摘要：地鐵車站運(yùn)營(yíng)過程中電能消耗主要為照明和空調(diào)，在現(xiàn)階段節(jié)能減排的大趨勢(shì)下，照明節(jié)能主要方式包括采用LED照明裝置、化照明設(shè)計(jì)和控制等。智能照明控制系統(tǒng)作為一個(gè)新型控制系統(tǒng)，可對(duì)車站的照明設(shè)施進(jìn)行有效控制，在地鐵行業(yè)擁有良好的應(yīng)用景?，F(xiàn)以深圳地鐵9號(hào)線KNX總線智能照明控制系統(tǒng)為實(shí)例，對(duì)其設(shè)置原則及應(yīng)用勢(shì)進(jìn)行了分析和探討。
 
關(guān)鍵詞：地鐵；KNX總線；智能照明；調(diào)光方式；節(jié)能效果

 
1.概況
KNX總線協(xié)議以EIB總線為基礎(chǔ)，同時(shí)滿足EHSA、BatiBus的物理層規(guī)范，擁有EHSA、BatiBus中配置模式的點(diǎn)，該系統(tǒng)可將所有元器件通過一條總線連接起來，單個(gè)元器件均可獨(dú)立運(yùn)行，同時(shí)又可通過智能主機(jī)對(duì)各元器件進(jìn)行集中監(jiān)視和控制。各元器件在寫入程序后即可獨(dú)立工作，可根據(jù)需要對(duì)其進(jìn)行組合，從而在不增加元器件的情況下靈活擴(kuò)展功能。
深圳地鐵9號(hào)線全線車站采用ABB i-BUS智能照明控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)采用 KNX總線標(biāo)準(zhǔn)，系統(tǒng)特點(diǎn)如下：
（1）系統(tǒng)采用分布式總線結(jié)構(gòu)，系統(tǒng)內(nèi)開關(guān)模塊、調(diào)光模塊、傳感器設(shè)有獨(dú)立CPU，各元件之間為對(duì)等關(guān)系。
（2）單個(gè)元件損壞不會(huì)影響到其他無程序關(guān)聯(lián)的系統(tǒng)元件的運(yùn)行，換、維修系統(tǒng)內(nèi)的元件或升級(jí)軟件時(shí)，系統(tǒng)的其余部分可照常運(yùn)行，維護(hù)保養(yǎng)方便。
（3）系統(tǒng)擁有良好的擴(kuò)展性，將需增加的元件直接掛接在總線上，即可實(shí)現(xiàn)功能或回路的擴(kuò)展。
（4）開關(guān)驅(qū)動(dòng)器具有電流檢測(cè)功能，可以監(jiān)視回路電氣設(shè)備運(yùn)行是否正常，并反饋故障信息至智能主機(jī)。
（5）各系統(tǒng)元件均有獨(dú)立的CPU及地址，可通過巡檢功能監(jiān)視系統(tǒng)內(nèi)元件運(yùn)行是否正常，如總線或元件出現(xiàn)故障、斷線，可及時(shí)反饋給智能主機(jī)。
 
2.深圳地鐵9號(hào)線智能照明控制系統(tǒng)設(shè)置原則
 
深圳地鐵9號(hào)線全線車站將站廳站臺(tái)公共區(qū)、出入口照明、飛頂照明、導(dǎo)向照明、廣告照明、區(qū)間照明納入智能照明系統(tǒng)控制；設(shè)備區(qū)照明考慮有人值守未納入智能照明系統(tǒng)控制，由工作人員根據(jù)需要通過就地的翹板開關(guān)控制。
車站站廳站臺(tái)公共區(qū)及出入口采用DALI調(diào)光模塊進(jìn)行調(diào)光，導(dǎo)向照明、廣告照明、區(qū)間照明采用開關(guān)模塊進(jìn)行控制啟停。
標(biāo)準(zhǔn)車站智能照明控制系統(tǒng)示意圖如圖1所示。
 
