岳秀坤

(山西欣奧特自動化工程有限公司，山西 太原 030012)

0 引言

我國是一個多山的國家，很多高速公路都有隧道路段，為了保證車輛在高速公路隧道內(nèi)安全通行，就需要在隧道內(nèi)配備照明燈具，以保證隧道內(nèi)亮度達到標準，傳統(tǒng)高壓鈉燈功率90 W/盞，加強照明達到120 W/盞，維持一條長隧道的運行，一天的耗電量也是非常驚人，很多高速公路地處偏遠山區(qū)，經(jīng)濟不夠發(fā)達，車流量也較少，每天收取的通行費也僅能維持路段的基本運行，所以怎樣改善隧道中的電能消耗問題已經(jīng)成為亟待解決的問題。隧道無極調(diào)光照明控制系統(tǒng)有著能耗低、故障率低等優(yōu)點，在眾多技術中“脫穎而出”，在整個高速公路行業(yè)得到了推廣應用。

1 系統(tǒng)組成和原理

隧道無極調(diào)光照明控制系統(tǒng)(以下簡稱本系統(tǒng))主要由無極調(diào)光控制柜、亮度可控型LED照明燈具、系統(tǒng)控制器、洞內(nèi)照度計、洞外亮度檢測儀和上位機監(jiān)控管理軟件等組成[1]。

本項目小峰隧道采用亮度可控型LED照明燈具進行調(diào)光，與傳統(tǒng)高壓鈉燈相比，具有美觀、節(jié)能、光效高等優(yōu)點，而且在燈具控制端增加了一個輸出功率控制端口，通過DC0～5 V的模擬信號調(diào)光接口精準控制燈具的輸出功率，進而達到調(diào)節(jié)燈具亮度的目的。這種傳輸方式的優(yōu)點是控制線路簡單，信號傳輸距離遠，為了確保模擬信號的傳輸距離足夠長，在進行燈具驅(qū)動電源設計時，可以將驅(qū)動電源的形式設計為電壓控制電流源，控制輸入端調(diào)整為高輸入阻抗，以確保控制信號的長距離傳輸[2]。系統(tǒng)的控制距離計算如下：

S=ΔV/(N×Ic×R).

式中：S：可同步控制燈具亮度的距離，單位為km；N：燈具數(shù)量，按5000盞計算；Ic：控制輸入端在5 V時的控制電流，取5×10-8A；R：1.5 mm2控制線每公里的線阻，為11.694 Ω/km；ΔV：控制線允許的最大電壓降，取0.05 V。

由此計算出系統(tǒng)可同步控制的距離為:

S=0.05/(5000×5×10-8×11.694)km=17.10 km.

經(jīng)過計算結(jié)果得知，模擬控制信號采用DC0～5 V電壓完全可以滿足控制信號的長距離傳輸。

本系統(tǒng)分為自動控制和手動控制兩種模式。在自動控制模式時，變電所內(nèi)隧道無極調(diào)光照明控制系統(tǒng)控制器根據(jù)隧道洞口環(huán)境亮度(由洞外亮度檢測儀測得的隧道中心軸線20°范圍內(nèi)的亮度值)，將亮度信號轉(zhuǎn)換為4～20 mA的標準信號，通過控制線纜傳送至無極調(diào)光控制柜內(nèi)，由此判斷洞外亮度處于何種工況，同時隧道管理站上位機將隧道監(jiān)控系統(tǒng)提供的每車道一小時平均車流量下發(fā)至變電所內(nèi)系統(tǒng)控制器(特殊情況下可采用交通量預置方式)，系統(tǒng)控制器根據(jù)洞外亮度值、車流量信息和設計冗余，分別計算出隧道入口段、過渡段、出口段加強照明和洞內(nèi)基本照明亮度值，再將其轉(zhuǎn)換為DC0～5 V模擬信號輸出，控制隧道內(nèi)照明燈具的輸出功率，從而達到隧道內(nèi)亮度調(diào)整的目的，本系統(tǒng)可根據(jù)安裝在加強段的洞內(nèi)照度計的反饋值進一步精準調(diào)光。

隧道管理站無極調(diào)光系統(tǒng)上位機通過以太網(wǎng)光端機與變電所內(nèi)的下位機進行通訊，利用無極調(diào)光監(jiān)控平臺軟件，可以實現(xiàn)遠程控制，參數(shù)修改設定，實時信號反饋等功能。

2 加強照明控制調(diào)光

在白天，車輛進入隧道時，視覺上會產(chǎn)生“黑洞效應”，所以需要開啟洞口加強照明，系統(tǒng)控制器根據(jù)洞內(nèi)外亮度、車流量和設計冗余等信息，經(jīng)計算后將其轉(zhuǎn)換為DC0～5 V的直流模擬輸出信號，通過調(diào)節(jié)加強照明燈具上的LED驅(qū)動電流，從而調(diào)節(jié)隧道出入口加強照明亮度值。夜間，加強照明燈具由監(jiān)控平臺系統(tǒng)關閉回路，不再調(diào)光。白天加強照明調(diào)光分級見表1。

表1 加強照明調(diào)光分級組合表

3 基本照明控制調(diào)光

隧道無極調(diào)光照明控制系統(tǒng)控制器根據(jù)車流量信息、設計冗余和不同的時間段，調(diào)節(jié)基本照明燈具的亮度；由于洞內(nèi)基本照明長時間開啟，照明燈具出現(xiàn)光衰，洞內(nèi)照度計測得的數(shù)值低于設計標準，系統(tǒng)控制器自動調(diào)節(jié)輸出電壓，調(diào)整基本照明燈具亮度，使洞內(nèi)亮度滿足設計要求。

4 控制回路設置

本項目在小峰隧道左側(cè)和右側(cè)電纜橋架上各敷設一路加強照明控制總線和基本照明控制總線，每側(cè)的加強照明控制總線覆蓋入口段和過渡段，每側(cè)的基本照明控制總線覆蓋隧道全段。隧道入口段和過渡段的加強照明燈具的控制端均接入加強照明控制總線，洞內(nèi)基本照明、基本兼應急照明燈具和應急停車帶燈具以及出口加強照明燈具的控制端均接入基本照明控制總線。這種回路布設方案可以在保證安全運行的前提下，最大限度節(jié)約電纜耗用量，減少工程總造價。

5 結(jié)束語

隧道無極調(diào)光照明控制系統(tǒng)在右平高速小峰隧道得到應用。本系統(tǒng)運行穩(wěn)定，最大限度節(jié)約了電量，避免了不必要的電能浪費，得到業(yè)主的一致認可，而且降低了照明系統(tǒng)故障率，不用像以往憑經(jīng)驗或者利用時間繼電器來控制照明回路，極大提高了業(yè)主的工作效率。近幾年，智慧高速在浙江、河北等地得到推廣應用，無極調(diào)光技術憑借自身優(yōu)勢，一定可以在未來智慧高速中得到廣泛應用。