中鐵十二局集團(tuán)電氣化工程有限公司 張清云

1 引言

為保證乘客安全乘坐地鐵，保證工作人員正常提供服務(wù)，地鐵站照明需求較大。而且照明需求隨著地鐵線路的增加，以及服務(wù)需求的提升而持續(xù)增加。此時，如果沿用傳統(tǒng)的人工控制照明服務(wù)，會造成較大的能源浪費(fèi)問題，而且照明系統(tǒng)的操控也不便利。對此，提出智能照明技術(shù)的應(yīng)用，借助大數(shù)據(jù)技術(shù)、無線通信技術(shù)、云計算技術(shù)、電氣控制技術(shù)等，打造分布式無線控制系統(tǒng)，智能化操控地鐵內(nèi)的照明系統(tǒng)，實現(xiàn)照明的強(qiáng)弱調(diào)節(jié)、燈光軟啟動、定時控制等，具有顯著的優(yōu)勢，而且可以有效節(jié)約電氣能源?；诖耍疚膶χ悄苷彰骺刂葡到y(tǒng)進(jìn)行簡單分析。

2 智能照明控制系統(tǒng)的組成及功能

智能照明控制系統(tǒng)是建立在無線通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、大數(shù)據(jù)技術(shù)、智能云技術(shù)、節(jié)能技術(shù)等先進(jìn)的科學(xué)技術(shù)基礎(chǔ)上，通過對地鐵車站照明系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計，按照實際照明需求以及節(jié)能需求，進(jìn)行分布式遠(yuǎn)程控制，智能化控制照明燈具的光線強(qiáng)弱、開關(guān)等，并支持聲控、光控、定時控制等控制方式。具體來說，系統(tǒng)的組成主要包括三個部分，各自承擔(dān)不同的功能，如下文所述。

2.1 系統(tǒng)單元

該部分是系統(tǒng)的核心領(lǐng)域，主要是提供電源服務(wù)以及與其他相關(guān)系統(tǒng)的接口服務(wù)，同時可以控制信號的傳輸，為乘客提供通信支持。該部分是系統(tǒng)的基礎(chǔ)模塊，對于其他功能模塊的價值發(fā)揮有支撐性作用，其他功能模塊需要在此基礎(chǔ)上才能穩(wěn)定應(yīng)用。在該部分系統(tǒng)的支持下，各個子系統(tǒng)可以對所屬分組區(qū)域進(jìn)行實時控制，建立起與主系統(tǒng)之間以及各子系統(tǒng)之間的聯(lián)系通道[1]。

2.2 輸入單元

輸入單元主要是負(fù)責(zé)轉(zhuǎn)換控制信號，而這些控制信號都來自外部輸入的控制命令。通過輸入單元之后，這些命令就可以轉(zhuǎn)換為數(shù)字化的信號形式，之后信號通過系統(tǒng)事先編程好的處理程序，就可實現(xiàn)對不同命令的分類處理。該部分的核心部件是輸入開關(guān)，有多種構(gòu)成方式，如遙控器、紅外線接收開關(guān)、可編程多功能開關(guān)等。在系統(tǒng)軟件程序的支持下，該部分也支持更加多樣化的模式。如事先對控制板和傳感器設(shè)備進(jìn)行特定設(shè)計，支持在工作環(huán)境下對燈具亮度進(jìn)行檢測，然后進(jìn)行信息轉(zhuǎn)換之后，就會向照明系統(tǒng)發(fā)出調(diào)整光源亮度的控制信號。照明系統(tǒng)接收到這個信號之后，就會調(diào)整對應(yīng)燈具的亮度，從而實現(xiàn)節(jié)能。這樣一來，發(fā)揮這個輸入單元的功能，可以保證地鐵車站的照明系統(tǒng)亮度始終處于適宜狀態(tài)，落實節(jié)能要求與目標(biāo)。

2.3 輸出單元

輸出單元主要是負(fù)責(zé)接收轉(zhuǎn)換后的信號，在輸入單元對命令信號進(jìn)行數(shù)字化轉(zhuǎn)換后，由該部分進(jìn)行接收，然后根據(jù)命令信息的對應(yīng)信號，選擇對應(yīng)回路完成信號的輸出，這樣可支持對照明系統(tǒng)的實時控制。在系統(tǒng)中，該部分的表現(xiàn)形式較為多樣，常見的模式有繼電調(diào)光模擬輸出、照明調(diào)光接口、紅外輸出模塊等。從系統(tǒng)的整體功能結(jié)構(gòu)分析，所有的智能化控制決策是依靠集中控制方式實現(xiàn)的，在命令執(zhí)行時，按照其內(nèi)容選擇合適的執(zhí)行方式。集中控制一般來說依靠的是PLC 技術(shù)，需要與計算機(jī)設(shè)備作為中央控制中心，這個中心可以對系統(tǒng)內(nèi)所有控制信號的傳輸和流向進(jìn)行實時監(jiān)控，同時監(jiān)督控制命令的執(zhí)行情況，提供實時管理服務(wù)，實現(xiàn)對地鐵車站內(nèi)照明系統(tǒng)的實時監(jiān)控，保證照明亮度以及效果的控制水平[2]。

