探討地鐵車站智能照明控制系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)

任運(yùn)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(guò)靈活的控制和管理手段實(shí)現(xiàn)節(jié)能的目的。簡(jiǎn)要介紹了智能照明控制系統(tǒng)的構(gòu)成及特點(diǎn)，有針對(duì)性地對(duì)地鐵車站智能照明控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)2個(gè)應(yīng)用方案進(jìn)行了比較。智能照明控制系統(tǒng)不但能進(jìn)行各種節(jié)能模式的控制，還可實(shí)現(xiàn)其簡(jiǎn)潔化、靈活化，并減輕維護(hù)負(fù)擔(dān)，適合在地鐵車站中應(yīng)用。

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

0引言

根據(jù)地鐵建設(shè)和運(yùn)營(yíng)經(jīng)驗(yàn)，車站照明系統(tǒng)占整個(gè)車站設(shè)備負(fù)荷的15％左右，并且具有長(zhǎng)期持續(xù)運(yùn)行的特點(diǎn)。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(dòng)化領(lǐng)域里被大量應(yīng)用的可編程邏輯控制器(PLC)方式。這種簡(jiǎn)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(wú)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(wèn)題等。運(yùn)營(yíng)部門對(duì)車站照明控制的需求是：通過(guò)合理的管理，在需要的時(shí)間、區(qū)域把燈點(diǎn)亮，以優(yōu)化能源利用率；除了節(jié)能環(huán)保之外，還應(yīng)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(shí)還要便于操作和管理，靈活多變，以節(jié)省維護(hù)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(shí)現(xiàn)這些需求。

1智能照明控制系統(tǒng)簡(jiǎn)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(chǎng)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(gè)部件都賦有一個(gè)地址，通過(guò)總線將所有部件連接組成一個(gè)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?、觸摸顯示屏、傳感器、控制器、智能時(shí)鐘、用戶編程器等。執(zhí)行部件包括調(diào)光模塊、開(kāi)關(guān)模塊等。監(jiān)控部件包括軟件、PC機(jī)(或使用BAS(車站設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng))主機(jī))。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(diǎn)

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(diǎn)：

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(dòng)器有獨(dú)立CPU，相互之間是對(duì)等關(guān)系。

2. 系統(tǒng)中任何傳感器和驅(qū)動(dòng)器的損壞，不會(huì)影響到其它無(wú)程序關(guān)聯(lián)的系統(tǒng)元件的運(yùn)行；維修、更換或升級(jí)系統(tǒng)內(nèi)的元件、軟件時(shí)，系統(tǒng)的其余部分可照常運(yùn)行，維護(hù)保養(yǎng)方便；系統(tǒng)具有強(qiáng)大的可擴(kuò)展性，對(duì)于功能的增加或控制回路的增加，只需掛接相應(yīng)的元件，無(wú)需改動(dòng)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(jiǎn)單，沒(méi)有大量控制電纜的敷設(shè)和繁雜的控制設(shè)計(jì)；驅(qū)動(dòng)器及系統(tǒng)元件安裝在照明箱內(nèi)；現(xiàn)場(chǎng)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(jìn)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(chǎng)重新布線就可以實(shí)現(xiàn)。

5. 帶電流檢測(cè)功能的開(kāi)關(guān)驅(qū)動(dòng)器，可以監(jiān)視回路電氣設(shè)備是否損壞并可報(bào)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(shí)上報(bào)。

2地鐵車站照明控制方案設(shè)計(jì)

根據(jù)實(shí)際使用情況，站廳層、站臺(tái)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(chǎng)所，若加以適當(dāng)管理，可以節(jié)省大量用電。GB50157-2003《地鐵設(shè)計(jì)規(guī)范》14．5．15規(guī)定，地下車站的站廳、站臺(tái)照明，應(yīng)分組控制]。其目的也是為了提供靈活的控制，運(yùn)營(yíng)過(guò)程中可根據(jù)需要只開(kāi)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(dǎo)向標(biāo)志照明、應(yīng)急照明等，除應(yīng)急照明為長(zhǎng)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(jì)方案一的控制和管理功能

