探討地鐵車站智能照明控制系統(tǒng)方案設(shè)計

任運業(yè)

安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定 201801

摘要：智能照明控制系統(tǒng)通過靈活的控制和管理手段實現(xiàn)節(jié)能的目的。簡要介紹了智能照明控制系統(tǒng)的構(gòu)成及特點，有針對性地對地鐵車站智能照明控制系統(tǒng)設(shè)計2個應用方案進行了比較。智能照明控制系統(tǒng)不但能進行各種節(jié)能模式的控制，還可實現(xiàn)其簡潔化、靈活化，并減輕維護負擔，適合在地鐵車站中應用。

關(guān)鍵字：地鐵車站；智能照明控制系統(tǒng)；節(jié)能設(shè)計

0引言

根據(jù)地鐵建設(shè)和運營經(jīng)驗，車站照明系統(tǒng)占整個車站設(shè)備負荷的15％左右，并且具有長期持續(xù)運行的特點。所以，照明系統(tǒng)是車站節(jié)能的關(guān)鍵領(lǐng)域。目前，地鐵車站使用的照明控制方式是在自動化領(lǐng)域里被大量應用的可編程邏輯控制器(PLC)方式。這種簡單的控制方式，不能滿足更高要求的照明節(jié)能控制。例如，照明調(diào)光節(jié)能手段被限制，使照明節(jié)能效果無法充分體現(xiàn)；照明控制的多樣化受限制；終端控制器件存在能耗問題等。運營部門對車站照明控制的需求是：通過合理的管理，在需要的時間、區(qū)域把燈點亮，以優(yōu)化能源利用率；除了節(jié)能環(huán)保之外，還應該給人們提供恰到好處的照明環(huán)境，使照明成為享受；同時還要便于操作和管理，靈活多變，以節(jié)省維護成本。智能照明控制系統(tǒng)作為專業(yè)的照明控制系統(tǒng)能夠很好地實現(xiàn)這些需求。

1智能照明控制系統(tǒng)簡介

1.1智能照明控制系統(tǒng)的構(gòu)成

智能照明控制系統(tǒng)是一種由現(xiàn)場數(shù)據(jù)總線構(gòu)成的分布式控制網(wǎng)絡(luò)照明管理系統(tǒng)，所有部件都內(nèi)置微處理器，網(wǎng)上每個部件都賦有一個地址，通過總線將所有部件連接組成一個控制網(wǎng)絡(luò)。智能照明控制系統(tǒng)由控制部件、執(zhí)行部件、監(jiān)控部件和網(wǎng)絡(luò)部件組成?？刂撇考刂泼姘濉⒂|摸顯示屏、傳感器、控制器、智能時鐘、用戶編程器等。執(zhí)行部件包括調(diào)光模塊、開關(guān)模塊等。監(jiān)控部件包括軟件、PC機(或使用BAS(車站設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng))主機)。網(wǎng)絡(luò)部件包括通信電纜、網(wǎng)關(guān)、各種模塊的智能接口等一。

1.2智能照明控制系統(tǒng)的特點

與傳統(tǒng)照明控制系統(tǒng)相比，智能照明控制系統(tǒng)具有以下特點：

1. 智能照明控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)是分布式總線結(jié)構(gòu)，系統(tǒng)內(nèi)傳感器和驅(qū)動器有獨立CPU，相互之間是對等關(guān)系。

2. 系統(tǒng)中任何傳感器和驅(qū)動器的損壞，不會影響到其它無程序關(guān)聯(lián)的系統(tǒng)元件的運行；維修、更換或升級系統(tǒng)內(nèi)的元件、軟件時，系統(tǒng)的其余部分可照常運行，維護保養(yǎng)方便；系統(tǒng)具有強大的可擴展性，對于功能的增加或控制回路的增加，只需掛接相應的元件，無需改動系統(tǒng)內(nèi)原有的元件和接線。

3. 系統(tǒng)的控制回路為總線制，結(jié)構(gòu)簡單，沒有大量控制電纜的敷設(shè)和繁雜的控制設(shè)計；驅(qū)動器及系統(tǒng)元件安裝在照明箱內(nèi)；現(xiàn)場傳感器(智能面板、亮度傳感器等)之間及與照明箱內(nèi)設(shè)備之間只需一條總線進行連接，故操作方便。

