淺談地鐵車站中智能照明系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與應(yīng)用
發(fā)布人：acrelhn
時(shí)間：2023-07-21
來(lái)源：工程師
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安科瑞 華楠
【摘要】地鐵作為地下建筑，大量使用燈光照明，智能照明系統(tǒng)的應(yīng)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(tǒng)的特點(diǎn)及地鐵中智能照明系統(tǒng)的系統(tǒng)構(gòu)成和控制方案，并結(jié)合智能照明系統(tǒng)在南京地鐵中的設(shè)計(jì)與應(yīng)用，闡述了智能照明系統(tǒng)在應(yīng)用在地鐵建設(shè)中的優(yōu)越性及發(fā)展前景。
【關(guān)鍵詞】智能照明地鐵模式控制
1引言
隨著地鐵線路里程數(shù)的不斷增加，地鐵系統(tǒng)儼然己經(jīng)成為了城市中的能耗大戶。由于地鐵車站處于地下，自然采光難以實(shí)現(xiàn)，主要依靠人工照明來(lái)營(yíng)造和保障內(nèi)部光環(huán)境，照明時(shí)間長(zhǎng)、能耗大是其特點(diǎn)，據(jù)調(diào)査地鐵車站照明的用電量?jī)H次于電梯和排風(fēng)系統(tǒng)，占總用電量的30%左右，各照明系統(tǒng)中還存在大量低效率的光源、燈具等設(shè)備和低效的照明控制方式，所以照明系統(tǒng)在節(jié)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)的生理照明，它能幫助我們辨別周圍環(huán)境和識(shí)別眼前物體,滿足一般的社會(huì)活動(dòng)需求。隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和人民生活水平的提高，人們對(duì)照明的需求不再局限于基本的明視功能，而是對(duì)光環(huán)境提岀了更高的要求，也就是心理照明。恰當(dāng)?shù)恼彰鞣諊軌蜃屓梭w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(nèi)人們睡眠的效率，進(jìn)而影響生活和工作;商業(yè)區(qū)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(jù)地鐵車站內(nèi)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(xiàn)經(jīng)濟(jì)、節(jié)能的綠色照明是地下空間人工光環(huán)境控制追求的目標(biāo)。
2智能照明系統(tǒng)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(diào)光控制階段。在地鐵建設(shè)發(fā)展初期，大多釆用人工控制的方式進(jìn)行空間照明，因?yàn)樵谡彰骺刂品矫嬗?jì)算機(jī)技術(shù)還不成熟，所以只能根據(jù)不同時(shí)段和現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境,由專人負(fù)責(zé)照明的控制和管理，區(qū)域照明亮度也是由專門人員主觀決定的。由于控制的不及時(shí)很容易造成能耗過(guò)大，產(chǎn)生浪費(fèi)。
隨著計(jì)算機(jī)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、用戶及設(shè)計(jì)師的重視，智能照明控制產(chǎn)品市場(chǎng)也日益被各專業(yè)企業(yè)所關(guān)注。目前智能照明技術(shù)已廣泛應(yīng)用于智能家居、賓館酒店、商業(yè)廣告、園林景觀、體育場(chǎng)館、汽車等諸多領(lǐng)域,在軌道交通領(lǐng)域也有部分應(yīng)用，如上海、深圳、杭州地鐵等部分線路，但其系統(tǒng)只是作為車站BAS系統(tǒng)控制功能的一個(gè)衍伸，并未發(fā)揮其根據(jù)光環(huán)境達(dá)到智能調(diào)光的功效。
通俗地說(shuō),智能照明控制系統(tǒng)是利用計(jì)算機(jī)、嵌入式系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)，將照明線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(tái)。利用照明智能化控制可以根據(jù)環(huán)境變化、客觀需要、用戶預(yù)定需求等條件而自動(dòng)采集照明系統(tǒng)中的各種信息，對(duì)所釆集的信息進(jìn)行相應(yīng)的邏輯分析、推理、判斷，并對(duì)分析結(jié)果按照要求的形式存儲(chǔ)、顯示、傳輸，進(jìn)行相應(yīng)的工作狀態(tài)信息反饋，以達(dá)到預(yù)期的控制效果。
