關于新型鐵路站場照明控制系統(tǒng)應用的研究
作者：張毅
隨著鐵路站場規(guī)模的不斷擴大，站場燈塔和燈橋的數(shù)量也不斷增加，場站照明的用電量也在成幾何級激增。因此，減少站場照明的耗能也越發(fā)重要。站場照明耗能分為二類，一類是光源自身的耗能，另一類是無效耗費和不合理使用造成的耗能。其中無效耗費和不合理使用造成的耗能，可以通過合理的照明控制系統(tǒng)來提高用電效率，降低能耗水平。
1 目前主流的鐵路貨場照明控制方式
目前鐵路貨場照明控制方式有集中控制、分散控制、時鐘控制、光電控制、無線控制，以及幾種方式組合控制�？刂泼浇橛锌刂齐娎|、定時器及光照度傳感器、電力載波、移動通信遠程控制、WIFI網絡遠程遙控等等。
1,1 采用控制電纜方式的照明控制系統(tǒng)
目前鐵路大部分貨場照明控制系統(tǒng)均采用控制電纜。采用控制電纜將照明控制開關按鈕、交流接觸器等控制設備接人照明回路，組成一個完整的控制回路，實現(xiàn)對照明設備的就地、遠方控制。
1.1.1系統(tǒng)原理
主電路接上交流接觸器的主觸點，將開關按鈕通過控制電纜連接交流接觸器的線包形成控制回路，通過開關按鈕的分合實現(xiàn)交流接觸器線包的通斷，從而實現(xiàn)交流接觸器主觸點的通斷。
1.1.2系統(tǒng)的優(yōu)缺點
控制電纜為傳統(tǒng)的照明控制方式，系統(tǒng)結構簡單，通過按鈕操作方便，實用可靠，在鐵路貨場應用十分廣泛。但必須通過人工操作才能實現(xiàn)照明設備的開關，適用于小規(guī)模鐵路站場。但隨著大型、超大型鐵路站場、物流中心貨場的出現(xiàn)，該方式的局限性也越發(fā)凸顯。該方式需要從控制點至燈具敷設控制電纜，在控制點多且分散的情況下，若要實現(xiàn)遠端集中控制，就需要大量敷設控制電纜，投資高，施工難度大，后期維護費用高。在大規(guī)模貨場應用中，采用控制電纜方式一般為分散就近控制，無法實現(xiàn)集中控制。
1.2 采用定時器及光照度傳感器方式的照明控制系統(tǒng)
1.2.1 系統(tǒng)原理
主電路接上交流接觸器的主觸點，定時器和光照度傳感器的輸出端接入交流接觸器的線包形成控制回路，設定好定時器的通斷時間，通過定時器及光照度傳感器輸出端的與邏輯實現(xiàn)交流接觸器線包的通斷，從而實現(xiàn)交流接觸器主觸點的通斷。
1.2.2系統(tǒng)的優(yōu)缺點
定時器方式的照明控制系統(tǒng)基本實現(xiàn)了無人控制，而且系統(tǒng)結構簡單。但是該系統(tǒng)只能在固定的時間點開燈或者關燈．在陰天晴天、冬天夏天的開關燈時間的差異上太死板，開關燈時間沒有自由性，需要定時維護來調整開關燈時間。且該方式并不適用鐵路貨場，由于鐵路貨場的特殊性，照明需要根據不同場合、不同性質進行時間段、工作模式的細分。定時器方式的照明控制系統(tǒng)無法滿足鐵路貨場的功能需求，并且在電力能源上無法有效控制。因此，定時器方式的照明控制系統(tǒng)僅可作為鐵路貨場或站場的終夜照明使用。
1.3采用電力載波方式的照明控制系統(tǒng)
電力線載波照明控制系統(tǒng)指利用燈具傳輸電力的線路作為通信信道來傳輸數(shù)字信號的一種控制方式。
1.3.1系統(tǒng)原理
通過LC諧振電路和功率放大電路將信號調制到高頻載波上進行傳輸?shù)囊环N通信方式。即燈具之間僅使用現(xiàn)有的電力線作為基礎架構，就可以實現(xiàn)數(shù)據的通信，不需要重新布線和修改，利用220／380V低壓配電電力電纜作為信息傳輸媒介進行數(shù)據傳輸，對輸電線也沒有任何特殊的要求。
1.3.2系統(tǒng)的優(yōu)缺點
電力載波最大特點是不需要重新架設網絡，只要有電線就能進行數(shù)據傳遞。但因為有以下缺點，導致電力線載波照明控制系統(tǒng)在鐵路上的應用并不成熟。首先，配電變壓器對電力載波信號有阻隔作用，所以電力載波信號只能在一個配電變壓器區(qū)域范圍內傳送。第二，三相電力線間有很大的信號損失。通訊距離很近時，電力載波芯片不同相間可能會收到信號。