4. 功能和控制修改方便靈活，只需很少的程序調(diào)整，不需現(xiàn)場重新布線就可以實現(xiàn)。

5. 帶電流檢測功能的開關(guān)驅(qū)動器，可以監(jiān)視回路電氣設(shè)備是否損壞并可報警。

6. 系統(tǒng)元件的巡檢功能可以監(jiān)視系統(tǒng)內(nèi)元件是否在線，若有總線故障或元件故障、斷線，則可及時上報。

2地鐵車站照明控制方案設(shè)計

根據(jù)實際使用情況，站廳層、站臺層的公共區(qū)域空間寬廣，照明效果要求多樣，也是照明用電量很大的場所，若加以適當管理，可以節(jié)省大量用電。GB50157-2003《地鐵設(shè)計規(guī)范》14．5．15規(guī)定，地下車站的站廳、站臺照明，應分組控制]。其目的也是為了提供靈活的控制，運營過程中可根據(jù)需要只開部分照明，以節(jié)約電能。

車站公共區(qū)照明包括公共區(qū)工作照明、節(jié)電照明、出入口照明、廣告照明、導向標志照明、應急照明等，除應急照明為長明外，其它公共區(qū)照明納入智能照明控制系統(tǒng)。

2.1設(shè)計方案一的控制和管理功能

智能照明控制系統(tǒng)方案一實施對站臺層和站廳層公共區(qū)工作照明、節(jié)電照明、出人口照明、導向標志照明及廣告照明的分時段開閉控制，如圖1所示。其具有如下控制和管理功能。

2.1.1面板控制

面板為總線智能型，其功能和控制對象改變時只需通過軟件作設(shè)定而無需改變接線方式，可對單一回路或多回路的開關(guān)、模式、總控等進行操作。在車站車控室安裝控制面板，可對照明進行多種方式的應急控制。

2.1.2模塊控制

根據(jù)地鐵運營需要可將所控區(qū)域的燈光或其它電器設(shè)備等預先設(shè)定為各種場景，如正常工作場景、消防應急場景等。需要時可通過控制室和計算機房的監(jiān)控觸摸屏和智能面板控制，也可設(shè)定時間進行自動控制。地下車站可按照正常、節(jié)電、火災、停運四種模式運行(見表I)。

1. 正常模式：用于正常運營時的客流高峰期和節(jié)假日?？土鞲叻迤诳筛鶕?jù)客流預測確定，并可根據(jù)運營的實際情況作調(diào)整。客流高峰期為每天7：00一9：00，17：00一19：O0。

2. 節(jié)電模式：用于正常運營時的非客流高峰期。非客流高峰期為每天5：30一7：O0、9：0017：00，19：00一23：30。

3. 火災模式：智能照明控制系統(tǒng)對照明燈具只監(jiān)視不控制(只顯示照明系統(tǒng)的工作狀態(tài))，可有選擇地手動切斷有關(guān)非消防照明電源?；馂陌l(fā)生區(qū)域分為車站和區(qū)間隧道。車站又分為公共區(qū)(含車站站臺軌道區(qū))和設(shè)備區(qū)?；馂哪Ｊ较?，廣告照明全部切斷，車站工作照明(公共區(qū)工作照明、公共區(qū)節(jié)電照明)延時切除。延時時間可調(diào)。

4. 停運模式：用于停止運營的時間段，為每天23：3()5：3()。停運模式隨地鐵運營公司實際運營時間表確定，時間可調(diào)。另外，出人口出地面的飛頂照明應單獨回路配電，并由亮度傳感器控制；高架車站的照明控制除具有以上模式外，還應具有照度模式。通過感知室內(nèi)外環(huán)境照度值，來決定燈光回路開閉的數(shù)量。照度模式可以設(shè)定多種照度判斷值，且只在非火災狀況下起作用。

2.1.3定時控制

時間控制器可將所控區(qū)內(nèi)照明回路進行預編程。根據(jù)實際景觀需要，可使一組、多組或某區(qū)域的照明燈具，在設(shè)定的時間內(nèi)以設(shè)定 的間隔逐次點亮和關(guān)閉，并可循環(huán)設(shè)置。

2.1.4觸摸屏可視化集中監(jiān)控

在車站控制室，安裝有彩色可視化觸摸屏，通過友好界面將所有控制對象顯示于屏幕。各照明回路及燈具均按實際位置以圖形顯示于各區(qū)域平面上。各照明燈具及回路的實時運行狀態(tài)及報警狀態(tài)顯示于圖形上，以方便觀察。通過點擊各回路圖形開關(guān)或場景開關(guān)即可開啟或關(guān)閉各區(qū)域的照明，同時其狀態(tài)也在屏上清楚地顯示。在觸摸屏上還可任意設(shè)定時間控制回路。

2.1.5管理功能

通過點擊各回路圖形開關(guān)或場景開關(guān)即可開啟或關(guān)閉各區(qū)域的照明，同時其狀態(tài)也在屏上清楚地顯示。在觸摸屏上還可任意設(shè)定時間控制回路通過對各 回路電流值 的檢測 ，自動判斷當前某 照明回路是否存在短路、斷路或燈具損壞等信息。 故障信息將實時返回車站中控。

