陳凱麟

廈門市市政工程設(shè)計(jì)院有限公司，福建 廈門 361000

0 引言

隨著LED照明技術(shù)的不斷成熟和發(fā)展，其性能和安全標(biāo)準(zhǔn)無論在國家層面、行業(yè)層面還是地方層面都得到了充分的認(rèn)可，使其廣泛應(yīng)用于室內(nèi)外各類場所的照明。在社會(huì)大眾對照明高品質(zhì)的追求下，隧道照明已呈現(xiàn)多樣化的功能性應(yīng)用趨勢，如節(jié)能性、安全性、舒適性等[1]。傳統(tǒng)的隧道LED供電方式是在末端通過驅(qū)動(dòng)電源將220 V的交流電轉(zhuǎn)化為燈具所需要的直流電，而隨著直流照明技術(shù)的不斷成熟，采用直流電直接供電，從而省去末端轉(zhuǎn)化的過程。從光環(huán)境質(zhì)量的角度來看，通過集中處理直流供電照明能夠更好地避免燈具的頻閃，從而營造更為舒適健康的光環(huán)境；從控制的角度來看，直流供電具有更好的控制靈活性，在智能化技術(shù)應(yīng)用方面具有明顯的優(yōu)勢；從安全的角度來看，人體對直流電流的耐受極限值遠(yuǎn)高于交流電流，其安全性明顯優(yōu)于交流電[2-3]。文章以重慶沿山大道文峰山隧道為例，針對直流智能調(diào)光系統(tǒng)的設(shè)計(jì)進(jìn)行分析。

1 項(xiàng)目概況

文峰山隧道為上下行分離的長隧道，隧道左線總長1 500 m，右線總長1 600 m。隧道南端洞口采用端墻式洞門，北端洞口采用削竹式洞門。隧道凈空為17.5 m×5.0 m。道路等級為城市主干道，雙向8車道，設(shè)計(jì)行車速度為60 km/h。該項(xiàng)目采用直流供電系統(tǒng)，直流柜具備交流輸入、防雷、整流、分路輸出、采樣、控制等功能。采用IT系統(tǒng)接線型式，在直流柜內(nèi)部完成交流變直流，優(yōu)選值DC 220 V，對每個(gè)LED燈具供電。

2 直流智能調(diào)光系統(tǒng)應(yīng)用

2.1 調(diào)光方案

根據(jù)《公路隧道照明設(shè)計(jì)細(xì)則》（JTG/T D70/2-01—2014）、《LED城市道路照明應(yīng)用技術(shù)要求標(biāo)準(zhǔn)》（GB/T 31832—2015）的相關(guān)規(guī)定，將隧道照明區(qū)段分為入口Ⅰ段、入口Ⅱ段、過渡Ⅰ段、過渡Ⅱ段、中間段、出口Ⅰ段、出口Ⅱ段，洞外亮度取3 500 cd/m2，入口段亮度折減系數(shù)取0.022，各段亮度標(biāo)準(zhǔn)要求如下：入口Ⅰ段Lth1=77.0 cd/m2；入口Ⅱ段Lth2=38.5 cd/m2；過渡Ⅰ段Ltr1=23.1 cd/m2；過渡Ⅱ段Ltr2=7.7 cd/m2；中間段Lin=6.0 cd/m2；出口Ⅰ段Lex1=18.0 cd/m2；出口Ⅱ段Lex2=30.0 cd/m2。

設(shè)計(jì)階段采用晴天、云天、陰天、重陰（晚上）、深夜五種調(diào)整方案，運(yùn)營期間可根據(jù)交通量變化、洞外亮度變化、不同季節(jié)等制訂適宜的調(diào)光及運(yùn)營管理方案，以確保隧道照明系統(tǒng)在不同運(yùn)營條件下的安全與節(jié)能運(yùn)行，并實(shí)現(xiàn)科學(xué)管理。不同調(diào)光模式下各照明區(qū)段的亮度及調(diào)光比例如表1所示。

表1 不同調(diào)光模式下各照明區(qū)段的亮度及調(diào)光比例表

隧道LED照明采用無級調(diào)光方式，集中控制器應(yīng)具有直流電力載波接口，采用曼徹斯特編碼協(xié)議，通過脈沖寬度調(diào)制（PWM）方式實(shí)現(xiàn)隧道LED照明的調(diào)光，亮度調(diào)節(jié)范圍為0～100%?？傮w控制策略如下：根據(jù)洞口亮度和夜間時(shí)段，對不同照明區(qū)段的燈具的調(diào)光比例進(jìn)行設(shè)定后自動(dòng)調(diào)光。洞外亮度越高，洞內(nèi)照明亮度也越高，反之亦然。當(dāng)洞口亮度監(jiān)測儀采樣的亮度值在3 500 cd/m2（L20＞1 750 cd/m2）時(shí)，系統(tǒng)認(rèn)定為晴天模式；在1 750 cd/m2（875＜L20≤1 750 cd/m2）時(shí)，系統(tǒng)認(rèn)定為云天模式；在875 cd/m2（455＜L≤875 cd/m2）時(shí)，系統(tǒng)認(rèn)定為陰天模式；在455 cd/m2（L≤455 cd/m2）或者進(jìn)入夜間時(shí)，系統(tǒng)認(rèn)定為重陰（晚上）模式；晚上12點(diǎn)之后，系統(tǒng)認(rèn)定為深夜模式。