一般電力載波信號只能在單相電力線上傳輸。第三，電力線存在本身固有的脈沖干擾。目前我國使用的交流電為50 Hz，其周期為20 ms，在每一交流周期中，出現(xiàn)兩次峰值，兩次峰值會帶來兩次脈沖干擾，即電力線上有固定的100 Hz脈沖干擾，干擾時間約2 ms，因此干擾必須加以處理，但至今沒有有效的方式處理。第四，實際應用中，當電力線上負荷很重時會造成對載波信號的高削減。當電力線空載時，點對點載波信號可傳輸?shù)綆坠�。但當電力線上負荷很重時，只能傳輸幾十米。
成都鐵路局現(xiàn)有貨場中，已有電力載波方式的照明控制方式的應用，但由于技術不成熟，故障率高，使用效果并不十分理想。
1.4采用移動通信遠程控制系統(tǒng)
隨著移動通信的普及，采用移動通信方式的照明控制系統(tǒng)也應用到了鐵路貨場照明。移動通信遠程控制系統(tǒng)就是利用外部通信運營商的移動通信網絡，在各照明終端安裝通信終端，將各照明終端聯(lián)人移動通信網絡，通過移動通信網絡實現(xiàn)對各照明終端的遠程控制。
1. 4.1系統(tǒng)原理
利用移動通信的廣泛覆蓋，在照明燈具端安裝控制終端、通信終端，將各照明終端聯(lián)入移動通信，通過移動通信納入計算機后臺系統(tǒng)，實現(xiàn)對各照明終端遠程集中控制。
1.4.2系統(tǒng)的優(yōu)缺點
由于移動通信網絡覆蓋廣，照明設備控制方便，可以不受地域、時間的限制。滿足臨時控制或人工巡檢需求，可通過PAD、手機登陸或GSM發(fā)送短信方式對各回路或整個系統(tǒng)進行遠程控制。但是移動通信網絡是收費網絡，系統(tǒng)長期運行會產生高額的費用，而且通信速率會受網絡運營商的限制，可能出現(xiàn)通信速度慢，控制命令難以下發(fā)的故障。
1.5基于WIFI方式的照明控制系統(tǒng)
基于WIFI的節(jié)能照明控制系統(tǒng)采用國際主流的WIFI通訊技術，在不改變原有控制回路的基礎上采用WIFI照明節(jié)能控制系統(tǒng)。被控單元在控制源頭進行單矩陣編號，使自動控制實現(xiàn)單點控制，任何單點故障均不影響其他單元的控制，對任意單點均能實現(xiàn)單獨編程控制，可實現(xiàn)對貨場、站場等地點照明節(jié)能控制，提高用電使用效率。
1.5.1系統(tǒng)原理
基于WIFI的節(jié)能照明控制系統(tǒng)由當?shù)乇O(jiān)控主站、數(shù)據采集站、通訊基站、控制終端組成。分別在適當?shù)牡乩砦恢锰幵O置WIFI基站，實現(xiàn)貨場、站場WIFI網絡全覆蓋，通過WIFI網絡將燈控的無線信號傳送到數(shù)據采集站，數(shù)據采集站集中將數(shù)據傳送到當?shù)乇O(jiān)控主站的工控計算機上。該方式可實現(xiàn)自動或手動兩種控制方式，當采用自動控制方式時，通過編寫燈控預案，工控計算機根據衛(wèi)星鐘時間和照度儀采集到的光照度，可在中控室實現(xiàn)對所有照明開關的控制。當采用手動控制時，可人工在燈控軟件上操作，對整個照明系統(tǒng)進行操作，其結構圖如圖1所示。
1.5.2系統(tǒng)特點
a． 采用無線方式，架構簡單。系統(tǒng)控制終端的通訊采用WIFI，減少了繁瑣的通訊線纜布線工作，只需在照明設備的電源線上安裝無線控制終端即可，并根據地形條件布置WIFI基站�？刂平K端分布在照明設備的后座控制部分，對別的照明設備不會造成干擾，而且每個照明設備都可作為控制對象，當有控制點增減時，系統(tǒng)可以做到“即插即用”，無需在系統(tǒng)的軟件和硬件上做多余改動。
該方式特別適用于鐵路大型貨場、站場。鐵路貨場、站場采用的投光燈塔高度一般為21.5 m，燈橋高度一般為18 m，且場內一般無高層建筑，一般僅需在燈塔和燈橋上布置WIFI的基站，就可實現(xiàn)整個場內的WIFI全覆蓋。
b．高度智能化的回路控制。系統(tǒng)專用的WIFI網絡編址算法及路由協(xié)議，克服了電力載波、單純GPRS等方式的不足，成功地解決了信號手拉手斷裂、群發(fā)沖突等問題。多次重發(fā)、本地計時綜合判定、WEB方式的監(jiān)控軟件設計、構件化系統(tǒng)設計等措施，保證了系統(tǒng)的可靠性。
