王勇　黃維豪

【摘 要】 公路隧道照明系統(tǒng)是公路隧道機(jī)電系統(tǒng)中非常重要的一個(gè)組成部分。在全國提倡“節(jié)能降耗”的今天，如何降低隧道的能源消耗是運(yùn)營單位迫切需要解決的問題。本文以此為前提，通過對(duì)方案設(shè)計(jì)前后的數(shù)據(jù)對(duì)比來闡述如何實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗。

【關(guān)鍵詞】 節(jié)能降耗 自動(dòng)控制 隧道管理

1 摘要

為了保證隧道內(nèi)行車安全，根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)，長度超過100米的公路隧道都必須安裝照明系統(tǒng)。然而在高速公路運(yùn)營后，卻發(fā)現(xiàn)隧道耗電占據(jù)了運(yùn)營成本的很大一部分。廣西六寨至河池段的高速公路（以下簡稱六河路）全長約109公里，共有隧道17座，單幅總長度為13.4公里，每月照明用電量高達(dá)43萬元。以六河路的要亮隧道為例：要亮隧道全長0.4公里，平均通行的單邊車流量約為1270輛，平均核算以后約為53輛/小時(shí)。但是經(jīng)過對(duì)隧道實(shí)際通行車輛的觀測，重型貨車車流大多集中在夜間21點(diǎn)至凌晨7點(diǎn)左右，小型車流基本上集中在上午9：30-11：30和15：40-18：60的時(shí)間段，根據(jù)車輛通行情況，全天24小時(shí)的隧道照明有效使用率僅為40%左右。針對(duì)六河高速公路上這一高能耗的照明問題，根據(jù)路段的實(shí)際通行情況，提出一套較為可行的隧道自動(dòng)控制節(jié)能系統(tǒng)的方案。

2 設(shè)計(jì)方案

隧道自動(dòng)控制節(jié)能系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案是圍繞在確保隧道內(nèi)車輛行車安全，通過有選擇性的進(jìn)行隧道照明，來實(shí)現(xiàn)節(jié)約隧道照明用電開支，達(dá)到降低運(yùn)營管理成本的目的。

整個(gè)系統(tǒng)主要分為三個(gè)部分：車輛感應(yīng)單元、中央控制單元、隧道照明單元。

2.1 車輛感應(yīng)單元

車輛感應(yīng)單元主要是用來判斷在檢測點(diǎn)是否存在車輛通行的信息，它主要分兩個(gè)部分：

2.1.1 隧道入口車輛感應(yīng)模塊

隧道入口車輛感應(yīng)模塊主要是利用在隧道前方設(shè)置車輛檢測器，在感應(yīng)到車輛后向中央控制單元發(fā)送車輛通行的信號(hào)。中央控制單元在接收到前方來車的指令后，則根據(jù)已設(shè)定的模式，向隧道照明單元發(fā)送開啟照明的信號(hào)，在車輛即將抵達(dá)隧道時(shí)，開啟隧道內(nèi)照明。

2.1.2 隧道出口車輛感應(yīng)模塊

隧道出口車輛感應(yīng)模塊主要是利用在隧道出口處設(shè)置車輛檢測器，在感應(yīng)到車輛駛離出隧道口后，向中央控制單元發(fā)送車輛離開的信號(hào)。中央控制單元?jiǎng)t向隧道照明單元發(fā)送關(guān)閉隧道內(nèi)照明的信號(hào)。

車輛檢測器主要是采用紅外線車檢器來獲取車輛通行信息，同時(shí)也能順利判斷出該車屬于大型車輛還是小型車輛。

2.2 中央控制單元

中央控制單元的主要功能是接收隧道出入口車輛感應(yīng)模塊發(fā)來的車輛通行信息，并根據(jù)這些信息向照明控制單元傳送開啟或者關(guān)閉照明的信號(hào)。它類似于一臺(tái)計(jì)算機(jī)的中央控制器，按照一定的要求對(duì)接收到的信息進(jìn)行分析處理，并將最終結(jié)果發(fā)送到被控單元。