2.2設(shè)計方案二的控制和管理功能

設(shè)計方案二實施對站臺層和站廳層公共區(qū)工作照明、節(jié)電照明、出入口照明、導向標志照明的調(diào)光控制及廣告照明的分時段開閉控制。智能照明控制系統(tǒng)設(shè)計方案二與圖1設(shè)計方案一的區(qū)別僅在于將照明箱(除了廣告照明箱)內(nèi)的開關(guān)模塊改為調(diào)光模塊。其具有如下控制和管理功能。

2.2.1調(diào)光控制

采用標準0-10V調(diào)光控制器或LED燈進行調(diào)光節(jié)能控制，可以實現(xiàn)10%-100%范圍內(nèi)的無級調(diào)光確保室內(nèi)光線柔和穩(wěn)定，既保證了良好的視覺效果，又兼顧了節(jié)能減排的目的。而且0-10V接口的可調(diào)光LED燈具，成本低廉，工作穩(wěn)定可靠，兼容性高，降低了項目后期維護保養(yǎng)的成本與難度。

2.2.2場景控制

可根據(jù)要求預定多種場景。系統(tǒng)中的每個照明回路有其獨立的地址，因此可以實現(xiàn)對每個照明回路的獨立監(jiān)控；通過程序重新設(shè)定，可容易地改變照明的場景、功能，而不需改變?nèi)魏斡布安季€。

由于可對每一個照明回路進行獨立控制，因此類似售票機、扶梯 、屏蔽門等處對亮度有特殊要求的場合，可在調(diào)試時根據(jù)實際使用情況做亮度調(diào)節(jié)。

2．2．3時間控制

根據(jù)白天、晚上以及列車進出站的時刻，可以設(shè)置照明工作時間表，實現(xiàn)照明亮度根據(jù)時間表自動調(diào)節(jié)。

2．2．4集中控制

在車站中控安裝照明系統(tǒng)可視化軟件，各只照明燈具均按實際位置以圖形顯示于監(jiān)控平面上。燈的開關(guān)狀態(tài)、亮度值及故障信息都將實時地傳送到控制室，在可視化管理個人電腦上圖形化地顯示，使得控制更直觀、管理更方便、維護更簡單。

2．2．5與其它系統(tǒng)聯(lián)動控制

通過與上位BAS連接，具有在圖形畫面上集中監(jiān)視、控制所有設(shè)備的功能，并設(shè)有用戶安全及使用權(quán)限管理?；蛘咄ㄟ^信號輸入硬件模塊，和其它可提供干接點信號或電壓信號的系統(tǒng)連接，可用于地鐵項目中其它需要燈光場景配合的系統(tǒng)，并通過場景調(diào)用的方式對燈光進行配合控制。

2．2．6高架車站控制

針對高架車站可以充分利用自然采光，對站廳、站臺照明進行恒照度控制，這樣可以更好地節(jié)約能源。

2．2．7廣告照明控制

廣告照明回路可采用開閉控制、定時控制及控制方式進行控制。

2．2．8管理功能

可以對燈具的開關(guān)時間及開關(guān)次數(shù)進行計數(shù)，通過與事先得知的燈具使用壽命資料作比較，做到在其使用壽命到達前，能夠?qū)艟吒鼡Q的時問進行預判，以有利于設(shè)備的采購和維護工作。

2．3兩種設(shè)計方案的比較

設(shè)計方案一與設(shè)計方案二的比較如表2所示

地下車站受外界自然光的影響較小,除了在車站出人口設(shè)置亮度傳感器進行照明控制外，其余公共區(qū)照明可采用開閉控制，所以適合采用設(shè)計方案一的控制方式。高架車站受外界光照影響較大，更適合采用設(shè)計方案二的調(diào)光控制方式。

3安科瑞智能照明控制系統(tǒng)

3.1概述

ALIBUS智能照明產(chǎn)品采用RS485總線技術(shù)，技術(shù)成熟可靠，安全穩(wěn)定。開關(guān)驅(qū)動器具備獨立工作的能力，適用于一些中小型的項目；模塊化設(shè)計，可以任意拼接擴展，同時預留I/O口以及Modbus接口，還可以滿足與AcrelEMS企業(yè)微電網(wǎng)管理云平臺進行數(shù)據(jù)交換。