智能照明控制系統(tǒng)方案一實(shí)施對(duì)站臺(tái)層和站廳層公共區(qū)工作照明、節(jié)電照明、出人口照明、導(dǎo)向標(biāo)志照明及廣告照明的分時(shí)段開(kāi)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(duì)象改變時(shí)只需通過(guò)軟件作設(shè)定而無(wú)需改變接線方式，可對(duì)單一回路或多回路的開(kāi)關(guān)、模式、總控等進(jìn)行操作。在車站車控室安裝控制面板，可對(duì)照明進(jìn)行多種方式的應(yīng)急控制。

2.1.2模塊控制

根據(jù)地鐵運(yùn)營(yíng)需要可將所控區(qū)域的燈光或其它電器設(shè)備等預(yù)先設(shè)定為各種場(chǎng)景，如正常工作場(chǎng)景、消防應(yīng)急場(chǎng)景等。需要時(shí)可通過(guò)控制室和計(jì)算機(jī)房的監(jiān)控觸摸屏和智能面板控制，也可設(shè)定時(shí)間進(jìn)行自動(dòng)控制。地下車站可按照正常、節(jié)電、火災(zāi)、停運(yùn)四種模式運(yùn)行(見(jiàn)表I)。

1. 正常模式：用于正常運(yùn)營(yíng)時(shí)的客流高峰期和節(jié)假日?？土鞲叻迤诳筛鶕?jù)客流預(yù)測(cè)確定，并可根據(jù)運(yùn)營(yíng)的實(shí)際情況作調(diào)整?？土鞲叻迤跒槊刻?：00一9：00，17：00一19：O0。

2. 節(jié)電模式：用于正常運(yùn)營(yíng)時(shí)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(zāi)模式：智能照明控制系統(tǒng)對(duì)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(dòng)切斷有關(guān)非消防照明電源?；馂?zāi)發(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(tái)軌道區(qū))和設(shè)備區(qū)?；馂?zāi)模式下，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(shí)切除。延時(shí)時(shí)間可調(diào)。

4. 停運(yùn)模式：用于停止運(yùn)營(yíng)的時(shí)間段，為每天23：3()5：3()。停運(yùn)模式隨地鐵運(yùn)營(yíng)公司實(shí)際運(yùn)營(yíng)時(shí)間表確定，時(shí)間可調(diào)。另外，出人口出地面的飛頂照明應(yīng)單獨(dú)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(yīng)具有照度模式。通過(guò)感知室內(nèi)外環(huán)境照度值，來(lái)決定燈光回路開(kāi)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(zāi)狀況下起作用。

2.1.3定時(shí)控制

時(shí)間控制器可將所控區(qū)內(nèi)照明回路進(jìn)行預(yù)編程。根據(jù)實(shí)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(shí)間內(nèi)以設(shè)定 的間隔逐次點(diǎn)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(guò)友好界面將所有控制對(duì)象顯示于屏幕。各照明回路及燈具均按實(shí)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(shí)時(shí)運(yùn)行狀態(tài)及報(bào)警狀態(tài)顯示于圖形上，以方便觀察。通過(guò)點(diǎn)擊各回路圖形開(kāi)關(guān)或場(chǎng)景開(kāi)關(guān)即可開(kāi)啟或關(guān)閉各區(qū)域的照明，同時(shí)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(shí)間控制回路。

2.1.5管理功能

通過(guò)點(diǎn)擊各回路圖形開(kāi)關(guān)或場(chǎng)景開(kāi)關(guān)即可開(kāi)啟或關(guān)閉各區(qū)域的照明，同時(shí)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(shí)間控制回路通過(guò)對(duì)各 回路電流值 的檢測(cè) ，自動(dòng)判斷當(dāng)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(shí)時(shí)返回車站中控。

