淺談地鐵車(chē)站中智能照明系統的設計與應用

【摘要】地鐵作為地下建筑，大量使用燈光照明，智能照明系統的應用有利于提高照明使用效率并兼顧照明舒服度。通過(guò)介紹智能照明系統的特點(diǎn)及地鐵中智能照明系統的系統構成和控制方案，并結合智能照明系統在南京地鐵中的設計與應用，闡述了智能照明系統在應用在地鐵建設中的*性及發(fā)展前景。

【關(guān)鍵詞】智能照明地鐵模式控制

　　1引言

　　隨著(zhù)地鐵線(xiàn)路里程數的不斷增加，地鐵系統儼然己經(jīng)成為了城市中的能耗大戶(hù)。由于地鐵車(chē)站處于地下，自然采光難以實(shí)現，主要依靠人工照明來(lái)營(yíng)造和保障內部光環(huán)境，照明時(shí)間長(cháng)、能耗大是其特點(diǎn)，據調査地鐵車(chē)站照明的用電量?jì)H次于電梯和排風(fēng)系統，占總用電量的30%左右，各照明系統中還存在大量低效率的光源、燈具等設備和低效的照明控制方式，所以照明系統在節能方面有很大的空間。

　　照明的基本功能是明視性，也就是我們一般常說(shuō)的照明，它能幫助我們辨別周?chē)h(huán)境和識別眼前物體,滿(mǎn)足一般的社會(huì )活動(dòng)需求。隨著(zhù)社會(huì )經(jīng)濟的發(fā)展和人民生活水平的提高，人們對照明的需求不再局限于基本的明視功能，而是對光環(huán)境提岀了更高的要求，也就是心理照明。恰當的照明氛圍能夠讓人體感舒服、心情愉悅。如果光環(huán)境處理的不好,也會(huì )影響人們的生活，如高架橋、高層辦公樓等公共建筑的晚間亮化照明，會(huì )影響附近居民樓內人們睡眠的效率，進(jìn)而影響之后的生活和工作;商業(yè)區建筑外立面上的大幅廣告照明，雖然比較奪人眼球，但是可能會(huì )影響交通安全。

　　因此，如何根據地鐵車(chē)站內部環(huán)境特點(diǎn)、人群特點(diǎn)和交通行為特征以及視覺(jué)特點(diǎn)平衡兼顧照明舒服度水平和照明質(zhì)量要求，實(shí)現經(jīng)濟、節能的綠色照明是地下空間人工光環(huán)境控制追求的目標。

　　2智能照明系統簡(jiǎn)介

　　在照明控制的進(jìn)程中主要經(jīng)歷了三個(gè)階段，分別為人工控制階段、時(shí)序控制階段和自動(dòng)調光控制階段。在地鐵建設發(fā)展初期，大多釆用人工控制的方式進(jìn)行空間照明，因為在照明控制方面計算機技術(shù)還不成熟，所以只能根據不同時(shí)段和現場(chǎng)環(huán)境,由專(zhuān)人負責照明的控制和管理，區域照明亮度也是由專(zhuān)門(mén)人員主觀(guān)決定的。由于控制的不及時(shí)很容易造成能耗過(guò)大，產(chǎn)生浪費。

　　隨著(zhù)計算機技術(shù)、網(wǎng)絡(luò )通訊技術(shù)的發(fā)展，以及智能型樓宇、住宅的廣泛推廣，智能照明控制技術(shù)得到眾多投資方、用戶(hù)及設計師的重視，智能照明控制產(chǎn)品市場(chǎng)也日益被各專(zhuān)業(yè)企業(yè)所關(guān)注。目前智能照明技術(shù)已廣泛應用于智能家居、賓館酒店、商業(yè)廣告、園林景觀(guān)、體育場(chǎng)館、汽車(chē)等諸多領(lǐng)域,在軌道交通領(lǐng)域也有部分應用，如上海、深圳、杭州地鐵等部分線(xiàn)路，但其系統只是作為車(chē)站BAS系統控制功能的一個(gè)衍伸，并未發(fā)揮其根據光環(huán)境達到智能調光的功效。

　　通俗地說(shuō),智能照明控制系統是利用計算機、嵌入式系統和網(wǎng)絡(luò )通信技術(shù)，將照明線(xiàn)路中的各種光源通過(guò)網(wǎng)絡(luò )連接到一起進(jìn)行控制的平臺。利用照明智能化控制可以根據環(huán)境變化、客觀(guān)需要、用戶(hù)預定需求等條件而自動(dòng)采集照明系統中的各種信息，對所釆集的信息進(jìn)行相應的邏輯分析、推理、判斷，并對分析結果按照要求的形式存儲、顯示、傳輸，進(jìn)行相應的工作狀態(tài)信息反饋，以達到預期的控制效果。