3.2應用場所

適合于各類智能小區(qū)、醫(yī)院、學校、酒店，以及體育場所、機場、隧道、車站等大型公建項目的照明控制需求。

3.3系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

3.4系統(tǒng)功能

1）實時檢測并顯示各個模塊的在線狀態(tài)，反饋現(xiàn)場受控回路的開關(guān)狀態(tài)，監(jiān)控界面按照樓層各分區(qū)的布局和回路列表來瀏覽。

2）當發(fā)生模塊離線、網(wǎng)關(guān)設(shè)備掉線或者狀態(tài)反饋和下發(fā)控制命令不一致時會發(fā)生故障報警，并將故障報警信息記錄并顯示在界面中。

3）可以對單個照明回路實現(xiàn)開關(guān)控制；每個模塊、樓層都有相應的模塊控制開關(guān)和樓層控制開關(guān)，也可以一個模塊或者整個樓層實現(xiàn)開關(guān)控制。

4）開關(guān)驅(qū)動器支持過零觸發(fā)功能，負載（燈具）的分合操作僅在交流電過零時進行；可有效減少電磁干擾以及對電網(wǎng)的沖擊，延長燈具與控制裝置的壽命。

5）對每個照明回路可以預設(shè)掉電狀態(tài)，當照明電源掉電時，開關(guān)驅(qū)動器會自動切換到預設(shè)的掉電狀態(tài)；確保重新上電時燈具的開關(guān)狀態(tài)是確定與可控的。

6）拖動調(diào)光控件，照明設(shè)備從0%到100%進行調(diào)光，可以對單個照明回路實現(xiàn)調(diào)光控制，調(diào)光總控可以對一個模塊的照明回路實現(xiàn)調(diào)光控制，也可以對多個照明回路實現(xiàn)調(diào)光控制，通過圖標的亮滅狀態(tài)反饋現(xiàn)場開關(guān)的狀態(tài)。

7）點擊場景控件，打開或者關(guān)閉對應場景設(shè)置，軟件界面上顯示不同的場景模式和場景功能，通過圖標的亮滅顯示對應的場景狀態(tài)是打開還是關(guān)閉。

8）設(shè)置定時時間，確認時間點后，對該事件點執(zhí)行的動作進行設(shè)置，設(shè)置燈在設(shè)定的時間點亮或者滅。

9）系統(tǒng)可以通過預設(shè)的當?shù)亟?jīng)緯度信息，自動計算每天的日升日落時間；根據(jù)天文時鐘控制照明開關(guān)，實現(xiàn)日落開燈、日出關(guān)燈的功能。

10）所有定時控制計劃均可下發(fā)保存至驅(qū)動模塊；當上位機系統(tǒng)故障或模塊離線時，驅(qū)動模塊可以利用自帶的RTC時鐘維持定時控制計劃的正常執(zhí)行，不影響日常的照明控制效果。

11）系統(tǒng)結(jié)構(gòu)是分布式總線結(jié)構(gòu)；系統(tǒng)內(nèi)各元件不依賴于其他元件而能夠獨立工作；系統(tǒng)內(nèi)各元件可以通過程序的設(shè)定實現(xiàn)功能的多樣性。

12）預留BA或三方集成平臺接口，采用modbus、opc等方式。

3.5設(shè)備選型

4結(jié)束語

在地鐵車站站臺及站廳層的公共照明控制中采用效用高、靈活而且節(jié)能的智能照明控制系統(tǒng),通過邏輯控制、場景控制、時間及事件控制等多種控制方式，并結(jié)合可視化軟件的集中管理,可以實現(xiàn)節(jié)能優(yōu)化的照明控制。車站智能照明控制系統(tǒng)不但可以為地鐵的車站管理節(jié)省人力,而且通過能源管理也為地鐵項目節(jié)省了可觀的電力費用,并產(chǎn)生良好的社會效益。

參考文獻

[1].王志強，探討地鐵車站智能照明控制系統(tǒng)方案設(shè)計

[2].穆廣友,李曉龍,尹力明,等,地鐵車站照明系統(tǒng)能耗分析及節(jié)能對策[J].城市軌道交通研究,2010(8):35.

[3].向東.廣州地鐵四號線照明控制系統(tǒng)研究[1.建筑電氣

[4].賈景堃.智能照明系統(tǒng)在廣州地鐵新線中應用的可行性研究[J].機電工程技術(shù).

[5].李漢國.ABBi us@智能建筑控制系統(tǒng)在辦公樓照明中的應用，電氣應用

[6].安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設(shè)計與應用手冊.2022年05版

[7].ABB智能照明系統(tǒng)在智能建筑中的應用

作者簡介：任運業(yè)，男，現(xiàn)任職于安科瑞電氣股份有限公司，主要研究方向為智能照明控制系統(tǒng)領(lǐng)域。