c．安裝與維護的便捷性。系統(tǒng)基于WIFI網絡進行實施，因此在施工過程中無需布線，只需為系統(tǒng)設備提供工作電源即可，并且工作電源可與照明電源合用。
d． 自動模式下，系統(tǒng)可以根據不同場合、進行時間段、工作模式的細分，在保證必要照明的同時，有效減少燈具的工作時間和功率，節(jié)省了不必要的能源開支，也延長了燈具的壽命。
2基于WIFI方式的照明控制系統(tǒng)在“重慶長壽化工專用線工程”的應用
2.1 概述
新建地方鐵路重慶長壽化工園區(qū)專用線鐵路（簡稱長化專線）晏家站鐵路貨場整個照明范圍約為1.7 km,采用集中控制方式，控制點位于信號樓，信號樓處于整個站場中央。站場室外照明設施為：燈橋2座，燈塔6座，燈橋下有控制箱各1個，共計2個．1#燈橋有400 W投光燈22套，400 W泛光燈11套：2#燈橋有400 W投光燈16套，400 W泛光燈8套：每座燈塔有400 W投光燈6套，250 W泛光燈2套。
2.2系統(tǒng)設計
本次照明控制系統(tǒng)采用“基于WIFI方式”的照明控制系統(tǒng)，成都鐵路局范圍內首次使用該控制系統(tǒng)。系統(tǒng)的最大亮點是將每個光源都作為控制對象，實現(xiàn)實時監(jiān)控、實時控制。系統(tǒng)結構示意如圖2所示。
2.2.1系統(tǒng)組成
基于WIFI的節(jié)能照明控制系統(tǒng)主要有以下部件：當?shù)乇O(jiān)控主站、數(shù)據采集站、通訊基站、分布式無線控制終端組等。當?shù)乇O(jiān)控主站與數(shù)據采集站之間由光纖聯(lián)接，數(shù)據采集站與通訊基站之間用WIFI無線網橋網絡架接，分布式無線控制終端與通訊基站之間也是用WIFI無線方式連接。
2.2.1.1 當?shù)乇O(jiān)控主站
當?shù)乇O(jiān)控主站的主要功能是集中對各個分布式控制終端的數(shù)據進行監(jiān)測與控制，實現(xiàn)相應功能的遙測、遙信、遙控�？蓪�(shù)據采集站的信息匯總、集中到當?shù)乇O(jiān)控主站的工控機，實現(xiàn)對各個控制終端的集中監(jiān)控。
2.2.1.2數(shù)據采集站
數(shù)據采集站的主要功能是集中對相應地理區(qū)域功能模塊內全網的設備進行監(jiān)測與控制，實現(xiàn)相應功能的遙測、遙信、遙控。數(shù)據采集站可根據各測量點的信息設定控制終端的不同控制方案，控制照明設備的開關動作，實現(xiàn)智能化和節(jié)能的需求。
2.2.1.3通訊基站
基站的功能主要是對測控終端的網絡采集、建立和主站控制臺之間的連接，將測控終端的信息傳送到數(shù)據采集站和將數(shù)據采集站發(fā)出的各種命令經基站傳送給終端。其主要設備包括無線AP、無線網橋、電源控制箱、數(shù)據控制箱等。無線AP的功能是對傳感器單元終端和控制單元終端的網絡采集，無線網橋在無線AP和數(shù)據采集站之間建立網絡橋接。基站控制箱對基站的電源進行控制，同時設有UPS電源，控制箱輸出電源給無線AP、無線網橋供電并將無線AP和無線網橋進行網絡連接。
2.2.1.4分布式無線控制終端
無線控制終端與照明設備相連接，可以將當?shù)乇O(jiān)控主站的控制命令通過網絡傳送到控制終端，進而對照明設備進行智能控制。無線控制終端之間是獨立的，通過無線控制，因此可根據需要方便地安裝在照明設備上。
2.2.2軟件設計
上位機軟件主要用來提供與用戶交互的界面，主要包括照明設備參數(shù)的顯示及控制界面，其結構圖如圖3所示。
2.3具體方案
分別在燈橋和燈塔照明燈上安裝盒式單燈WIFI控制終端。晏家站信號樓設立無線基站，WIFI信號覆蓋整個晏家貨場。
以信號樓為中心，在信號樓建立基站，基站上三個方向設有AP，讓WIFI信號輻射照明工作區(qū)。AP將接收WIFI控制終端信號，并通過有線網最終將數(shù)據匯接人中控室，中控室集數(shù)據采集和當?shù)乇O(jiān)控于一身，大大減少了場地占用。
