淺析地鐵智能照明控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

安科瑞 繆凱倫

摘要：近年來，地鐵建設(shè)在迅猛發(fā)展。在地鐵運(yùn)營(yíng)所需的各類設(shè)備中，照明非常重要而且電量占有不小的比例，故提高照明質(zhì)量并且節(jié)約用電在地鐵項(xiàng)目中具有深遠(yuǎn)的意義。本文介紹了智能照明控制系統(tǒng)，并用實(shí)例講述了該系統(tǒng)在地鐵項(xiàng)目中的具體運(yùn)用。

關(guān)鍵詞：地鐵照明；智能照明控制系統(tǒng)；照明節(jié)能

0.引言

近年來，隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，很多城市都開始大規(guī)模修建地鐵，這緩解了交通壓力。地鐵是用電的交通工具，也實(shí)實(shí)在在是個(gè)耗電大王。據(jù)統(tǒng)計(jì)，2017年北京市軌道交通用電量達(dá)到16億kwh ，占地鐵整體運(yùn)營(yíng)成本的40% ，約相當(dāng)于83萬戶三口之家一年的用電量。其中照明系統(tǒng)用電占地鐵的用電設(shè)備總能耗的13%。地鐵的照明負(fù)荷大多是長(zhǎng)期工作負(fù)荷，故會(huì)帶來大量且持續(xù)的電能損耗，用電量?jī)H次于環(huán)控設(shè)備系統(tǒng)、電扶梯設(shè)備系統(tǒng)的用電量。因此，在地鐵照明方面節(jié)能有非常大的環(huán)保意義和經(jīng)濟(jì)效益。采用智能照明合理控制調(diào)節(jié)，可以達(dá)到提高照明質(zhì)量同時(shí)節(jié)約用電量的效果。近年來，地鐵電氣設(shè)計(jì)中基本都會(huì)采用智能照明系統(tǒng)。

1.智能照明控制系統(tǒng)的概念和組成

智能照明控制系統(tǒng)是指利用計(jì)算機(jī)、無線通信數(shù)據(jù)傳輸、計(jì)算機(jī)智能化信息處理及節(jié)能型電器控制等技術(shù)組成的分布式無線遙測(cè)、遙控、通信控制系統(tǒng)，具有燈光亮度的強(qiáng)弱調(diào)節(jié)、燈光軟啟動(dòng)、定時(shí)控制、場(chǎng)景設(shè)置等功能，并達(dá)到預(yù)定的節(jié)能效果。

智能照明控制系統(tǒng)突出的優(yōu)勢(shì)是管理優(yōu)勢(shì)，它更改了傳統(tǒng)的操作方式。智能照明系統(tǒng)可以借助各種預(yù)設(shè)置控制方式及控制元件，對(duì)不同條件下的照度進(jìn)行合理管理及設(shè)置來達(dá)到節(jié)能的效果。

智能照明控制系統(tǒng)一般采用集中控制，分散執(zhí)行的模式。集中控制一般設(shè)置在控制室，在其中設(shè)置控制面板、計(jì)算機(jī)等控制器設(shè)備，起到綜合管理的作用。

智能照明控制系統(tǒng)分硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)兩部分。硬件系統(tǒng)主要包括：控制屏開關(guān)控制器（電源模塊、時(shí)控模塊、繼電器模塊等）、光線傳感器、國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)通信接口設(shè)備、相關(guān)線纜等。軟件系統(tǒng)主要包括：操作系統(tǒng)、系統(tǒng)編程軟件、圖形監(jiān)控軟件、接口協(xié)議等。

2.地鐵照明的分類及配電控制

車站照明分為正常照明和應(yīng)急照明。正常照明包括公共區(qū)照明、附屬用房照明、安全特低電壓照明、區(qū)間照明、導(dǎo)向照明、廣告照明。應(yīng)急照明包括疏散照明、備用照明?？紤]到供電半徑等因素，一般標(biāo)準(zhǔn)站在站臺(tái)層和站廳層的A、B兩端分別設(shè)置一個(gè)照明配電室。每個(gè)照明配電室都應(yīng)設(shè)兩個(gè)照明總配電箱，電源分別來自變電所不同400V母線段。

