地鐵列車自適應(yīng)照明系統(tǒng)的設(shè)計

文永亮

摘要：地鐵列車的自適應(yīng)照明系統(tǒng)，能根據(jù)外界光照強度自動調(diào)節(jié)車廂內(nèi)照明燈具的亮度，使車廂內(nèi)的照度始終保持在一個恒定值，達到節(jié)能的目的。本文結(jié)合上海某地鐵項目，介紹了該自適應(yīng)照明系統(tǒng)的設(shè)計，分析了自適應(yīng)照明系統(tǒng)的技術(shù)特點。

關(guān)鍵詞：自適應(yīng)?照明系統(tǒng)?節(jié)能

1.引言

節(jié)能減排是目前地鐵列車設(shè)計過程中的一個原則，照明系統(tǒng)屬于地鐵列車中的一個用電量比較大的系統(tǒng)，地鐵列車可能在隧道及地面運行，當(dāng)?shù)罔F列車運行至地面時，外界有光照，此時地鐵列車車廂內(nèi)的照明燈具應(yīng)降低亮度，自適應(yīng)照明系統(tǒng)的能很好的實現(xiàn)此功能，自動的根據(jù)外界光照強度調(diào)整燈具的亮度，達到節(jié)能減排的目的。

2.系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及工作原理

上海某地鐵項目自適應(yīng)照明系統(tǒng)在每個車廂內(nèi)設(shè)置的設(shè)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(tǒng)配置表。

表1照明系統(tǒng)配置表

名稱

數(shù)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(guān)位于列車司機駕駛室內(nèi)，正常情況下，司機由受控司機室對照明的工作狀態(tài)進行控制。車輛在地面、隧道不同區(qū)間運行時，?光強傳感器實時采集客室照度，并將采集到的數(shù)據(jù)實時發(fā)送到照明控制器，照明控制器將數(shù)據(jù)進行比較運算處理后，發(fā)送指令給LED照明電源，LED照明電源根據(jù)收到的指令調(diào)節(jié)輸出功率，進而調(diào)整燈具的亮度，使車廂內(nèi)照度始終保持在一個恒定值。圖1為系統(tǒng)構(gòu)架圖。

圖1?自適應(yīng)照明系統(tǒng)構(gòu)架圖

3.系統(tǒng)設(shè)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(nèi)，負(fù)責(zé)控制整個車廂照明系統(tǒng)設(shè)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(shù)據(jù)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(jù)控制策略，輸出控制指令;

（4）顯示系統(tǒng)狀態(tài)信息;

（5）與列車控制系統(tǒng)有硬線接口，發(fā)送故障信息;

（6）可以利用SD卡修改系統(tǒng)參數(shù)和控制策略;

（7）能夠?qū)⒈匾男畔⒂涗浽赟D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(cè)，負(fù)責(zé)采集車廂內(nèi)的照度數(shù)據(jù)，檢測車廂內(nèi)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(shù)據(jù)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(biāo)準(zhǔn)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(dāng)占空比小于10%或者大于90%時，表示控制器已經(jīng)出現(xiàn)故障，LED電源需要進行最大亮度輸出;

4.系統(tǒng)控制策略

上海某項目地鐵列車自適應(yīng)照明系統(tǒng)有自動模式、手動模式、應(yīng)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(jù)以下邏輯進行控制：

（1）同一車廂內(nèi)，綜合兩個亮度傳感器采集的光強數(shù)據(jù)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(dāng)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(jīng)過一段時間的平均濾波之后輸給主控器的內(nèi)部調(diào)節(jié)器;

（3）控制算法分為兩大類，一類為突變響應(yīng)，另外一類為動態(tài)跟蹤。

（4）其中動態(tài)跟蹤算法模型符合一個閉環(huán)調(diào)節(jié)系統(tǒng)的特征。調(diào)節(jié)器的調(diào)節(jié)參數(shù)將根據(jù)現(xiàn)場的實際環(huán)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?shù)臄?shù)據(jù)進行處理，直接給LED照明電源輸出預(yù)設(shè)的最大亮度信號，LED燈具輸出最大亮度。

4.3應(yīng)急模式

當(dāng)?shù)罔F列車的輔助電源系統(tǒng)出現(xiàn)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(yīng)照明系統(tǒng)進入應(yīng)急模式，主控制器輸出規(guī)定的應(yīng)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(dāng)兩個亮度傳感器同時出現(xiàn)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(yù)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(nèi)設(shè)置具4個調(diào)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(tǒng)燈具分為兩路，每兩個電源模塊控制一側(cè)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(fù)責(zé)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(qū)動，客室每側(cè)燈帶分兩路間隔布置，通過降低集中驅(qū)動電源的輸出電流或PWM占空比來實現(xiàn)照度調(diào)節(jié)或緊急照明。

6.結(jié)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(jīng)過試驗驗證，該系統(tǒng)能夠連續(xù)動態(tài)地感知環(huán)境光強并有效控制LED電源輸出，實現(xiàn)了車廂內(nèi)照度恒定及節(jié)能減排的目的，對后續(xù)地鐵列車照明系統(tǒng)的設(shè)計具有一定借鑒意義。