LED高桿照明控制系統(tǒng)在虹橋機(jī)場中的技術(shù)應(yīng)用

摘要：2018年上海亞明承接了“虹橋機(jī)場東區(qū)3號高桿燈光源改造工程”， 研發(fā)團(tuán)隊(duì)通過多次對虹橋機(jī)場停機(jī)坪進(jìn)行實(shí)地勘察和技術(shù)攻關(guān)，最終由公司研發(fā)生產(chǎn)的2000W LED超大功率燈具成功解決了300m照射距離、單燈200000lm輸出@3000K、低總重等難題，成功替換原有鈉燈燈具，另外燈具配備DMX-RDM控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了RDM 在對大型燈具的集成化控制，數(shù)據(jù)的雙向傳輸，燈具狀態(tài)的實(shí)時(shí)監(jiān)控，保障停機(jī)坪的安全照度。

改造后，機(jī)坪遠(yuǎn)機(jī)位場地照度及均勻度整體提升，DMX-RDM控制系統(tǒng)的集成化控制達(dá)到了預(yù)期的效果，達(dá)到了降低改造投資成本、節(jié)省費(fèi)用、改善照明環(huán)境的理想效果。

該工程突破了超高功率LED光源一直存在的配光、散熱、自重過大等難點(diǎn)，代表了國內(nèi)領(lǐng)先的LED照明技術(shù)。這也是國內(nèi)首個(gè)超高功率LED小角度單模組投光燈的應(yīng)用案例。

關(guān)鍵字：虹橋機(jī)場? 機(jī)場高桿燈照明系統(tǒng)? DMX-RDM集成控制

1 引言

1.1機(jī)場高桿燈照明系統(tǒng)

機(jī)場高桿燈照明系統(tǒng)是機(jī)場機(jī)坪泛光照明系統(tǒng)的重要組成部分，其工作穩(wěn)定性和可靠性直接影響機(jī)場的正常運(yùn)行。機(jī)場高桿燈照明系統(tǒng)主要有光源照明裝置及控制系統(tǒng)兩個(gè)核心部分組成，因此實(shí)現(xiàn)節(jié)能改造應(yīng)重點(diǎn)從兩個(gè)方面入手：一是針對高桿燈的光源照明裝置進(jìn)行優(yōu)化;一就是對控制系統(tǒng)進(jìn)行合理調(diào)整，提升控制能力，使高桿燈在滿足運(yùn)行使用標(biāo)準(zhǔn)的前提下實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗目標(biāo)。

1.2機(jī)場環(huán)境對無線信號的要求

智能控制產(chǎn)品主要包括：無線控制（ZigBee、LoRa和NB-IoT）和有線控制（DMX-RDM、PLC、Dali）。

由于機(jī)場環(huán)境對無線信號的嚴(yán)格管控，無法實(shí)現(xiàn)無線控制。而在有線控制中PLC控制方式信號質(zhì)量差，帶寬窄，而且在線路停運(yùn)時(shí)檢修時(shí)就不能傳送數(shù)據(jù)，同時(shí)，配電變壓器對電力載波信號有阻隔作用。而在Dali 控制方式中由于協(xié)議的定義局限了控制燈具的數(shù)量及響應(yīng)速率難以滿足機(jī)場燈具數(shù)量多及控制高時(shí)效的要求，基于這樣的高桿照明控制系統(tǒng)升級換代的需求下，上海機(jī)場（集團(tuán)）有限公司開展了虹橋機(jī)場東區(qū)3號坪高桿燈光源改造項(xiàng)目招標(biāo)。

2 虹橋機(jī)場高桿燈照明系統(tǒng)改造項(xiàng)目

2.1現(xiàn)狀調(diào)查：

虹橋國際機(jī)場有兩條近距平行跑道（東跑道3400×45米;西跑道3200×60米）、4條滑行道。兩條跑道的目視助航燈光現(xiàn)以Ⅰ類精密進(jìn)近燈光系統(tǒng)運(yùn)行。跑道上設(shè)有跑道入口燈、跑道末端燈、跑道中線燈、跑道邊燈、風(fēng)向標(biāo)（燈）、PAPI系統(tǒng);滑行道和機(jī)坪上設(shè)有滑行道中線燈、滑行道邊燈、中間等待位置燈、跑道警戒燈;南北進(jìn)近區(qū)域內(nèi)設(shè)有進(jìn)近燈、進(jìn)近橫排燈和順序閃光燈，整個(gè)飛行區(qū)（南北下滑區(qū)域、跑道、滑行道）內(nèi)共有各類助航燈具8200多只，滑行引導(dǎo)標(biāo)記牌365塊，全場控制電纜回路146個(gè)，以及相應(yīng)的隔離變壓器、燈箱7200多只;東西區(qū)站坪區(qū)域設(shè)有117基高桿燈、58塊橋位牌、132塊機(jī)位牌。

