智能照明系統在地鐵列車客室中的應用研究

楊松濤

（北京京西無極建筑勞務有限公司，北京 100071）

0 引 言

地鐵智能照明系統的建設是保證地鐵照明合理配置的關鍵。我國照明控制系統的發展主要經歷了4個階段，即手動控制階段、定時控制階段、自動調光控制階段，以及EIB 智能控制階段。在地鐵發展初期，因為計算機技術才剛剛開始發展，人工控制的基礎應用受到了較多的限制，主要是結合現場情況及操作時間上的差異來配置照明管理人員，并由該人員完成照明參數的設定工作，這種控制方式缺乏合理性，可能會造成能源浪費等問題。

目前，自動控制得到了廣泛應用，在交通領域，也開始關注智能照明控制技術，著手應用智能照明系統。智能照明控制系統主要是指以智能化的方式完成照明管理工作，以科學的方式控制照明時間和光源群，使得調光、場景控制、傳感器控制等得以實現的系統。

1 客室照明系統

軌道交通是現代人們出行的一種非常重要的交通工具，可以讓乘客更加快捷地到達目的地。良好的乘車體驗是乘客選擇出行的關鍵，客室照明系統在這方面發揮著重要的作用[1]。

傳統的客室照明系統結構單一、驅動電源過多，導致燈具線路較復雜、成本較高，且當某一驅動電源故障時，燈帶內的部分燈珠熄滅，車廂內照度不一致。因此，提供一種結構簡單的客室照明系統，保證所有燈具的照度一致，同時避免因某一驅動電源故障而導致部分燈具照度下降或部分不亮，是目前亟待解決的問題。

2 傳統客室照明系統

2.1 驅動電源

長沙軌道交通1號線列車每節車輛的客室照明系統由4個驅動電源和2組燈帶組成，每組燈帶包含2路照明光源，分別由2個不同的驅動電源進行驅動，且每路照明光源相互獨立、互不影響。

該項目車輛客室照明系統如圖1所示（圖1中只列舉了單側照明系統結構，另一側與之相同），所有的LED光源均采用并聯結構，最大限度地確保在同一驅動電源下的每個LED光源照度相同。若其中某個LED光源故障，基本不影響整體照明系統的照度。燈帶采用5條線路結構（2條火線、2條零線和1條接地線），各線路相互穿插，并采用5針插頭插座進行連接[2]。

圖1 長沙軌道交通1號線車輛客室照明系統設備線路布置圖

該客室照明系統會因驅動電源常年老化而導致每個驅動電源的輸出功率不同，每路照明的照度不同。當某一驅動電源因老化而出現故障時，故障驅動電源所驅動的那路照明就會熄滅，造成左右兩路燈帶的明暗分區。

2.2 照明系統

長沙軌道交通2號線列車每節車輛的客室照明系統也由4個驅動電源和2組燈帶組成，每組燈帶分別由2個不同的驅動電源并聯驅動，所有的LED光源均采用并聯結構，如圖2所示。燈帶采用3條線路結構（火線、零線和接地線各1條），簡單整齊。

圖2 長沙軌道交通 2 號線車輛客室照明系統

該客室照明系統會因兩個并聯驅動電源的老化程度不同而輸出不同的功率，加速驅動電源的老化速度，導致驅動電源故障。同時，當某一驅動電源因老化而出現故障時，其所驅動的那組燈帶明顯變暗，也會造成兩組燈帶的明暗分區[3]。

3 智能客室照明系統

智能客室照明系統由1個電源控制器、2個驅動電源和2組燈帶組成，電源控制器實時監視和控制驅動電源的工作狀態，驅動電源間通過均流母線連接，實現并聯驅動電源輸出功率的一致性。該設計結構可以保證車廂內的照度一致，且當電源控制器或某個驅動電源發生故障時，不會造成車廂內照度的不均勻。電源控制器和驅動電源安裝在車體側頂C型槽上，位于客室內裝與車體之間[4]。

3.1 電源控制器

電源控制器經過內部單片機控制驅動電源的功率輸出，同時監測驅動電源的工作狀態。當某個驅動電源故障時，電源控制器能馬上檢測到并及時關閉故障電源的輸出，同時調整客室的平均照度，使其降低幅度不大于30%。當電源控制器故障時，兩個驅動電源仍能以同等功率對燈具進行供電，不會造成燈帶無法點亮、明暗相間或區域照度不一致的情況。

電源控制器留有緊急信號輸入接口，當其接收到高電平緊急照明啟動信號時，自動降低輸出，從而降低車內所有燈具照度（為正常照明的30%左右）。

3.2 驅動電源

驅動電源，具有電源模塊損壞告警、PWM 調光（光衰補償）和應急控制功能。其外部留有均流接口，當兩個或多個驅動電源并聯時，可以通過均流母線的連接保證所有并聯的驅動電源輸出相同的功率。同時，驅動電源的外部控制接口可接收到來自電源控制器的控制信號，自動調節輸出功率。

驅動電源的額定輸入電壓為DC 110 V，額定輸出電壓為 DC 54 V，額定輸入電流最大為3.6 A，額定輸出功率為250 W。驅動電源有4擋電源轉換功率可切換[5]。