3 智能照明控制系統(tǒng)的應(yīng)用優(yōu)勢

3.1 節(jié)能效果良好

因地鐵車站系統(tǒng)中的照明環(huán)境較為龐大，照明系統(tǒng)構(gòu)成也比較復(fù)雜，所以照明系統(tǒng)的運(yùn)行需要消耗大量的電力。如果依靠人工進(jìn)行控制工作量大，控制效果不強(qiáng)，而且對于電力的浪費(fèi)問題也比較突出。因此，引入智能照明控制系統(tǒng)，借助智能化程序的應(yīng)用，實現(xiàn)對地鐵車站和線路以及車輛內(nèi)部的照明系統(tǒng)的智能化管理，保證需要照明的環(huán)節(jié)可以有充足的光照保障，而不需要照明的區(qū)域則可以結(jié)合實際來自動化控制。借助系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計，可以實現(xiàn)照明系統(tǒng)的智能開關(guān)管理，合理控制照明強(qiáng)度，甚至可以在特殊時期塑造出場景氛圍，這些都可以依靠系統(tǒng)的程序設(shè)定實現(xiàn)實時而有效地控制，提高照明控制的高效性以及及時性，并能產(chǎn)生良好的節(jié)能小效果。

3.2 后期維護(hù)成本較低

智能照明控制系統(tǒng)的應(yīng)用，可以通過檢測設(shè)備和傳感器等，將照明設(shè)備的工作狀態(tài)進(jìn)行實時監(jiān)控，并且實時反饋給控制中心，由控制中心結(jié)合實際需求對設(shè)備工況進(jìn)行調(diào)整。此時，如果照明系統(tǒng)中的某個設(shè)備或者線路或者供電出現(xiàn)故障時，系統(tǒng)也能夠給出示警信號，更先進(jìn)的系統(tǒng)還能顯示出現(xiàn)故障的部位或者線路位置。這樣一來，技術(shù)人員可以借助這些信息，對照明系統(tǒng)進(jìn)行定期檢修和維護(hù)，事先排查安全隱患，及時對故障問題進(jìn)行處理，并且及時更換出現(xiàn)損壞且無法修復(fù)的燈具等。通過系統(tǒng)的干預(yù)，使得整個檢修操作更加具有針對性，檢修效率也提高，大幅縮短了檢修時間，也將維護(hù)人員控制在小范圍內(nèi)，從而降低了后期維護(hù)成本。

3.3 燈具使用壽命延長

在地鐵車站中，因為環(huán)境的特殊性以及服務(wù)的需求，需要始終運(yùn)行著照明系統(tǒng)，而很多燈具的使用壽命是有限的，正常使用情況下都有一定的限定范圍。而如果是不正常的使用情況，還會縮短這個范圍，使得燈具的使用壽命縮短。而智能照明控制系統(tǒng)的應(yīng)用，支持對照明燈具的智能化開關(guān)，通過科學(xué)控制程序的設(shè)計，可以調(diào)控?zé)艟叩倪\(yùn)行、亮度等，實現(xiàn)正?？刂?，不僅可以節(jié)約電力，也能保障燈具的使用壽命。而且這樣一來燈具的更換頻率也會降低，進(jìn)而也降低了使用成本。

4 智能照明控制系統(tǒng)在地鐵電氣節(jié)能中的應(yīng)用分析

4.1 地鐵出入口照明控制

在地鐵運(yùn)行過程中，利用出入口工具和程序進(jìn)行乘客以及工作人員來往的檢查，所以出入口發(fā)揮著重要作用，必須保證良好的照明效果。因出入口人流量較大，一般來說需要全天提供照明服務(wù)，特別是平時就比較繁忙的站點。而這也帶來較多的電力消耗，所以需要進(jìn)行科學(xué)控制，實現(xiàn)節(jié)能效果。在過去的照明系統(tǒng)中，一般是人為控制燈具的開啟，或者用電腦控制燈具開啟之后，就不能單獨控制燈具的關(guān)閉，這樣一來，只要有人員經(jīng)過，就需要保證照明系統(tǒng)持續(xù)處于工作狀態(tài)，而這就浪費(fèi)了大量的電能[3]。