機(jī)坪泛光照明主要依靠高桿燈實(shí)現(xiàn)，是幫助飛行員滑行航空器進(jìn)出最終停放位置;為旅客登機(jī)及其他機(jī)坪作業(yè)人員提供舒適的照明。

虹橋機(jī)場東西區(qū)機(jī)坪設(shè)有117基高桿燈。西區(qū)91基高桿燈的燈具為1000W高壓鈉燈和400W高壓鈉燈兩種，1000W高壓鈉燈用于機(jī)位照明，400W高壓鈉燈用于后側(cè)服務(wù)車道照明;東區(qū)26基為1000W高壓鈉燈，以機(jī)位照明為主。

2.2 虹橋機(jī)場3號坪照明改造項(xiàng)目的目標(biāo)要求

項(xiàng)目現(xiàn)狀概況：

1.3#坪位于T1航站樓北側(cè)，主要是解決遠(yuǎn)機(jī)位照明不足的問題，同時(shí)確保近機(jī)位照度

2.遠(yuǎn)機(jī)位編號323-337，總計(jì)15個(gè)機(jī)位

3.紅色線框?yàn)榛械绤^(qū)域，要避免眩光

4.遠(yuǎn)機(jī)位場地總尺寸：242m * 215m

5.照明控制系統(tǒng)需要升級為DMX-RDM控制系統(tǒng)

PLC（電力載波）控制方式信號質(zhì)量差，單寬窄，線路停運(yùn)時(shí)檢修是（有地線時(shí)）就不能傳送數(shù)據(jù);Dali控制方式中由于協(xié)議的定義局限了控制燈具的數(shù)量和分組等問題。

3 LED高桿照明控制系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)方案的實(shí)現(xiàn)

3.1 LED高桿照明控制系統(tǒng)燈具光學(xué)設(shè)計(jì)研究

按照《飛行區(qū)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)（MH5001-2013）》9.8條以及虹橋機(jī)場對機(jī)場照明相關(guān)要求：

1）機(jī)坪機(jī)位上平均水平照度不小于20lux，照度均勻比不大于4：1;

2）在有關(guān)方向2米高度上平均垂直照度不應(yīng)小于20lux。

機(jī)坪其他地區(qū)照度可降至上述照度的50%，照度均勻比不大于4：1。

3）燈光照射區(qū)域不得對塔臺(tái)造成眩光，塔臺(tái)高度約為46米，影響其觀察與指揮航空器;

4）不得對進(jìn)出機(jī)位的航空器駕駛員造成眩光，影響其控制航空器。我們綜合了上述眩光、照度、照射角度、切光角度等相關(guān)指標(biāo)，構(gòu)思并設(shè)計(jì)了新的透鏡模組。實(shí)際應(yīng)用可以達(dá)到精確控光的效果：

3.2 DMX-RDM集成控制在大功率LED燈具上實(shí)現(xiàn)的研究

針對機(jī)場照明的應(yīng)用場景和對未來市場的預(yù)期以及存在痛點(diǎn)，我們機(jī)場照明研發(fā)團(tuán)隊(duì)研發(fā)出了LED大功率高桿機(jī)場燈具配備DMX-RDM控制系統(tǒng)。

DMX-RDM控制協(xié)議解決了PLC控制方式信號質(zhì)量差，單寬窄，線路停運(yùn)時(shí)檢修是就不能傳送數(shù)據(jù)，配點(diǎn)變壓器對對電力載波信號有阻隔作用的缺點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)了RDM 在對大型燈具的集成化控制，數(shù)據(jù)的雙向傳輸，燈具狀態(tài)的實(shí)時(shí)監(jiān)控，燈具工作狀態(tài)發(fā)生異常時(shí)，自動(dòng)降低輸出功率，確保不熄燈，保障停機(jī)坪的安全照度。

