智能照明控制系統(tǒng)在軌道交通中的研究及其應用

安科瑞 陳聰

摘要：軌道交通智能照明系統(tǒng)通過預先設置運營模式和運營場景，完成了系統(tǒng)的自動控制，并減少工作人員工作量，從而實現了節(jié)約能源的目的。通過利用時鐘控制器、照度傳感器等智能元件進行邏輯運算和判斷，縮短了燈具的亮度時間和使用頻次，延長了燈具的使用壽命，降低了生產成本；對各模塊反饋得到信息的及時處理，回路及燈具的運行狀態(tài)進行實時辨別， 方便快捷地進行照度管理，并且使設備維護起來更加簡單。

關鍵詞：智能照明；控制系統(tǒng)；軌道交通

1、概述

現如今城市軌道交通事業(yè)高速發(fā)展，環(huán)保節(jié)能已經深入了我們的生活，并與我們的衣食住行緊密相關，不可分割。地鐵車站目前普遍使用舊的照明控制方法，根據環(huán)控簡單的方式對燈光進行控制，造成的結果就是它的照明過程中消耗電量在整個地鐵耗電總量中占了較大比例，因此，這種簡單的控制方式難于滿足保護環(huán)境、節(jié)約能源、控制靈活、方便管理和維護簡單的控制要求。

2、智能照明系統(tǒng)構成及其功能

智能照明控制系統(tǒng)可控區(qū)域較廣，通過現場總線，將所有系統(tǒng)部件連成一體，每個系統(tǒng)都有獨立的CPU處理運算和信息存儲功能。系統(tǒng)各部件既可以獨自完成所屬工作，也可以根據實際需求進行不同的搭配，達到分散控制和集中控制的融合。智能照明系統(tǒng)可以劃分為3個部分：

a.系統(tǒng)模塊

用于給整個系統(tǒng)提供工作電源、時鐘控制源及其他系統(tǒng)的接口元件，包括系統(tǒng)工作電源、總線耦合器、網關。系統(tǒng)主控制網絡主要用來對各部分設備實施同樣的控制和對信號的采樣， 子系統(tǒng)網絡主要對各分區(qū)實施差異的控制邏輯及算法。主系統(tǒng)和子系統(tǒng)之間通過工業(yè)現場總線連接，確保系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性，實現系統(tǒng)網絡數據的實時傳輸。

b.輸入模塊

輸入信息為信息接受設備，用于將外部控制信號變換成網絡上傳輸的信號。不同類型的多功能控制面板進行LCD界面顯示和控制，以圖形、文字、圖片作為操作的軟按鍵，可以實現多點控制、存儲多種模式、時序控制等。亮度傳感器，對周圍環(huán)境物理因素亮度的檢測，可以調節(jié)本身光源的亮度，使周圍環(huán)境處于一個適當的照度，從而實現充分利用自然光，節(jié)省能源的目的。

c.輸出模塊

輸出模塊用于接收輸入模塊的信號，并根據需求控制相應回路的輸出，從而實現實時控制的目的。輸出模塊有各種型式的繼電器，模塊可快速強制開啟關閉回路，存儲效果模式，每個回路都可以進行電流偵測，并將偵測的電流值回送到到PC控制軟件和控制監(jiān)控設備中；設定不同的繼電器間隔開啟時間值，防止因為同時間啟動而造成電流沖擊；計算回路開閉時間；設定關閉后再次啟動的時間間隔，主要用于如金鹵燈等特殊燈具上；調光器模擬量輸出模塊和紅外等輸出模塊以負載電流為調節(jié)對象，除調光功能外還可用作燈具的軟啟動、軟關閉。系統(tǒng)各模塊主要功能如下：

a.開關模塊可以智能的對回路燈具實現打開閉合。根據自己需要可以先行設置一定的場合模式，或者不加控制下的時鐘對任一回路燈具進行控制，從而實現想要的照明亮度值，滿足特別的場合需求；為避免浪涌電流對燈具的沖擊，以延長燈具的使用壽命，將開啟開關模塊的分回路功能。自反饋型的開關模塊能夠對回路電流值的進行實時檢測，并記錄和儲存燈具運行時間。

b.通過對智能化觸摸屏和場景控制面板操作，可以控制區(qū)域燈具的場景?？梢詽M足不同層次需求根據觸摸屏進行更多的場景定義并進行亮度的調節(jié)。

c.車站運營人員可以對差異時間段的場景預先設置相應的模式，對光照亮度調控用來改進所處環(huán)境的舒適性，提高服務人員服務水平。同時還可以解決和調試軟件對一個燈具、一個回路和整體控制等多種操作模式。

智能照明系統(tǒng)可以實現很多智能化功能，可以利用很多方法達到靈活的控制。通過上位機軟件，可以在主機上對場景模式、數據統(tǒng)計等進行調取和設置，尤其是雙擊圖像化操作界面，可以對一個燈具的參數、一個回路的參數等功能進行設置，這有利于燈具光線的調整和燈具使用壽命周期的維護。