2.1正常照明配電及控制

（1）公共區(qū)正常照明的兩回路電源（正常照明1和正常照明2）分別引自變電所的兩段400V母線，照明燈具采用交叉配線，各負(fù)責(zé)50%的照明負(fù)荷；設(shè)置在車站兩端照明配電室的照明配電箱配電范圍以車站的中心線為界。

（2）附屬用房正常照明采用就地控制。

（3）站臺(tái)板下、變電所夾層內(nèi)設(shè)24V安全特低電壓照明，其安全變壓器安裝在站臺(tái)層照明配電室。

（4）區(qū)間照明配電箱設(shè)在車站站臺(tái)照明配電室，其電源由變電所400V兩段母線引來，一用一備，在配電箱處自動(dòng)切換，由此照明箱直接配電至區(qū)間燈具。

（5）導(dǎo)向照明由公共區(qū)照明總配電柜專用回路供電。

（6）廣告照明在照明配電室就地控制。

2.2應(yīng)急照明配電及控制

（1）在車站站廳、站臺(tái)兩端配電室內(nèi)各設(shè)一組EPS(標(biāo)準(zhǔn)站為4套),負(fù)責(zé)車站及區(qū)間內(nèi)的應(yīng)急照明(包括疏散照明、備用照明)的供電。

（2）應(yīng)急照明采用蓄電池集中供電的應(yīng)急電源系統(tǒng)，正常時(shí)由車站變電所低壓柜提供2個(gè)交流電源給EPS電源柜，當(dāng)車站變電所兩個(gè)電源同時(shí)失電時(shí)，由EPS柜的蓄電池進(jìn)行供電。EPS柜蓄電池持續(xù)供電時(shí)間不應(yīng)小于90min。

（3）在車站站廳、站臺(tái)、出入口通道、樓梯、附屬用房區(qū)的通道等處設(shè)置疏散照明和疏散指示標(biāo)志燈。在車站綜控室、通信信號(hào)機(jī)房、消防泵房、變電所等重要房間設(shè)置備用照明。

（4）區(qū)間應(yīng)急照明燈的電源直接引自設(shè)在站臺(tái)配電室的EPS電源。

（5）公共區(qū)的疏散照明兼作值班照明，照度為正常照明的10%；根據(jù)不同的用途，附屬房間的備用照明占正常照明的10%、50%或100%。

3. 智能照明控制系統(tǒng)在地鐵中的具體運(yùn)用

在現(xiàn)代地鐵照明設(shè)計(jì)中，站廳、站臺(tái)、出入口的公共區(qū)照明、導(dǎo)向照明、地面廳照明等采用智能照明控制。智能照明控制系統(tǒng)主要由設(shè)在總配電箱內(nèi)的模塊、網(wǎng)關(guān)及設(shè)在車控室內(nèi)的終端設(shè)備（觸摸屏）等組成，智能照明控制系統(tǒng)與BAS(Building Automation System即環(huán)境與設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)）的通信接口位置在智能照明網(wǎng)關(guān)處。由圖1可以看出，在A端站廳層照明配電總箱中設(shè)置了帶有12路開關(guān)負(fù)載輸出模塊的智能照明模塊用于控制各回路的燈具，正常照明及應(yīng)急照明的燈具均納入智能照明的控制中。為保障照明系統(tǒng)安全性，在應(yīng)急照明EPS電源柜中采用帶有消防輸入接口的負(fù)載自鎖反饋模塊，萬一發(fā)生事故時(shí)可以立刻啟動(dòng)所有的應(yīng)急照明。將公共區(qū)和應(yīng)急照明并入BAS系統(tǒng)，可以對(duì)整個(gè)照明系統(tǒng)進(jìn)行集中的監(jiān)控。同時(shí)負(fù)載自鎖反饋型模塊本身自帶電源，而且具備帶電流檢測(cè)功能，過零檢測(cè)滅弧、停電狀態(tài)下均可保持繼電器的開關(guān)狀態(tài)不變化。智能照明模塊還可以:①根據(jù)外界光線自動(dòng)調(diào)節(jié)照明燈具的亮度；②根據(jù)定義的作息時(shí)間、節(jié)假日自動(dòng)控制燈的開關(guān)及亮度；③對(duì)燈具控制為軟啟動(dòng)，延長(zhǎng)燈具壽命；④回路過載自動(dòng)保護(hù)功能，不影響、不損壞任何設(shè)備及燈具。

