浅析地铁智能照明控制系统的设计与实现

安科瑞 缪凯伦

摘要：近年来，地铁建设在迅猛发展。在地铁运营所需的各类设备中，照明非常重要而且电量占有不小的比例，故提高照明质量并且节约用电在地铁项目中具有深远的意义。本文介绍了智能照明控制系统，并用实例讲述了该系统在地铁项目中的具体运用。

关键词：地铁照明；智能照明控制系统；照明节能

0.引言

近年来，随着我国经济的不断发展，很多城市都开始大规模修建地铁，这缓解了交通压力。地铁是用电的交通工具，也实实在在是个耗电大王。据统计，2017年北京市轨道交通用电量达到16亿kwh ，占地铁整体运营成本的40% ，约相当于83万户三口之家一年的用电量。其中照明系统用电占地铁的用电设备总能耗的13%。地铁的照明负荷大多是长期工作负荷，故会带来大量且持续的电能损耗，用电量仅次于环控设备系统、电扶梯设备系统的用电量。因此，在地铁照明方面节能有非常大的环保意义和经济效益。采用智能照明合理控制调节，可以达到提高照明质量同时节约用电量的效果。近年来，地铁电气设计中基本都会采用智能照明系统。

1.智能照明控制系统的概念和组成

智能照明控制系统是指利用计算机、无线通信数据传输、计算机智能化信息处理及节能型电器控制等技术组成的分布式无线遥测、遥控、通信控制系统，具有灯光亮度的强弱调节、灯光软启动、定时控制、场景设置等功能，并达到预定的节能效果。

智能照明控制系统突出的优势是管理优势，它更改了传统的操作方式。智能照明系统可以借助各种预设置控制方式及控制元件，对不同条件下的照度进行合理管理及设置来达到节能的效果。

智能照明控制系统一般采用集中控制，分散执行的模式。集中控制一般设置在控制室，在其中设置控制面板、计算机等控制器设备，起到综合管理的作用。

智能照明控制系统分硬件系统和软件系统两部分。硬件系统主要包括：控制屏开关控制器（电源模块、时控模块、继电器模块等）、光线传感器、国际标准通信接口设备、相关线缆等。软件系统主要包括：操作系统、系统编程软件、图形监控软件、接口协议等。

2.地铁照明的分类及配电控制

车站照明分为正常照明和应急照明。正常照明包括公共区照明、附属用房照明、安全特低电压照明、区间照明、导向照明、广告照明。应急照明包括疏散照明、备用照明。考虑到供电半径等因素，一般标准站在站台层和站厅层的A、B两端分别设置一个照明配电室。每个照明配电室都应设两个照明总配电箱，电源分别来自变电所不同400V母线段。

2.1正常照明配电及控制

（1）公共区正常照明的两回路电源（正常照明1和正常照明2）分别引自变电所的两段400V母线，照明灯具采用交叉配线，各负责50%的照明负荷；设置在车站两端照明配电室的照明配电箱配电范围以车站的中心线为界。

（2）附属用房正常照明采用就地控制。

（3）站台板下、变电所夹层内设24V安全特低电压照明，其安全变压器安装在站台层照明配电室。

（4）区间照明配电箱设在车站站台照明配电室，其电源由变电所400V两段母线引来，一用一备，在配电箱处自动切换，由此照明箱直接配电至区间灯具。

（5）导向照明由公共区照明总配电柜专用回路供电。

（6）广告照明在照明配电室就地控制。

2.2应急照明配电及控制

（1）在车站站厅、站台两端配电室内各设一组EPS(标准站为4套),负责车站及区间内的应急照明(包括疏散照明、备用照明)的供电。

（2）应急照明采用蓄电池集中供电的应急电源系统，正常时由车站变电所低压柜提供2个交流电源给EPS电源柜，当车站变电所两个电源同时失电时，由EPS柜的蓄电池进行供电。EPS柜蓄电池持续供电时间不应小于90min。

（3）在车站站厅、站台、出入口通道、楼梯、附属用房区的通道等处设置疏散照明和疏散指示标志灯。在车站综控室、通信信号机房、消防泵房、变电所等重要房间设置备用照明。

（4）区间应急照明灯的电源直接引自设在站台配电室的EPS电源。

（5）公共区的疏散照明兼作值班照明，照度为正常照明的10%；根据不同的用途，附属房间的备用照明占正常照明的10%、50%或100%。

3. 智能照明控制系统在地铁中的具体运用

在现代地铁照明设计中，站厅、站台、出入口的公共区照明、导向照明、地面厅照明等采用智能照明控制。智能照明控制系统主要由设在总配电箱内的模块、网关及设在车控室内的终端设备（触摸屏）等组成，智能照明控制系统与BAS(Building Automation System即环境与设备监控系统）的通信接口位置在智能照明网关处。由图1可以看出，在A端站厅层照明配电总箱中设置了带有12路开关负载输出模块的智能照明模块用于控制各回路的灯具，正常照明及应急照明的灯具均纳入智能照明的控制中。为保障照明系统安全性，在应急照明EPS电源柜中采用带有消防输入接口的负载自锁反馈模块，万一发生事故时可以立刻启动所有的应急照明。将公共区和应急照明并入BAS系统，可以对整个照明系统进行集中的监控。同时负载自锁反馈型模块本身自带电源，而且具备带电流检测功能，过零检测灭弧、停电状态下均可保持继电器的开关状态不变化。智能照明模块还可以:①根据外界光线自动调节照明灯具的亮度；②根据定义的作息时间、节假日自动控制灯的开关及亮度；③对灯具控制为软启动，延长灯具寿命；④回路过载自动保护功能，不影响、不损坏任何设备及灯具。

