专利名称：一种可调光隧道led照明节能控制系统及方法
技术领域：
本发明属于隧道内照明节能控制技术领域，特别涉及一种可调光隧道LED照明节能控制系统及方法。
背景技术：
随着公路建设尤其是高速公路建设的蓬勃发展，隧道照明里程越来越长，耗电量日益增高，致使隧道行车安全及照明节能问题日渐突出1、行车安全。车辆通过隧道的过程是ー个明亮-黒暗-明亮的过程，人眼在明暗交替变化的过程中，往往会产生“黑洞效应”和 “白洞效应”，极易发生交通事故；2、照明节能。大多数隧道分布在山区，夜间车辆通行稀少，而现有隧道灯电源回路的控制系统并不能依据车流量改变及时做出应对，使电能浪费现象较为严重。另ー方面，高压钠灯仍然是大多数隧道的照明光源，高压钠灯的延时性决定了高压钠灯无法实现实时调光，同时，高压钠灯耗电量大，寿命短，启动时间长；而1^0隧道灯具有节能、寿命长、启动快等显著优点，通过PWM可调光数字电源可实现调光功能。
发明内容
针对现有技术存在的不足，本发明提供了一种可调光隧道LED照明节能控制系统及方法。本发明的技术方案是这样实现的一种可调光隧道LED照明节能控制系统，该系统包括LED隧道灯、PWM可调光数字电源、区域PLC控制器、主控PLC控制器、第一红外线车检器、第二红外线车检器、第一照度检测器、第二照度检测器、雷达车检器、外部PLC控制器；其中LED隧道灯安装在隧道内顶部两侧，PWM可调光数字电源安装在LED隧道灯后方，各区间内的PWM可调光数字电源连接到用于调整所控区间隧道灯亮度的区域PLC控制器；所有区域PLC控制器连接到用于控制整个隧道照明系统的主控PLC控制器；在隧道内路面两侧，安装第一红外线车检器及第一照度检测器，第一红外线车检器及第一照度检测器连接到主控PLC控制器；隧道洞口前，ー个照明停车视距处，在通过车辆的上方安装雷达车检器，在通过车辆的ー侧方，安装第二红外线车检器，在通过车辆的另ー侧方安装第二照度检测器，雷达车检器、第二红外线车检器及第ニ照度检测器同时连接到用于接收、传递信号的外部PLC控制器；所述外部PLC控制器连接到主控PLC控制器。所述的第一照度检测器分别置于隧道的入口段、过渡段、中间段和出ロ段；所述第一红外线车检器分别置于隧道的入口段、过渡段、中间段和出口段的开始位置及出口段的结束位置，而在中间段设置多个第一红外线车检器，相邻两项红外线车检器间隔84米，实际安装数量以实际环境为准；一种可调光隧道LED照明节能控制方法，按如下步骤进行步骤I、采集车流量信号，通过安装在隧道ロ上方及两端距离隧道ロ前“Ds+Dss ”距离处的雷达车检器和第二红外线车检器采集车流量信号N，第二照度检测器采集隧道外的亮度L2tl ;其中Ds是ー个照明停车视距，Dss为照明停车视距増加量；
步骤2、对LED隧道灯进行调频调光处理，依据《公路隧道通风照明设计规范》，入ロ段亮度Lth、过渡段亮度L&、中间段亮度Lin和出ロ段亮度Lrai :根据规定，设定隧道时的亮度标准定义如下入口段亮度Lth=K*L2。，其中K为入口段亮度折减系数，K=O. 01 O. 045过渡段亮度Ltr=O. l5*Lth中间段亮度Lin=9. O (cd/m2) 1.5 (cd/m2)出口段亮度 Lex=5*Lin 按照上述规范，定义LED隧道灯上述各段亮度为Lb，最大亮度为Lmax,使LED隧道灯达到亮度Lb所需要的实际电压以及达到最大亮度Lmax时所需的电压Vmax,有
^^ニみポ吖厂ヰ^皿^隧道内无车通过时’隧道内各し即隧道灯照度降至最大亮度的
max V maxi_j max
