高速公路隧道照明控制和PLC实现

高速公路隧道照明控制和PLC实现目前新开通的高速公路普遍存在车流量少但是运营成本高的问题。高速公路隧道照明成本运营成本中很大的一部分。因此隧道照明的节能控制一直是隧道运营方关心的问题之一。

本文希望从照明规范、实际应用两方面论述目前照明节能控制中存在的问题，并且给出了一个合理的原则。

第一、通过分析照明设计规范，破除了人们对照明级别中晴天、阴天、云天、重阴天、夜间和深夜的误解，从而更好的指导用户合理的使用级别控制。

第二、通过分析山西霍州地区从1月到6月，每月13日的日出和日落的情况，说明了隧道照明控制时序控制方案经常存在的时效性问题，并且提出了一个合理的时序控制方案。

第三、根据多年的项目实施经验，总结了PLC照明控制程序在设计应满足的条件，从而保证照明控制的安全性并且能满足用户多样的要求方面。

用户有了正确的认识，PLC程序从方案的有效性、安全性和可靠性上做了保障，这构成了一个完整的照明节能控制体系，在项目的实施中取得了很好的效果。

一、高速公路隧道照明控制系统简介

为使驾驶员适应隧道内外亮度差，消除因亮度变化所引起的视角障碍，减少事故的发生，隧道内应提供理想的照明，保证行车安全。隧道照明控制系统根据隧道内外设置的亮度检测仪检测的洞外光强数据以及白天、黑夜等情况，控制隧道内的照明回路开启或关闭从而调节出入口以及洞内的照度。在满足行车安全的情况下，隧道照明控制系统需要尽可能的节约能源和延长灯具的使用寿命。

二、照明控制的一般原则

为了方便用户对隧道内照明的控制，通常会把多个回路组合成一个级别，不同的级别代表了回路的数量不同，从而影响到了隧道内的照度不同。

在一些设计文件中，将照明分为六级照明，分别是晴天、云天、阴天、重阴天、夜间和深夜。晴天级别隧道内开启的照明回路最多，隧道内的照度值最大。

三、照明控制存在的认识误区

误区一：对照明级别中晴天、阴天的认识误区

一些设计文件中将照明分为六级照明分别是晴天、云天、阴天、重阴天、夜

间和深夜。

这样导致一些用户只要是晴天就把隧道内的照明级别设置为晴天，而不区分

夏天和冬天。这样在晴朗的冬天，把隧道内的照明回路开启到晴天级别，就会造

成能源的浪费。

在《公路隧道通风照明设计规范》JTJ 026.1-1999中P47页表4.6.2-1中

的规定如下

其中L

(S)表示照明设计中洞外亮度参考值，一般的设计文件该值在20

3500cd/m2到4500cd/m2之间。在北方，晴朗的冬天里，隧道洞外的实际亮度都很

难达到0.5L

(S)也就是设计规范中的云天。我们在辽宁项目上对12月份的实测20

得到的结果进行了观察，基本上没有超过1500cd/m2 。这意味着在时序方案设计

时，在冬天这个时间段，全天都可以不把照明级别开启到晴天级别，这样也就实

现了照明的节能。

误区二：对深夜的理解

一般情况下，照明级别在深夜级别时，中间段的照明回路会比夜间级别的照

明回路少一个基本回路。这样的设置本没有错，但是用户会仅仅认为在晚上

10:00以后到凌晨4:00以前，照明控制可以使用深夜级别。这样僵化了对深夜

的认识。

在《公路隧道通风照明设计规范》JTJ 026.1-1999中P42页表4.2.1中对中

间段照明的规定如下

我国目前开通的高速公路隧道一般为双车道单向交通，设计时速为80km/h，如果车流量低于每小时700辆时，中间段的照明设计值小于车流量大于2400辆/时的一半。

从目前隧道的实际运营情况看，新开通的隧道车辆量一般都会低于700辆/时，因此深夜级别对中间段的控制不仅仅是在深夜可以使用，全天都可以使用。

这样全天使用深夜级别比仅仅在晚上10点到凌晨4点使用，将节能43%。

因此，虽然很多的设计文件都会把照明分为6个级别，但是晴天、云天、阴天、重阴天这四个级别是主要是针对的隧道入口和出口的照明回路的控制，而夜间和深夜这两个级别主要针对的是中间段的照明回路的控制，并且这两个级别并不应该有时间含义，而是由车流量来确定。