　　(1)智能照明控制系統的特點(diǎn)

　　a.系統集成性，是集計算機技術(shù)、網(wǎng)絡(luò )通信技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)、微電子技術(shù)、數據庫技術(shù)和系統集成技術(shù)于一體的現代控制系統;

　　b.智能化，具有信息采集、傳輸、邏輯分析、智能分析推理及反饋控制等智能特征的控制系統;

　　c.網(wǎng)絡(luò )化，傳統照明控制系統大都是獨立的、本地的、局部的系統，無(wú)專(zhuān)門(mén)的網(wǎng)絡(luò )連接，而智能照明控制系統可以是大范圍的控制系統，需要包括硬件技術(shù)和軟件技術(shù)的計算機網(wǎng)絡(luò )通信支持，進(jìn)行必要的控制信息交換和通信，并納入物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，可實(shí)現通過(guò)移動(dòng)終端進(jìn)行控制;

　　d.使用方便，采用圖形化界面，顯示直觀(guān)，控制方便，可以通過(guò)編程的方法靈活改變照明效果，同時(shí)還能實(shí)時(shí)監測末端負載的運行情況，為運營(yíng)檢修提供了便利。

　　(2)智能照明控制系統的功能

　　a.回路電流、電壓、功率因數、電量檢測等;

　　b.單燈開(kāi)關(guān)和調光;

　　c.單燈電流、電壓、功率因素、電量和溫度檢測等;

　　d.根據天氣情況和實(shí)際的光照強度，實(shí)現燈具的自動(dòng)開(kāi)、關(guān)和調光;

　　e.靈活的亮燈組合管理，控制每一盞燈;

　　f.現場(chǎng)管理功能;

　　g.預設管理功能;

　　h.每天可進(jìn)行自動(dòng)通、斷電操作，保證工作日、節假日按不同的時(shí)間自動(dòng)通、斷電，可對用電設備進(jìn)行分區、分線(xiàn)路管理或單獨管理;

　　i.集成無(wú)線(xiàn)抄表功能，為能耗管理打下基礎;

j.監控燈具的開(kāi)、關(guān)和亮度，從而顯著(zhù)延長(cháng)燈具的有效壽命，減少燈具更換次數，節約資源。

　　3智能照明系統設計方案

　　3.1系統構成

　　智能照明控制系統一般由四個(gè)單元構成:輸入設備、系統設備、輸出設備、負載。輸入設備包括終端控制器、照度傳感器等將所接收到的指令和信號發(fā)送給系統設備主機，主機把調整后的數據送給輸出設備開(kāi)關(guān)模塊或調光控制模塊，控制模塊對負載光源進(jìn)行開(kāi)關(guān)與調光動(dòng)作。

智能照明控制系統設備主要由一臺智能照明主機控制柜和多個(gè)智能照明配電箱以及被控設備(燈具)組成(圖1)。智能照明主機控制柜內安放了智能照明系統的核心組成部分，包括主控制器、工控機及顯示器、遠程數據集中器等接口配件。智能照明配電箱則內置了分控制器和控制模塊，分控制器和控制模塊通過(guò)現場(chǎng)總線(xiàn)連接成網(wǎng)絡(luò )，通過(guò)接口元件及軟件，可在控制室的智能照明主機控制柜內的工控機上進(jìn)行實(shí)時(shí)監控及操作。還可根據用戶(hù)需求拓展，將現場(chǎng)控制器和照度控制器等組件連接至分控制器上,實(shí)現狀態(tài)控制功能。

圖1智能照明系統簡(jiǎn)圖

　　3.2控制方案

　　以往地鐵車(chē)站的照明燈具釆用交叉配線(xiàn)，由車(chē)站BAS系統分回路通過(guò)硬線(xiàn)集中控制，在運營(yíng)的高峰時(shí)段，站廳、站臺公共區的所有照明全部開(kāi)啟。高峰過(guò)后，關(guān)掉其中一半照明以節約能源。列車(chē)正常停運后，將公共區的正常電照明全部關(guān)掉，只保留公共區的應急照明，供內部人員通行和使用。