圖１某標(biāo)準(zhǔn)地鐵站照明配電總箱系統(tǒng)圖

區(qū)間智能應(yīng)急疏散指示采用了ELS-32N，所有的ELS單元均由一對(duì)通信信號(hào)線連接成網(wǎng)絡(luò)，每個(gè)單元均設(shè)成固定地址并定義其功能，通過輸出單元及終端單元實(shí)行控制。在區(qū)間隧道設(shè)置可變方向的疏散指示標(biāo)志燈，其指示方向由綜合監(jiān)控下達(dá)的區(qū)間火災(zāi)模式控制。區(qū)間正常照明平時(shí)由BAS控制，火災(zāi)時(shí)有FAS強(qiáng)制點(diǎn)亮、應(yīng)急照明常亮。

智能照明系統(tǒng)控制模塊安裝在各照明配電總箱內(nèi)，箱內(nèi)模塊與模塊之間是手拉手的方式連接。智能照明控制系統(tǒng)中的時(shí)鐘控制模塊、照明控制終端、數(shù)據(jù)傳送單元及數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換單元均設(shè)置在車站控制室內(nèi)。由于地鐵項(xiàng)目主體位于地下，故一般時(shí)間站廳層及站臺(tái)層公共區(qū)對(duì)亮度的控制主要是根據(jù)時(shí)鐘及乘客人流量來設(shè)定。在地鐵項(xiàng)目設(shè)計(jì)中，在每個(gè)出入口均設(shè)置照度檢測(cè)器。站廳層、站臺(tái)層及各出入口會(huì)將時(shí)鐘控制情況和照度水平傳輸?shù)皆O(shè)置在照明配電 總箱內(nèi)部的模塊中。

車站公共區(qū)照明、出入口上蓋照明、站名標(biāo)志柱照明、地面泛光燈、地面草坪燈、地面風(fēng)亭景觀照明均可設(shè)置智能照明系統(tǒng)，由BAS控制。

4.在地鐵中運(yùn)用智能照明控制系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)

地鐵項(xiàng)目中的智能照明控制系統(tǒng)，其優(yōu)勢(shì)功能主要體現(xiàn)在以下幾方面。

4.1用戶體驗(yàn)更好

采用智能照明控制系統(tǒng)之后，可以根據(jù)人流量和時(shí)間來調(diào)節(jié)燈光，可以使乘客在光照滿足需求的同時(shí)又不會(huì)因過亮的燈光造成不適。

4.2節(jié)約用電

智能照明控制系統(tǒng)通過對(duì)主控制器的時(shí)鐘管理，可以對(duì)單元調(diào)光器進(jìn)行定時(shí)設(shè)置和控制。不僅可以滿足不同外部條件下燈具場(chǎng)景的效果，而且通過智能調(diào)節(jié)，可以在對(duì)照度等要求實(shí)際需求小的時(shí)候降低能耗，達(dá)到節(jié)能的效果。

4.3延長(zhǎng)燈具使用壽命

智能照明控制系統(tǒng)還可以通過編程處理，實(shí)現(xiàn)燈具的逐級(jí)調(diào)光和軟啟動(dòng)，采用各個(gè)回路逐一啟動(dòng)的方式，具有減少來自電網(wǎng)的沖擊電壓及浪涌電壓帶來的損耗的功能，可以緩解燈具的損耗，延長(zhǎng)燈具的使用壽命。

4.4提高維護(hù)效率

在地鐵站中采用智能照明之后，運(yùn)營(yíng)管理人員可以通過操作屏十分直觀地看到車站公共區(qū)照明的運(yùn)行狀況，省去了在車站非運(yùn)營(yíng)時(shí)間內(nèi)去現(xiàn)場(chǎng)逐個(gè)檢查燈具的工作，從而大大提高了燈具維護(hù)工作的效率。