 
2.1系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu)
系統(tǒng)主要由主機(jī)、網(wǎng)關(guān)、線路耦合器、開關(guān)模塊、DALI調(diào)光模塊、觸摸屏、開關(guān)面板、電源供給模塊等組成。智能照明系統(tǒng)與綜合監(jiān)控系統(tǒng)的網(wǎng)關(guān)接口采用Modbus-RTU通訊協(xié)議，網(wǎng)關(guān)至綜合監(jiān)控系統(tǒng)的通訊線纜由綜合監(jiān)控系統(tǒng)提供。智能開關(guān)模塊安裝在相對(duì)應(yīng)的照明配電箱內(nèi)，調(diào)光模塊及其他系統(tǒng)模塊安裝在的智能照明控制箱內(nèi)。所有模塊及系統(tǒng)元件均為模塊化產(chǎn)品，采用標(biāo)準(zhǔn)35 mm丁導(dǎo)軌安裝方式。
2.2 調(diào)光及開關(guān)控制
DALI調(diào)光模塊至燈具間采用2芯屏蔽控制線2×1mm2，控制線和燈具的電源線分開穿管敷設(shè)。每個(gè)調(diào)光模塊所能控制的燈具數(shù)量不超過 64個(gè)，標(biāo)準(zhǔn)車站設(shè)置調(diào)光模塊數(shù)量為12～15個(gè)，換乘站設(shè)置調(diào)光模塊數(shù)量約25個(gè)，如個(gè)別車站因個(gè)在車站A、B端的出入口飛頂安裝光亮傳感器，光亮傳感器通過總線連接至DALI調(diào)光模塊，可根據(jù)室外照度控制飛頂燈具啟停，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制、有效節(jié)能。
開關(guān)驅(qū)動(dòng)器直接設(shè)置于照明配電箱饋線側(cè)，導(dǎo)向和區(qū)間照明回路驅(qū)動(dòng)器容量為16A，廣告照明回路驅(qū)動(dòng)器容量為20 A。智能開關(guān)驅(qū)動(dòng)器具有手動(dòng)/自動(dòng)轉(zhuǎn)換開關(guān)，便于線路檢修。開關(guān)驅(qū)動(dòng)器具有分組及延時(shí)開燈功能，能防止燈具集中啟動(dòng)時(shí)產(chǎn)生浪涌電流。
2.3 可視化觸摸屏集中監(jiān)控
可視化觸摸屏通過采用AutoCAD支持的DXF圖形作為背景界面，將車站所有的燈具及其控制回路按照設(shè)計(jì)施工藍(lán)圖顯示于屏幕上，進(jìn)行可視化監(jiān)控，各燈具的實(shí)時(shí)運(yùn)行狀態(tài)和故障信號(hào)直接顯示于屏幕上，便于運(yùn)營(yíng)觀察。通過點(diǎn)擊觸摸屏上各回路的開關(guān)符號(hào)，即可對(duì)相應(yīng)區(qū)域的燈具進(jìn)行控制。觸摸屏上可任意設(shè)定時(shí)間控制回路。如觸摸屏出現(xiàn)故障掉線，可自動(dòng)嘗試重新連接總線，連接成功后自動(dòng)恢復(fù)監(jiān)控。
2.4 控制模式
地鐵運(yùn)營(yíng)根據(jù)需要可將所控區(qū)域的燈具或其他設(shè)備等預(yù)先設(shè)定為各種模式。可通過就地面板、時(shí)鐘設(shè)定、智能照明主機(jī)等控制。設(shè)置于車站控制室內(nèi)的智能照明主機(jī)可對(duì)車站智能照明系統(tǒng)進(jìn)行編輯，實(shí)現(xiàn)車站照明及其模式控制。
為便于地鐵車站運(yùn)營(yíng)簡(jiǎn)化操作，在車站控制室IBP盤設(shè)置智能面板開關(guān)，面板開關(guān)每個(gè)按鍵對(duì)應(yīng)一種控制模式，地下車站按照五種模式運(yùn)行—全亮模式、高峰模式、低峰模式、清掃模式、停運(yùn)模式，具體如表1所示。
表1 地鐵車站照明模式表
 