但是智能照明控制系統(tǒng)應(yīng)用之后，通過合理的程序模擬以及試驗，可以控制出入口部位的1/2以及1/3處進(jìn)行場景設(shè)計，系統(tǒng)可以結(jié)合出入口的人流量情況，選擇切換成不同的照明模式，提供不同水平的照明服務(wù)。同時，還可以結(jié)合外在的工作環(huán)境情況進(jìn)行時間控制，如果外界關(guān)注強(qiáng)度比較充足，系統(tǒng)可以控制設(shè)備只開啟1/2或1/3的場景模式，而如果逐漸入夜或者室外光照強(qiáng)度降低時，系統(tǒng)可以選擇將出入口的燈光照明工具全部打開，以此提供充足的光照。

4.2 地鐵站臺及候車廳照明控制

地鐵的站臺以及候車廳也是十分重要的場所，相對于出入口來說，這兩個場所需要的照明時間更長，照明強(qiáng)度更大，所以提出的節(jié)能要求也更高。如果地鐵上處于人流量高峰時期，如上下班時，可以利用系統(tǒng)選擇將全部照明燈具打開，提供明亮的光照服務(wù)；如果人流量較少時，可以選擇將筒燈和燈槽的亮度調(diào)低，保持一種既能夠滿足基本照明需求，又能達(dá)成良好視野效果的狀態(tài)；如果地鐵車站關(guān)閉，停止運(yùn)行，此時可以選擇操控系統(tǒng)打開所有隱藏?zé)舨?，同時關(guān)閉所有筒燈，以實現(xiàn)節(jié)能效果；同時，在工作人員都下班，展開最后的清掃工作時，只需要保證清掃區(qū)域的基本照明即可。在上述過程中，對于地鐵各個場所的照明系統(tǒng)控制，都需要落實中央控制。如果是采取開關(guān)控制措施，可以利用編程方法對單一的開關(guān)按鍵控制回路進(jìn)行程序設(shè)計，使單個按鍵能夠達(dá)到對單個回路或者是多個回路的控制。如果需要調(diào)控光照強(qiáng)度，則要保證光照強(qiáng)度控制實現(xiàn)連續(xù)無間斷地控制，更好地對燈光效果進(jìn)行微調(diào)[4]。

4.3 應(yīng)急照明系統(tǒng)的控制

在地鐵工程中，應(yīng)急照明系統(tǒng)也較為關(guān)鍵，如果出現(xiàn)突發(fā)事故或者平時使用的照明系統(tǒng)出現(xiàn)故障，就需要啟動應(yīng)急照明系統(tǒng)，幫助救援，臨時提供照明服務(wù)等，保證地鐵的順利運(yùn)轉(zhuǎn)。一般來說，需要在車站站廳、站臺兩端配電室內(nèi)各設(shè)一組EPS（標(biāo)準(zhǔn)站為4套），負(fù)責(zé)車站及區(qū)間內(nèi)的應(yīng)急照明（包括疏散照明、備用照明）的供電。應(yīng)急照明系統(tǒng)的電源選擇的是蓄電池集中供電模式。應(yīng)急照明系統(tǒng)需要分別設(shè)計在車站站廳、站臺、出入口通道、樓梯、附屬用房區(qū)等通道部位，設(shè)計專門的疏散照明和疏散指示標(biāo)志燈，同時在綜控室、機(jī)房、消防泵房、變電所等重要房間設(shè)置備用照明系統(tǒng)。在智能照明控制系統(tǒng)應(yīng)用后，為保障照明系統(tǒng)安全性，在應(yīng)急照明EPS 電源柜中采用帶有消防輸入接口的負(fù)載自鎖反饋模塊，如果發(fā)生突發(fā)事故，這個模塊會立刻啟動所有的應(yīng)急照明；同時將公共區(qū)和應(yīng)急照明并入系統(tǒng)中，支持實現(xiàn)對整個照明系統(tǒng)的集中監(jiān)控。同時，負(fù)載自鎖反饋型模塊本身自帶電源以及電流檢測功能，在過零檢測滅弧、停電狀態(tài)下可以一直保持繼電器的開關(guān)狀態(tài)不變化。

5 地鐵車站智能照明控制系統(tǒng)設(shè)計要點

5.1 合理選擇照明區(qū)域

地鐵車站一般設(shè)計為2～3層，覆蓋面積較大，特別是一些交通樞紐部位的車站，占地面積廣闊，也增加了照明節(jié)能的迫切需求。雖然智能照明控制系統(tǒng)有良好的節(jié)能效果，但因為其設(shè)計成本較高，所以并不能覆蓋所有的區(qū)域都采取該系統(tǒng)進(jìn)行控制，而且全面覆蓋也屬于對系統(tǒng)功能的浪費(fèi)。對此，進(jìn)行設(shè)計時首先要明確需要使用系統(tǒng)進(jìn)行照明控制的區(qū)域，需要綜合地鐵的覆蓋區(qū)域，以及業(yè)務(wù)需求情況，考慮系統(tǒng)的功能覆蓋情況，科學(xué)進(jìn)行設(shè)計，選擇部分場所使用智能照明技術(shù)。同時，在選擇系統(tǒng)應(yīng)用的區(qū)域時，要重點考慮大空間、高質(zhì)量照明要求的場所，一般情況下都是將站廳站臺公共區(qū)、出入口、導(dǎo)向、地徽、廣告等部位的照明燈具納入智能照明控制系統(tǒng)[5]。