2.2設(shè)計(jì)方案二的控制和管理功能

設(shè)計(jì)方案二實(shí)施對(duì)站臺(tái)層和站廳層公共區(qū)工作照明、節(jié)電照明、出入口照明、導(dǎo)向標(biāo)志照明的調(diào)光控制及廣告照明的分時(shí)段開(kāi)閉控制。智能照明控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案二與圖1設(shè)計(jì)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(kāi)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(biāo)準(zhǔn)0-10V調(diào)光控制器或LED燈進(jìn)行調(diào)光節(jié)能控制，可以實(shí)現(xiàn)10%-100%范圍內(nèi)的無(wú)級(jí)調(diào)光確保室內(nèi)光線柔和穩(wěn)定，既保證了良好的視覺(jué)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(xiàng)目后期維護(hù)保養(yǎng)的成本與難度。

2.2.2場(chǎng)景控制

可根據(jù)要求預(yù)定多種場(chǎng)景。系統(tǒng)中的每個(gè)照明回路有其獨(dú)立的地址，因此可以實(shí)現(xiàn)對(duì)每個(gè)照明回路的獨(dú)立監(jiān)控；通過(guò)程序重新設(shè)定，可容易地改變照明的場(chǎng)景、功能，而不需改變?nèi)魏斡布安季€。

由于可對(duì)每一個(gè)照明回路進(jìn)行獨(dú)立控制，因此類似售票機(jī)、扶梯 、屏蔽門等處對(duì)亮度有特殊要求的場(chǎng)合，可在調(diào)試時(shí)根據(jù)實(shí)際使用情況做亮度調(diào)節(jié)。

2．2．3時(shí)間控制

根據(jù)白天、晚上以及列車進(jìn)出站的時(shí)刻，可以設(shè)置照明工作時(shí)間表，實(shí)現(xiàn)照明亮度根據(jù)時(shí)間表自動(dòng)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(shí)際位置以圖形顯示于監(jiān)控平面上。燈的開(kāi)關(guān)狀態(tài)、亮度值及故障信息都將實(shí)時(shí)地傳送到控制室，在可視化管理個(gè)人電腦上圖形化地顯示，使得控制更直觀、管理更方便、維護(hù)更簡(jiǎn)單。

2．2．5與其它系統(tǒng)聯(lián)動(dòng)控制

通過(guò)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^(guò)信號(hào)輸入硬件模塊，和其它可提供干接點(diǎn)信號(hào)或電壓信號(hào)的系統(tǒng)連接，可用于地鐵項(xiàng)目中其它需要燈光場(chǎng)景配合的系統(tǒng)，并通過(guò)場(chǎng)景調(diào)用的方式對(duì)燈光進(jìn)行配合控制。

2．2．6高架車站控制

針對(duì)高架車站可以充分利用自然采光，對(duì)站廳、站臺(tái)照明進(jìn)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(kāi)閉控制、定時(shí)控制及控制方式進(jìn)行控制。

2．2．8管理功能

可以對(duì)燈具的開(kāi)關(guān)時(shí)間及開(kāi)關(guān)次數(shù)進(jìn)行計(jì)數(shù)，通過(guò)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(dá)前，能夠?qū)艟吒鼡Q的時(shí)問(wèn)進(jìn)行預(yù)判，以有利于設(shè)備的采購(gòu)和維護(hù)工作。

2．3兩種設(shè)計(jì)方案的比較

設(shè)計(jì)方案一與設(shè)計(jì)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(jìn)行照明控制外，其余公共區(qū)照明可采用開(kāi)閉控制，所以適合采用設(shè)計(jì)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(jì)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(kāi)關(guān)驅(qū)動(dòng)器具備獨(dú)立工作的能力，適用于一些中小型的項(xiàng)目；模塊化設(shè)計(jì)，可以任意拼接擴(kuò)展，同時(shí)預(yù)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(tái)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。

3.2應(yīng)用場(chǎng)所

適合于各類智能小區(qū)、醫(yī)院、學(xué)校、酒店，以及體育場(chǎng)所、機(jī)場(chǎng)、隧道、車站等大型公建項(xiàng)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(shí)時(shí)檢測(cè)并顯示各個(gè)模塊的在線狀態(tài)，反饋現(xiàn)場(chǎng)受控回路的開(kāi)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(lái)瀏覽。