4 地鐵車站照明系統自動控制問題的解決方案

（1）用雙點控制代替單點控制，提高可靠性

修改環控系統PLC程序，將照明控制觸點改為雙點控制，增加控關點 KA2，這樣 BAS 控制照明由兩個點完成。遙控回路增加BAS控開自保持點，提高照明回路控制的可靠性。此方案需要修改BAS數據庫，增加控關點，系統I/O模塊也相應增加控關點，照明控制箱內需增加繼電器實現功能。

此方案可通過增加BAS控制輸出點，達到提高照明系統可靠性的目的。但由于原設計沒有留夠預留點，增加設備成本較高，同時需要修改數據庫，在數據庫中增設一個輸出點，實現與現場PLC 的雙點控制相對應，并且還要將新修改的數據庫重新下裝到車站的系統服務器中，這樣就需要對整個系統內的所有點進行調試，以確保系統的可靠性。這種方案的工作量較大，對整個系統的影響也很大，還會給運營帶來較大風險[6]。

（2）增設定時器，用定時器的控制點替代 PLC的常保持控制點，提高系統的可靠性

由于要增設冗余PLC、現場總線工程復雜，對整個BAS系統影響大、工期長。因此考慮相對簡單的改造方案，在現場控制回路，采取措施，提高其可靠性。通過增設定時器，用定時器的常保持控制點并聯PLC 的常保持控制點，提高系統的可靠性，定時控制車站照明。定時器結構簡單、性能可靠，現場安裝簡便易行，對系統影響小。但由于季節不同，地面車站的開關燈時間需要調整，也就是要定期調整定時器的時間設置，造成后期維護工作量較大。而且如遇到延長運營時間、陰天等天氣突變需要臨時調整開關燈時間的情況時，還需BAS遙控開關燈，這時，定時器未投入工作，控制點未閉合，無法提高系統的可靠性，因此前文所述的幾類隱患仍存在，未能徹底解決[7]。

（3）常開點改常閉點的反邏輯控制方案

現有二次控制回路是通過PLC輸出控制中間繼電器的常開點閉合來控制照明回路投入工作，并需要PLC保持輸出的控制信號來使常開點保持閉合狀態。故障時，由于PLC輸出信號不能保持，造成已吸合的常開點斷開，導致照明系統接觸器釋放。筆者設想能否通過使用中間繼電器的常閉點代替PLC輸出信號控制的常開點吸合控制照明回路工作。這樣照明控制回路在工作狀態下穩定，不需要 PLC 輸出常保持的控制信號來保持照明回路在開啟的工作狀態。但這樣存在的問題是如何關閉照明。按照上面的反邏輯思路，設想在關閉照明時，可通過PLC輸出信號控制繼電器的常閉點斷開來控制二次回路的接觸器釋放，使照明系統停止工作。這樣就可以提高系統的穩定性，并且不影響照明系統的現有功能[8,9]。

根據上述設想，對系統的二次回路進行了改造試驗。在采用這種控制方式接線時，發現照明系統工作期間PLC模塊不能按上位機指令輸出控制信號，無法遙控停止車站照明。在對 BAS 系統的 PLC控制程序進行分析后發現，在原有程序中PLC采集到照明系統返信繼電器 KA1 常開點斷開的情況下，PLC判斷照明系統未投入工作時，PLC才能輸出 24 V的控制命令；而改變現有二次回路的接線后，PLC需要在照明返信點常開點閉合時，發出控制命令，這不符合原有的控制邏輯，造成無法關閉照明，為此需對照明的返信設置進行更改。考慮用KA1的常閉點作為照明的PLC返信點，在上位機BAS軟件的返信配置上做修改。當照明工作狀態返信點斷開時，上位機配置為照明工作狀態；當照明工作狀態返信點閉合時，上位機配置為照明停止狀態。經過這樣的設置，既符合原有PLC的控制邏輯，且在按反邏輯更改接線后也能正常用系統開啟、停止照明[10]。

從控制原理上分析，經過這樣的改造，即使某一驅動電源發生故障，也不會對工作中的照明系統產生任何影響；而在照明系統不工作時所發生的故障也只會造成車站照明系統的開啟。從改造施工方面分析，只需將原控制回路中接 KA 常開點更改為接常閉點；將BAS返信回路接 KA1 繼電器常開點改為接常閉點，同時在BAS 界面修改相應軟件設置，在BAS監控圖形上正確返信。

5 結 論

本文對長沙軌道交通1號線、2號線列車上采用的傳統客室照明系統進行了分析，掌握了其在設計和應用上的優勢和缺陷，并在此基礎上提出了一種成本更低、燈帶線路更簡單、穩定性更高、設備故障率更低的智能客室照明系統。

該照明系統已通過型式試驗和例行試驗，且成功應用于某項目磁浮列車的客室照明中。經過長時間的運行考核驗證，該系統完全滿足磁浮列車的客室照明設計要求。截至目前，已上線的磁浮列車客室照明系統未出現任何故障。