乌鲁木齐车辆段南整备库照明灯采用分路控制，每路配有1个空气开关，使用时将开关合上，该路的照明灯就全部点亮。在没有作业时，也无法实现部分关闭，如果全部关闭，会给值班人员带来不便，也不利于安全。为在满足作业需要的前提下，节约电能，开发研制了大库照明节能控制系统，2年即可收回投资。该控制系统除适用于现有大库的照明系统改造外，对新建大库照明设计也具有参考意义。

　　问题提出

　　整备库原照明系统状况

　　乌鲁木齐车辆段南整备库长600m，宽21m，共有照明灯296盏，总功率为66.5kW，分为4路。其中A路为南侧壁灯，共有50盏，总功率为8.75kW;B路为南侧吊灯，共98盏，总功率为24.5kW;C路为北侧吊灯，共98盏，总功率为24.5kW;D路为北侧壁灯，共50盏，总功率为8.75kW。外加2座灯桥，功率为22kW。A、B两路共用南侧配电柜，c、D两路共用北侧配电柜。每路采用三相四线制供电，为兼顾三相平衡，每路配有1个空气开关。使用时将空气开关合上，该路的照明灯就全部点亮。另外，灯的开关在东大门旁，库长600m，操作上很不方便，增大了作业者的劳动强度，天黑前将灯全部打开，第二天早晨熄灭。而通常情况下，在夜间作业时，除作业线需全亮外，其它灯可部分间隔熄灭，节约用电;每天凌晨3：00，库内作业就已全部结束，只需要提供值班人员所需的照明即可。

　　需要解决的问题

　　1.对每一路灯的全亮、全灭、隔一亮、隔三亮、隔四亮控制;

　　2.天黑、天亮时，自动开关灯;

　　3.每晚3：00或4：00自动切换至隔一亮;

　　4.当控制系统出现故障时，要能立即切换回原有的空气开关控制模式;

　　5.PC机可根据需要实时控制。

　　方案设计

　　方案的比选

　　最初设计了3套方案，如表1所示。

　　方案3 由于采用单片机，可就地使用照明电源，节省大量的供电电缆，各路可共用l根二芯电缆作为通讯线，采用串行通讯将数据传至各单片机，由单片机处理后驱动所带的照明灯。经过综合考虑布线与控制盒的费用关系后。选定每一个控制盒控制l4盏灯较为适宜，将控制盒放在l4盏灯的中间部分，向两侧各控制7盏灯。这样，A、D路每路50盏灯，各需要4个控制盒;B、C路每路98盏，各需要7个控制盒;2个灯桥各用1个控制盒，共24个控制盒，如图1所示。

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　　工作原理

　　控制系统原理

　　该照明控制系统包括技术参数的设定、现场数值的采集、信息的传输、信息的加工和处理、控制信号的输送、受控对象被控、被控后信息的反馈等环节。在大库中央南侧墙上安装1个主控箱，通讯线接到各路的中部，信号传输到大库东西两侧的距离基本相等，以保证通讯可靠。主控箱将PC机发来的数据分解到各路的子数据包中，分别通过各路的电缆依次传递到各路的控制盒。PC机与主控箱的通讯速率(波特率)设为1200bit/s，采用RS485方式通讯。主控箱与各路控制盒的通讯方式初期也使用RS485方式，波特率亦设为1200bit/s，但在试运行1～2个月后发现，该方式误码率比较多，主要原因是由于通讯线是沿照明电源线布设的，交流干扰较大，易造成485芯片的损坏。后期将通讯方式改为电流环通讯，各路均由同一个8mA恒流源供电，在单片机的控制下，依次向各路送出与该路串行码同步的脉冲电流，在流经各个控制盒的光电耦合器后返回主控箱形成电流环。控制盒将所接脉冲整形后送至其单片机串口进行数据接收。由于光电耦合器的响应速度较慢，为了提高可靠性，将波特率降为300bit/s，经使用效果较好，抗干扰性能大幅度提高，如图2、图3所示。

　　手动控制优先

　　在设计上，由于使用单位有手动控制优先的要求，即当控制系统出现故障时，要能立即切换回原有的空气开关控制的模式，因此，采取了以下措施：

　　1.各终端盒内采用常闭触点的继电器，控制系统失去作用时，自动接通照明线路，这样只要扳动空气开关，就可控制该路灯的启闭;

　　2.由于各控制盒的电源均就地取电，为防止个别单片机出现不受控现象，在控制盒内加装了24V微型继电器，由主控箱通过与通讯线同缆的直流供电线路，向控制盒提供24V直流电，从而实现集中控制各控制盒的电源。当主控箱失电时，各控制盒也切断了电源，保证了恢复原系统控制方式的可靠性。由于24V直流继电器驱动电流很小，仅8～10mA，一路有7个控制盒，最大电流也只要7OmA，对

　　线径要求不大。所以通讯线和直流供电线采用了1根网线，1组双绞线作为1根使用。

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　　增设总控箱

　　因为值班室的控制电脑不是专用电脑，用途较多，经常需要切换到其它软件，有时还会关机，因此决定在大库内增设1个总控箱来解决这个难点，对照明系统实现双控。总控箱内设单片机控制系统、各路交流接触器驱动电路、光敏检测电路、实时时钟电路、存储电路、RS485通讯电路、电源电路等，如图4所示。

　　主要功能是：

　　1.接收PC机发来的指令，经过处理后再转发给大库中部的主控箱;

　　2.记录所有执行的指令;

　　3.向Pc机传送记录数据，供上位机软件统计、分析;

　　4.按上位机设定的时间进行节能模式的切换;

