安科瑞電子商務（上海）有限公司

  摘要:結(jié)合某地下污水廠項目，從結(jié)構(gòu)、系統(tǒng)組成、系統(tǒng)功能、控制要求、場景模式等方面介紹了地下污水廠智能照明控制系統(tǒng)，探索了一套適用于地下污水廠的智能照明控制策略，以確保地下污水廠正常運行的照明需求。

   關(guān)鍵詞:智能照明控制系統(tǒng);地下污水廠;控制策略;場景模式

0引言

   目前，智能照明控制系統(tǒng)在民用建筑、會展中心、工業(yè)廠房、車站等場所均有較為廣泛的應用［1-3］，其技術(shù)也日趨成熟，但在地下污水處理廠的照明設計中還處于探索階段，因此對地下污水處理廠智能照明控制策略進行相關(guān)研究及應用具有重要的實踐意義。

1工程概況

   某污水廠建設規(guī)模為40萬m3/d，采用全地下組團形式，主要處理構(gòu)筑物均位于地下，地上布局與公共綠地建設緊密結(jié)合。地下箱體平面尺寸約為350m×350m，主要分2層，－1F為操作層，－2F為管廊層。

          根據(jù)地下污水廠布置特點，在地下箱體區(qū)域設置智能照明控制系統(tǒng)，采用合理的智能照明控制策略，為污水廠正常運行提供舒適、高效的照明控制和管理方式。

2系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

   該工程為集散型智能照明控制系統(tǒng)，采用工業(yè)現(xiàn)場總線、模塊化結(jié)構(gòu)，在中控室設置中央監(jiān)控與管理計算機，對整個系統(tǒng)實施監(jiān)控，以便隨時調(diào)節(jié)照明的現(xiàn)場效果。在地下污水處理廠的不同區(qū)域設置子網(wǎng)智能照明控制主機，控制相應區(qū)域的照明系統(tǒng)。智能照明控制系統(tǒng)拓撲結(jié)構(gòu)如圖1所示。

 

圖1智能照明控制系統(tǒng)拓撲結(jié)構(gòu)

3系統(tǒng)組成

  該工程智能照明控制系統(tǒng)由系統(tǒng)單元、輸入單元、輸出單元三部分組成。系統(tǒng)單元為系統(tǒng)提供數(shù)據(jù)集中處理、指令發(fā)送、電源和通信傳輸保障等，主要包括主機、電源模塊、總線、PC接口、ＲS-232接口、系統(tǒng)時鐘等;輸入單元將外界的需求信息轉(zhuǎn)變?yōu)樾盘栐谙到y(tǒng)總線上傳播，主要設備包含智能控制面板、移動控制平板、照度傳感器、人體移動感應傳感器等;輸出單元用于接受信號，并按照指令對相關(guān)負載做出相應的輸出動作，如調(diào)光模塊、開關(guān)模塊等。

  地下污水廠箱體是一個封閉空間，含有污水池體、涉水管道及其內(nèi)部排水溝道，整個箱體比較潮濕，而且在預處理區(qū)、污泥處理區(qū)均會產(chǎn)生腐蝕性氣體。因此，智能照明控制設備耐潮濕、耐腐蝕，防護等級不低于IP54。

4系統(tǒng)功能

   根據(jù)地下污水廠運行特點，該工程地下污水廠智能照明控制系統(tǒng)具有以下功能。

         (1)智能照明控制系統(tǒng)設有中央監(jiān)控與管理計算機，對整個系統(tǒng)實施監(jiān)控，以便隨時調(diào)節(jié)照明的現(xiàn)場效果，如系統(tǒng)設置開燈方案模式，并在計算機屏幕上仿真照明燈具的布置情況，顯示各組燈具開關(guān)狀態(tài)。

  (2)具有實時控制、故障檢測和報警功能，當現(xiàn)場設備出現(xiàn)故障時，可通過軟件上的實時數(shù)據(jù)、報警等方式及時通知管理人員進行維護，自動生成相關(guān)報表。