RDM是DMX512-A協(xié)議的擴(kuò)展版本，在RDM協(xié)議下，控制系統(tǒng)可以向燈具發(fā)出請求，燈具也能應(yīng)答這些請求并可以在控制臺(tái)上更改燈具的設(shè)置。每臺(tái)兼容 RDM的燈具都可以通過其內(nèi)置的唯一識(shí)別碼來進(jìn)行識(shí)別;包括遠(yuǎn)程設(shè)置DMX512初始地址的能力，遠(yuǎn)程狀態(tài)監(jiān)測（功率、電壓、電流、溫度和地址等）及遠(yuǎn)程控制（調(diào)光、調(diào)色、多通道分配和分組管理等）這些設(shè)備。

3.3LED高桿照明控制系統(tǒng)燈具產(chǎn)品亮點(diǎn)：

玻璃防跌落設(shè)計(jì)：玻璃采用防爆膜處理，并增加鋼絲網(wǎng)防護(hù)，燈具使用雙保險(xiǎn)安全鏈;燈具具有多種配光供選擇，投射范圍廣。燈具安裝方式多變，吊裝，水平安裝，設(shè)計(jì)止轉(zhuǎn)盤，燈頭角度可以360°旋轉(zhuǎn)。在LED燈具中，強(qiáng)烈及頻繁的震動(dòng)容易造成機(jī)械結(jié)構(gòu)及內(nèi)部線路脫落，造成燈具失效或者其他安全風(fēng)險(xiǎn)，在產(chǎn)品開發(fā)過程中采用全世界最嚴(yán)苛的震動(dòng)測試標(biāo)準(zhǔn)，并通過第三方公正實(shí)驗(yàn)室測試并有相關(guān)報(bào)告結(jié)果。按照規(guī)范IEC 60598.1-4.20/ULN_D1672為主，但加速度增加為共振頻率下3G，每軸（X/Y/Z）各測試100000次共30萬次。在機(jī)場，港口，碼頭或是重工業(yè)車間等震動(dòng)頻繁的環(huán)境，這個(gè)測試可以大幅度增加產(chǎn)品可靠性，使得產(chǎn)品質(zhì)量大幅提高。

3.4虹橋機(jī)場順利進(jìn)行高桿燈照明系統(tǒng)現(xiàn)場改造升級

在沒有成熟經(jīng)驗(yàn)可借鑒的情況下，亞明研發(fā)團(tuán)隊(duì)與飛樂工程建設(shè)虹橋機(jī)場項(xiàng)目組通力合作，研究最優(yōu)施工方案并作出多套預(yù)案，在規(guī)定時(shí)間內(nèi)保質(zhì)、保量順利完工進(jìn)入試運(yùn)營期。

4 結(jié)論

“虹橋機(jī)場東區(qū)3號高桿燈光源改造工程”改造后，機(jī)坪遠(yuǎn)機(jī)位場地照度及均勻度整體提升，達(dá)到了預(yù)期的效果，為機(jī)場夜間運(yùn)行提供了更為安全的工作環(huán)境。

虹橋機(jī)場項(xiàng)目的順利完工，將國內(nèi)超高功率LED光源的生產(chǎn)及應(yīng)用技術(shù)提升到了新的高度，為高功率LED光源在類似場景的應(yīng)用和項(xiàng)目拓展累積了寶貴經(jīng)驗(yàn)，也為民用機(jī)場照明向智慧化轉(zhuǎn)變奠定了良好基礎(chǔ)。

參考文獻(xiàn)

[1]馬力.機(jī)場高桿燈照明系統(tǒng)節(jié)能改造研究[J].機(jī)場建設(shè)，2013，000（003）：P.14-15.

[2]《飛行區(qū)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)（MH5001-2013）》.

[3]吳玉鵬.高桿燈智能照明系統(tǒng)監(jiān)控終端的研制[D].2017.

[4]IEC 60598.1-4.20/ULN_D1672【4】.

作者簡介

王彥鶴，女，1984.12，河南省洛陽市人，工程師，吉林大學(xué)計(jì)算數(shù)學(xué)碩士，從事在LED照明設(shè)計(jì)開發(fā)領(lǐng)域有10年工作經(jīng)驗(yàn)。