探討地鐵車站智能照明控制系統方案設計EMS能源管理系統

安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定 201801

摘要：智能照明控制系統通過靈活的控制和管理手段實現節(jié)能的目的。簡要介紹了智能照明控制系統的構成及特點，有針對性地對地鐵車站智能照明控制系統設計2個應用方案進行了比較。智能照明控制系統不但能進行各種節(jié)能模式的控制，還可實現其簡潔化、靈活化，并減輕維護負擔，適合在地鐵車站中應用。

關鍵字：地鐵車站；智能照明控制系統；節(jié)能設計

0引言

根據地鐵建設和運營經驗，車站照明系統占整個車站設備負荷的15％左右，并且具有長期持續(xù)運行的特點。所以，照明系統是車站節(jié)能的關鍵領域。目前，地鐵車站使用的照明控制方式是在自動化領域里被大量應用的可編程邏輯控制器(PLC)方式。這種簡單的控制方式，不能滿足更高要求的照明節(jié)能控制。例如，照明調光節(jié)能手段被限制，使照明節(jié)能效果無法充分體現；照明控制的多樣化受限制；終端控制器件存在能耗問題等。運營部門對車站照明控制的需求是：通過合理的管理，在需要的時間、區(qū)域把燈點亮，以優(yōu)化能源利用率；除了節(jié)能環(huán)保之外，還應該給人們提供恰到好處的照明環(huán)境，使照明成為享受；同時還要便于操作和管理，靈活多變，以節(jié)省維護成本。智能照明控制系統作為專業(yè)的照明控制系統能夠很好地實現這些需求。

1智能照明控制系統簡介

1.1智能照明控制系統的構成

智能照明控制系統是一種由現場數據總線構成的分布式控制網絡照明管理系統，所有部件都內置微處理器，網上每個部件都賦有一個地址，通過總線將所有部件連接組成一個控制網絡。智能照明控制系統由控制部件、執(zhí)行部件、監(jiān)控部件和網絡部件組成?？刂撇考刂泼姘?、觸摸顯示屏、傳感器、控制器、智能時鐘、用戶編程器等。執(zhí)行部件包括調光模塊、開關模塊等。監(jiān)控部件包括軟件、PC機(或使用BAS(車站設備監(jiān)控系統)主機)。網絡部件包括通信電纜、網關、各種模塊的智能接口等一。

1.2智能照明控制系統的特點

與傳統照明控制系統相比，智能照明控制系統具有以下特點：

1. 智能照明控制系統結構是分布式總線結構，系統內傳感器和驅動器有獨立CPU，相互之間是對等關系。

2. 系統中任何傳感器和驅動器的損壞，不會影響到其它無程序關聯的系統元件的運行；維修、更換或升級系統內的元件、軟件時，系統的其余部分可照常運行，維護保養(yǎng)方便；系統具有強大的可擴展性，對于功能的增加或控制回路的增加，只需掛接相應的元件，無需改動系統內原有的元件和接線。

3. 系統的控制回路為總線制，結構簡單，沒有大量控制電纜的敷設和繁雜的控制設計；驅動器及系統元件安裝在照明箱內；現場傳感器(智能面板、亮度傳感器等)之間及與照明箱內設備之間只需一條總線進行連接，故操作方便。

4. 功能和控制修改方便靈活，只需很少的程序調整，不需現場重新布線就可以實現。

5. 帶電流檢測功能的開關驅動器，可以監(jiān)視回路電氣設備是否損壞并可報警。

6. 系統元件的巡檢功能可以監(jiān)視系統內元件是否在線，若有總線故障或元件故障、斷線，則可及時上報。

2地鐵車站照明控制方案設計

根據實際使用情況，站廳層、站臺層的公共區(qū)域空間寬廣，照明效果要求多樣，也是照明用電量很大的場所，若加以適當管理，可以節(jié)省大量用電。GB50157-2003《地鐵設計規(guī)范》14．5．15規(guī)定，地下車站的站廳、站臺照明，應分組控制]。其目的也是為了提供靈活的控制，運營過程中可根據需要只開部分照明，以節(jié)約電能。

車站公共區(qū)照明包括公共區(qū)工作照明、節(jié)電照明、出入口照明、廣告照明、導向標志照明、應急照明等，除應急照明為長明外，其它公共區(qū)照明納入智能照明控制系統。

2.1設計方案一的控制和管理功能

智能照明控制系統方案一實施對站臺層和站廳層公共區(qū)工作照明、節(jié)電照明、出人口照明、導向標志照明及廣告照明的分時段開閉控制，如圖1所示。其具有如下控制和管理功能。

2.1.1面板控制

面板為總線智能型，其功能和控制對象改變時只需通過軟件作設定而無需改變接線方式，可對單一回路或多回路的開關、模式、總控等進行操作。在車站車控室安裝控制面板，可對照明進行多種方式的應急控制。