　　這種控制方式雖然在一定程度上達到了節電的效果，但是在照明梯度上變化明顯，工況單一，無(wú)法做到在亮度上線(xiàn)性實(shí)時(shí)控制，會(huì )讓人心理上產(chǎn)生一定的不適應，也無(wú)法做到分區域單燈控制。同時(shí)，傳統的熒光燈管反復的開(kāi)關(guān)會(huì )影響燈管的使用壽命，對于出現故障的燈具無(wú)法在控制室査看，只能通過(guò)運營(yíng)維護人員到現場(chǎng)逐個(gè)排查，如檢查疏漏、更換不及時(shí)，不但影響照明效果，還可能會(huì )收到乘客的投訴，擴大了影響范圍，浪費了人力物力財力。同時(shí)，熒光燈/節能燈的特性決定其無(wú)法實(shí)現單燈調光控制。

　　因此,基于以上原因，選用更加綠色環(huán)保的光源LEDoLED除了有著(zhù)節能、環(huán)保、壽命長(cháng)的特點(diǎn)，更重要的是LED有著(zhù)不可比擬的調光優(yōu)勢，體現在可通過(guò)調整電流的大小或通過(guò)LED顆粒分組控制從而達到調整光照強度的目的，非常適合配合智能照明控制器實(shí)現分時(shí)、分組、分區域控制，每套燈具還可以?xún)惹兜刂?，?shí)現單燈調光控制，實(shí)時(shí)上傳工作狀態(tài)。

　　南京地鐵工程釆用的智能照明控制系統是一個(gè)二線(xiàn)制的智能控制系統，由智能照明主機、智能控制模塊、被控設備(燈具)和相關(guān)通訊網(wǎng)絡(luò )組成。系統內所有的控制模塊均內置微處理器和存儲單元，由一對信號線(xiàn)連接成網(wǎng)絡(luò )?？偩€(xiàn)上所有控制模塊通過(guò)系統編程使控制開(kāi)關(guān)與輸出回路建立邏輯對應關(guān)系。智能照明控制系統在控制的同時(shí)，監控各回路燈具的運行情況，并將數據反饋至主機顯示屏，同時(shí)上傳至車(chē)站綜合監控系統。

　　(1)分時(shí)、分區、分組控制

　　在主機中根據日客流、節假日、重大節日、大型集會(huì )或慶典等不同情況下的客流大小分別設定模式，實(shí)現分時(shí)、分區、分組調光控制。

　　(2)自然光補償控制

南京地處長(cháng)江下游中部富庶地區，屬亞熱帶季風(fēng)氣候，雨量充沛，四季分明,年平均雷暴日為32.6d/a。因此其自然光的光照強度受氣候、天氣變化的影響較大。利用自然光釆光的出入口及淺埋式開(kāi)天窗車(chē)站的公共區設置照度傳感器，根據季節、天氣、日照的變化單獨對有自然光引入范圍內的燈具進(jìn)行自動(dòng)調光，給乘客提供舒服的視覺(jué)感受?？刂七^(guò)程無(wú)需人工干預,運營(yíng)管理方便，同時(shí)節約電能。

　　(3)事件控制

根據特殊事件采用預編程或手動(dòng)控制,管理照明。特殊情況下,打開(kāi)特定區域內的局部照明光源，以滿(mǎn)足各種情況下的照明需求。

　　4智能照明系統在南京地鐵中的應用

　　4.1南京地鐵工程車(chē)輛段及停車(chē)場(chǎng)

　　南京地鐵3號線(xiàn)工程秣周車(chē)輛段、林場(chǎng)停車(chē)場(chǎng)及南京地鐵4號線(xiàn)工程青龍車(chē)輛段在檢修大庫內設置了車(chē)輛段的智能照明系統。通過(guò)將照明系統與檢修列車(chē)列位、列車(chē)檢修工藝以及列車(chē)運行計劃相協(xié)調，達到對大庫照明系統的智能控制。智能照明控制裝置按行車(chē)計劃實(shí)時(shí)調用列位燈具控制模式,要求白天庫頂照明工作區域開(kāi)啟部分燈光照明，晚間等待地鐵車(chē)輛入庫的時(shí)間段開(kāi)啟全部庫頂照明燈具，地鐵車(chē)輛入庫開(kāi)始檢修時(shí)自動(dòng)開(kāi)啟全部檢修坑內及檢修平臺照明燈具。工作結束時(shí)間時(shí)自動(dòng)關(guān)閉全部燈具，只保留部分庫頂長(cháng)明燈至早晨天亮。當現場(chǎng)需要加班或其他臨時(shí)需要時(shí)，可通過(guò)現場(chǎng)控制器開(kāi)啟或關(guān)閉燈具。