5.2 科學(xué)設(shè)定控制策略

就目前來說，對于地鐵照明系統(tǒng)的控制，主要有調(diào)光控制、定時控制和人工控制三種方式。而在應(yīng)用智能照明控制系統(tǒng)之后，要想達(dá)成最佳的控制和節(jié)能效果，最好是將三種控制方式聯(lián)合使用。這需要設(shè)計人員按照照明區(qū)域的不同以及需求的不同，合理安排控制方式。

一是調(diào)光控制。該方式是在照明區(qū)域安裝光照傳感器，實地測量實時的光照亮度，然后與事先設(shè)定好的閾值進(jìn)行對比，借此控制燈具的亮度。如果超過閾值，需要將亮度調(diào)低，或者關(guān)掉部分利用率不高的燈具；如果遠(yuǎn)低于閾值，則需要將亮度調(diào)高，或增加燈具的開啟。該方式可以充分利用自然光線，如果自然光線的亮度充足，就可以不啟用燈具或者調(diào)暗亮度，從而達(dá)成節(jié)能效果。該方式一般安排在地下車站出入口、高架車站的站廳站臺公共區(qū)域使用。但具體需要考慮車站不同功能區(qū)、不同照明需求的特點。

二是定時控制。系統(tǒng)中設(shè)置有時鐘控制器，有事先設(shè)定好的時間點，時間點可以直接控制相關(guān)部位的燈具，全部或部分開啟/ 關(guān)閉。該方法多數(shù)使用在地下車站的站廳站臺公共區(qū)、導(dǎo)向、地徽、廣告等需求方面。而且開關(guān)控制模塊有不同的規(guī)格，支持每天、每周、每月和每年的定時周期。如晚上列車停運(yùn)后，系統(tǒng)可以關(guān)閉照度傳感器，將燈光關(guān)閉，只留少部分燈具進(jìn)行值班照明。

三是人工控制?；旧鲜窃谔厥鈺r段和場合有照明需求時應(yīng)用，可以通過就地面板、主控器遠(yuǎn)程控制等方式控制部分燈具的開啟和關(guān)閉。一般方便管理人員操作的部位會選擇該方式，如車站綜合控制室內(nèi)。整體來說，系統(tǒng)需要實現(xiàn)不同區(qū)域和時間段內(nèi)的差異化照明需求，同時借助網(wǎng)絡(luò)將各個照明單元融為一體。這需要設(shè)計人員按照地鐵車站的特點，結(jié)合照明需求進(jìn)行分區(qū)、分段控制，同時根據(jù)照度的變化，按設(shè)計方案實時調(diào)控照明，達(dá)到符合照度標(biāo)準(zhǔn)的照明。

5.3 合理設(shè)定工作模式

因地鐵內(nèi)部安裝的燈具較多，需要的控制回路也較多。為了保證照明效果優(yōu)化以及控制效果較佳，需要合理設(shè)定工作模式。技術(shù)人員需要從控制回路簡單化、程序化、易操作化的角度入手進(jìn)行分析，設(shè)計合理的工作模式，以解決上述問題。工作模式針對的是整個地鐵車站的照明系統(tǒng)，借助智能照明系統(tǒng)內(nèi)部編程分組，可將之設(shè)定為日間正常照明模式、日間節(jié)電照明模式、夜間正常照明模式、夜間節(jié)電照明模式、夜間停運(yùn)模式。這些工作模式的設(shè)定需要重點考慮地鐵運(yùn)營時間、區(qū)域燈具布置、客流數(shù)量等條件。

6 結(jié)語

在地鐵中，照明系統(tǒng)需要控制實現(xiàn)最佳的照明效果以及最好的節(jié)能效果，盡量降低能耗，節(jié)約成本。但因為地鐵涉及的燈光照明回路很多，控制起來難度較大，所以引進(jìn)智能化系統(tǒng)，形成智能照明控制系統(tǒng)，實現(xiàn)對燈光照明的智能化和自動化控制。智能照明控制系統(tǒng)的應(yīng)用，可以實現(xiàn)對照明效果的科學(xué)管控，有效降低能耗，實現(xiàn)更好的電氣節(jié)能效果。