2.1.2模塊控制

根據地鐵運營需要可將所控區(qū)域的燈光或其它電器設備等預先設定為各種場景，如正常工作場景、消防應急場景等。需要時可通過控制室和計算機房的監(jiān)控觸摸屏和智能面板控制，也可設定時間進行自動控制。地下車站可按照正常、節(jié)電、火災、停運四種模式運行(見表I)。

1. 正常模式：用于正常運營時的客流高峰期和節(jié)假日?？土鞲叻迤诳筛鶕土黝A測確定，并可根據運營的實際情況作調整?？土鞲叻迤跒槊刻?：00一9：00，17：00一19：O0。

2. 節(jié)電模式：用于正常運營時的非客流高峰期。非客流高峰期為每天5：30一7：O0、9：0017：00，19：00一23：30。

3. 火災模式：智能照明控制系統對照明燈具只監(jiān)視不控制(只顯示照明系統的工作狀態(tài))，可有選擇地手動切斷有關非消防照明電源。火災發(fā)生區(qū)域分為車站和區(qū)間隧道。車站又分為公共區(qū)(含車站站臺軌道區(qū))和設備區(qū)?；馂哪Ｊ较?，廣告照明全部切斷，車站工作照明(公共區(qū)工作照明、公共區(qū)節(jié)電照明)延時切除。延時時間可調。

4. 停運模式：用于停止運營的時間段，為每天23：3()5：3()。停運模式隨地鐵運營公司實際運營時間表確定，時間可調。另外，出人口出地面的飛頂照明應單獨回路配電，并由亮度傳感器控制；高架車站的照明控制除具有以上模式外，還應具有照度模式。通過感知室內外環(huán)境照度值，來決定燈光回路開閉的數量。照度模式可以設定多種照度判斷值，且只在非火災狀況下起作用。

2.1.3定時控制

時間控制器可將所控區(qū)內照明回路進行預編程。根據實際景觀需要，可使一組、多組或某區(qū)域的照明燈具，在設定的時間內以設定 的間隔逐次點亮和關閉，并可循環(huán)設置。

2.1.4觸摸屏可視化集中監(jiān)控

在車站控制室，安裝有彩色可視化觸摸屏，通過友好界面將所有控制對象顯示于屏幕。各照明回路及燈具均按實際位置以圖形顯示于各區(qū)域平面上。各照明燈具及回路的實時運行狀態(tài)及報警狀態(tài)顯示于圖形上，以方便觀察。通過點擊各回路圖形開關或場景開關即可開啟或關閉各區(qū)域的照明，同時其狀態(tài)也在屏上清楚地顯示。在觸摸屏上還可任意設定時間控制回路。

2.1.5管理功能

通過點擊各回路圖形開關或場景開關即可開啟或關閉各區(qū)域的照明，同時其狀態(tài)也在屏上清楚地顯示。在觸摸屏上還可任意設定時間控制回路通過對各 回路電流值 的檢測 ，自動判斷當前某 照明回路是否存在短路、斷路或燈具損壞等信息。 故障信息將實時返回車站中控。

2.2設計方案二的控制和管理功能

設計方案二實施對站臺層和站廳層公共區(qū)工作照明、節(jié)電照明、出入口照明、導向標志照明的調光控制及廣告照明的分時段開閉控制。智能照明控制系統設計方案二與圖1設計方案一的區(qū)別僅在于將照明箱(除了廣告照明箱)內的開關模塊改為調光模塊。其具有如下控制和管理功能。

2.2.1調光控制

采用標準0-10V調光控制器或LED燈進行調光節(jié)能控制，可以實現10%-100%范圍內的無級調光確保室內光線柔和穩(wěn)定，既保證了良好的視覺效果，又兼顧了節(jié)能減排的目的。而且0-10V接口的可調光LED燈具，成本低廉，工作穩(wěn)定可靠，兼容性高，降低了項目后期維護保養(yǎng)的成本與難度。

2.2.2場景控制

可根據要求預定多種場景。系統中的每個照明回路有其獨立的地址，因此可以實現對每個照明回路的獨立監(jiān)控；通過程序重新設定，可容易地改變照明的場景、功能，而不需改變任何硬件及布線。

由于可對每一個照明回路進行獨立控制，因此類似售票機、扶梯 、屏蔽門等處對亮度有特殊要求的場合，可在調試時根據實際使用情況做亮度調節(jié)。

2．2．3時間控制

根據白天、晚上以及列車進出站的時刻，可以設置照明工作時間表，實現照明亮度根據時間表自動調節(jié)。

2．2．4集中控制

在車站中控安裝照明系統可視化軟件，各只照明燈具均按實際位置以圖形顯示于監(jiān)控平面上。燈的開關狀態(tài)、亮度值及故障信息都將實時地傳送到控制室，在可視化管理個人電腦上圖形化地顯示，使得控制更直觀、管理更方便、維護更簡單。