 
主要內(nèi)容如下：
（1）全亮模式：特殊情況使用或測(cè)量使用。
（2）高峰模式：正常運(yùn)營(yíng)時(shí)客流高峰期或節(jié)假日使用?？土鞲叻迤陂g一般指每天07：00—09：00、17：00—19：00時(shí)間段，客流高峰時(shí)間段可自行設(shè)定。
（3）低峰模式：正常運(yùn)營(yíng)時(shí)客流量較少時(shí)期使用。
（4）清掃模式：車站清潔工作使用。
（5）停運(yùn)模式：停止運(yùn)營(yíng)時(shí)間段使用。停運(yùn)模式根據(jù)實(shí)際運(yùn)營(yíng)時(shí)間表確定，時(shí)間可調(diào)。
3.應(yīng)用智能照明控制系統(tǒng)的勢(shì)
3.1 總線協(xié)議
智能照明控制系統(tǒng)發(fā)展已有多年，現(xiàn)在工程中應(yīng)用比較廣泛的主要有KNX、485、CAN等三類總線協(xié)議?？紤]地鐵車站內(nèi)燈具數(shù)量有限，控制模式較為單一，僅對(duì)系統(tǒng)穩(wěn)定性和可靠性要求較高，三類協(xié)議均能滿足地鐵功能要求。
深圳地鐵9號(hào)線采用KNX總線協(xié)議點(diǎn)主要是系統(tǒng)符合通用的IEC標(biāo)準(zhǔn)和中國(guó)國(guó)標(biāo)GB/Z 20965—2013，產(chǎn)品具有互換性，廠商之間可無縫兼容，便于后期運(yùn)營(yíng)維護(hù)。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)是分布式總線結(jié)構(gòu)，各智能模塊不依賴于其他模塊而能獨(dú)立工作。但是KNX總線協(xié)議的產(chǎn)品價(jià)格遠(yuǎn)高于其他總線協(xié)議的產(chǎn)品。
3.2 調(diào)光方式
調(diào)光控制采用DALI數(shù)字可尋址調(diào)光控制，可實(shí)時(shí)反饋燈具的運(yùn)行工作及故障狀態(tài)，同時(shí)調(diào)光時(shí)間長(zhǎng)短也可作任意設(shè)定?？蛇B接64個(gè)帶有DALI的可調(diào)光電子整流器，并分配到16個(gè)可以開關(guān)/調(diào)光的組，每個(gè)DALI電子整流器可以單獨(dú)控制開關(guān)/調(diào)光，并有單獨(dú)的狀態(tài)反饋。
DALI調(diào)光模塊雖然價(jià)格相對(duì)于0～10 V等調(diào)光模式略貴，但DALI調(diào)光模塊功能多，可靠性高。0～10 V調(diào)光存在兩點(diǎn)弊端：
（1）無法實(shí)現(xiàn)*意義上的關(guān)閉燈具，需增加繼電器才能滿足關(guān)閉燈具要求。
（2）當(dāng)線路較長(zhǎng)時(shí)會(huì)出現(xiàn)壓降損失，無法有效地實(shí)現(xiàn)調(diào)光控制。
為有效利用DALI調(diào)光功能，可在車站公共區(qū)域關(guān)鍵點(diǎn)設(shè)置紅外和光亮傳感器，實(shí)時(shí)反饋給智能照明主機(jī)，按照規(guī)范設(shè)置各公共區(qū)域照度值，根據(jù)車站客流進(jìn)行實(shí)施調(diào)光，在滿足地鐵乘客舒適乘車環(huán)境要求的提下實(shí)現(xiàn)節(jié)能。
 