（1）隧道入口車輛感應(yīng)模塊設(shè)置點(diǎn)的要求。為了確保在車輛到達(dá)時(shí)隧道照明能夠正常開啟，按照高速公路隧道通行車輛時(shí)速80公里/時(shí)計(jì)算，給予系統(tǒng)較多的反應(yīng)時(shí)間（6秒-10秒），因此隧道入口車輛感應(yīng)模塊主要設(shè)置在距離隧道入口前方大約150米至200米的范圍。

（2）對(duì)多車輛進(jìn)入隧道的控制要求。入口中央控制單元將從車輛感應(yīng)單元接收到的車輛通行信息進(jìn)行分析，根據(jù)預(yù)先設(shè)定的規(guī)則，隧道入口車輛感應(yīng)模塊發(fā)來的車輛通行信息具有優(yōu)先處置權(quán)的原則，可以屏蔽從隧道出口車輛感應(yīng)模塊發(fā)來的車輛通行信息，以確保多輛車輛通行隧道時(shí)，在第一輛車駛離隧道口后，隧道內(nèi)照明不熄滅。

中央控制單元采用的是STC89系列的單片機(jī)，可以將需要實(shí)現(xiàn)的功能通過編程寫入單片機(jī)中，通過對(duì)信號(hào)的捕捉就能實(shí)現(xiàn)對(duì)照明單元的控制。

2.3 照明控制單元

照明控制單元主要是通過接收中央控制單元發(fā)送過來的開啟或關(guān)閉照明信號(hào)，控制隧道內(nèi)照明設(shè)備的運(yùn)行。目前六河路采用的照明設(shè)備主要是隧道專用LED燈，按照設(shè)計(jì)的要求，隧道內(nèi)照明燈具分為以下三種：加強(qiáng)燈、全日燈、應(yīng)急燈。為確保隧道內(nèi)基本照明條件，因此，在設(shè)計(jì)中只對(duì)加強(qiáng)燈和全日燈進(jìn)行控制。

3 方案實(shí)施的可行性分析

本設(shè)計(jì)方案是通過技術(shù)改造，在確保隧道內(nèi)車輛通行正常照明的前提下，采用觸發(fā)式照明的原理，通過控制加強(qiáng)燈和全日燈兩組照明電路，實(shí)現(xiàn)節(jié)約能源，降低企業(yè)的管理成本。

整個(gè)方案改造簡單快捷，不破壞和變更原來的設(shè)備及設(shè)計(jì)，只在適當(dāng)?shù)奈恢猛ㄟ^技術(shù)手段，增加信號(hào)控制模塊，用于控制兩組照應(yīng)電路，在信號(hào)控制模塊出現(xiàn)故障時(shí)，照明電路也可自動(dòng)回復(fù)原照明設(shè)計(jì)的要求。

加強(qiáng)燈日照功耗為J，全日燈日照功耗為R，應(yīng)急燈日照功耗為Y，照明使用率為M，照明總功耗為W。

W=（J+R）*M+Y（表1）

通過對(duì)要亮隧道改造前后的數(shù)據(jù)對(duì)比不難看出，通過技術(shù)改造后的能源消耗只占改造前的能源消耗的44%。雖然改造后的能源消耗還僅僅是一個(gè)理論數(shù)值，在改造完畢后肯定會(huì)出現(xiàn)一定的偏差，但是根據(jù)對(duì)隧道內(nèi)照明燈具的核算，數(shù)值應(yīng)該不會(huì)差不大。同時(shí)由于照明時(shí)間的縮短，可以大大延緩LED照明燈的衰減幅度，延長LED的使用壽命。

整個(gè)系統(tǒng)改造的成敗關(guān)鍵在于如何控制好車輛在進(jìn)入隧道前開啟照明，以及如何確保同時(shí)有多部車輛進(jìn)入隧道后的燈光照明控制。

4 結(jié)語

目前國家提倡“低碳生活”，實(shí)際上是為了節(jié)約能源和保護(hù)環(huán)境，我們要用實(shí)際行動(dòng)，從身邊事做起，努力降低能源消耗，提高能源利用率。

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