車(chē)輛段采用智能照明控制系統,根據車(chē)輛基地行車(chē)組織計劃，結合車(chē)輛檢修工藝要求對停車(chē)列位上方一般照明燈具進(jìn)行分區、分時(shí)控制，控制方便,節電*。根據分析結果，南京地鐵3號線(xiàn)工程車(chē)輛場(chǎng)段釆用智能照明系統,可節省50%的照明電能損耗。預計一年可節省54萬(wàn)kWho圖2為檢修大庫智能照明方案圖。

　　4.2靈山控制中心

南京地鐵4號線(xiàn)工程還在靈山控制中心大樓設置了智能照明控制系統，對控制中心地下停車(chē)場(chǎng)及運營(yíng)辦公用房普通照明、室外照明、景觀(guān)照明進(jìn)行智能化控制，以節約電能。智能照明系統控制地下停車(chē)場(chǎng)燈具開(kāi)斷,做到車(chē)來(lái)燈亮、車(chē)走(停)燈熄,亮燈區域為有車(chē)行徑的區域?？刂浦行倪\營(yíng)辦公用房由智能照明系統根據照度自動(dòng)控制室內燈具,且室內無(wú)人時(shí)自動(dòng)熄燈;走廊及電梯廳照明做到有人燈亮、無(wú)人燈熄。室外照明由智能照明系統根據室外照度情況，自動(dòng)開(kāi)燈、熄燈，在凌晨之后，根據需要可將室外照明全部熄滅。景觀(guān)照明由智能照明系統設置模式控制，平日為節能景觀(guān)模式，可只開(kāi)啟部分景觀(guān)照明，有慶?；顒?dòng)或節假日為節假景觀(guān)模式，開(kāi)啟全部景觀(guān)照明，在凌晨之后，根據需要可將景觀(guān)照明全部熄滅,節能效果非常明顯。

5、安科瑞智能照明控制系統

5.1系統簡(jiǎn)介

Acrel-BUS智能照明控制系統，是基于KNX總線(xiàn)技術(shù)設計的控制系統。KNX總線(xiàn)技術(shù)起源于歐洲，是在EIB，Batibus和EHS這三種住宅和樓宇的總線(xiàn)控制技術(shù)上發(fā)展起來(lái)的，其中EIB是該總線(xiàn)技術(shù)的主體。

Acrel-BUS智能照明控制系統采用標準的2*2*0.8EIBBUS總線(xiàn)（即KNX總線(xiàn)）作為總線(xiàn)線(xiàn)纜，將所有的智能照明控制模塊連接到一起并組成一套完整的控制系統，既可實(shí)現照明燈具的遠程集中控制，又可實(shí)現就近控制功能。該系統理論可連接控制模塊數量達580000多個(gè)。

安科瑞智能照明產(chǎn)品種類(lèi)齊全，方案完善。用戶(hù)可通過(guò)控制面板、人體感應、照度感應、微波感應、上位機系統、觸摸屏、手機、平板端等多種控制終端實(shí)現靈活多樣的智能控制，特別適合于各類(lèi)智能小區、醫院、學(xué)校、酒店，以及體育場(chǎng)所、機場(chǎng)、隧道、車(chē)站等大型公建項目的照明系統。

5.2系統結構

系統一般采用分層結構，搭建項目時(shí)，劃分成域、支線(xiàn)、域－支線(xiàn)這種分布式總線(xiàn)結構。一方面其布局清晰，布線(xiàn)簡(jiǎn)單，容量大，對各種類(lèi)型的項目尤其是大型公建項目特別適用，另一方面有效提高了系統的可靠性。由于每個(gè)域和每條支路分別分配了總線(xiàn)電源，這種電氣的隔離使得系統的某個(gè)部分出現故障時(shí)，其他部分仍能繼續工作，一條線(xiàn)路或一個(gè)域內的數據通信不會(huì )影響到其它范圍的數據通信。

5.3產(chǎn)品介紹及選型 

6 結語(yǔ)

智能照明隨著(zhù)地鐵的建設，不斷得以應用。通過(guò)在南京地鐵中的應用經(jīng)驗，智能照明不僅能營(yíng)造較好的光環(huán)境，還可以提高照明使用效率，有效節約能源和降低運行費用。在“十三五”推行綠色發(fā)展理念的今天，智能照明控制系統在地鐵建設中的應用有發(fā)展前景，也是大勢所趨。

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