10%，即将各隧道灯的功率调至额定功率的10%，LED隧道灯亮度的调节区间为最大亮度的10% 100%，与其对应的PWM可调光数字电源的调节范围为IV 10V，主控PLC控制器对PWM可调光数字电源发送调压信号，从而对LED隧道灯进行调频调光处理；步骤3、隧道内第一红外车检器包括V·· Yn+1，隧道入口段、过渡段、中间段和出口段长度分别为D1.D2、D3和D4,第一照度检测器包括L2、L3、L4、L5，用于检测隧道内亮度信息入口段实测亮度为Ls_th，过渡段实测亮度为Ls_fe，中间段段实测亮度为Ls_in，出ロ段实测亮度为Ls_，隧道入口段、过渡段、中间段和出口段达到标准亮度时，输出到各段PWM亮度调节段的电压为Vth、Vtr, \n及当隧道内各段亮度不达标时，输出到各段PWM亮度调节段的实际电压为Vs_th、Vsセ、Vs_in及h ;步骤4、调整照明停车视距，设定Ds=158米，由于实际隧道照明LED灯亮度调节滞后，为保证行车安全性，将照明停车视距増加Dss，Dss=Vt_max*Tss，其中Vt_max为车速上限，Tss为LED照明灯亮度调节时间；步骤5、判定隧道内有无车辆通行并确定隧道入口段亮度；步骤6、调节LED隧道灯亮度系数，随着灯使用时间的推移，LED隧道灯会发生光衰情況，当隧道内实测亮度值与标准亮度值不符吋，主控PLC控制器根据反馈值，调整各段LED隧道灯亮度系数，通过调节LED隧道灯给定电压的方式来调整隧道灯的亮度，使其满足标准对隧道亮度的要求。所述的步骤5判定隧道内有无车辆通行并确定隧道入口段亮度，分3种情况I)当双车道单向通行，当交通量N彡1200时，入口段亮度折减系数K取上限，即O. 045;当交通量N彡350吋，入ロ段亮度折减系数K取下限，即O. 01 ;当交通量在350 < 1200吋，入口段亮度折减系数K及中间段亮度均取内插值，
K=---*(0.045 - 0.01)，中 |11 段亮度Lin=---*(9.0-1.5);
(1200 - 900Jノ Tl」仪几/又(1200-900)2)当隧道洞口前无车辆驶入信号Tw时间后，则视隧道内无车辆通过。取车辆低速通过隧道，Tw= (DdDdDdWDss)AVmin，其中Vt_min为车速下限，Dss=UTss ;当隧道洞ロ前无车辆驶入信号Tw时间内，则视此Tw为等待时间，隧道内各隧道灯均保持标准下的开启状态。3)隧道内无车辆通过时，隧道LED灯降至额定功率的10%。本发明的优点实现按需照明，避免了“黑洞效应”和“白洞效应”，大幅度提高了隧道行车的安全性；实时检测过往隧道的车辆，真正实现有车“开灯”，无车“关灯”，达到隧道照明节能的目的。
图I为本发明一种可调光隧道LED照明节能控制系统结构框图；图2为本发明一种可调光隧道LED照明节能控制系统隧道照明段构成图；图3为本发明一种可调光隧道LED照明节能控制系统隧道节能方法流程图；图中=LI1 LIn+1为LED隧道灯、QP为区域PLC控制器、Y2 Yn+1为第一红外线车检器、Y1为第二红外线车检器、L2 L5为第一照度检测器、L1为第二照度检测器、X1为雷达车检器、WP为外部PLC控制器。
具体实施例方式下面结合附图对本发明具体实施方式
作进ー步说明如图I所示，该系统包括LED隧道灯LI1-LIlrt.PWM可调光数字电源、区域PLC控制器QP、主控PLC控制器、第一红外线车检器Y2 Υη+1、第二红外线车检器Y1、第一照度检测器L2 L5、第二照度检测器L1、雷达车检器X1、外部PLC控制器WP :其中LED隧道灯安装在隧道内顶部两侧，用于隧道照明；PWM可调光数字电源安装在隧道灯后方，用于调整LED隧道灯功率；各区间内的PWM可调光数字电源通过信号线连接到用于调整所控区间隧道灯亮度的区域PLC控制器；所有区域PLC控制器通过以太网光纤连接到用于控制整个隧道照明系统的主控PLC控制器；在隧道内路面两侧，距路面高度I米左右，安装第一红外线车检器Y2 Yn+1及第一照度检测器L2 L5,第一红外线车检器Y2 Υη+1及第一照度检测器L2 