　　5.实现自动开、关灯功能;该功能也可采用普通的定时方法来实现，但由于太阳升起和落下的时间每天都在变化，为达到最佳的节能效果，考虑采用光控的办法。但单纯用光控的办法，容易受到干扰，假设夜间有机车停在某处，其大灯的照射会造成错误关灯，引起其它连锁反应;我们解决的方法是：在已知乌鲁木齐地理纬度43。17的条件下，计算出每天Et出、Et落的时间，在Et落前后1h这一时段，单片机检测光照强度，当照度小于某一值时自动进行库内照明灯点亮操作;在Et出前后1h内单片机再根据照度的临界值自动进行库内照明灯和灯桥的关闭。灯桥的开启由于室外比室内亮，要晚20min左右，且根据调车需要才决定是否开灯，因此值班室要手控操作。照度的检测采用的是光敏电阻。但光敏电阻的安装位置很有讲究。如果位置偏低，则当库内光线暗时，它的电阻值降低，致使单片机发出开灯指令。为避免光敏电阻受机车灯光及手电筒等强光干扰造成错误关灯，我们将光敏电阻密封防水后安装于大库顶部屋面板下黑暗处，只感受自然光的照度，不受其它强光的干扰。在数据记录上，使用了8K字节的存储器。其中从0000H地址开始的512字节作为系统的数据存储器使用，从0200H～07FFH地址安排为指令记录区，每条记录占用16字节，用于记录当前执行的时间(年、月、Et、时、分、秒)和执行结果，共可记录480条。为保存多天的记录，采用滚动记录的方法，即当存储到最后一条记录后，将指针指向第一条记录，再有记录时，就记录到了顶部，前面的记录仍然保留。整个系统的自动控制是否准确无误取决于系统时钟的精确性，因此选用了DS1302串行时钟，并备有后备锂电池，保证时钟的连续运行。在上位机软件中，增加了与下位机交换数据、修改时钟、设定自动切换节能模式的时间、查询控制结果、统计数据等功能。

　　方案改进

　　在使用过程中出现了一些问题，及时地给予了解决。例如：

　　1.电源偶尔出现瞬时掉电现象。各控制盒在掉电并重新接通后，单片机恢复初始状态为点亮照明灯状态，因此夜间出现瞬时掉电现象不会影响照明，但如果出现在白天，当照明控制软件未启用时，就无法及时发现白天掉电亮灯的现象，反而造成电能的浪费。为此，我们在主控箱内增设了存储器件，将上位机发出的指令存储起来，当掉电后再重新送电时，在规定的时间后(20s左右)会自动从存储器取出上次指令发往各路控制盒，很好地解决了上述问题。

　　2.A路的供电电路不仅带有50盏175w的钠灯，而且还带有2个灯桥，总功率达到30.75kW，经常

　　发生该路的空气开关跳闸或其中一相接触不良，导致挂在该路的主控箱失电而造成整个控制系统失灵。经与段领导协商后决定，将东侧灯桥从A路分离出去，将A路总功率减少了15.2kW，从根本上解决了这个问题。

　　3.整个系统操作简便、控制灵活，但能否节能仍要依赖于操作人员的责任心，因此从硬件上解决了自动切换节能模式(隔一亮、隔三亮、隔四亮)及自动开、关灯的问题，有效地提高了节能经济效益。

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　　综合效益

　　社会效益

　　本系统于2004年10月开始研制，12月开始安装调试，经不断改进完善，于2005年9月30Et投入正式运行。该系统操作简单，控制灵活，维修方便，所使用配件均为通用型，易于更换。值班人员只需在微机操作系统中点击控制键，库内照明灯即可实现远控自动开灯、关灯和自动切换节能模式。

　　实现照明的人性化

　　由于不同的区域对照明质量的要求不同，要求调整控制照度，以实现场景控制、定时控制、多点控制等各种控制方案。方案修改与变更的灵活性能进一步保证照明质量。

　　提高管理水平

　　将传统的开关控制照明灯具的通断，转变成智能化的管理，使高素质的管理意识用于系统，以确保照明的质量。

　　节约能源

　　利用智能传感器感应室外亮度来自动调节灯光，以保持室内恒定照度，既能使室内有最佳照明环境，又能达到节能的效果。根据各区域的工作运行情况进行照度设定，并按时进行自动开、关照明，使系统能最大限度地节约能源。

　　经济效益

　　根据工作的需要，现设定于每日凌晨4时进行隔一亮控制，早晨天亮后关灯，2005年12月1日—2006年1月10日冬至前后，早晨9：30关灯，全年平均每天节电时间为4h，再每天自动开关灯和手动控制隔一亮，平均每天节电2.5h，节电效果显著。

　　1.按每天节电2.5h，耗电比较如表2所示。

　　半年节电：236124—193959=42165kW.h×0.6元=25299元

　　2.隔一亮节电：33.25kW×5h×180d=29925kW.h×0.6元=17955元

　　2005年2—3季度乌鲁木齐车辆段整备库照明节能控制系统共节电：42165kW.h+29925kW.h=72090kW.h×0.6元=43254元。按此计算2年即可收回投资。

　　结论

　　1.大量采用单片机技术，可减少电线路的敷设数量，降低了成本，还可显著提高系统运行的可靠性。

　　2.在不改变既有配电线路的情况下，实现了对每盏灯的独立控制，为各单位根据实际需要实现不同的控制模式提供了技术保证。

　　3.在灯具的控制电路中，取消传统的继电器，采用无机械触点的固态继电器，可使得其寿命长、维护简单。

　　4.智能照明控制系统适用于既有库的照明设施改造。