传统的隧道照明大都是采用高压钠灯作为光源,也就是我们还能经常看见的一进隧道不刺眼但偏昏黄的灯。但是高压钠灯在辐射形式、显色性、视觉敏感特性、功率规格、亮度控制等方面均存在许多不足,LED隧道照明灯具在亮度和可控性、节能方面非常优秀,所以目前新建隧道基本都用LED光源隧道灯。
LED光源大量应用之前,隧道照明控制系统大多采用分回路按洞外亮度或按时序控制加强照明。此方式通过开关照明回路的方式增减工作灯具,从而达到控制照度输出的目的。组合一般照明和应急照明回路,能够满足“晴天、阴天、重阴、夜间、深夜”等不同的工况要求。但我国隧道多呈现不同的地域,各地方经济条件,数量众多等特点,所以传统的隧道灯具还是占有相当的比例。巨川就现有市场常见的隧道智能照明控制系统方案,进行逐一对比,简单分析,具体方案在应用中,需要根据现场情况,图纸设计进行选配深化。
(1)按回路控制
其优点在于控制系统组成简单,控制可靠性高。
隧道照明控制方案的实施,依赖于控制技术和控制方式的支撑。隧道照明控制方式在很大程度上体现出隧道运营管理的现代化程度。隧道照明系统配置了照明控制柜/配电箱,能实现现场人工控制和自动控制,并且预留了远程控制模块,提供控制照明设施的继电器接点,将照明区域控制单元直接与照明控制柜/配电箱的继电器接点相连,以实现对照明设施的远程控制。
隧道照明的自动控制是利用光亮度检测仪、车辆检测器等没备采集的相关照明控制参数,由电子设备直接控制照明回路的开/关或无级调控照明亮度,无须人工参与控制过程,其可细分为远程自动控制方式和本地自动控制方式。在自动控制方式下,隧道照明控制系统根锯实H寸采集的洞外亮度。
隧道照明控制系统主要包括以三种:
①集中式控制系统。其是最常见的一种控制方式,即由中央计算机管理整个照明系统,作为系统的集中处理单元。集中式控制系统(Centralized Control System.CCS)的优势在于可以充分发挥管理决策的集中性;缺点在于一旦中心计算机出现故障.整个照明系统将全部瘫痪,容易酿成隧道交通事故。由于短隧道控制点数较少,配以全套的控制设施成本较高,故可由中央控制窒对照明没施进行控制与管理,以减少投资。
②分布式控制系统。其特点是以分散的控制适应分散的控制对象一一隧道照明设施,以集中的监视和操作达到掌握全局的目的,具有较高的稳定件、可靠性和可扩展性。分布式控制系统(Dist ributed ControlSystem.DCS)的优势在于各控制部分相对独立,某部分出现故障并不影响其他部分,系统仍然可以运行。这种控制系统具有分散控制、集中操作、分级管理、配置灵活、组态方便的特点。
③现场总线控制系统(Fieldbus Cont rol System.FCS)。其是分布式控制系统向全数字化发展的结果。现场总线是安装在制造或过程区域的现场装置与控制室内的自动控制装置之问的数字式、串行、多点通信的数据总线。与DCS不同的是,这些现场装置输出(或输入)的信号是数字信号而非传统的模拟信号。现场总线控制技术以数宁信号取代模拟信号,大量现场检测与控制信息就地采集、处理、使用,许多控制功能从控制室移至现场没备。这样不但使系统集成大为简化、维护变得十分简便。而且使系统的可靠性进一步得到提高。
其优缺点体现在一下几个方面:
a.施工成本高。因同一供电距离内有多个供电回路,造成电缆数量相对于其他方案成倍增加,布线施工费用大幅上升。但目前已经有了无线远程版本,免去布线的成本和人工费用。
b.照明效果欠佳。因控制方式为回路开关控制,当关闭部分照明回路时,该工况下照明灯具间距过长,造成隧道路面连续且反复交叉出现“亮带”和“暗带”,形成斑马效应;或当关闭一侧基本照明(深夜)时,造成各行车道之间的照度不均匀,使得隧道照明纵向均匀度过差,以致驾驶员的视觉效果变差并会加重视觉疲劳。
c.仅依靠时序和采集洞外照度值控制隧道内灯具的开关,并没有利用其他数据形成一个可控的闭环系统。忽视了灯具的调光特性,适用于不复杂的隧道内环境、交通工况等变化需求。
(2)按回路调光
随着LED光源的大量应用,实现灯具的调光成本越来越低,系统的可靠性也大幅上升。在原本的回路开关基础上再加上调光总线,从而实现对每个分段的灯具亮度输出调节功能。
相对于传统的回路控制方案,其优点在于:
a.大幅减少供电回路的数量,降低电缆的布设与施工成本。
b.同一段内所有灯具统一调节亮度输出,避免了回路开关方案中由于照度不均匀而导致的斑马效应。
c.灯具负荷比较平均,不会由于部分灯具使用频度不一致而导致光衰不平衡。
d.可以根据灯具的光衰特性,在使用初期限制其亮度,保证在灯具整个生命周期内照度输出恒定。既节省了能耗,又有助于延长灯具使用寿命。
回路调光控制的局限性是尚无法对每一盏灯具进行独立的控制,并获取灯具的工况状态数据。
(3)无线单灯控制
同时,针对一些隧道照明改建类项目,现场不具备二次布线的条件。目前也有一些隧道照明改造时开始尝试采用无线通讯的单灯控制。理论上也能达到有限单灯控制同样的功能效果。
但依目前实际使用的情况来看,隧道内电磁环境相对比较复杂,很容易受到各种无线电噪声的干扰,系统稳定性较差。无法满足隧道照明控制对于可靠性的严格要求。
(4)有线单灯控制
今年来随着物联网技术的蓬勃发展,市面上也开始出现通过数字通讯总线对隧道照明灯具实施单灯控制的方案。一般采用RS485或DALI协议作为通讯协议,可以通过的地址对每一盏灯具进行调光与开关控制。并实时反馈每一盏灯具的电压、电流、功耗、温度等工况运行参数,当灯具故障或具有故障隐患时可以马上向管理人员报警,以便及时安排更新与维护。
这种新方案的优点是,可以进一步减少供电电缆的使用量,并可以掌握每一盏灯具的实时状态。
但是就目前来讲,其造价还是比较高昂,同时引用了大量的新通讯技术,调试复杂,系统可靠性与稳定性反而不及回路调光的方案。方案整体性价比不高。
LED灯具调光总线的选择策略
目前常用的灯具调光接口一般采用PWM调光与0-10V调光两种方式
(1) PWM调光
通过控制PWM占空比来实现灯具的调光输出。
优点是电路结构简单,成本低廉。
缺点是长距离传输容易引起波形畸变,影响调光效果,同时较容易发生频闪的问题。
(2) 0-10V调光
通过调节总线电压来实现灯具的亮度调节。
优点是通用性强,调光无频闪,效果稳定可靠。
缺点是总线发生短路时,灯具将调至较暗,影响现场照明效果。
综上所述,目前常用的两种调光技术在隧道照明的应用中都有其局限性,无法完全满足公路隧道照明严格要求。
所以,在公路隧道照明的调光总线,建议采用0-5V的反逻辑电平。0V代表亮、5V代表暗。这样既可以保证信号稳定,无频闪。同时还能够保证在总线发生短路故障时,灯具能够保持高亮度,无法满足现场照度要求标准,造成安全隐患。