智能照明控制系统在轨道交通中的研究及其应用

安科瑞 陈聪

摘要：轨道交通智能照明系统通过预先设置运营模式和运营场景，完成了系统的自动控制，并减少工作人员工作量，从而实现了节约能源的目的。通过利用时钟控制器、照度传感器等智能元件进行逻辑运算和判断，缩短了灯具的亮度时间和使用频次，延长了灯具的使用寿命，降低了生产成本；对各模块反馈得到信息的及时处理，回路及灯具的运行状态进行实时辨别， 方便快捷地进行照度管理，并且使设备维护起来更加简单。

关键词：智能照明；控制系统；轨道交通

1、概述

现如今城市轨道交通事业高速发展，环保节能已经深入了我们的生活，并与我们的衣食住行紧密相关，不可分割。地铁车站目前普遍使用旧的照明控制方法，根据环控简单的方式对灯光进行控制，造成的结果就是它的照明过程中消耗电量在整个地铁耗电总量中占了较大比例，因此，这种简单的控制方式难于满足保护环境、节约能源、控制灵活、方便管理和维护简单的控制要求。

2、智能照明系统构成及其功能

智能照明控制系统可控区域较广，通过现场总线，将所有系统部件连成一体，每个系统都有独立的CPU处理运算和信息存储功能。系统各部件既可以独自完成所属工作，也可以根据实际需求进行不同的搭配，达到分散控制和集中控制的融合。智能照明系统可以划分为3个部分：

a.系统模块

用于给整个系统提供工作电源、时钟控制源及其他系统的接口元件，包括系统工作电源、总线耦合器、网关。系统主控制网络主要用来对各部分设备实施同样的控制和对信号的采样， 子系统网络主要对各分区实施差异的控制逻辑及算法。主系统和子系统之间通过工业现场总线连接，确保系统运行的稳定性，实现系统网络数据的实时传输。

b.输入模块

输入信息为信息接受设备，用于将外部控制信号变换成网络上传输的信号。不同类型的多功能控制面板进行LCD界面显示和控制，以图形、文字、图片作为操作的软按键，可以实现多点控制、存储多种模式、时序控制等。亮度传感器，对周围环境物理因素亮度的检测，可以调节本身光源的亮度，使周围环境处于一个适当的照度，从而实现充分利用自然光，节省能源的目的。

c.输出模块

输出模块用于接收输入模块的信号，并根据需求控制相应回路的输出，从而实现实时控制的目的。输出模块有各种型式的继电器，模块可快速强制开启关闭回路，存储效果模式，每个回路都可以进行电流侦测，并将侦测的电流值回送到到PC控制软件和控制监控设备中；设定不同的继电器间隔开启时间值，防止因为同时间启动而造成电流冲击；计算回路开闭时间；设定关闭后再次启动的时间间隔，主要用于如金卤灯等特殊灯具上；调光器模拟量输出模块和红外等输出模块以负载电流为调节对象，除调光功能外还可用作灯具的软启动、软关闭。系统各模块主要功能如下：

a.开关模块可以智能的对回路灯具实现打开闭合。根据自己需要可以先行设置一定的场合模式，或者不加控制下的时钟对任一回路灯具进行控制，从而实现想要的照明亮度值，满足特别的场合需求；为避免浪涌电流对灯具的冲击，以延长灯具的使用寿命，将开启开关模块的分回路功能。自反馈型的开关模块能够对回路电流值的进行实时检测，并记录和储存灯具运行时间。

b.通过对智能化触摸屏和场景控制面板操作，可以控制区域灯具的场景。可以满足不同层次需求根据触摸屏进行更多的场景定义并进行亮度的调节。

c.车站运营人员可以对差异时间段的场景预先设置相应的模式，对光照亮度调控用来改进所处环境的舒适性，提高服务人员服务水平。同时还可以解决和调试软件对一个灯具、一个回路和整体控制等多种操作模式。

智能照明系统可以实现很多智能化功能，可以利用很多方法达到灵活的控制。通过上位机软件，可以在主机上对场景模式、数据统计等进行调取和设置，尤其是双击图像化操作界面，可以对一个灯具的参数、一个回路的参数等功能进行设置，这有利于灯具光线的调整和灯具使用寿命周期的维护。