L5通过信号线连接到主控PLC控制器；隧道洞口前标准距离处，在通过车辆的上方安装雷达车检器X1,在通过车辆的ー侧方，安装第二红外线车检器Y1，在通过车辆的另ー侧方安装第ニ照度检测器L1，雷达车检器X1通过RS485串ロ连接到用于接收、传递信号的外部PLC控制器，第二红外线车检器Y1、第二照度检测器L1通过信号线连接到用于接收、传递信号的外部PLC控制器WP ;所述外部PLC控制器通过以太网光纤连接到主控PLC控制器；如图2所示，所述隧道内第一照度检测器L2 L5分别置于隧道的入口段、过渡段、中间段和出ロ段；所述第一红外线车检器Y2 γη+1分别置于隧道的入口段、过渡段、中间段和出口段的开始位置及出口段的结束位置，而在中间段设置多个第一红外线车检器，相邻两项红外线车检器间隔84米，实际安装数量以实际环境为准；一种可调光隧道LED照明节能控制方法，如图3所示，按如下步骤进行 步骤I、通过安装在隧道ロ上方及两端距离隧道ロ前“Ds+Dss”距离处的雷达车检器X1和第二红外线车检器Y1采集车流量信号N，第二照度检测器L1采集隧道外的亮度L2tl ;其中Ds是ー个照明停车视距，Dss为照明停车视距増加量；步骤2、依据《公路隧道通风照明设计规范》，入口段亮度Lth、过渡段亮度L&、中间段亮度Lin和出ロ段亮度Lrai :根据規定，设定隧道时的亮度标准定义如下入口段亮度Lth=K*L2。，其中K为入口段亮度折减系数，K=O. 01 O. 045过渡段亮度Ltr=O. 15*Lth中间段亮度Lin=9.0 (cd/m2) I. 5 (cd/m2)
出ロ 段壳度 Lex=5*Lin按照上述规范，定义LED灯上述各段亮度为Lb，最大亮度为Lmax,使LED隧道灯达到亮度Lb所需要的实际电压\，以及达到最大亮度Lmax时所需的电压Vmax，有
Fmax，隧道内无车通过时，隧道内各LED灯照度降至最大亮度的10%，即将各隧道灯
的功率调至额定功率的10%，如此，隧道灯亮度的调节区间为最大亮度的10% 100%，与其对应的PWM可调光数字电源的调节范围为IV 10V，主控PLC控 制器对可调光数字电源发送调压信号，从而对LED隧道灯进行调频调光处理；步骤3、定义隧道入口段、过渡段、中间段和出口段长度分别为D1. D2、D3和D4，第一照度检测器L2、L3、L4、L5检测隧道内亮度信息入口段实测亮度Ls_th，过渡段实测亮度Ls_ta，中间段段实测亮度Ls_in，出ロ段实测亮度Ls_ex，隧道入口段、过渡段、中间段和出ロ段达到标准亮度时，输出到各段PWM亮度调节段的电压为Vth、Vtr, Vin及Vrai，当隧道内各段亮度不达标时，输出到各段PWM亮度调节段的实际电压为Vs_th、Vs_ta、Vs_in及Vs_ex ；步骤4、雷达车检器X1、第二红外线车检器Y1和第二照度检测器L1分别安装在洞前“Ds+Dss”米车辆通过处的上方和两侧，Ds的取值按下图所示照明停车视距Ds表
4^き(%) -4 -3 -2 -I O I 2 3 4
V (km/h) _________
100i/y 173 168 163 158 154 149 145 142
80112 110 106 103 100 98 ' 95 93 90
6062 60 58 57 56 55 54 53 52设置Ds取标准最高值158米，用于检测隧道外的车辆信息和照度信息。Dss=UTss，设定Vt_max=100Km/h，Tss=LED照明灯亮度调节时间；步骤5、判定隧道内有无车辆通行并确定隧道入口段亮度；I)当双车道单向通行，当交通量N彡1200时，入口段亮度折减系数K取上限，SPO. 045 ;当交通量N < 350吋，入口段亮度折减系数K取下限，即O. 01 ;当交通量在其中间值
时，入口段亮度折减系数K及中间段亮度均取内插值，K=⑴⑻' 1.,(0.045-0.01)，中间段
亮度Lin= --*(9.0- 1.5)；