5.安科瑞為家庭智能照明控制系統(tǒng)提供解決方案

5.1安科瑞智能照明監(jiān)控系統(tǒng)采用分層分布式結(jié)構(gòu)，即站控層，通訊層與間隔層； 如圖（1）所示：

圖（1）網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D

間隔設(shè)備層主要為：開關(guān)驅(qū)動(dòng)器，這些裝置分別對(duì)應(yīng)相應(yīng)的一次設(shè)備安裝在電氣柜內(nèi)，這些裝置均通過現(xiàn)場(chǎng)KNX總線組網(wǎng)通訊，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)現(xiàn)場(chǎng)采集。

網(wǎng)絡(luò)通訊層主要為：智能照明網(wǎng)關(guān)，其主要功能為把分散在現(xiàn)場(chǎng)采集裝置集中控制，同時(shí)遠(yuǎn)傳至站控層，完成現(xiàn)場(chǎng)層和站控層之間的數(shù)據(jù)交互。

站控管理層：設(shè)有高性能工業(yè)計(jì)算機(jī)、顯示器、UPS電源、打印機(jī)等設(shè)備。監(jiān)控系統(tǒng)安裝在計(jì)算機(jī)上，集中采集顯示現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備運(yùn)行狀況，以人機(jī)交互的形式顯示給用戶。 以上開關(guān)模塊均采用KNX總線傳輸，一般都采用4根連線，接線簡(jiǎn)單方便，傳輸距離可達(dá)1.2km。

5.2安科瑞智能照明系統(tǒng)組成

1.定時(shí)控制

通過時(shí)鐘管理器，實(shí)現(xiàn)整個(gè)系統(tǒng)的有關(guān)區(qū)域照明的定時(shí)和自動(dòng)管理功能，實(shí)現(xiàn)公共通道、景觀照明、泛光照明、車庫(kù)照明定時(shí)控制。如百葉窗定時(shí)升降、集中供熱定時(shí)調(diào)節(jié)、節(jié)假日照明定時(shí)關(guān)閉、定時(shí)通知等。

2.場(chǎng)景控制

智能照明控制系統(tǒng)根據(jù)各個(gè)部門的需求，設(shè)定不同種類的場(chǎng)景模式，進(jìn)行各種照明燈光的組合，達(dá)到美化工作環(huán)境的效果；結(jié)合人體感應(yīng)傳感器，當(dāng)人員離開時(shí)，關(guān)閉所有該會(huì)議室照明。

3.實(shí)時(shí)監(jiān)控

中心控制室，配置一臺(tái)中控主機(jī)，所有照明控制設(shè)備，通過KNX網(wǎng)關(guān)，接入監(jiān)控系統(tǒng)，操作管理人員，可以通過中控電腦，實(shí)時(shí)監(jiān)視總線、區(qū)域、樓層、樓棟等照明狀態(tài)，并可根據(jù)需求進(jìn)行控制調(diào)整。系統(tǒng)繪圖工具支持向量圖和多層頁(yè)面，圖形頁(yè)面縮放方便，切換簡(jiǎn)單，支持DXF、WMF、BMP、JPG、ICON等圖形對(duì)象的嵌入、支持二維、三維圖元的繪制，增加可視化的空間效果。

4.報(bào)警處理

系統(tǒng)提供了警報(bào)處理能力，用戶可采用編程來完成不同的任務(wù)，當(dāng)某種警報(bào)條件出現(xiàn)時(shí)應(yīng)做什么，可由用戶自行確定。

5.事件通報(bào) 系統(tǒng)提供了事件通報(bào)功能，支持郵件通報(bào)、文本輸出以及事件驅(qū)動(dòng)打印，可按照用戶預(yù)先設(shè)置的條件，觸發(fā)事件通報(bào)功能。

5.3設(shè)備選型

6.結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，現(xiàn)代地鐵中廣泛使用智能照明在多個(gè)方面都有明顯的優(yōu)勢(shì)。雖然增加智能照明控制系統(tǒng)在初期投入中，會(huì)比傳統(tǒng)照明多一些，但是帶來的利益顯然是值得的。智能照明控制系統(tǒng)既可以讓乘客體驗(yàn)感覺更好，又可以為運(yùn)營(yíng)單位節(jié)省開支，還可以為國(guó)家節(jié)約能源。

因此智能照明控制系統(tǒng)的運(yùn)用和發(fā)展具有重大意義。

審核編輯：湯梓紅