2．2．5與其它系統聯動控制

通過與上位BAS連接，具有在圖形畫面上集中監(jiān)視、控制所有設備的功能，并設有用戶安全及使用權限管理?；蛘咄ㄟ^信號輸入硬件模塊，和其它可提供干接點信號或電壓信號的系統連接，可用于地鐵項目中其它需要燈光場景配合的系統，并通過場景調用的方式對燈光進行配合控制。

2．2．6高架車站控制

針對高架車站可以充分利用自然采光，對站廳、站臺照明進行恒照度控制，這樣可以更好地節(jié)約能源。

2．2．7廣告照明控制

廣告照明回路可采用開閉控制、定時控制及控制方式進行控制。

2．2．8管理功能

可以對燈具的開關時間及開關次數進行計數，通過與事先得知的燈具使用壽命資料作比較，做到在其使用壽命到達前，能夠對燈具更換的時問進行預判，以有利于設備的采購和維護工作。

2．3兩種設計方案的比較

設計方案一與設計方案二的比較如表2所示

地下車站受外界自然光的影響較小,除了在車站出人口設置亮度傳感器進行照明控制外，其余公共區(qū)照明可采用開閉控制，所以適合采用設計方案一的控制方式。高架車站受外界光照影響較大，更適合采用設計方案二的調光控制方式。

3安科瑞智能照明控制系統

3.1概述

ALIBUS智能照明產品采用RS485總線技術，技術成熟可靠，安全穩(wěn)定。開關驅動器具備獨立工作的能力，適用于一些中小型的項目；模塊化設計，可以任意拼接擴展，同時預留I/O口以及Modbus接口，還可以滿足與AcrelEMS企業(yè)微電網管理云平臺進行數據交換。

3.2應用場所

適合于各類智能小區(qū)、醫(yī)院、學校、酒店，以及體育場所、機場、隧道、車站等大型公建項目的照明控制需求。

3.3系統結構

3.4系統功能

1）實時檢測并顯示各個模塊的在線狀態(tài)，反饋現場受控回路的開關狀態(tài)，監(jiān)控界面按照樓層各分區(qū)的布局和回路列表來瀏覽。

2）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。

3）可以對單個照明回路實現開關控制；每個模塊、樓層都有相應的模塊控制開關和樓層控制開關，也可以一個模塊或者整個樓層實現開關控制。

4）開關驅動器支持過零觸發(fā)功能，負載（燈具）的分合操作僅在交流電過零時進行；可有效減少電磁干擾以及對電網的沖擊，延長燈具與控制裝置的壽命。

5）對每個照明回路可以預設掉電狀態(tài)，當照明電源掉電時，開關驅動器會自動切換到預設的掉電狀態(tài)；確保重新上電時燈具的開關狀態(tài)是確定與可控的。

6）拖動調光控件，照明設備從0%到100%進行調光，可以對單個照明回路實現調光控制，調光總控可以對一個模塊的照明回路實現調光控制，也可以對多個照明回路實現調光控制，通過圖標的亮滅狀態(tài)反饋現場開關的狀態(tài)。

7）點擊場景控件，打開或者關閉對應場景設置，軟件界面上顯示不同的場景模式和場景功能，通過圖標的亮滅顯示對應的場景狀態(tài)是打開還是關閉。

8）設置定時時間，確認時間點后，對該事件點執(zhí)行的動作進行設置，設置燈在設定的時間點亮或者滅。

9）系統可以通過預設的當地經緯度信息，自動計算每天的日升日落時間；根據天文時鐘控制照明開關，實現日落開燈、日出關燈的功能。

10）所有定時控制計劃均可下發(fā)保存至驅動模塊；當上位機系統故障或模塊離線時，驅動模塊可以利用自帶的RTC時鐘維持定時控制計劃的正常執(zhí)行，不影響日常的照明控制效果。

11）系統結構是分布式總線結構；系統內各元件不依賴于其他元件而能夠獨立工作；系統內各元件可以通過程序的設定實現功能的多樣性。

12）預留BA或三方集成平臺接口，采用modbus、opc等方式。

3.5設備選型

4結束語

在地鐵車站站臺及站廳層的公共照明控制中采用效用高、靈活而且節(jié)能的智能照明控制系統,通過邏輯控制、場景控制、時間及事件控制等多種控制方式，并結合可視化軟件的集中管理,可以實現節(jié)能優(yōu)化的照明控制。車站智能照明控制系統不但可以為地鐵的車站管理節(jié)省人力,而且通過能源管理也為地鐵項目節(jié)省了可觀的電力費用,并產生良好的社會效益。

參考文獻

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作者簡介：劉細鳳，女，現任職于安科瑞電氣股份有限公司，主要研究方向為智能照明控制系統領域。