(!200-900)2)当车辆到达も、Y1车检器处时，外部PLC控制器将车检器及照度检测器采集到的信号上传至主控PLC控制器，主控PLC控制器向入口段及过渡段区域PLC控制器发送指令，入口段区域PLC控制器按上述标准对隧道入口段及过渡段的PMW可调光电源进行调压处理，使隧道入口段及过渡段的LED隧道灯调整到标准亮度，其余各段保持原样；3)按照上述调光设计方案，Y2 Y3区间总长等于入口段长度D1J3 Y4区间总长等于过渡段长度D2, Y2 Y3区间的照度标准即按入口段照度标准计算，Y3 Y4区间的照度标准即按过渡段照度标准计算；当主控PLC控制器判断得到入口段照度检测器L2上传来的Λ ロ段实际亮度Ls_th未达标准吋，即向区域PLC控制器发送指令对Y2 Y3区间的PMW可调光电源进行调压处理，使Y2 Y3区间隧道灯满足标准光照度要求；当主控PLC控制器判断得到过渡段照度检测器L3上传来的过渡段实际亮度Ls_fe未达标准吋，即向区域PLC控制器发送指令对Y3 Y4区间的PMW可调光电源进行调压处理，使Y3 Y4区间隧道灯满足标准光照度要求；4)当车辆到达Y2车检器处时，隧道Y2 Y3区间及Y3 Y4区间维持照明状态，按照设计，Y4 Yn区间的红外线车检器置于隧道中间段，其中相邻两项红外线车检器相隔84米，Di+D2〈 (n-4) 84<D1+D2+D3, Y4 Y5区间隧道灯按上述标准开启，启动及调节过程与上述
2、3步骤一致，其余各段保持原样；5)当车辆到达Y3车检器处时，Y2 Y3区间、Y3 Y4区间及Y4 Y5区间维持照明状态，Y5 Y6区间隧道灯按上述标准开启，启动及调节过程与上述2、3步骤一致，其余各段 保持原样；6)当车辆到达Y4车检器处时，Y3 Y4区间、Y4 Y5区间及Y5 Y6区间维持照明状态，Y2 Y3区间隧道灯功率降至额定功率的10%，Y6 Y7区间隧道灯按上述标准开启，启动及调整过程与上述2、3步骤一致，其余各段保持原样；7)当车辆到达Yn_2车检器处时，Υη_3 Υη_2区间、Υη_2 Ylri区间及Ylri Yn区间維持照明状态，Υη-4 γη-3区间隧道灯功率降至额定功率的10%，按照设计，Yn Υη+1区间总长等于出ロ段长度D4，Yn Υη+1区间的照度标准即按出ロ段照度标准计算，Yn Υη+1区间隧道灯按上述标准开启，启动及调整过程与上述2、3步骤一致，其余各段保持原样；8)当隧道洞口前无车辆驶入信号Tw时间后，则视隧道内无车辆通过。取车辆低速通过隧道，Tw=(DfDJDJWDss)AVmin, Vt_min=60Km/h，D 为隧道实际长度，Dss=Vt_max*Tss ；9)隧道内无车辆通过时，隧道LED灯降至额定功率的10% ；
步骤6、在进行隧道照明控制方法设计吋，隧道内各车检器的数量根据实际隧道长度而变化，主控PLC控制器的程序设计应根据实际情况进行调整。
权利要求
1.一种可调光隧道LED照明节能控制系统，其特征在于该系统包括LED隧道灯、PWM可调光数字电源、区域PLC控制器、主控PLC控制器、第一红外线车检器、第二红外线车检器、第一照度检测器、第二照度检测器、雷达车检器、外部PLC控制器；其中LED隧道灯安装在隧道内顶部两侧，PWM可调光数字电源安装在LED隧道灯后方，各区间内的PWM可调光数字电源连接到用于调整所控区间隧道灯亮度的区域PLC控制器；所有区域PLC控制器连接到用于控制整个隧道照明系统的主控PLC控制器；在隧道内路面两侧，安装第一红外线车检器及第一照度检测器，第一红外线车检器及第一照度检测器连接到主控PLC控制器；隧道洞口前，ー个照明停车视距处，在通过车辆的上方安装雷达车检器，在通过车辆的ー侧方，安装第二红外线车检器，在通过车辆的另ー侧方安装第二照度检测器，雷达车检器、第ニ红外线车检器及第ニ照度检测器同时连接到用于接收、传递信号的外部PLC控制器；所述外部PLC控制器连接到主控PLC控制器。