2.2 關(guān)鍵技術(shù)

（1）曼徹斯特編碼。曼徹斯特編碼又稱裂相碼、同步碼、相位編碼，是一種用電平跳變來表示“1”或“0”的編碼方式，其變化規(guī)則很簡單，即每個(gè)碼元（一個(gè)時(shí)鐘位）均用兩個(gè)不同相位的電平信號(hào)表示，也就是一個(gè)周期的方波，但“0”碼和“1”碼的相位正好相反。五種調(diào)光模式下的曼徹斯特編碼如圖1所示。

圖1 五種調(diào)光模式下的曼徹斯特編碼

直流智能調(diào)光系統(tǒng)采用曼徹斯特編碼進(jìn)行開關(guān)及調(diào)光控制，設(shè)定如下：高電平為DC 220～290 V，低電平為高電平-10 V；系統(tǒng)處于正常工作狀態(tài)時(shí)，輸出電壓為高電平；一個(gè)時(shí)鐘位內(nèi)輸出電壓由高電平轉(zhuǎn)為低電平時(shí)表示“1”，由低電平轉(zhuǎn)為高電平時(shí)表示“0”。

（2）直流電力載波通信（直流PLC）。電力線載波通信是以輸電線路作為載波信號(hào)的傳輸媒介的一種通信方式，最大的特點(diǎn)是不需要重新架設(shè)網(wǎng)絡(luò)，通過現(xiàn)有電力線傳輸控制信號(hào)，減少所需布線量，節(jié)省成本與部署時(shí)間。直流電力載波通信即將載有信息的信號(hào)調(diào)制到直流電上，利用現(xiàn)有線路實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)通信。

（3）智能驅(qū)動(dòng)電源。相對于傳統(tǒng)電力載波通信（PLC）智能照明控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)采用單燈控制器與DC/DC驅(qū)動(dòng)電源集成設(shè)計(jì)的方案，PLC通信模塊內(nèi)置于驅(qū)動(dòng)電源中，省去單燈控制器的投入，在驅(qū)動(dòng)電源上增加部分成本，即可實(shí)現(xiàn)通信與調(diào)光功能，從而節(jié)省設(shè)備的成本投入。此外，相對于傳統(tǒng)方案，該方案省去單燈控制器的體積，燈具的體積也可變小，從而降低燈具的成本。傳統(tǒng)調(diào)光方案和智能驅(qū)動(dòng)電源方案分別如圖2、圖3所示。

圖2 傳統(tǒng)調(diào)光方案

圖3 智能驅(qū)動(dòng)電源方案

2.3 技術(shù)路線

直流智能調(diào)光系統(tǒng)主要由直流柜、集中控制器、直流LED燈具、智慧照明管理平臺(tái)組成，將智能化系統(tǒng)與直流照明相結(jié)合，利用直流PLC對隧道LED燈具進(jìn)行智能控制，實(shí)現(xiàn)智慧照明。

集中控制器接收智慧照明管理平臺(tái)下發(fā)的指令，控制直流柜內(nèi)整流模塊輸出電壓的波動(dòng)，每一種波動(dòng)組合代表一種調(diào)光策略，再通過直流電力載波傳輸?shù)矫總€(gè)燈具，驅(qū)動(dòng)電源接收并解析平臺(tái)發(fā)出的調(diào)光控制命令以調(diào)節(jié)燈具亮度，實(shí)現(xiàn)智能調(diào)光。同時(shí)，驅(qū)動(dòng)電源將其狀態(tài)反饋至管理平臺(tái)，進(jìn)行數(shù)據(jù)交互，從而對照明狀況進(jìn)行監(jiān)測和分析，為管理人員的決策提供支撐，系統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖4所示。集中控制器設(shè)置于直流柜中，既可與隧道監(jiān)控中心實(shí)現(xiàn)通信，當(dāng)通信中斷時(shí)，也可獨(dú)立于監(jiān)控中心自行調(diào)光工作。

3 結(jié)論

智能控制、實(shí)時(shí)監(jiān)測、精細(xì)管理、高效節(jié)能和綠色環(huán)保已經(jīng)成為現(xiàn)代城市隧道照明控制系統(tǒng)發(fā)展的必然趨勢。直流智能調(diào)光系統(tǒng)跟隨時(shí)代發(fā)展的潮流，采用直流懸浮供電，與大地隔離，提高了用電安全性；采用DC/DC智能驅(qū)動(dòng)，集成化設(shè)計(jì)，節(jié)約燈具成本；采用直流電力載波通信，減少了通信線纜投入，從而實(shí)現(xiàn)照明的節(jié)能環(huán)保、智能調(diào)光、安全運(yùn)行以及精準(zhǔn)維護(hù)。