图１某标准地铁站照明配电总箱系统图

区间智能应急疏散指示采用了ELS-32N，所有的ELS单元均由一对通信信号线连接成网络，每个单元均设成固定地址并定义其功能，通过输出单元及终端单元实行控制。在区间隧道设置可变方向的疏散指示标志灯，其指示方向由综合监控下达的区间火灾模式控制。区间正常照明平时由BAS控制，火灾时有FAS强制点亮、应急照明常亮。

智能照明系统控制模块安装在各照明配电总箱内，箱内模块与模块之间是手拉手的方式连接。智能照明控制系统中的时钟控制模块、照明控制终端、数据传送单元及数据转换单元均设置在车站控制室内。由于地铁项目主体位于地下，故一般时间站厅层及站台层公共区对亮度的控制主要是根据时钟及乘客人流量来设定。在地铁项目设计中，在每个出入口均设置照度检测器。站厅层、站台层及各出入口会将时钟控制情况和照度水平传输到设置在照明配电 总箱内部的模块中。

车站公共区照明、出入口上盖照明、站名标志柱照明、地面泛光灯、地面草坪灯、地面风亭景观照明均可设置智能照明系统，由BAS控制。

4.在地铁中运用智能照明控制系统的优势

地铁项目中的智能照明控制系统，其优势功能主要体现在以下几方面。

4.1用户体验更好

采用智能照明控制系统之后，可以根据人流量和时间来调节灯光，可以使乘客在光照满足需求的同时又不会因过亮的灯光造成不适。

4.2节约用电

智能照明控制系统通过对主控制器的时钟管理，可以对单元调光器进行定时设置和控制。不仅可以满足不同外部条件下灯具场景的效果，而且通过智能调节，可以在对照度等要求实际需求小的时候降低能耗，达到节能的效果。

4.3延长灯具使用寿命

智能照明控制系统还可以通过编程处理，实现灯具的逐级调光和软启动，采用各个回路逐一启动的方式，具有减少来自电网的冲击电压及浪涌电压带来的损耗的功能，可以缓解灯具的损耗，延长灯具的使用寿命。

4.4提高维护效率

在地铁站中采用智能照明之后，运营管理人员可以通过操作屏十分直观地看到车站公共区照明的运行状况，省去了在车站非运营时间内去现场逐个检查灯具的工作，从而大大提高了灯具维护工作的效率。

5.安科瑞为家庭智能照明控制系统提供解决方案

5.1安科瑞智能照明监控系统采用分层分布式结构，即站控层，通讯层与间隔层； 如图（1）所示：

图（1）网络拓扑图

间隔设备层主要为：开关驱动器，这些装置分别对应相应的一次设备安装在电气柜内，这些装置均通过现场KNX总线组网通讯，实现数据现场采集。

网络通讯层主要为：智能照明网关，其主要功能为把分散在现场采集装置集中控制，同时远传至站控层，完成现场层和站控层之间的数据交互。

站控管理层：设有高性能工业计算机、显示器、UPS电源、打印机等设备。监控系统安装在计算机上，集中采集显示现场设备运行状况，以人机交互的形式显示给用户。 以上开关模块均采用KNX总线传输，一般都采用4根连线，接线简单方便，传输距离可达1.2km。

5.2安科瑞智能照明系统组成

1.定时控制

通过时钟管理器，实现整个系统的有关区域照明的定时和自动管理功能，实现公共通道、景观照明、泛光照明、车库照明定时控制。如百叶窗定时升降、集中供热定时调节、节假日照明定时关闭、定时通知等。

2.场景控制

智能照明控制系统根据各个部门的需求，设定不同种类的场景模式，进行各种照明灯光的组合，达到美化工作环境的效果；结合人体感应传感器，当人员离开时，关闭所有该会议室照明。

3.实时监控

中心控制室，配置一台中控主机，所有照明控制设备，通过KNX网关，接入监控系统，操作管理人员，可以通过中控电脑，实时监视总线、区域、楼层、楼栋等照明状态，并可根据需求进行控制调整。系统绘图工具支持向量图和多层页面，图形页面缩放方便，切换简单，支持DXF、WMF、BMP、JPG、ICON等图形对象的嵌入、支持二维、三维图元的绘制，增加可视化的空间效果。

4.报警处理

系统提供了警报处理能力，用户可采用编程来完成不同的任务，当某种警报条件出现时应做什么，可由用户自行确定。

5.事件通报 系统提供了事件通报功能，支持邮件通报、文本输出以及事件驱动打印，可按照用户预先设置的条件，触发事件通报功能。

5.3设备选型

6.结束语

综上所述，现代地铁中广泛使用智能照明在多个方面都有明显的优势。虽然增加智能照明控制系统在初期投入中，会比传统照明多一些，但是带来的利益显然是值得的。智能照明控制系统既可以让乘客体验感觉更好，又可以为运营单位节省开支，还可以为国家节约能源。

因此智能照明控制系统的运用和发展具有重大意义。