四、合理的照明控制方案

照明的自动控制方案一般有实时控制方案和时序控制方案，但是在使用过程中，我们更倾向于是用时序方案。

（一）实时控制方案

实时控制方案是指，PLC更加检测到得洞外光强值，实时的调节照明回路的开闭数量，满足隧道照明需求。实时控制方案本来应该作为照明控制的首先方案，但在实际的使用过程中由于以下两点导致实时控制方案得不到普遍的应用，第一、光强检测器不能保证绝对在线工作。由于光强设备安装在户外，特别容易受到雷击，因此损坏率较高，再则有些隧道甚至没有安装光强检测仪。第二、当采

用实时方案时，照明回路会经常被开启和关闭，从而增加了照明灯具和照明电气元件的故障率。

（二）时序方案

时序方案是指将全天划分为不同的时间段，每个时间段开启不同的照明回路，从而满足隧道照明的需求。时序方案需要注意的问题是，一个时序方案的有效时间，即时效性。

1、时序方案的时效性。

有些用户一个时序方案全年不变，有些要求高的用户能达到每月一个方案。但是即使是一个月一个方案，有时也会显得不合时宜。

下面是山西霍州地区从1月到6月每月13日的日常日落情况。

从该表中可以看出1月13日到6月13日日出时间的变化了2小时31分钟。这样显然一个时序方案运行一年是不合时宜的。

从3月13日到4月13日，日出时间的变化时间最多为45分钟，因此即使每月一个方案，在应对变化上也显得有些滞后。

一个合适的方案是在3月、4月份时序方案的有效期应在10天以内，而在1月、12月、6月、7月等月份时序方案的有效期应在1个月以内。这样即可以满足照明方案的实效性又能适当的减少用户的配置工作量。

五、PLC程序在实现照明控制时，应注意的问题

（一）照明级别与回路的对应关系可配置。

1.在前文介绍了每一级照明都是一个照明回路的组合，每一级照明在车流量不同时，对应的照明回路的组合也不同。照明级别与照明回路的对应关系必须

是可配置的，这样才能方便用户根据自身不同的运营情况合理配置。

2.隧道照明回路的构成大体上可按前文所述，但是考虑到隧道的长短和设计单位的不同，过渡段的照明回路可能会和入口段的照明回路合并，因此不同的隧道的实际照明回路的构成也不同，为了照明控制程序的通用性，照明级别与照明回路的对应关系应可配置。

（二）照明级别的开闭时间是可配置的。

由于同一个照明级别在不同的季节中，它的开启和关闭时间是不同的，因此照明级别的开闭时间也是可配置的。

（三）PLC与中心通讯中断后能够独立工作

通常隧道照明的运营方案会保存在中心的运营服务器中，每小时中心服务器会和PLC进行一次沟通，决定未来一段时间内PLC执行的照明方案。但是当中心服务器和PLC通讯中断后，PLC无法得到最新的运营方案，此时PLC需要能够自动的执行存在在PLC内的运行方案，该运行方案至少要满足一个月的使用要求。（四）PLC能够执行中心对某个回路的单独控制

通常中心对照明回路的控制都是以级别的形式控制，也就是一次控制一个回路组。但是在某些情况下，中心需要对单回路进行控制。比如当中心发现隧道内有故障车辆时，中心需要将故障车辆所在位置的照明回路全部开启，从而提供更好的视觉条件，防止二次事故的发生。这时对照明回路的控制就属于单回路的控制。

（五）能够实现基本回路的交替控制

在隧道车流量小时，隧道内的基本回路基本上都是只开一半，也就是说只开左侧基本照明，或者只开右侧基本照明。如果这两个基本回路能够以天为单位交替开启，这样将有助于延长灯具的使用寿命。

（六）多个照明回路的关闭需要有适当的延时。

为了让隧道内的照明不会有突然的、剧烈的光线变化，同一照明段的多个回路都需要关闭时，回路与回路间应有一定的延时。

回路启动时，由于钠灯本身在启动的过程中，亮度是逐渐提升的，回路电流的变化也是缓慢变化的，因此，回路的启动过程可以不延时。

（七）应设紧急级别

隧道照明要求在隧道发生火灾的情况下，应将隧道的照明灯具全部打开，从而提高隧道内的光照条件，这样有助于人员逃生。

在传统的设计中，晴天级别就意味着所有的照明回路全部被开启，但在目前照明级别可配置的情况下，晴天级别并不意味着所有的照明回路全部被开启，因此，需要专门设置一个紧急级别，该级别的照明回路包括所有的照明回路，并且不能被修改。PLC在接到紧急命令时，直接开启该级别的照明回路。

六、结论：

用户有了正确的认识，PLC程序从方案的有效性、安全性和可靠性上做了保障，这构成了一个完整的照明节能控制体系，在项目的实施中取得了很好的效果。