2.4 系統(tǒng)特點
a． 基于WIFI的獨立、全覆蓋無線網絡結構。系統(tǒng)的網絡都采用WIFI方式，WIFI網絡全覆蓋照明工作區(qū)，確保每個控制終端都能接入WIFI網絡，在這范圍內任何采集到的信息都可通過WIFI網絡傳輸和信息交互，以實現(xiàn)對信息的智能化識別、定位、跟蹤、監(jiān)控和管理。
b． 自由分布式無線控制終端。系統(tǒng)控制終端的通訊都是WIFI方式的，減少了繁瑣的布置通訊線纜的工作，只需在照明設備的電源線上安裝一個無線控制終端即可，簡單方便，可根據照明設備的分布來設置控制終端，比傳統(tǒng)的控制終端設置方式更方便靈活。
c．智能化后臺控制。該系統(tǒng)的后臺監(jiān)控設計基于節(jié)能減排的理念，在確保照明作業(yè)正常工作的情況下，最大限度地滿足用戶實際需要。后臺控制有燈光監(jiān)控、單燈控制、燈組照明模式控制和照明預案控制。
d．安全穩(wěn)定。通過系統(tǒng)中心設置，防止非授權人操作，確保系統(tǒng)監(jiān)控安全可靠。依據數(shù)據采集情況，可判斷終端設備運行狀態(tài)。所有運行參數(shù)（自動通斷電時間、區(qū)域劃分）可在管理終端隨時設置，隨時啟用，管理方便。
e．環(huán)保節(jié)能。本系統(tǒng)緊扣低碳節(jié)能的社會生活理念，積極響應國家節(jié)能減排政策，采用無線單燈控制技術，智能實時監(jiān)測燈具工作狀態(tài)，解決了目前有線網絡施工復雜、靈活性差、能源浪費等問題，以低成本高可靠的方式從根本上解決了傳統(tǒng)照明控制系統(tǒng)的不足，節(jié)約電能，提高了照明管理水平。
f． 安裝與維護的便捷性。系統(tǒng)基于WIFI網絡，因此在施工過程中無需布線，只需為系統(tǒng)設備提供工作電源即可。
系統(tǒng)主要的效益包括：
a．降低能耗，單燈控制，實現(xiàn)按需照明。
b． 自動識別單燈的報警和故障，減少人員夜間巡邏。
c．有效減少能源浪費，可以根據單個路燈的使用時間數(shù)據，實現(xiàn)燈具的預維護，使得燈具時刻工作在最佳狀態(tài)。
d．增加安全防范功能，單燈狀態(tài)監(jiān)控，可以實現(xiàn)快速故障燈具的處理，遠程實現(xiàn)對任何燈具的亮度控制，保持重點區(qū)域的亮度，提升重點區(qū)域的安全性。
e．降低光污染。
f． 解決責任難題，提供每一個燈具每天的運行數(shù)據以供分析。
g．實現(xiàn)7×24 h監(jiān)控，通過監(jiān)控軟件，可以在網絡上的任意工作站進行控制，實現(xiàn)任意燈具運行數(shù)據的顯示。
h．與現(xiàn)有信息系統(tǒng)的集成，將照明控制系統(tǒng)集成到現(xiàn)有的貨場綜合監(jiān)控系統(tǒng)中。
3 結語
近年來，隨著大型的鐵路站／貨場、鐵路物流中心的不斷出現(xiàn)，對照明節(jié)能和科學管理提出了更高的要求，使得照明控制越來越重要。傳統(tǒng)控制系統(tǒng)已不再滿足現(xiàn)代大型鐵路站／貨場、物流中心的需求，WIFI照明控制系統(tǒng)技術的出現(xiàn)，不僅能夠滿足照明系統(tǒng)智能控制的要求，還能實現(xiàn)照明系統(tǒng)節(jié)能、故障預判功能。當系統(tǒng)出現(xiàn)故障時，調度人員能及時掌握故障信息，更好地保障照明系統(tǒng)的正常運行。與傳統(tǒng)的照明系統(tǒng)相比，基于WIFI方式的照
明控制系統(tǒng)具有成本低、操作安全、安裝簡單、維護方便、功能豐富、優(yōu)異的可擴展性、便于系統(tǒng)集成等一系列優(yōu)點。
4摘 要：對目前主流的鐵路站場照明控制系統(tǒng)進行比較分析，重點分析基于WIFI方式的照明控制系統(tǒng)特點和優(yōu)勢，并結合實例介紹基于“WIFI”方式的照明控制的原理、特點及在大型鐵路站場照明控制的應用。
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