地鐵列車自適應照明系統的設計

文永亮

摘要：地鐵列車的自適應照明系統，能根據外界光照強度自動調節車廂內照明燈具的亮度，使車廂內的照度始終保持在一個恒定值，達到節能的目的。本文結合上海某地鐵項目，介紹了該自適應照明系統的設計，分析了自適應照明系統的技術特點。

關鍵詞：自適應?照明系統?節能

1.引言

節能減排是目前地鐵列車設計過程中的一個原則，照明系統屬于地鐵列車中的一個用電量比較大的系統，地鐵列車可能在隧道及地面運行，當地鐵列車運行至地面時，外界有光照，此時地鐵列車車廂內的照明燈具應降低亮度，自適應照明系統的能很好的實現此功能，自動的根據外界光照強度調整燈具的亮度，達到節能減排的目的。

2.系統結構及工作原理

上海某地鐵項目自適應照明系統在每個車廂內設置的設備主要包含：亮度傳感器、主控制器、LED?照明電源以及LED?照明燈具。表1為系統配置表。

表1照明系統配置表

名稱

數量（輛）

1

主控制器

1

2

亮度傳感器

2

3

LED?照明電源

4

4

LED照明燈具

1套

工作原理：照明控制開關位于列車司機駕駛室內，正常情況下，司機由受控司機室對照明的工作狀態進行控制。車輛在地面、隧道不同區間運行時，?光強傳感器實時采集客室照度，并將采集到的數據實時發送到照明控制器，照明控制器將數據進行比較運算處理后，發送指令給LED照明電源，LED照明電源根據收到的指令調節輸出功率，進而調整燈具的亮度，使車廂內照度始終保持在一個恒定值。圖1為系統構架圖。

圖1?自適應照明系統構架圖

3.系統設備

3.1主控制器

主控制器安裝在每個車廂的電氣控制柜內，負責控制整個車廂照明系統設備的工作。它的主要功能有以下幾個：

（1）實時接收本車廂兩個亮度傳感器的數據信息。

（2）控制四路LED電源的輸出，從而控制本車廂的照明亮度;

（3）根據控制策略，輸出控制指令;

（4）顯示系統狀態信息;

（5）與列車控制系統有硬線接口，發送故障信息;

（6）可以利用SD卡修改系統參數和控制策略;

（7）能夠將必要的信息記錄在SD卡中，可供下載和分析;

（8）接收列車司機室控制指令，進入各種工作模式;

（9）具有故障運行模式。

3.2亮度傳感器

亮度傳感器安裝在車廂兩側，負責采集車廂內的照度數據，檢測車廂內部光強。亮度傳感器由主控制器提供的12V電源進行工作，同時將測得的光強信息通過通信線傳給主控制器;

3.3?LED照明電源

LED照明電源安裝在每個車廂兩端的電氣柜中，給整個車廂的LED燈具提供電源。LED照明電源與主控制器之間是數據電纜接口，主控制器提供有源的PWM控制信號給LED照明電源;

電平標準為12V;

帶載能力為1A;

頻率為1kHZ;

占空比為10%-90%為有效輸出，線性控制LED電源的輸出;

當占空比小于10%或者大于90%時，表示控制器已經出現故障，LED電源需要進行最大亮度輸出;

4.系統控制策略

上海某項目地鐵列車自適應照明系統有自動模式、手動模式、應急模式、故障模式4中工作模式。

4.1自動模式

主控制器接收到來自列車司機駕駛室的指令，進入自動模式，依據以下邏輯進行控制：

（1）同一車廂內，綜合兩個亮度傳感器采集的光強數據作為主控制器的輸入。正常工作時，以兩個光強傳感器的測量值的平均值作為最終的光強值。當一個傳感器故障時，以另外一個傳感器的光強值作為最終的光強值，同時報告故障;

（2）最終的光強值會經過一段時間的平均濾波之后輸給主控器的內部調節器;

（3）控制算法分為兩大類，一類為突變響應，另外一類為動態跟蹤。

（4）其中動態跟蹤算法模型符合一個閉環調節系統的特征。調節器的調節參數將根據現場的實際環境和控制要求給出。

4.2手動模式

主控制器接收到來自列車司機駕駛室的指令，進入手動模式，此時主控制器不對亮度采集器傳輸的數據進行處理，直接給LED照明電源輸出預設的最大亮度信號，LED燈具輸出最大亮度。

4.3應急模式

當地鐵列車的輔助電源系統出現問題，輔助逆變器無法提供110V輸出時，由地鐵列車的蓄電池給列車的緊急輔助供電，此時，自適應照明系統進入應急模式，主控制器輸出規定的應急照明亮度信號值，一般為車輛的照明亮度最大值的1/3;

4.4故障模式

當兩個亮度傳感器同時出現故障時，主控器進入故障模式，同時報告故障。在故障模式下，主控制器輸出預定的亮度信號值，一般為最大照明亮度。

5.供電方式

上海某項目地鐵列車110VDC照明供電方案采用集中供電方式：每輛車的電器柜內設置具4個調光功能的大功率電源模塊，電源模塊的配置為冗余方式配置。

燈具不用配置控制模塊，整個照明系統燈具分為兩路，每兩個電源模塊控制一側的某一路照明，進行集中供電。其中一個電源模塊故障后，另一個電源模塊將負責此路電源供電，此時此路電源將降功率照明。

客室所有燈具采用集中驅動，客室每側燈帶分兩路間隔布置，通過降低集中驅動電源的輸出電流或PWM占空比來實現照度調節或緊急照明。

6.結論

該項目地鐵列車已通過運營前的各項試驗，即將載客運營。經過試驗驗證，該系統能夠連續動態地感知環境光強并有效控制LED電源輸出，實現了車廂內照度恒定及節能減排的目的，對后續地鐵列車照明系統的設計具有一定借鑒意義。