  (3)具有場景預設、亮度調(diào)節(jié)、定時、時序控制的功能。

  (4)具有消防及安全技術(shù)防范聯(lián)動接口，應急時啟動相應的應急照明系統(tǒng)。

  (5)系統(tǒng)設有自動/手動轉(zhuǎn)換開關(guān)，以便必要時對各組的開、關(guān)進行手動操作。

  (6)控制主機具有顯示各終端設備使用狀態(tài)功能。

  (7)智能照明控制面板具有顯示各場景狀態(tài)功能。

  (8)具有燈具啟動時間、累計記錄和燈具使用壽命的統(tǒng)計功能。

  (9)能按需求檢測照明回路實時電流值并記錄運行時間，將數(shù)據(jù)記錄在數(shù)據(jù)庫中，可形成并打印各種報表和日志。

  (10)系統(tǒng)應具備定時時鐘控制和天文時鐘控制功能，可實現(xiàn)以秒、分鐘、小時、天、周、年為周期的定時設定功能，實現(xiàn)各受控區(qū)域的自動化管理。

  (11)系統(tǒng)控制軟件應有不同權(quán)限級別設置。

  (12)系統(tǒng)設置與其他系統(tǒng)連接的接口，以提高綜合管理水平。

5控制要求

  地下污水廠不同的功能分區(qū)對照明需求不同，在制定照明控制策略時要考慮污水廠的運行特點。該工程智能照明控制要求如下。

  (1)大空間區(qū)域應綜合考慮污水廠構(gòu)筑物、工藝流程分組情況、巡檢通道、參觀通道、自然采光等進行回路設置和控制，便于節(jié)能。照明回路可以采用開關(guān)量控制，根據(jù)不同時段需要，采取分區(qū)、分回路控制;在預算允許范圍內(nèi)，也可采用單燈控制方式，按需開啟相應區(qū)域的照明。

  (2)在有人值班的區(qū)域，如污泥脫水機房控制室、鼓風機房控制室等，設置區(qū)域智能控制面板，僅控制本區(qū)域燈光場景。

  (3)為了調(diào)節(jié)室內(nèi)外照度差異，在車道出入口區(qū)域設計過渡照明。過渡照明具備時鐘控制功能，不同時間段按需開啟相應的照明。

  (4)在有光導和采光井的通道區(qū)域，可以根據(jù)照度感應器探測室外自然光照度，自動開啟或關(guān)閉光導和采光井區(qū)域的照明。例如，采光井區(qū)域在自然光影響下，室內(nèi)照度達到100lx時，不開啟燈光;低于75lx時，開啟25%燈光;低于50lx時，開啟50%燈光;低于25lx時，開啟燈光。

  (5)在箱體出入口、值班室等區(qū)域設置智能控制面板，可調(diào)用多個場景模式、一鍵式場景切換、燈光依次開啟等。

  (6)工作人員通過移動控制平板(iPAD)、APP等來調(diào)用需要的照明場景模式。例如，當運行人員巡檢到某個區(qū)域時發(fā)現(xiàn)可疑問題，可通過iPAD、APP等打開該區(qū)域全部燈光并進行重點檢查。

  (7)在中控室內(nèi)設置中央監(jiān)控與管理計算機，實現(xiàn)對整個箱體內(nèi)所有燈光回路、燈光場景的狀態(tài)實時管理和監(jiān)控。計算機采用圖形化界面，可以加入箱體內(nèi)各個區(qū)域的平面圖，顯示各個區(qū)域燈光場景狀態(tài)。每個區(qū)域都可以控制，都具有不同場景模式。當箱體內(nèi)某個區(qū)域需要檢修時，可以通過中央監(jiān)控與管理計算機對區(qū)域的燈光進行切換到檢修模式，該區(qū)域檢修模式開啟該區(qū)域的燈光。

  (8)在檢修模式下，開啟檢修區(qū)域所有照明，檢修人員離開后自動恢復至正常照明狀態(tài)，既方便又節(jié)能。

  (9)巡檢模式下，當運行人員進入箱體內(nèi)巡檢時，通過箱體入口處的智能控制面板開啟巡檢模式，打開巡檢通道上方照明，開啟箱體內(nèi)50%回路燈光，同時啟動人體移動感應傳感器功能。當巡檢人員通過某個區(qū)域，人體移動感應傳感器檢測到人員時，將開啟該區(qū)域的燈光;當巡檢人員離開后，人體移動感應傳感器再將該區(qū)域的燈光恢復到原燈光亮度。人體移動感應傳感器的延遲、關(guān)閉時間可分別設置，當人體移動感應傳感器負責的區(qū)域較小，可設置延遲5min恢復原燈光亮度;當人體移動感應傳感器負責區(qū)域較大時，設置延遲10min恢復原燈光亮度。