2）當(dāng)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(shí)會(huì)發(fā)生故障報(bào)警，并將故障報(bào)警信息記錄并顯示在界面中。

3）可以對(duì)單個(gè)照明回路實(shí)現(xiàn)開(kāi)關(guān)控制；每個(gè)模塊、樓層都有相應(yīng)的模塊控制開(kāi)關(guān)和樓層控制開(kāi)關(guān)，也可以一個(gè)模塊或者整個(gè)樓層實(shí)現(xiàn)開(kāi)關(guān)控制。

4）開(kāi)關(guān)驅(qū)動(dòng)器支持過(guò)零觸發(fā)功能，負(fù)載（燈具）的分合操作僅在交流電過(guò)零時(shí)進(jìn)行；可有效減少電磁干擾以及對(duì)電網(wǎng)的沖擊，延長(zhǎng)燈具與控制裝置的壽命。

5）對(duì)每個(gè)照明回路可以預(yù)設(shè)掉電狀態(tài)，當(dāng)照明電源掉電時(shí)，開(kāi)關(guān)驅(qū)動(dòng)器會(huì)自動(dòng)切換到預(yù)設(shè)的掉電狀態(tài)；確保重新上電時(shí)燈具的開(kāi)關(guān)狀態(tài)是確定與可控的。

6）拖動(dòng)調(diào)光控件，照明設(shè)備從0%到100%進(jìn)行調(diào)光，可以對(duì)單個(gè)照明回路實(shí)現(xiàn)調(diào)光控制，調(diào)光總控可以對(duì)一個(gè)模塊的照明回路實(shí)現(xiàn)調(diào)光控制，也可以對(duì)多個(gè)照明回路實(shí)現(xiàn)調(diào)光控制，通過(guò)圖標(biāo)的亮滅狀態(tài)反饋現(xiàn)場(chǎng)開(kāi)關(guān)的狀態(tài)。

7）點(diǎn)擊場(chǎng)景控件，打開(kāi)或者關(guān)閉對(duì)應(yīng)場(chǎng)景設(shè)置，軟件界面上顯示不同的場(chǎng)景模式和場(chǎng)景功能，通過(guò)圖標(biāo)的亮滅顯示對(duì)應(yīng)的場(chǎng)景狀態(tài)是打開(kāi)還是關(guān)閉。

8）設(shè)置定時(shí)時(shí)間，確認(rèn)時(shí)間點(diǎn)后，對(duì)該事件點(diǎn)執(zhí)行的動(dòng)作進(jìn)行設(shè)置，設(shè)置燈在設(shè)定的時(shí)間點(diǎn)亮或者滅。

9）系統(tǒng)可以通過(guò)預(yù)設(shè)的當(dāng)?shù)亟?jīng)緯度信息，自動(dòng)計(jì)算每天的日升日落時(shí)間；根據(jù)天文時(shí)鐘控制照明開(kāi)關(guān)，實(shí)現(xiàn)日落開(kāi)燈、日出關(guān)燈的功能。

10）所有定時(shí)控制計(jì)劃均可下發(fā)保存至驅(qū)動(dòng)模塊；當(dāng)上位機(jī)系統(tǒng)故障或模塊離線時(shí)，驅(qū)動(dòng)模塊可以利用自帶的RTC時(shí)鐘維持定時(shí)控制計(jì)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(dú)立工作；系統(tǒng)內(nèi)各元件可以通過(guò)程序的設(shè)定實(shí)現(xiàn)功能的多樣性。

12）預(yù)留BA或三方集成平臺(tái)接口，采用modbus、opc等方式。

3.5設(shè)備選型

4結(jié)束語(yǔ)

在地鐵車站站臺(tái)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(guò)邏輯控制、場(chǎng)景控制、時(shí)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(shí)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(guò)能源管理也為地鐵項(xiàng)目節(jié)省了可觀的電力費(fèi)用,并產(chǎn)生良好的社會(huì)效益。

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作者簡(jiǎn)介：任運(yùn)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?yàn)橹悄苷彰骺刂葡到y(tǒng)領(lǐng)域。