监控范围可达数公里。但对电网环境要求比较高，需要专线供电，配电变压器对PLC信号有阻隔作用，电力线对载波信号易造成高削减，电力线存在本身固有的脉冲干扰。

控制装置向隧道内的灯具传送的控制信号可分为模拟信号和数字信号。模拟信号的优点是直观且容易实现，但存在保密性差和抗干扰能力弱的主要缺点；数字信号的优点是加强了通信的保密性和提高了抗干扰能力，但仍存在占用频带较宽即对线路的要求更高、技术要求复杂尤其是同步技术要求精度更高、进行模拟/数字信号转换时会带来量化误差等缺点。

隧道照明控制设计宜采用智能控制或自动控制为主、手动控制为辅的控制方式。控制模式方面目前只有电力载波控制方式完成工业化一体设计可靠性得到验证，所以推荐载波调光照明控制系统。照明控制系统赋予每个照明段在不同时间有不同亮度，这些亮度的控制是随隧道洞外亮度、色温、交通量、车辆速度大小而变化，隧道照明控制应根据洞外不同天气、时间段亮度的强弱或者不同时间交通量的大小采用无级连续调光控制方式。

7.2控制系统组成

照明控制系统主要由载波调光驱动电源控制器、监测装置、集中器控制器和控制管理软件四部分组成，如图7-5所示。

载波调光驱动电源控制器是系统的最底层设备，提供实时灯具控制和对灯具电流、电压、灯具状态等信息采集，提供灯具短路保护，线路故障巡测，主动上报故障信息。

监测装置是系统控制的信号采集设备，整合洞外亮度数据、洞外色温数据、道路流量监控、洞内空气质量通风监控、火险等信号的采集，为控制系统提供实时准确的数据，以便发出相应的控制命令。

专用的载波通讯集中控制器由通讯模块、检测模块、电脑主板组成。是系统的核心部件。上行通讯联接远程监控服务器；下行通过载波连接载波调光驱动电源控制器、载波信号采集设备。集中控制器与上下行的通讯传输信号的种类可分为模拟信号和数字信号。综合模拟信号与数字信号的比较，数字信号调控精确但使用成本较高，没有普及使用；模拟信号技术已经相当成熟，虽不及数字信号调控精确，但已可基本满足调光需求。所以控制信号推荐模拟信号控制，模拟信号又分为直流电流信号和直流电压信号。直流电流信号由于控制众多的灯具时技术难度较大，在隧道控制系统中主要选择直流电压信号进行调控。集中控制器是灯具照明系统中电能信息采集和远程控制的关键设备，安装在低压配电变压器的低压侧。可通过485实现对具有RS485接口电能表的采集和通过电力载波通讯对灯具进行控制。定时或实时的将数据通过TCP/IP、GPRS等通讯方式传回到远程服务器，适用于隧道灯、路灯监控等系统。采用ARM核微控器和嵌入式操作系统，在低压电网用电数据采集的实时性、灯具控制智能化、安装的方便性、使用环境的广泛性及建立系统的经济性等方面给照明管理部门提供了现代的手段，使灯具控制工作准确、实时、简便。

远程监控服务器及软件是系统的核心数据存储设备，提供TCP/IP、GPRS和intranet接入方式，可以在监控室或其他任何联网的PC上对集中器和节点控制器进行实时检测和控制。控制管理软件具有数据备份功能，可以存储设备详细信息和组网配置数据，并在故障发生后实现自动恢复功能。

图7-5电力载波智能控制系统

7.3控制原理与控制参数

对照明设施进行有效地控制，不仅可提高隧道运营安全水平，也实现节能减排。公路隧道照明控制方法分为分级控制和动态调光控制两种。分级控制是指通过开启或关闭配电回路进行照明控制。动态调光控制是指根据照明参数的变化而动态控制隧道内的照明亮度。LED灯、单端无极荧光灯、荧光灯等类型灯具宜采用动态调光控制法。

照明控制设计应结合洞外亮度、色温等光源特性指标以及时间、交通量、设计速度、供电电压、天气条件等制定。隧道照明控制原理如图7-6所示，根据隧道运营工况、隧道外部光环境的变化，确定满足驾驶员视觉需求的隧道入口段及过渡段亮度、色温等光源特性参数，并以此作为隧道入口段及过渡段的照明光环境调控的依据。