  (10)應急處理模式下，在接到安保系統(tǒng)的警報后自動切換到應急照明場景。

  (11)在參觀通道入口處設置調(diào)光模塊，根據(jù)需要調(diào)節(jié)燈光照度并設置移動感應器，實現(xiàn)燈光自動跟隨調(diào)光的功能。

  (12)智能照明控制系統(tǒng)提供端口與人員定位系統(tǒng)對接，當人員定位系統(tǒng)檢測到人員活動時發(fā)送信號給智能照明控制系統(tǒng)，智能照明控制系統(tǒng)根據(jù)指令開啟相應區(qū)域的照明。

6場景模式

  根據(jù)地下污水處理廠的特點及運行方式，設定不同的場景模式，工作人員可以根據(jù)實際需要，通過中央監(jiān)控與管理計算機、智能控制面板、移動控制平板、APP等，調(diào)整各個區(qū)域不同時段、不同用途的燈光場景模式，使用時只需調(diào)用預先設置好的場景模式。場景模式的設定由污水廠運營單位、設計院及建設單位等共同協(xié)商確定，并可根據(jù)現(xiàn)場實際情況適當調(diào)整。地下污水廠場景模式設置如下。

  (1)對于整個地下箱體，可根據(jù)地下污水廠的運行方式，設置以下大場景模式。

  ①全開模式:開啟箱體內(nèi)回路燈光。

  ②全關(guān)模式:關(guān)閉箱體內(nèi)回路燈光。

  ③節(jié)能模式一:開啟箱體內(nèi)50%回路燈光，自然采光區(qū)域可結(jié)合照度感應控制。

  ④節(jié)能模式二:開啟箱體內(nèi)25%回路燈光，自然采光區(qū)域可結(jié)合照度感應控制，重點設備區(qū)域保持50%回路燈光。

  ⑤節(jié)能模式三:開啟箱體內(nèi)10%回路燈光，自然采光區(qū)域可結(jié)合照度感應控制，重點設備區(qū)域保持50%回路燈光。

  ⑥節(jié)能模式四:開啟主通道照明，重點設備區(qū)域保持50%回路燈光。

  ⑦迎賓模式:對人員參觀通道及需要參觀的區(qū)域開啟回路燈光;對那些不會對參觀人員開放的區(qū)域，采用25%回路點亮的節(jié)能操作。

  ⑧巡檢模式:打開巡檢通道上方的照明，開啟箱體內(nèi)50%回路燈光，并結(jié)合人體移動感應傳感器使用。

  (2)對于地下污水廠的各個生產(chǎn)區(qū)域，可以分別設置不同的場景模式。

  對于地下污水廠不同的功能區(qū)域(預處理區(qū)、生反池、二沉池、高效沉淀池、反硝化深床濾池、污泥脫水機房等)，可根據(jù)地下污水廠的工藝流程分成不同的區(qū)域，面積較大的功能區(qū)還可根據(jù)工藝分組情況分成幾個小區(qū)域，每個區(qū)域可以設置以下場景模式。

