淺析地鐵智能照明控制系統的設計與實現

摘要：近年來，地鐵建設在迅猛發展。在地鐵運營所需的各類設備中，照明非常重要而且電量占有不小的比例，故提高照明質量并且節約用電在地鐵項目中具有深遠的意義。本文介紹了智能照明控制系統，并用實例講述了該系統在地鐵項目中的具體運用。

關鍵詞：地鐵照明；智能照明控制系統；照明節能

0.引言

近年來，隨著我國經濟的不斷發展，很多城市都開始大規模修建地鐵，這緩解了交通壓力。地鐵是用電的交通工具，也實實在在是個耗電大王。據統計，2017年北京市軌道交通用電量達到16億kwh ，占地鐵整體運營成本的40% ，約相當于83萬戶三口之家一年的用電量。其中照明系統用電占地鐵的用電設備總能耗的13%。地鐵的照明負荷大多是長期工作負荷，故會帶來大量且持續的電能損耗，用電量僅次于環控設備系統、電扶梯設備系統的用電量。因此，在地鐵照明方面節能有非常大的環保意義和經濟效益。采用智能照明合理控制調節，可以達到提高照明質量同時節約用電量的效果。近年來，地鐵電氣設計中基本都會采用智能照明系統。

1.智能照明控制系統的概念和組成

智能照明控制系統是指利用計算機、無線通信數據傳輸、計算機智能化信息處理及節能型電器控制等技術組成的分布式無線遙測、遙控、通信控制系統，具有燈光亮度的強弱調節、燈光軟啟動、定時控制、場景設置等功能，并達到預定的節能效果。

智能照明控制系統突出的優勢是管理優勢，它更改了傳統的操作方式。智能照明系統可以借助各種預設置控制方式及控制元件，對不同條件下的照度進行合理管理及設置來達到節能的效果。

智能照明控制系統一般采用集中控制，分散執行的模式。集中控制一般設置在控制室，在其中設置控制面板、計算機等控制器設備，起到綜合管理的作用。

智能照明控制系統分硬件系統和軟件系統兩部分。硬件系統主要包括：控制屏開關控制器（電源模塊、時控模塊、繼電器模塊等）、光線傳感器、國際標準通信接口設備、相關線纜等。軟件系統主要包括：操作系統、系統編程軟件、圖形監控軟件、接口協議等。

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急照明。正常照明包括公共區照明、附屬用房照明、安全特低電壓照明、區間照明、導向照明、廣告照明。應急照明包括疏散照明、備用照明。考慮到供電半徑等因素，一般標準站在站臺層和站廳層的A、B兩端分別設置一個照明配電室。每個照明配電室都應設兩個照明總配電箱，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，各負責50%的照明負荷；設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）站臺板下、變電所夾層內設24V安全特低電壓照明，其安全變壓器安裝在站臺層照明配電室。

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

（5）導向照明由公共區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應急照明配電及控制

（1）在車站站廳、站臺兩端配電室內各設一組EPS(標準站為4套),負責車站及區間內的應急照明(包括疏散照明、備用照明)的供電。

（2）應急照明采用蓄電池集中供電的應急電源系統，正常時由車站變電所低壓柜提供2個交流電源給EPS電源柜，當車站變電所兩個電源同時失電時，由EPS柜的蓄電池進行供電。EPS柜蓄電池持續供電時間不應小于90min。

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

（4）區間應急照明燈的電源直接引自設在站臺配電室的EPS電源。

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

3. 智能照明控制系統在地鐵中的具體運用

在現代地鐵照明設計中，站廳、站臺、出入口的公共區照明、導向照明、地面廳照明等采用智能照明控制。智能照明控制系統主要由設在總配電箱內的模塊、網關及設在車控室內的終端設備（觸摸屏）等組成，智能照明控制系統與BAS(Building Automation System即環境與設備監控系統）的通信接口位置在智能照明網關處。由圖1可以看出，在A端站廳層照明配電總箱中設置了帶有12路開關負載輸出模塊的智能照明模塊用于控制各回路的燈具，正常照明及應急照明的燈具均納入智能照明的控制中。為保障照明系統安全性，在應急照明EPS電源柜中采用帶有消防輸入接口的負載自鎖反饋模塊，萬一發生事故時可以立刻啟動所有的應急照明。將公共區和應急照明并入BAS系統，可以對整個照明系統進行集中的監控。同時負載自鎖反饋型模塊本身自帶電源，而且具備帶電流檢測功能，過零檢測滅弧、停電狀態下均可保持繼電器的開關狀態不變化。智能照明模塊還可以:①根據外界光線自動調節照明燈具的亮度；②根據定義的作息時間、節假日自動控制燈的開關及亮度；③對燈具控制為軟啟動，延長燈具壽命；④回路過載自動保護功能，不影響、不損壞任何設備及燈具。

