LED高杆照明控制系统在虹桥机场中的技术应用

摘要：2018年上海亚明承接了“虹桥机场东区3号高杆灯光源改造工程”， 研发团队通过多次对虹桥机场停机坪进行实地勘察和技术攻关，最终由公司研发生产的2000W LED超大功率灯具成功解决了300m照射距离、单灯200000lm输出@3000K、低总重等难题，成功替换原有钠灯灯具，另外灯具配备DMX-RDM控制系统，实现了RDM 在对大型灯具的集成化控制，数据的双向传输，灯具状态的实时监控，保障停机坪的安全照度。

改造后，机坪远机位场地照度及均匀度整体提升，DMX-RDM控制系统的集成化控制达到了预期的效果，达到了降低改造投资成本、节省费用、改善照明环境的理想效果。

该工程突破了超高功率LED光源一直存在的配光、散热、自重过大等难点，代表了国内领先的LED照明技术。这也是国内首个超高功率LED小角度单模组投光灯的应用案例。

关键字：虹桥机场  机场高杆灯照明系统  DMX-RDM集成控制

1 引言

1.1机场高杆灯照明系统

机场高杆灯照明系统是机场机坪泛光照明系统的重要组成部分，其工作稳定性和可靠性直接影响机场的正常运行。机场高杆灯照明系统主要有光源照明装置及控制系统两个核心部分组成，因此实现节能改造应重点从两个方面入手：一是针对高杆灯的光源照明装置进行优化;一就是对控制系统进行合理调整，提升控制能力，使高杆灯在满足运行使用标准的前提下實现节能降耗目标。

1.2机场环境对无线信号的要求

智能控制产品主要包括：无线控制（ZigBee、LoRa和NB-IoT）和有线控制（DMX-RDM、PLC、Dali）。

由于机场环境对无线信号的严格管控，无法实现无线控制。而在有线控制中PLC控制方式信号质量差，带宽窄，而且在线路停运时检修时就不能传送数据，同时，配电变压器对电力载波信号有阻隔作用。而在Dali 控制方式中由于协议的定义局限了控制灯具的数量及响应速率难以满足机场灯具数量多及控制高时效的要求，基于这样的高杆照明控制系统升级换代的需求下，上海机场（集团）有限公司开展了虹桥机场东区3号坪高杆灯光源改造项目招标。

2 虹桥机场高杆灯照明系统改造项目

2.1现状调查：

虹桥国际机场有两条近距平行跑道（东跑道3400×45米;西跑道3200×60米）、4条滑行道。两条跑道的目视助航灯光现以Ⅰ类精密进近灯光系统运行。跑道上设有跑道入口灯、跑道末端灯、跑道中线灯、跑道边灯、风向标（灯）、PAPI系统;滑行道和机坪上设有滑行道中线灯、滑行道边灯、中间等待位置灯、跑道警戒灯;南北进近区域内设有进近灯、进近横排灯和顺序闪光灯，整个飞行区（南北下滑区域、跑道、滑行道）内共有各类助航灯具8200多只，滑行引导标记牌365块，全场控制电缆回路146个，以及相应的隔离变压器、灯箱7200多只;东西区站坪区域设有117基高杆灯、58块桥位牌、132块机位牌。

机坪泛光照明主要依靠高杆灯实现，是帮助飞行员滑行航空器进出最终停放位置;为旅客登机及其他机坪作业人员提供舒适的照明。

虹桥机场东西区机坪设有117基高杆灯。西区91基高杆灯的灯具为1000W高压钠灯和400W高压钠灯两种，1000W高压钠灯用于机位照明，400W高压钠灯用于后侧服务车道照明;东区26基为1000W高压钠灯，以机位照明为主。

2.2 虹桥机场3号坪照明改造项目的目标要求

项目现状概况：

1.3#坪位于T1航站楼北侧，主要是解决远机位照明不足的问题，同时确保近机位照度

2.远机位编号323-337，总计15个机位

3.红色线框为滑行道区域，要避免眩光

4.远机位场地总尺寸：242m * 215m

5.照明控制系统需要升级为DMX-RDM控制系统

PLC（电力载波）控制方式信号质量差，单宽窄，线路停运时检修是（有地线时）就不能传送数据;Dali控制方式中由于协议的定义局限了控制灯具的数量和分组等问题。

3 LED高杆照明控制系统关键技术方案的实现

3.1 LED高杆照明控制系统灯具光学设计研究

按照《飞行区技术标准（MH5001-2013）》9.8条以及虹桥机场对机场照明相关要求：

1）机坪机位上平均水平照度不小于20lux，照度均匀比不大于4：1;