  ①檢修模式:開啟本區(qū)域內(nèi)回路燈光。

  ②全關(guān)模式:關(guān)閉本區(qū)域內(nèi)回路燈光。

  ③節(jié)能模式一:開啟本區(qū)域內(nèi)50%回路燈光。

  ④節(jié)能模式二:開啟本區(qū)域內(nèi)25%回路燈光，重點設備區(qū)域保持50%回路燈光。

  ⑤節(jié)能模式三:開啟本區(qū)域內(nèi)10%回路燈光，重點設備區(qū)域保持50%回路燈光。

  ⑥巡檢模式:打開巡檢通道上方的照明，并開啟本區(qū)域內(nèi)50%回路燈光，并結(jié)合人體移動感應傳感器使用。

  (3)對于操作層中央通道和車行道，根據(jù)車行方向和面積大小分成不同的區(qū)域，每個區(qū)域可以設置以下場景模式。

  ①檢修模式:開啟本區(qū)域內(nèi)回路燈光。

  ②全關(guān)模式:關(guān)閉本區(qū)域內(nèi)回路燈光。

  ③節(jié)能模式一:開啟本區(qū)域內(nèi)50%回路燈光，自然采光區(qū)域可結(jié)合照度感應控制。

  ④節(jié)能模式二:開啟本區(qū)域內(nèi)25%回路燈光。

  (4)對于管廊層，根據(jù)巡檢路線和面積大小分成不同的區(qū)域，每個區(qū)域可以設置以下場景模式。

  ①檢修模式:開啟本區(qū)域內(nèi)回路燈光。

  ②全關(guān)模式:關(guān)閉本區(qū)域內(nèi)回路燈光。

  ③節(jié)能模式一:開啟本區(qū)域內(nèi)50%回路燈光，可結(jié)合照度感應控制。

  ④節(jié)能模式二:開啟本區(qū)域內(nèi)25%回路燈光。

  重點設備區(qū)域主要包括粗格柵及進水泵房、細格柵及曝氣沉砂池、高效沉淀池設備間、反硝化深床濾池設備間、加藥間、鼓風機房、回用水泵房、出水泵房、脫水機房等。

7工程設計實例

   二沉池及地下通道照明設計圖如圖2所示。

 

圖2二沉池及地下通道照明設計圖

   工程項目中，在巡檢通道出入口設置人體移動感應探頭，根據(jù)人體移動感應探頭探測到的人像，自動開啟二沉池的照明，待人離開后自動關(guān)閉;在有光導或采光井的通道區(qū)域，可以根據(jù)照度感應器感應室外的自然光照度，自動開啟或關(guān)閉光導或采光井區(qū)域的照明;大空間區(qū)域照明回路采用開關(guān)量控制，根據(jù)不同時段需要，采取分區(qū)、分回路控制照明。

   二沉池及地下通道一般照明配電箱系統(tǒng)圖如圖3所示。配電箱內(nèi)設置2個8通道開關(guān)模塊，同時預留1個4通道開關(guān)模塊，為后期擴展使用。照明配電箱通過系統(tǒng)總線與控制面板、照度感應器、人體移動感應傳感器等相連，完成數(shù)據(jù)傳輸與控制操作。

 

圖3二沉池及地下通道照明配電箱系統(tǒng)圖

   根據(jù)工藝流程，通過現(xiàn)場控制面板、時鐘控制、人體移動感應器等多種自動控制手段，實現(xiàn)對二沉池區(qū)域照明智能控制。二沉池區(qū)域場景模式設置:①檢修模式，開啟本區(qū)域內(nèi)回路燈光;②全關(guān)模式，關(guān)閉本區(qū)域內(nèi)回路燈光;③節(jié)能模式一，開啟本區(qū)域內(nèi)50%回路燈光;④節(jié)能模式二，開啟本區(qū)域內(nèi)25%回路燈光;⑤節(jié)能模式三，開啟本區(qū)域內(nèi)10%回路燈光;⑥巡檢模式，打開巡檢通道上方的照明，開啟本區(qū)域內(nèi)50%回路燈光，并結(jié)合人體移動感應傳感器使用。

8地下污水廠智能照明控制策略優(yōu)勢

   合理的智能照明控制策略可實現(xiàn)對地下污水廠多層次、全方位的智能管理，既能保證正常運行的照明需求，又能達到節(jié)能環(huán)保的目的，具體有以下主要優(yōu)勢。

  (1)控制范圍修改靈活。當遇到工藝設備布局調(diào)整時，只需要對編制程序進行修改，不需要對已有線路進行改造，這將降低擴建費用和改造工期。

  (2)根據(jù)污水廠運行計劃調(diào)整照明控制策略。根據(jù)污水廠運行計劃，設定照明控制程序，當運行計劃調(diào)整時可以通過軟件修改控制策略，從而保證污水廠正常運行的照明需求。

(3)擴展性好。智能照明控制系統(tǒng)的規(guī)模可靈活地隨著照明系統(tǒng)的大小而改變，如需要擴充時不必改原有線路，只需將增加的模塊用數(shù)據(jù)線接入原有網(wǎng)絡，通過程序修改進行重新配置。