圖１某標準地鐵站照明配電總箱系統圖

區間智能應急疏散指示采用了ELS-32N，所有的ELS單元均由一對通信信號線連接成網絡，每個單元均設成固定地址并定義其功能，通過輸出單元及終端單元實行控制。在區間隧道設置可變方向的疏散指示標志燈，其指示方向由綜合監控下達的區間火災模式控制。區間正常照明平時由BAS控制，火災時有FAS強制點亮、應急照明常亮。

智能照明系統控制模塊安裝在各照明配電總箱內，箱內模塊與模塊之間是手拉手的方式連接。智能照明控制系統中的時鐘控制模塊、照明控制終端、數據傳送單元及數據轉換單元均設置在車站控制室內。由于地鐵項目主體位于地下，故一般時間站廳層及站臺層公共區對亮度的控制主要是根據時鐘及乘客人流量來設定。在地鐵項目設計中，在每個出入口均設置照度檢測器。站廳層、站臺層及各出入口會將時鐘控制情況和照度水平傳輸到設置在照明配電 總箱內部的模塊中。

車站公共區照明、出入口上蓋照明、站名標志柱照明、地面泛光燈、地面草坪燈、地面風亭景觀照明均可設置智能照明系統，由BAS控制。

4.在地鐵中運用智能照明控制系統的優勢

地鐵項目中的智能照明控制系統，其優勢功能主要體現在以下幾方面。

4.1用戶體驗更好

采用智能照明控制系統之后，可以根據人流量和時間來調節燈光，可以使乘客在光照滿足需求的同時又不會因過亮的燈光造成不適。

4.2節約用電

智能照明控制系統通過對主控制器的時鐘管理，可以對單元調光器進行定時設置和控制。不僅可以滿足不同外部條件下燈具場景的效果，而且通過智能調節，可以在對照度等要求實際需求小的時候降低能耗，達到節能的效果。

4.3延長燈具使用壽命

智能照明控制系統還可以通過編程處理，實現燈具的逐級調光和軟啟動，采用各個回路逐一啟動的方式，具有減少來自電網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，延長燈具的使用壽命。

4.4提高維護效率

在地鐵站中采用智能照明之后，運營管理人員可以通過操作屏十分直觀地看到車站公共區照明的運行狀況，省去了在車站非運營時間內去現場逐個檢查燈具的工作，從而大大提高了燈具維護工作的效率。

5.安科瑞為家庭智能照明控制系統提供解決方案

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

圖（1）網絡拓撲圖

間隔設備層主要為：開關驅動器，這些裝置分別對應相應的一次設備安裝在電氣柜內，這些裝置均通過現場KNX總線組網通訊，實現數據現場采集。

網絡通訊層主要為：智能照明網關，其主要功能為把分散在現場采集裝置集中控制，同時遠傳至站控層，完成現場層和站控層之間的數據交互。

站控管理層：設有高性能工業計算機、顯示器、UPS電源、打印機等設備。監控系統安裝在計算機上，集中采集顯示現場設備運行狀況，以人機交互的形式顯示給用戶。 以上開關模塊均采用KNX總線傳輸，一般都采用4根連線，接線簡單方便，傳輸距離可達1.2km。

5.2安科瑞智能照明系統組成

1.定時控制

通過時鐘管理器，實現整個系統的有關區域照明的定時和自動管理功能，實現公共通道、景觀照明、泛光照明、車庫照明定時控制。如百葉窗定時升降、集中供熱定時調節、節假日照明定時關閉、定時通知等。

2.場景控制

智能照明控制系統根據各個部門的需求，設定不同種類的場景模式，進行各種照明燈光的組合，達到美化工作環境的效果；結合人體感應傳感器，當人員離開時，關閉所有該會議室照明。

3.實時監控

中心控制室，配置一臺中控主機，所有照明控制設備，通過KNX網關，接入監控系統，操作管理人員，可以通過中控電腦，實時監視總線、區域、樓層、樓棟等照明狀態，并可根據需求進行控制調整。系統繪圖工具支持向量圖和多層頁面，圖形頁面縮放方便，切換簡單，支持DXF、WMF、BMP、JPG、ICON等圖形對象的嵌入、支持二維、三維圖元的繪制，增加可視化的空間效果。

4.報警處理

系統提供了警報處理能力，用戶可采用編程來完成不同的任務，當某種警報條件出現時應做什么，可由用戶自行確定。

5.事件通報 系統提供了事件通報功能，支持郵件通報、文本輸出以及事件驅動打印，可按照用戶預先設置的條件，觸發事件通報功能。

5.3設備選型

6.結束語

綜上所述，現代地鐵中廣泛使用智能照明在多個方面都有明顯的優勢。雖然增加智能照明控制系統在初期投入中，會比傳統照明多一些，但是帶來的利益顯然是值得的。智能照明控制系統既可以讓乘客體驗感覺更好，又可以為運營單位節省開支，還可以為國家節約能源。

因此智能照明控制系統的運用和發展具有重大意義。