3.3 節(jié)能效果
現(xiàn)階段一套基于KNX總線協(xié)議的智能照明控制系統(tǒng)價(jià)格
25萬左右，按深圳地鐵 9號(hào)線標(biāo)準(zhǔn)站的設(shè)計(jì)方案，智能照明控制系統(tǒng)可比傳統(tǒng)的照明控制系統(tǒng)節(jié)約 20%～30%的電能，一個(gè)地鐵站照明系統(tǒng)總功率約200 kW，每天大約需使用
kW·h電能，則每天至少可節(jié)約200 kW·h電能，按深圳商業(yè)用電計(jì)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)每度電0.8元計(jì)費(fèi)，每月可以節(jié)省4 800元，按靜態(tài)運(yùn)營(yíng)成本考慮，52個(gè)月即可收回初期投資成本。
智能照明控制系統(tǒng)可化燈具開啟時(shí)間，延長(zhǎng)燈具使用壽命，減少整個(gè)車站對(duì)照明系統(tǒng)的維護(hù)成本。
 
4. 安科瑞智能照明控制系統(tǒng)
4.1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)展起來的，其中EIB（European Installation Bus,歐洲安裝總線）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*0.8EIB BUS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)。
4.2系統(tǒng)工作原理示意圖
 
 

4.3產(chǎn)品選型

4.3.1開關(guān)驅(qū)動(dòng)器

用于對(duì)設(shè)備進(jìn)行開關(guān)控制的驅(qū)動(dòng)器，具有延時(shí)、預(yù)設(shè)、邏輯控制、場(chǎng)景、閾值開關(guān)等功能，電氣參數(shù)如下：
 

4.3.2調(diào)光驅(qū)動(dòng)器

2路0-10V調(diào)光器，可對(duì)每路進(jìn)行回路開關(guān)控制并輸出 0-10V 調(diào)光信號(hào)對(duì)具有 0-10V 調(diào)光接口的燈具進(jìn)行調(diào)光,具有開關(guān)、場(chǎng)景、狀態(tài)反饋等功能，電氣參數(shù)如下：

4.3.3傳感器

傳感器是一種能感受外界信號(hào)、物理?xiàng)l件（如光、移動(dòng)）的設(shè)備裝置，并將感應(yīng)的信息傳遞給其它設(shè)備裝置（如調(diào)光器、開關(guān)驅(qū)動(dòng)器），電氣參數(shù)如下：
 

4.3.4總線電源

KNX/EIB 系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)供電電源，為總線提供電壓640mA 輸出電流，至多可以為 64 個(gè)設(shè)備供電，帶總線復(fù)位、 過流指示和短路保護(hù)。標(biāo)準(zhǔn)導(dǎo)軌安裝，電氣參數(shù)如下：

4.3.5智能面板

用于接受按鍵觸動(dòng)信號(hào)，可通過區(qū)分短按與長(zhǎng)按并結(jié)合不同參數(shù)配置實(shí)現(xiàn)開關(guān)、調(diào)光、場(chǎng)景、窗簾控制、調(diào)溫、報(bào)警等功能，電氣參數(shù)如下：
 

4.3.6干接點(diǎn)輸入模塊

用于接受外部干接點(diǎn)信號(hào)輸入，可通過不同參數(shù)配置實(shí)現(xiàn)開關(guān)、調(diào)光、場(chǎng)景、窗簾控制、調(diào)溫、報(bào)警等功能，電氣參數(shù)如下：

 
4.4系統(tǒng)功能
1）光照度（需要配照度傳感器）監(jiān)測(cè)，對(duì)利用自然光照明區(qū)域，根據(jù)自然光照度變化，進(jìn)行照明控制和調(diào)節(jié)，滿足照明和節(jié)能要求；
2）公共區(qū)域、走廊、通道、門廳、電梯廳等的照明，應(yīng)設(shè)置紅外或微波類人體感應(yīng)器，并結(jié)合智能控制面板，實(shí)現(xiàn)各種場(chǎng)景照明控制，盡可能較少燈具點(diǎn)亮?xí)r間；
3）樓梯間照明采用人體感應(yīng)探測(cè)控制；
4）設(shè)備房、設(shè)備房走道采用分組就地控制；
5）室外路燈、景觀等照明采用光照度控制結(jié)合時(shí)控的集中控制方式；
6）監(jiān)控系統(tǒng)界面友好，畫面美觀,實(shí)時(shí)顯示各區(qū)照明工作狀態(tài)；
7）應(yīng)具有完善的用戶權(quán)限管理功能，避免越權(quán)操作；
3.4系統(tǒng)應(yīng)用領(lǐng)域
 