2.根据权利要求I所述的可调光隧道LED照明节能控制系统，其特征在于所述的第一照度检测器分别置于隧道的入口段、过渡段、中间段和出ロ段；所述第一红外线车检器分别置于隧道的入口段、过渡段、中间段和出口段的开始位置及出口段的结束位置，在中间段设置至少两个第一红外线车检器。
3.采用权利要求I所述的可调光隧道LED照明节能控制系统的控制方法，其特征在于按如下步骤进行 步骤I、采集车流量信号，通过安装在隧道ロ上方及两端距离隧道ロ前“Ds+Dss”距离处的雷达车检器和第二红外线车检器采集车流量信号N，第二照度检测器采集隧道外的亮度L20 ;其中Ds是ー个照明停车视距，Dss为照明停车视距増加量； 步骤2、对LED隧道灯进行调频调光处理，隧道内无车通过时，隧道内各LED灯照度降至最大亮度的10%，即将各隧道灯的功率调至额定功率的10%，隧道灯亮度的调节区间为最大亮度的10% 100%，与其对应的PWM可调光数字电源的调节范围为IV 10V，主控PLC控制器对可调光数字电源发送调压信号，对LED隧道灯进行调频调光处理； 步骤3、隧道内第一红外车检器包括Y3……Yn+1，隧道入口段、过渡段、中间段和出口段长度分别为D1、D2、D3和04，第ー照度检测器包括し2、し3、し4、し5，用于检测隧道内亮度信息入口段实测亮度为Ls_th，过渡段实测亮度为Ls_t,，中间段实测亮度为Ls_in，出ロ段实测亮度为Ls_，隧道入口段、过渡段、中间段和出口段达到标准亮度时，输出到各段PWM亮度调节段的电压为Vth、Vtr, Vin及Vrai，当隧道内各段亮度不达标时，输出到各段PWM亮度调节段的实际电压为 Vs_th、Vs_tr, Vs_in 及 Vs_ex ； 步骤4、调整照明停车视距，设定Ds=158米，由于实际隧道照明LED灯亮度调节滞后，为保证行车安全性，将照明停车视距増加Dss，Dss=Vt_max*Tss，其中Vt_max为车速上限，Tss为LED照明灯亮度调节时间； 步骤5、判定隧道内有无车辆通行并确定隧道入口段亮度； 步骤6、调节LED隧道灯亮度系数，随着灯使用时间的推移，隧道灯会发生光衰情況，当隧道内实测亮度值与标准亮度值不符吋，主控PLC控制器根据反馈值，调整各段LED隧道灯亮度系数，通过调节LED灯给定电压的方式来调整隧道灯的亮度，使其满足标准对隧道亮度的要求。
4.根据权利要求3所述的可调光隧道LED照明节能控制系统的控制方法，其特征在于所述的步骤5判定隧道内有无车辆通行并确定隧道入口段亮度，分3种情况 1)当双车道单向通行，当交通量N彡1200时，入口段亮度折减系数K取上限，即O.045 ；当交通量N ( 350吋，入口段亮度折减系数K取下限，即O. 01 ;当交通量在其中间值吋，入ロ段亮度折减系数K及中间段亮度均取内插值，
全文摘要
一种可调光隧道LED照明节能控制系统及方法，属于隧道内照明节能控制技术领域。该系统包括LED隧道灯、PWM可调光数字电源、区域PLC控制器、主控PLC控制器、第一红外线车检器、第二红外线车检器、第一照度检测器、第二照度检测器、雷达车检器、外部PLC控制器。其控制方法，按如下步骤进行1、采集车流量信号；2、进行调频调光处理；3、定义名称；4、调整照明停车视距，5、判定隧道内有无车辆通行并确定隧道入口段亮度；6、调节LED隧道灯亮度系数。本发明的优点实现按需照明，远程监控和自动化功能，提高节能效率，监控实时运行电能消耗曲线，实现无人值守，降低了人工成本。
文档编号H05B37/02GK102685990SQ20121016312
公开日2012年9月19日 申请日期2012年5月23日 优先权日2012年5月23日
发明者丁宇, 代吉祥, 刘大可, 刘晶, 史大为, 周巍, 周钰涵, 孙阅兵, 宋平玉, 岳占辉, 康家宇, 李印保, 李长新, 杨磊, 林晓明, 梁亚松, 王文利, 王莹, 石庆生, 莫贺军, 赵立松, 高昆 申请人:沈阳新一代信息技术有限公司