9 AcrelEMS-SW智慧水務能效管理平臺

   安科瑞電氣具備從終端感知、邊緣計算到能效管理平臺的產(chǎn)品體系，AcrelEMS-SW智慧水務能效管理平臺通過在污水廠源、網(wǎng)、荷、儲、充的各個關(guān)鍵節(jié)點安裝保護、監(jiān)測、分析、治理裝置，用于監(jiān)測污水廠能耗總量和能耗強度，監(jiān)測主要用能設備能效，保護污水廠運行可靠，提高污水廠能效，為污水處理的能效管理提供科學、精細的解決方案。

          AcrelEMS智慧水務綜合能效管理系統(tǒng)由變電站綜合自動化系統(tǒng)、電力監(jiān)控及能效管理系統(tǒng)組成，涵蓋了水務中壓變配電系統(tǒng)、電氣、應急電源、能源管理、照明控制、設備運維等，貫穿水務能源流的始終，幫助運維管理人員通過一套平臺、一個APP實時了解水務配電系統(tǒng)運行狀況，并且根據(jù)權(quán)限可以適用于水務后勤部門管理需要。

 

10 平臺子系統(tǒng)

10.1 變電站綜合自動化系統(tǒng)及電力監(jiān)控

   對水務配電系統(tǒng)中35kV、10kV電壓等級配置繼電保護和弧光保護，實現(xiàn)遙測、遙信、遙控、遙調(diào)等功能，對異常情況及時預警。

   監(jiān)測變壓器、水泵、鼓風機的電流、電壓、有功/無功功率、功率因數(shù)、負荷率、溫度、三相平衡、異常等數(shù)據(jù)。

 

10.2 電能質(zhì)量監(jiān)測與治理

   水務中大量的大功率電機、水泵變頻啟動導致配電系統(tǒng)中存在大量諧波，通過監(jiān)測其配電系統(tǒng)的諧波畸變、電壓波動、閃變和容度指標分析其電能質(zhì)量，并配置對應的電能質(zhì)量治理措施提高供電電能質(zhì)量。

 

10.3 電動機管理

   馬達監(jiān)控實現(xiàn)水務中電機的保護、遙測、遙信、遙控功能，電動機保護器能對過載、短路、缺相、漏電等異常情況進行保護、監(jiān)測。準確地反映出故障狀態(tài)、故障時間、故障地點、及相關(guān)信息，對電機進行健康診斷和預防性維護。同時支持與PLC、軟啟、變頻器等配合，實現(xiàn)電動機自動或遠程控制，監(jiān)視、控制各個工藝設備,保障正常生產(chǎn)。

 

10.4 能耗管理

   為水務搭建計量體系，顯示水務的能源流向和能源損耗，通過能源流向圖幫助水務分析能源消耗去向，找出能源消耗異常區(qū)域。

   將所有有關(guān)能源的參數(shù)集中在一個看板中，從多個維度對比分析，實現(xiàn)各個工藝環(huán)節(jié)的能耗對比，幫助領導掌控整個工廠的能源消耗，能源成本，標煤排放等的情況。

   能耗數(shù)據(jù)統(tǒng)計采集水務中污水廠、自來水廠、水泵站等的用電、用水、燃氣、冷熱量消耗量，同環(huán)比對比分析，能耗總量和能耗強度計算，標煤計算和CO2排放統(tǒng)計趨勢。

   能效分析按計量架構(gòu)，分別進行能效分析，契合能源管理體系要求，可對各車間/職能部門的能效水平進行分析，同比、環(huán)比、對標等。通過污水處理產(chǎn)量以及系統(tǒng)采集的能耗數(shù)據(jù)，在污水單耗中生成污水單耗趨勢圖，并進行同比和環(huán)比分析，同時將污水的單耗與行業(yè)/國家/指標對標，以便企業(yè)能夠根據(jù)產(chǎn)品單耗情況來調(diào)整生產(chǎn)工藝，從而降低能耗。

 