4.5系統(tǒng)的控制勢(shì)
1）系統(tǒng)可通過、觸摸屏、電腦對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的燈光、空調(diào)及窗簾等進(jìn)行遠(yuǎn)程集中控制，使得控制加方便智能，用戶體驗(yàn)完美；
2）系統(tǒng)中控制模塊均工作在直流30V安全電壓下，用戶操作加安全、舒適；
3）系統(tǒng)在實(shí)施過程中，充分結(jié)合自然光及人員的活動(dòng)規(guī)律來自動(dòng)控制燈光，減少能源消耗，達(dá)到很好的節(jié)能效果；
4）系統(tǒng)采用分布分布式KNX總線結(jié)構(gòu)，搭建簡(jiǎn)單靈活，系統(tǒng)內(nèi)各模塊互不影響，可獨(dú)立工作，可靠性高；
5)多種控制方式可供選擇，如本地控制，自動(dòng)感應(yīng)控制，定時(shí)控制，場(chǎng)景控制和集中控制等，控制方式靈活；
6)系統(tǒng)的自動(dòng)控制、遠(yuǎn)程集中控制等功能，在實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化的同時(shí)，大量減少了值班人員，提高了管理水平和工作效果；
7)升級(jí)系統(tǒng)內(nèi)控制模塊或改系統(tǒng)功能時(shí)，無需增加連接線，不需關(guān)閉整個(gè)系統(tǒng)，只需改設(shè)備參數(shù)即可實(shí)現(xiàn)，維護(hù)方便，操作簡(jiǎn)單；
8)系統(tǒng)可與消防系統(tǒng)聯(lián)動(dòng)，在出現(xiàn)消防報(bào)警時(shí)，強(qiáng)制打開應(yīng)急回路，方便人員疏散，從而降低了人員傷亡的風(fēng)險(xiǎn)，提高了建筑的安全性。
4.6安科瑞組網(wǎng)方案
智能照明控制系統(tǒng)組網(wǎng)方式靈活，擴(kuò)展方便，當(dāng)系統(tǒng)模塊數(shù)量較少、距離較近、范圍較小時(shí)，各設(shè)備以樹形枝狀延伸，構(gòu)成支路系統(tǒng)智能照明控制系統(tǒng)；當(dāng)系統(tǒng)模塊數(shù)量較多、距離較遠(yuǎn)、范圍較大時(shí)，用支線耦合器組成多條支路，構(gòu)成區(qū)域智能照明控制系統(tǒng)；當(dāng)系統(tǒng)模塊數(shù)量很多、距離很遠(yuǎn)、范圍很大時(shí)，用支線耦合器、區(qū)域耦合器等構(gòu)成樓群智能照明控制系統(tǒng)。
 
 
5.結(jié)語
深圳地鐵9號(hào)線全線車站將站廳站臺(tái)公共區(qū)、出入口照明、飛頂照明、導(dǎo)向照明、廣告照明、區(qū)間照明納入智能照明系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)車站照明設(shè)施的有效控制，也減少了整個(gè)車站對(duì)照明系統(tǒng)的維護(hù)成本，達(dá)到了預(yù)期的應(yīng)用效果。
 
參考文獻(xiàn)
［1］地鐵設(shè)計(jì)規(guī)范：GB50157-2013[S]
［2］段琪峰 深圳地鐵9號(hào)線KNX總線智能照明系統(tǒng)的應(yīng)用
［3］安科瑞智能照明控制系統(tǒng)產(chǎn)品選型手冊(cè).2018.8版