LED高桿照明控制系統在虹橋機場中的技術應用

摘要：2018年上海亞明承接了“虹橋機場東區3號高桿燈光源改造工程”， 研發團隊通過多次對虹橋機場停機坪進行實地勘察和技術攻關，最終由公司研發生產的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，實現了RDM 在對大型燈具的集成化控制，數據的雙向傳輸，燈具狀態的實時監控，保障停機坪的安全照度。

改造后，機坪遠機位場地照度及均勻度整體提升，DMX-RDM控制系統的集成化控制達到了預期的效果，達到了降低改造投資成本、節省費用、改善照明環境的理想效果。

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，代表了國內領先的LED照明技術。這也是國內首個超高功率LED小角度單模組投光燈的應用案例。

關鍵字：虹橋機場? 機場高桿燈照明系統? DMX-RDM集成控制

1 引言

1.1機場高桿燈照明系統

機場高桿燈照明系統是機場機坪泛光照明系統的重要組成部分，其工作穩定性和可靠性直接影響機場的正常運行。機場高桿燈照明系統主要有光源照明裝置及控制系統兩個核心部分組成，因此實現節能改造應重點從兩個方面入手：一是針對高桿燈的光源照明裝置進行優化;一就是對控制系統進行合理調整，提升控制能力，使高桿燈在滿足運行使用標準的前提下實現節能降耗目標。

1.2機場環境對無線信號的要求

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

由于機場環境對無線信號的嚴格管控，無法實現無線控制。而在有線控制中PLC控制方式信號質量差，帶寬窄，而且在線路停運時檢修時就不能傳送數據，同時，配電變壓器對電力載波信號有阻隔作用。而在Dali 控制方式中由于協議的定義局限了控制燈具的數量及響應速率難以滿足機場燈具數量多及控制高時效的要求，基于這樣的高桿照明控制系統升級換代的需求下，上海機場（集團）有限公司開展了虹橋機場東區3號坪高桿燈光源改造項目招標。

2 虹橋機場高桿燈照明系統改造項目

2.1現狀調查：

虹橋國際機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以Ⅰ類精密進近燈光系統運行。跑道上設有跑道入口燈、跑道末端燈、跑道中線燈、跑道邊燈、風向標（燈）、PAPI系統;滑行道和機坪上設有滑行道中線燈、滑行道邊燈、中間等待位置燈、跑道警戒燈;南北進近區域內設有進近燈、進近橫排燈和順序閃光燈，整個飛行區（南北下滑區域、跑道、滑行道）內共有各類助航燈具8200多只，滑行引導標記牌365塊，全場控制電纜回路146個，以及相應的隔離變壓器、燈箱7200多只;東西區站坪區域設有117基高桿燈、58塊橋位牌、132塊機位牌。

機坪泛光照明主要依靠高桿燈實現，是幫助飛行員滑行航空器進出最終停放位置;為旅客登機及其他機坪作業人員提供舒適的照明。

虹橋機場東西區機坪設有117基高桿燈。西區91基高桿燈的燈具為1000W高壓鈉燈和400W高壓鈉燈兩種，1000W高壓鈉燈用于機位照明，400W高壓鈉燈用于后側服務車道照明;東區26基為1000W高壓鈉燈，以機位照明為主。

2.2 虹橋機場3號坪照明改造項目的目標要求

項目現狀概況：

1.3#坪位于T1航站樓北側，主要是解決遠機位照明不足的問題，同時確保近機位照度

2.遠機位編號323-337，總計15個機位

3.紅色線框為滑行道區域，要避免眩光

4.遠機位場地總尺寸：242m * 215m

5.照明控制系統需要升級為DMX-RDM控制系統

PLC（電力載波）控制方式信號質量差，單寬窄，線路停運時檢修是（有地線時）就不能傳送數據;Dali控制方式中由于協議的定義局限了控制燈具的數量和分組等問題。

3 LED高桿照明控制系統關鍵技術方案的實現

3.1 LED高桿照明控制系統燈具光學設計研究

按照《飛行區技術標準（MH5001-2013）》9.8條以及虹橋機場對機場照明相關要求：

1）機坪機位上平均水平照度不小于20lux，照度均勻比不大于4：1;

2）在有關方向2米高度上平均垂直照度不應小于20lux。

機坪其他地區照度可降至上述照度的50%，照度均勻比不大于4：1。

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

4）不得對進出機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、切光角度等相關指標，構思并設計了新的透鏡模組。實際應用可以達到精確控光的效果：

3.2 DMX-RDM集成控制在大功率LED燈具上實現的研究

針對機場照明的應用場景和對未來市場的預期以及存在痛點，我們機場照明研發團隊研發出了LED大功率高桿機場燈具配備DMX-RDM控制系統。

DMX-RDM控制協議解決了PLC控制方式信號質量差，單寬窄，線路停運時檢修是就不能傳送數據，配點變壓器對對電力載波信號有阻隔作用的缺點，實現了RDM 在對大型燈具的集成化控制，數據的雙向傳輸，燈具狀態的實時監控，燈具工作狀態發生異常時，自動降低輸出功率，確保不熄燈，保障停機坪的安全照度。

RDM是DMX512-A協議的擴展版本，在RDM協議下，控制系統可以向燈具發出請求，燈具也能應答這些請求并可以在控制臺上更改燈具的設置。每臺兼容 RDM的燈具都可以通過其內置的唯一識別碼來進行識別;包括遠程設置DMX512初始地址的能力，遠程狀態監測（功率、電壓、電流、溫度和地址等）及遠程控制（調光、調色、多通道分配和分組管理等）這些設備。

3.3LED高桿照明控制系統燈具產品亮點：

玻璃防跌落設計：玻璃采用防爆膜處理，并增加鋼絲網防護，燈具使用雙保險安全鏈;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，設計止轉盤，燈頭角度可以360°旋轉。在LED燈具中，強烈及頻繁的震動容易造成機械結構及內部線路脫落，造成燈具失效或者其他安全風險，在產品開發過程中采用全世界最嚴苛的震動測試標準，并通過第三方公正實驗室測試并有相關報告結果。按照規范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。在機場，港口，碼頭或是重工業車間等震動頻繁的環境，這個測試可以大幅度增加產品可靠性，使得產品質量大幅提高。

3.4虹橋機場順利進行高桿燈照明系統現場改造升級

在沒有成熟經驗可借鑒的情況下，亞明研發團隊與飛樂工程建設虹橋機場項目組通力合作，研究最優施工方案并作出多套預案，在規定時間內保質、保量順利完工進入試運營期。

4 結論

“虹橋機場東區3號高桿燈光源改造工程”改造后，機坪遠機位場地照度及均勻度整體提升，達到了預期的效果，為機場夜間運行提供了更為安全的工作環境。

虹橋機場項目的順利完工，將國內超高功率LED光源的生產及應用技術提升到了新的高度，為高功率LED光源在類似場景的應用和項目拓展累積了寶貴經驗，也為民用機場照明向智慧化轉變奠定了良好基礎。

參考文獻

[1]馬力.機場高桿燈照明系統節能改造研究[J].機場建設，2013，000（003）：P.14-15.

[2]《飛行區技術標準（MH5001-2013）》.

[3]吳玉鵬.高桿燈智能照明系統監控終端的研制[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，吉林大學計算數學碩士，從事在LED照明設計開發領域有10年工作經驗。