10.5 智能照明控制

   系統(tǒng)為污水廠、自來水廠、水泵站等提供了照明控制管理方案，支持單控、區(qū)域控制、自動控制、感應控制、定時控制、場景控制、調(diào)光控制等多種控制方式，模塊可根據(jù)經(jīng)緯度自動識別日出日落時間實現(xiàn)自動控制功能，盡量利用自然光照，實現(xiàn)室內(nèi)、廠區(qū)照明的智能控制達到節(jié)能、舒心的目的。

 

10.6 電氣

10.6.1 電氣火災監(jiān)測

   監(jiān)測配電系統(tǒng)回路的漏電電流和線纜溫度，實現(xiàn)對污水廠、自來水廠、水泵站的電氣預警。

10.6.2 消防應急照明和疏散指示

   根據(jù)預先設置的應急預案快速啟動疏散方案引導人員疏散。系統(tǒng)接入消防應急照明指示系統(tǒng)數(shù)據(jù)，通過平面圖顯示疏散指示燈具工作狀態(tài)和異常情況。

10.6.3 消防設備電源監(jiān)測

   監(jiān)測消防設備的工作電源是否正常，保障在發(fā)生火災時消防設備可以正常投入使用。

 

 

10.6.4 防火門監(jiān)控系統(tǒng)

   防火門監(jiān)控系統(tǒng)集中控制其各終端設備即防火門監(jiān)控模塊、電動閉門器、電磁釋放器的工作狀態(tài)，實時監(jiān)測疏散通道防火門的開啟、關(guān)閉及故障狀態(tài)，顯示終端設備開路、短路等故障信號。系統(tǒng)采用消防二總線將具有通信功能的監(jiān)控模塊相互連接起來，當終端設備發(fā)生短路、斷路等故障時，防火門能發(fā)出信號，能指示部位并保存信息，保障了電氣的可靠性。

10.6.5 環(huán)境監(jiān)測

   污水廠、自來水廠、水泵站等場所溫濕度、煙霧、積水浸水、UPS電池間可燃氣體濃度展示和預警，保障污水廠、自來水廠、水泵站等運行。當可燃氣體或有害氣體濃度超標可自動啟動排風風機或新風系統(tǒng)，排除隱患，保持良好的水處理環(huán)境。

 

10.6.7 分布式光伏監(jiān)測

   實時監(jiān)測低壓并網(wǎng)柜每路的電流、電壓、功率等電氣參數(shù)及斷路器開關(guān)狀態(tài)，逆變器運行監(jiān)視，對逆變器直流側(cè)每一光伏組串的輸入直流電壓、直流電流、直流功率，逆變器交流電壓、交流電流、頻率、功率因數(shù)、當前發(fā)電功率、累計發(fā)電量進行監(jiān)測，以曲線方式繪制上述監(jiān)測的各個參量的歷史數(shù)據(jù)。

   平臺結(jié)合廠區(qū)實際分布情況，通過3D或2.5D平面圖顯示分布式光伏組件在屋頂、車棚的分布情況，顯示匯流箱、并網(wǎng)點位置，各個屋頂?shù)难b機容量。

 

 

10.6.8 工藝仿真監(jiān)控

平臺通過2D、3D方式實時監(jiān)視粗格柵、污水提升、細格柵、曝氣沉砂、改良生化處理、二沉、加接觸、污泥濃縮壓濾、生物等工藝設備運行狀態(tài)。在格柵清渣機、污水提升泵、回流泵、曝氣風機、加藥泵、濃縮壓濾機、吸沙泵、吸泥泵等低壓電動機控制柜或低壓饋電柜安裝電動機保護，進行短路、過流、過載、起動超時、斷相、不平衡、低功率、接地/漏電、te保護、堵轉(zhuǎn)、逆序、溫度等保護以及外部故障連鎖停機，與PLC、軟啟、變頻器等配合，實現(xiàn)電動機自動或遠程控制，監(jiān)視、控制各個工藝設備,保障正常生產(chǎn)。

 

10.7  產(chǎn)品清單

 

11結(jié)語

   本文結(jié)合實際案例，闡述了智能照明控制系統(tǒng)在地下污水廠的運用，探索出一套適用于地下污水廠的智能照明控制策略，為智能照明控制系統(tǒng)應用于類似地下污水廠提供借鑒。

參考文獻

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作者簡介：

易允恒，男，本科  安科瑞電氣股份有限公司，主要研究方向為智能電網(wǎng)供配電

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