(1)智能照明控制系統(tǒng)的特點(diǎn)
a.系統(tǒng)集成性，是集計(jì)算機(jī)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(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)和系統(tǒng)集成技術(shù)于一體的現(xiàn)代控制系統(tǒng);
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(tǒng);
c.網(wǎng)絡(luò)化，傳統(tǒng)照明控制系統(tǒng)大都是獨(dú)立的、本地的、局部的系統(tǒng)，無(wú)專門的網(wǎng)絡(luò)連接，而智能照明控制系統(tǒng)可以是大范圍的控制系統(tǒng)，需要包括硬件技術(shù)和軟件技術(shù)的計(jì)算機(jī)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(xiàn)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，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(jiān)測(cè)末端負(fù)載的運(yùn)行情況，為運(yùn)營(yíng)檢修提供了便利。
(2)智能照明控制系統(tǒng)的功能
a.回路電流、電壓、功率因數(shù)、電量檢測(cè)等;
b.單燈開(kāi)關(guān)和調(diào)光;
c.單燈電流、電壓、功率因素、電量和溫度檢測(cè)等;
d.根據(jù)天氣情況和實(shí)際的光照強(qiáng)度，實(shí)現(xiàn)燈具的自動(dòng)開(kāi)、關(guān)和調(diào)光;
e.靈活的亮燈組合管理，控制每一盞燈;
f.現(xiàn)場(chǎng)管理功能;
g.預(yù)設(shè)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(jié)假日按不同的時(shí)間自動(dòng)通、斷電，可對(duì)用電設(shè)備進(jìn)行分區(qū)、分線路管理或單獨(dú)管理;
i.集成無(wú)線抄表功能，為能耗管理打下基礎(chǔ);
j.監(jiān)控?zé)艟叩拈_(kāi)、關(guān)和亮度，從而顯著延長(zhǎng)燈具的有效壽命，減少燈具更換次數(shù)，節(jié)約資源。
3智能照明系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案
3.1系統(tǒng)構(gòu)成
智能照明控制系統(tǒng)一般由四個(gè)單元構(gòu)成:輸入設(shè)備、系統(tǒng)設(shè)備、輸出設(shè)備、負(fù)載。輸入設(shè)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(hào)發(fā)送給系統(tǒng)設(shè)備主機(jī)，主機(jī)把調(diào)整后的數(shù)據(jù)送給輸出設(shè)備開(kāi)關(guān)模塊或調(diào)光控制模塊，控制模塊對(duì)負(fù)載光源進(jìn)行開(kāi)關(guān)與調(diào)光動(dòng)作。
智能照明控制系統(tǒng)設(shè)備主要由一臺(tái)智能照明主機(jī)控制柜和多個(gè)智能照明配電箱以及被控設(shè)備(燈具)組成(圖1)。智能照明主機(jī)控制柜內(nèi)安放了智能照明系統(tǒng)的核心組成部分，包括主控制器、工控機(jī)及顯示器、遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)集中器等接口配件。智能照明配電箱則內(nèi)置了分控制器和控制模塊，分控制器和控制模塊通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)總線連接成網(wǎng)絡(luò)，通過(guò)專用接口元件及軟件，可在控制室的智能照明主機(jī)控制柜內(nèi)的工控機(jī)上進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控及操作。還可根據(jù)用戶需求拓展，將現(xiàn)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(xiàn)狀態(tài)控制功能。
圖1智能照明系統(tǒng)簡(jiǎn)圖
3.2控制方案
以往地鐵車站的照明燈具釆用交叉配線，由車站BAS系統(tǒng)分回路通過(guò)硬線集中控制，在運(yùn)營(yíng)的高峰時(shí)段，站廳、站臺(tái)公共區(qū)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(jié)約能源。列車正常停運(yùn)后，將公共區(qū)的正常電照明全部關(guān)掉，只保留公共區(qū)的應(yīng)急照明，供內(nèi)部人員通行和巡視使用。
