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(dá)到標(biāo)準(zhǔn)，傳統(tǒng)高壓鈉燈功率90 W/盞，加強(qiáng)照明達(dá)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(yuǎn)山區(qū)，經(jīng)濟(jì)不夠發(fā)達(dá)，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(shù)中“脫穎而出”，在整個高速公路行業(yè)得到了推廣應(yīng)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(jī)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(jìn)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(zhǔn)控制燈具的輸出功率，進(jìn)而達(dá)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(yuǎn)，為了確保模擬信號的傳輸距離足夠長，在進(jìn)行燈具驅(qū)動電源設(shè)計時，可以將驅(qū)動電源的形式設(shè)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(biāo)準(zhǔn)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(jī)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(yù)置方式)，系統(tǒng)控制器根據(jù)洞外亮度值、車流量信息和設(shè)計冗余，分別計算出隧道入口段、過渡段、出口段加強(qiáng)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(dá)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(qiáng)段的洞內(nèi)照度計的反饋值進(jìn)一步精準(zhǔn)調(diào)光。

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

2 加強(qiáng)照明控制調(diào)光

在白天，車輛進(jìn)入隧道時，視覺上會產(chǎn)生“黑洞效應(yīng)”，所以需要開啟洞口加強(qiáng)照明，系統(tǒng)控制器根據(jù)洞內(nèi)外亮度、車流量和設(shè)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(qiáng)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(qiáng)照明亮度值。夜間，加強(qiáng)照明燈具由監(jiān)控平臺系統(tǒng)關(guān)閉回路，不再調(diào)光。白天加強(qiáng)照明調(diào)光分級見表1。

表1 加強(qiáng)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(shè)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(shè)計標(biāo)準(zhǔn)，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(shè)計要求。

4 控制回路設(shè)置

本項目在小峰隧道左側(cè)和右側(cè)電纜橋架上各敷設(shè)一路加強(qiáng)照明控制總線和基本照明控制總線，每側(cè)的加強(qiáng)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(qiáng)照明燈具的控制端均接入加強(qiáng)照明控制總線，洞內(nèi)基本照明、基本兼應(yīng)急照明燈具和應(yīng)急停車帶燈具以及出口加強(qiáng)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(shè)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(yīng)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(rèn)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(yīng)用，無極調(diào)光技術(shù)憑借自身優(yōu)勢，一定可以在未來智慧高速中得到廣泛應(yīng)用。