在场景模式中可以进行一次预先设定，就能全年使用这种模式运营，这将减少操作步骤，显著提高系统的工作效率。智能预警功能是系统不可少的一部分，可以检测灯具或者回路的状况，当回路数据出现异常值时，就会在系统主界面发出警示标志，可以及时通知运营人员，若在规定时间内没有人工复位，操作系统为避免故障范围扩大，将对发生故障的电路进行主动切断。

3、智能照明控制系统在地铁的应用

地铁车站的正常照明分为公共区照明、设备用房照明和管理房间照明。设备房间照明和管理用房一般采用跷板开关设置于房间门口控制。对于较大面积拥有灯具较多的房间，采用双联、三联或多个开关进行控制。为了达到地铁运营管理的需要，设备区域和管理用房只允许有特定权限的工作人员进出，基本能做到“人来开灯，人走灯灭”的节电运行。

为实现照明设备的智能化控制，智能照明控制系统依靠计算机、扩频电力载波通讯技术、计算机智能化信息处理及节能型电器控制等技术，能够对灯光亮度进行强弱调节、场景设定等，从而实现安全、节约能源的目的。

使用智能照明系统后，可以将所属于照明总箱的工作照明箱和节能照明箱部件进行去除，所有的指令回路均有总箱发射出，利用智能化模块，从而减少了照明和工作照明的电能消耗。

4、新型LED节能灯具的使用

由于地铁车站大多位于地下，为达到良好照亮要求，提高服务，便于广大群众的出行，需使用大量灯具照明，传统的设计方案中，地铁内大多采用节能型荧光灯。随着科学技术的进步，传统的节能荧光灯将退出历史舞台，取而代之的是新型LED照明灯具。LED照明灯简单来讲是是一种半导体固体发光器件，通过发光二极管照明。LED照明具有高节能、利环保等特点，还具备调光功能。为了实现灯具智能的开关，需要运用智能化模块对整个照明回路进行控制。还可以通过智能调光模块对地铁站台屏蔽门灯带进行控制，当列车驶入车站时，系统各个控制系统进行联动控制，提高屏蔽门灯带亮度，当列车驶出车站后，降低屏蔽门灯带亮度。

5、应用场景

系统功能：

1、开关控制：对通道、走廊、公共区域、楼梯间、会议室按照单个照明回路、区域、楼层等实现对应照明的开关灯控制，监视受控回路的开关状态。

2、调光控制：满足区域照度和亮度调节要求，支持在通道、走廊、公共区域、楼梯间、会议室等场所监测照度或亮度，并根据需要自动/手动调节开灯数量和灯光亮度，充分利用自然光源，满足节约了能源，营造了舒适的生活工作环境。

3、场景控制：支持不同的场景模式控制，根据不同区域的功能需求，设定场景，完成相关照明灯具的控制组合，满足美化工作环境、提高舒适度需求。

4、照明回路电路监测：实时监视各照明支路/回路的运行电流、开关状态，并自动分析回路是否有故障状态并预警。

5、分区、总控：支持运行管理人员实时监视各区域、楼层、楼栋的照明状态，并根据需要进行分区、分层、分楼栋按需要分区控制、总控制。

6、实时报警：当发生模块离线、网关设备掉线或者状态反馈和下发控制命令不一致时会发生故障报警，并将故障报警信息记录并显示在界面中，提示内容为故障时间、模块位置、故障说明。

7、历史记录查询：查询任意时段内的事件记录，支持“当日”“近7天”“自定义时段”方式查询历史事件。

6、现场图片

7、产品选型

8、结束语

城市轨道交通作为大运量公共交通运输系统，从早期的只能满足广大乘客的交通需求至今拓展到乘客的出行、生活、购物、等各个方面。城市轨道交通的人员服务水平已逐步提高。所以，为提升乘客对轨道交通人性化和舒适化的感受，直接接触的轨道交通设施处于一个很重要的地位。

【参考文献】

[1]王多,王琪,轨道交通智能照明控制系统技术研究及其应用。

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[3]施情天,智能照明系统在轨道交通下的运用探析[J],电子世界,2014(10):492。

[4]安科瑞企业微电网设计与应用手册.2022.05版。