這種控制方式雖然在一定程度上達(dá)到了節(jié)電的效果，但是在照明梯度上變化明顯，工況單一，無(wú)法做到在亮度上線性實(shí)時(shí)控制，會(huì)讓人心理上產(chǎn)生一定的不適應(yīng)，也無(wú)法做到分區(qū)域單燈控制。同時(shí)，傳統(tǒng)的熒光燈管反復(fù)的開(kāi)關(guān)會(huì)影響燈管的使用壽命，對(duì)于出現(xiàn)故障的燈具無(wú)法在控制室査看，只能通過(guò)運(yùn)營(yíng)維護(hù)人員到現(xiàn)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(kuò)大了影響范圍，浪費(fèi)了人力物力財(cái)力。同時(shí)，熒光燈/節(jié)能燈的特性決定其無(wú)法實(shí)現(xiàn)單燈調(diào)光控制。
因此,基于以上原因，選用更加綠色環(huán)保的光源LEDoLED除了有著節(jié)能、環(huán)保、壽命長(zhǎng)的特點(diǎn)，更重要的是LED有著不可比擬的調(diào)光優(yōu)勢(shì)，體現(xiàn)在可通過(guò)調(diào)整電流的大小或通過(guò)LED顆粒分組控制從而達(dá)到調(diào)整光照強(qiáng)度的目的，非常適合配合智能照明控制器實(shí)現(xiàn)分時(shí)、分組、分區(qū)域控制，每套燈具還可以內(nèi)嵌地址，實(shí)現(xiàn)單燈調(diào)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(tǒng)是一個(gè)二線制的智能控制系統(tǒng)，由智能照明主機(jī)、智能控制模塊、被控設(shè)備(燈具)和相關(guān)通訊網(wǎng)絡(luò)組成。系統(tǒng)內(nèi)所有的控制模塊均內(nèi)置微處理器和存儲(chǔ)單元，由一對(duì)信號(hào)線連接成網(wǎng)絡(luò)?？偩€上所有控制模塊通過(guò)系統(tǒng)編程使控制開(kāi)關(guān)與輸出回路建立邏輯對(duì)應(yīng)關(guān)系。智能照明控制系統(tǒng)在控制的同時(shí)，監(jiān)控各回路燈具的運(yùn)行情況，并將數(shù)據(jù)反饋至主機(jī)顯示屏，同時(shí)上傳至車站綜合監(jiān)控系統(tǒng)。
(1)分時(shí)、分區(qū)、分組控制
在主機(jī)中根據(jù)日客流、節(jié)假日、重大節(jié)日、大型集會(huì)或慶典等不同情況下的客流大小分別設(shè)定模式，實(shí)現(xiàn)分時(shí)、分區(qū)、分組調(diào)光控制。
(2)自然光補(bǔ)償控制
南京地處長(zhǎng)江下游中部富庶地區(qū)，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(qiáng)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)天窗車站的公共區(qū)設(shè)置照度傳感器，根據(jù)季節(jié)、天氣、日照的變化單獨(dú)對(duì)有自然光引入范圍內(nèi)的燈具進(jìn)行自動(dòng)調(diào)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(yù),運(yùn)營(yíng)管理方便，同時(shí)節(jié)約電能。
(3)事件控制
根據(jù)特殊事件采用預(yù)編程或手動(dòng)控制,管理照明。特殊情況下,打開(kāi)特定區(qū)域內(nèi)的局部照明光源，以滿足各種情況下的照明需求。
4智能照明系統(tǒng)在南京地鐵中的應(yīng)用
4.1南京地鐵工程車輛段及停車場(chǎng)
南京地鐵3號(hào)線工程秣周車輛段、林場(chǎng)停車場(chǎng)及南京地鐵4號(hào)線工程青龍車輛段在檢修大庫(kù)內(nèi)設(shè)置了車輛段的智能照明系統(tǒng)。通過(guò)將照明系統(tǒng)與檢修列車列位、列車檢修工藝以及列車運(yùn)行計(jì)劃相協(xié)調(diào)，達(dá)到對(duì)大庫(kù)照明系統(tǒng)的智能控制。智能照明控制裝置按行車計(jì)劃實(shí)時(shí)調(diào)用列位燈具控制模式,要求白天庫(kù)頂照明工作區(qū)域開(kāi)啟部分燈光照明，晚間等待地鐵車輛入庫(kù)的時(shí)間段開(kāi)啟全部庫(kù)頂照明燈具，地鐵車輛入庫(kù)開(kāi)始檢修時(shí)自動(dòng)開(kāi)啟全部檢修坑內(nèi)及檢修平臺(tái)照明燈具。工作結(jié)束時(shí)間時(shí)自動(dòng)關(guān)閉全部燈具，只保留部分庫(kù)頂長(zhǎng)明燈至早晨天亮。當(dāng)現(xiàn)場(chǎng)需要加班或其他臨時(shí)需要時(shí)，可通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)控制器開(kāi)啟或關(guān)閉燈具。