在場景模式中可以進行一次預先設定，就能全年使用這種模式運營，這將減少操作步驟，顯著提高系統(tǒng)的工作效率。智能預警功能是系統(tǒng)不可少的一部分，可以檢測燈具或者回路的狀況，當回路數據出現異常值時，就會在系統(tǒng)主界面發(fā)出警示標志，可以及時通知運營人員，若在規(guī)定時間內沒有人工復位，操作系統(tǒng)為避免故障范圍擴大，將對發(fā)生故障的電路進行主動切斷。

3、智能照明控制系統(tǒng)在地鐵的應用

地鐵車站的正常照明分為公共區(qū)照明、設備用房照明和管理房間照明。設備房間照明和管理用房一般采用蹺板開關設置于房間門口控制。對于較大面積擁有燈具較多的房間，采用雙聯、三聯或多個開關進行控制。為了達到地鐵運營管理的需要，設備區(qū)域和管理用房只允許有特定權限的工作人員進出，基本能做到“人來開燈，人走燈滅”的節(jié)電運行。

為實現照明設備的智能化控制，智能照明控制系統(tǒng)依靠計算機、擴頻電力載波通訊技術、計算機智能化信息處理及節(jié)能型電器控制等技術，能夠對燈光亮度進行強弱調節(jié)、場景設定等，從而實現安全、節(jié)約能源的目的。

使用智能照明系統(tǒng)后，可以將所屬于照明總箱的工作照明箱和節(jié)能照明箱部件進行去除，所有的指令回路均有總箱發(fā)射出，利用智能化模塊，從而減少了照明和工作照明的電能消耗。

4、新型LED節(jié)能燈具的使用

由于地鐵車站大多位于地下，為達到良好照亮要求，提高服務，便于廣大群眾的出行，需使用大量燈具照明，傳統(tǒng)的設計方案中，地鐵內大多采用節(jié)能型熒光燈。隨著科學技術的進步，傳統(tǒng)的節(jié)能熒光燈將退出歷史舞臺，取而代之的是新型LED照明燈具。LED照明燈簡單來講是是一種半導體固體發(fā)光器件，通過發(fā)光二極管照明。LED照明具有高節(jié)能、利環(huán)保等特點，還具備調光功能。為了實現燈具智能的開關，需要運用智能化模塊對整個照明回路進行控制。還可以通過智能調光模塊對地鐵站臺屏蔽門燈帶進行控制，當列車駛入車站時，系統(tǒng)各個控制系統(tǒng)進行聯動控制，提高屏蔽門燈帶亮度，當列車駛出車站后，降低屏蔽門燈帶亮度。

5、應用場景

系統(tǒng)功能：

1、開關控制：對通道、走廊、公共區(qū)域、樓梯間、會議室按照單個照明回路、區(qū)域、樓層等實現對應照明的開關燈控制，監(jiān)視受控回路的開關狀態(tài)。

2、調光控制：滿足區(qū)域照度和亮度調節(jié)要求，支持在通道、走廊、公共區(qū)域、樓梯間、會議室等場所監(jiān)測照度或亮度，并根據需要自動/手動調節(jié)開燈數量和燈光亮度，充分利用自然光源，滿足節(jié)約了能源，營造了舒適的生活工作環(huán)境。

3、場景控制：支持不同的場景模式控制，根據不同區(qū)域的功能需求，設定場景，完成相關照明燈具的控制組合，滿足美化工作環(huán)境、提高舒適度需求。

4、照明回路電路監(jiān)測：實時監(jiān)視各照明支路/回路的運行電流、開關狀態(tài)，并自動分析回路是否有故障狀態(tài)并預警。

5、分區(qū)、總控：支持運行管理人員實時監(jiān)視各區(qū)域、樓層、樓棟的照明狀態(tài)，并根據需要進行分區(qū)、分層、分樓棟按需要分區(qū)控制、總控制。

6、實時報警：當發(fā)生模塊離線、網關設備掉線或者狀態(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，提示內容為故障時間、模塊位置、故障說明。

7、歷史記錄查詢：查詢任意時段內的事件記錄，支持“當日”“近7天”“自定義時段”方式查詢歷史事件。

6、現場圖片

7、產品選型

8、結束語

城市軌道交通作為大運量公共交通運輸系統(tǒng)，從早期的只能滿足廣大乘客的交通需求至今拓展到乘客的出行、生活、購物、等各個方面。城市軌道交通的人員服務水平已逐步提高。所以，為提升乘客對軌道交通人性化和舒適化的感受，直接接觸的軌道交通設施處于一個很重要的地位。

【參考文獻】

[1]王多,王琪,軌道交通智能照明控制系統(tǒng)技術研究及其應用。

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[4]安科瑞企業(yè)微電網設計與應用手冊.2022.05版。