2）在有关方向2米高度上平均垂直照度不应小于20lux。

机坪其他地区照度可降至上述照度的50%，照度均匀比不大于4：1。

3）灯光照射区域不得对塔台造成眩光，塔台高度约为46米，影响其观察与指挥航空器;

4）不得对进出机位的航空器驾驶员造成眩光，影响其控制航空器。我们综合了上述眩光、照度、照射角度、切光角度等相关指标，构思并设计了新的透镜模组。实际应用可以达到精确控光的效果：

3.2 DMX-RDM集成控制在大功率LED灯具上实现的研究

针对机场照明的应用场景和对未来市场的预期以及存在痛点，我们机场照明研发团队研发出了LED大功率高杆机场灯具配备DMX-RDM控制系统。

DMX-RDM控制协议解决了PLC控制方式信号质量差，单宽窄，线路停运时检修是就不能传送数据，配点变压器对对电力载波信号有阻隔作用的缺点，实现了RDM 在对大型灯具的集成化控制，数据的双向传输，灯具状态的实时监控，灯具工作状态发生异常时，自动降低输出功率，确保不熄灯，保障停机坪的安全照度。

RDM是DMX512-A协议的扩展版本，在RDM协议下，控制系统可以向灯具发出请求，灯具也能应答这些请求并可以在控制台上更改灯具的设置。每台兼容 RDM的灯具都可以通过其内置的唯一识别码来进行识别;包括远程设置DMX512初始地址的能力，远程状态监测（功率、电压、电流、温度和地址等）及远程控制（调光、调色、多通道分配和分组管理等）这些设备。

3.3LED高杆照明控制系统灯具产品亮点：

玻璃防跌落设计：玻璃采用防爆膜处理，并增加钢丝网防护，灯具使用双保险安全链;灯具具有多种配光供选择，投射范围广。灯具安装方式多变，吊装，水平安装，设计止转盘，灯头角度可以360°旋转。在LED灯具中，强烈及频繁的震动容易造成机械结构及内部线路脱落，造成灯具失效或者其他安全风险，在产品开发过程中采用全世界最严苛的震动测试标准，并通过第三方公正实验室测试并有相关报告结果。按照规范IEC 60598.1-4.20/ULN_D1672为主，但加速度增加为共振频率下3G，每轴（X/Y/Z）各测试100000次共30万次。在机场，港口，码头或是重工业车间等震动频繁的环境，这个测试可以大幅度增加产品可靠性，使得产品质量大幅提高。

3.4虹桥机场顺利进行高杆灯照明系统现场改造升级

在没有成熟经验可借鉴的情况下，亚明研发团队与飞乐工程建设虹桥机场项目组通力合作，研究最优施工方案并作出多套预案，在规定时间内保质、保量顺利完工进入试运营期。

4 结论

“虹桥机场东区3号高杆灯光源改造工程”改造后，机坪远机位场地照度及均匀度整体提升，达到了预期的效果，为机场夜间运行提供了更为安全的工作环境。

虹桥机场项目的顺利完工，将国内超高功率LED光源的生产及应用技术提升到了新的高度，为高功率LED光源在类似场景的应用和项目拓展累积了宝贵经验，也为民用机场照明向智慧化转变奠定了良好基础。

参考文献

[1]马力.机场高杆灯照明系统节能改造研究[J].机场建设，2013，000（003）：P.14-15.

[2]《飞行区技术标准（MH5001-2013）》.

[3]吴玉鹏.高杆灯智能照明系统监控终端的研制[D].2017.

[4]IEC 60598.1-4.20/ULN_D1672【4】.

作者简介

王彦鹤，女，1984.12，河南省洛阳市人，工程师，吉林大学计算数学硕士，从事在LED照明设计开发领域有10年工作经验。