車輛段采用智能照明控制系統(tǒng),根據(jù)車輛基地行車組織計(jì)劃，結(jié)合車輛檢修工藝要求對(duì)停車列位上方一般照明燈具進(jìn)行分區(qū)、分時(shí)控制，控制方便,節(jié)電效果顯著。根據(jù)分析結(jié)果，南京地鐵3號(hào)線工程車輛場(chǎng)段釆用智能照明系統(tǒng),可節(jié)省50%的照明電能損耗。預(yù)計(jì)一年可節(jié)省54萬(wàn)kWho圖2為檢修大庫(kù)智能照明方案圖。
4.2靈山控制中心
南京地鐵4號(hào)線工程還在靈山控制中心大樓設(shè)置了智能照明控制系統(tǒng)，對(duì)控制中心地下停車場(chǎng)及運(yùn)營(yíng)辦公用房普通照明、室外照明、景觀照明進(jìn)行智能化控制，以節(jié)約電能。智能照明系統(tǒng)控制地下停車場(chǎng)燈具開(kāi)斷,做到車來(lái)燈亮、車走(停)燈熄,亮燈區(qū)域?yàn)橛熊囆袕降膮^(qū)域?？刂浦行倪\(yùn)營(yíng)辦公用房由智能照明系統(tǒng)根據(jù)照度自動(dòng)控制室內(nèi)燈具,且室內(nèi)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(tǒng)根據(jù)室外照度情況，自動(dòng)開(kāi)燈、熄燈，在凌晨之后，根據(jù)需要可將室外照明全部熄滅。景觀照明由智能照明系統(tǒng)設(shè)置模式控制，平日為節(jié)能景觀模式，可只開(kāi)啟部分景觀照明，有慶?；顒?dòng)或節(jié)假日為節(jié)假景觀模式，開(kāi)啟全部景觀照明，在凌晨之后，根據(jù)需要可將景觀照明全部熄滅,節(jié)能效果非常明顯。
5、安科瑞智能照明控制系統(tǒng)
5.1系統(tǒng)簡(jiǎn)介
Acrel-BUS智能照明控制系統(tǒng)，是基于KNX總線技術(shù)設(shè)計(jì)的控制系統(tǒng)。KNX總線技術(shù)起源于歐洲，是在EIB，Batibus和EHS這三種住宅和樓宇的總線控制技術(shù)上發(fā)展起來(lái)的，其中EIB是該總線技術(shù)的主體。
Acrel-BUS智能照明控制系統(tǒng)采用標(biāo)準(zhǔn)的2*2*0.8EIBBUS總線（即KNX總線）作為總線線纜，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(tǒng)，既可實(shí)現(xiàn)照明燈具的遠(yuǎn)程集中控制，又可實(shí)現(xiàn)就近控制功能。該系統(tǒng)理論可連接控制模塊數(shù)量達(dá)580000多個(gè)。
安科瑞智能照明產(chǎn)品種類齊全，方案完善。用戶可通過(guò)控制面板、人體感應(yīng)、照度感應(yīng)、微波感應(yīng)、上位機(jī)系統(tǒng)、觸摸屏、手機(jī)、平板端等多種控制終端實(shí)現(xiàn)靈活多樣的智能控制，特別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)目的照明系統(tǒng)。
5.2系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
系統(tǒng)一般采用分層結(jié)構(gòu)，搭建項(xiàng)目時(shí)，劃分成域、支線、域－支線這種分布式總線結(jié)構(gòu)。一方面其布局清晰，布線簡(jiǎn)單，容量大，對(duì)各種類型的項(xiàng)目尤其是大型公建項(xiàng)目特別適用，另一方面有效提高了系統(tǒng)的可靠性。由于每個(gè)域和每條支路分別分配了總線電源，這種電氣的隔離使得系統(tǒng)的某個(gè)部分出現(xiàn)故障時(shí)，其他部分仍能繼續(xù)工作，一條線路或一個(gè)域內(nèi)的數(shù)據(jù)通信不會(huì)影響到其它范圍的數(shù)據(jù)通信。
5.3產(chǎn)品介紹及選型
6 結(jié)語(yǔ)
智能照明隨著地鐵的建設(shè)，不斷得以應(yīng)用。通過(guò)在南京地鐵中的應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)，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(jié)約能源和降低運(yùn)行費(fèi)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(tǒng)在地鐵建設(shè)中的應(yīng)用有發(fā)展前景，也是大勢(shì)所趨。
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