图7-6隧道照明控制原理框图

公路隧道照明控制参数包括时间、洞外亮度、交通量、平均车速、供电电压、天气条件等。照明控制还应考虑洞内能见度，即将照明控制与通风控制结合起来，以最大程度的实现照明节能。隧道照明节能控制框架结构如图7-7所示。

图7-7隧道照明节能控制框架结构图

7.4调光分级技术

公路隧道照明调光的周期越短，调光的分级越多、越精细，则隧道内调光亮度越能接近理论需求亮度，隧道内行车的安全性也越高，隧道照明系统的节能幅度也就越大。

入口段亮度根据洞外亮度的变化而迅速调整，应避免入口段亮度的快速变化可能会对在隧道入口段内行驶的驾驶员造成不利影响，故规定系统每秒钟调节的亮度幅度应不超过最大亮度的5%，系统的延迟时间降至1s。考虑到洞外亮度变化频率、照明系统的实际需求、半导体芯片D/A转换器的位数和现阶段技术水平上要完全做到无级调光是不现实的，为了使调光更便于操作实施和识别清晰，对调光的亮度等级选择了100级。在这种亮度等级下，相邻亮度等级间的亮度变化人眼几乎无法察觉，从而确保了系统的先进性。

7.5照明灯具的选择

传统分级调光方式一般是建立在灯具功率不可调控的基础之上，通过开闭不同的照明回路的方式以调节照明强度，实现调光分级的目的。新型照明控制系统通过实时调控隧道灯具的亮度来达到节能的目的，传统隧道照明灯具钠灯已不能满足实时调光的要求，可调功率的新型LED光源具有寿命长、显色指数高、光色选择性多、发光效率高，功率可控等优点，是新一代的隧道照明灯具。

研究发现驾驶员白天驶入隧道时，洞外亮度、色温等影响着驾驶员的驾驶需求，为了更好的满足驾驶员在隧道入口时驾驶需求，加强照明采用变色温灯具，打破传统照明灯具色温单一化的弊端，实现了隧道照明光源可随洞外色温变化而变化的设计。变色温灯具是采用3000K和6500K两种色温芯片，通过不同的回路控制改变两组芯片输入电流，使两种色温芯片具有不同的发光强度，通过调节

芯片的亮度实现色温的变化。在具有色温调节的隧道智能照明控制器中，通过增设了一路加强照明控制输出，以便用两路不同的控制信号去实现灯具的色温与亮度控制。这需要在前期参数设置中将变色温灯具的不同色温和功率如何由3000K 和6500K两种色温芯片发光配比构成提前输入。

7.7调控管理技术平台

公路隧道照明是保障隧道安全、高效、经济运营的基本措施之一，照明设施应实时有效地监测及控制，在提高安全运营水平的同时，可根据交通量变化、不同天气条件、不同时间段洞外亮度、色温等情况等及时、有效地调整照明光源指标水平，实现照明系统的节能降耗目标。采用可靠、先进的照明控制方式及管理技术是确保隧道安全运营及节能的重要手段。控制管理软件应可以实时查看、记录、调控隧道灯具控制情况的基本功能。本控制管理软件可通过互联网平台，在任何一个客户端通过实时查看LED隧道（道路）灯具照明工程的灯具亮度、用电量、工作状态和隧道（道路）的车流量，实时记录洞外亮度数据，可一键操作LED隧道（道路）灯具的应急和恢复操作。系统具有使用简单，数据实观、明了等特点。

该管理平台可实时监控隧道灯具的使用情况及耗电，设置集中控制器的参数。能实时记录并查看隧道洞外亮度与交通量状态。控制管理软件如图7-11所示。

图7-11控制管理软件

异常工况照明显示并控制优先的功能，应急情况特殊应急按钮用于特殊情况下将所有照明打开，恢复按钮用于恢复照明进入正常运转状态。该平台可将隧道管理人员交接班、操作记录等进行记录，生产隧道操作日报，对隧道自动调控与人员调控等信息进行整合记录。隧道照明监控系统界面如图7-12所示。

图7-12 隧道照明监控系统界面