摘要：地下污水處理廠由于空間較大照明回路多，如果采用傳統(tǒng)照明，不僅施工布線成本高，而且無法智能管理燈光。介紹了智能照明系統(tǒng)在某地下污水處理廠的應(yīng)用，提出采用智能照明控制系統(tǒng)可節(jié)約能源，實現(xiàn)便捷的照明管理，而且智能照明所有設(shè)備都釆用24V供電,更加安全便捷.

關(guān)鍵詞：污水處理廠智能照明節(jié)能安全便捷

    隨著計算機技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、無線通信數(shù)據(jù)傳輸?shù)燃夹g(shù)的成熟，智能照明得到了迅猛發(fā)展。在傳統(tǒng)工業(yè)項目的照明領(lǐng)域中，燈光控制在出入口設(shè)置強電開關(guān)，由開關(guān)來控制照明。如果控制區(qū)域的空間非常大，或者燈光負載非常多，就無法實現(xiàn)現(xiàn)場照明的靈活控制及管控。智能照明是對傳統(tǒng)照明控制的一次升級,無需復(fù)雜的設(shè)計就能實現(xiàn)對現(xiàn)有照明管控，符合綠色建筑要求。

1智能照明控制的意義

    目前在不同類型的建筑中，照明用電量占總電量的10%-20%。若在地下污水處理廠大空間工作場所(污水池)中，通過智能照明設(shè)備，利用成熟的總線技術(shù)實現(xiàn)對這些設(shè)備的智能控制。針對目前照明燈具布置分散控制又過于集中的特點,期盼一種新的智能控制來打破長期固定下薜驍(1990-),男，工程師,從事市政電氣設(shè)計。來的用電習(xí)慣，由“隨手開關(guān)"發(fā)展成為可選擇的“現(xiàn)場/智能總控開關(guān)"系統(tǒng)。另外，該系統(tǒng)還能對使用者參與過程中實時數(shù)據(jù)進行匯集和智能分析,從而有效地利用能源，減少運營和維護成本,實現(xiàn)“人、環(huán)境、建筑"三者的和諧統(tǒng)一。

2.1設(shè)計區(qū)域的具體情況

    某地下污水處理廠工程項目總面積約為4萬m',主要為主體工程的一體化箱體區(qū)域，全地下設(shè)施，設(shè)8個分區(qū)，分別為各工藝過程中池，總體共2層，局部3層。

2.2可預(yù)見的效果

   (1)在出水區(qū)出入口設(shè)計單控?zé)艟唛_關(guān)。如果在巡檢或者作業(yè)時進入出水區(qū)開啟燈具，等進入下一個區(qū)域時無法關(guān)閉燈具，只能原路返回關(guān)閉相應(yīng)燈光。若到地下大面積的池區(qū)關(guān)閉/開啟燈具，就需步行回到入口關(guān)閉。

   (2)在岀入口設(shè)計雙控?zé)艟唛_關(guān)。設(shè)置雙控開關(guān)可解決(1)的問題，但會因回路數(shù)量巨大而造成施工成本及線材成本大幅上漲,僅設(shè)計雙控開關(guān)也不能滿足操作的便捷化。

   (3)照明節(jié)能。大空間的地下污水池中，燈具數(shù)量照明回路較多，在沒有后臺監(jiān)控開關(guān)燈的情況下，由于面積較大很難巡視到全部區(qū)域，造成電能浪費，無法實現(xiàn)按需照明。另外,可以對不同時間、不同環(huán)境的光照度進行設(shè)置和管理，實現(xiàn)節(jié)能效果。

   (4)延長燈具壽命。智能照明系統(tǒng)可以利用軟啟動和軟關(guān)斷技術(shù)，避免沖擊電流對光源損害，即燈具回路按順序延時打開。

    (5)改善照明質(zhì)量。智能照明系統(tǒng)以調(diào)光模塊控制面板代替?zhèn)鹘y(tǒng)的開關(guān)控制燈具,可以整體控制各房間內(nèi)照度值，提高照度均勻性。同時,智能照明系統(tǒng)可以避免頻閃效應(yīng)。

    (6)實現(xiàn)多種照明效果。智能照明系統(tǒng)易于實現(xiàn)多種照明場景控制方案，按不同時間、不同用途、不同效果采用相應(yīng)的預(yù)設(shè)置場景進行控制,達到多種照明效果。

    (7)管理維護方便。智能照明控制系統(tǒng)對照明的控制是以模塊式自動控制為主，手動控制為輔,照明預(yù)置場景的參數(shù)以數(shù)字式存儲在可擦除可編程ROM中，這些信息的設(shè)置和更換十分方便，加上燈具壽命大大提髙，使照明管理和設(shè)備維護變得更加簡單。

2.3設(shè)計原則

    (1)操作安全性及可靠性。智能照明總線采用24V供電(模塊、現(xiàn)場面板)，在36V安全電壓下不會產(chǎn)生觸電危險。

    (2)為地下污水廠照明提供便捷的管理服務(wù)。智能照明可根據(jù)現(xiàn)場燈光使用需求靈活進行任意組合，也可單獨細分每條回路。智能照明還能實現(xiàn)定時控制、調(diào)光控制、照明亮度自動調(diào)節(jié)控制、遠程控制等。

     (3)為地下污水廠的運營節(jié)約能源。智能照明可根據(jù)現(xiàn)場工作區(qū)域性質(zhì)調(diào)節(jié)不同的照明亮度和區(qū)域，可就地在智能面板上開/關(guān)燈光及在中控室遠程控制。

     (4)為地下污水廠降低建設(shè)成本。采用智能照明控制系統(tǒng)的總線布線方式,所有的照明回路直接接入配電箱，無論開關(guān)在什么位置，只需要就近引2根信號線進行串聯(lián)，即可實現(xiàn)照明控制，減少大量電纜和管件的敷設(shè)。如需更改面板位置或控制區(qū)域，不必重新鋪設(shè)強電管線就能實現(xiàn)控制方式和控制目標(biāo)的更改。

3.1系統(tǒng)耦合器

     (1)耦合器(CPU)O支線層:每條支線可連接32個設(shè)備，且其中可編程總線設(shè)備可提供255個I/O資源供用戶編程組態(tài)使用。區(qū)域?qū)?一個區(qū)域可支持255條支線，可支持連接255x32=8160個總線設(shè)備，且可提供255x255=65025個I/O資源供用戶編程組態(tài)使用。

     (2)開關(guān)驅(qū)動器。開關(guān)驅(qū)動器具有4路開關(guān)量輸入、4路繼電器輸出、4路電流檢測功能；開關(guān)量輸入可接入開關(guān)、報警、紅外人體感應(yīng)器等信號，繼電器輸出可控制照明、電機、報警等開關(guān)回路，每個繼電器輸出回路均帶電流檢測功能。繼電器觸電壽命M20萬次，具有延時啟動、磁保持(自鎖)、斷電記憶保護功能。

     (3)智能調(diào)光模塊。智能調(diào)光模塊具有4路開關(guān)量輸入功能、4路0~10V模擬量輸出；開關(guān)量輸入可接入開關(guān)、報警、紅外人體感應(yīng)器等信號，或接入傳統(tǒng)照明開關(guān)信號，將外接信號轉(zhuǎn)換成總線信號進行系統(tǒng)的聯(lián)動控制，模擬量輸出可接0~10V輸入的調(diào)光器等設(shè)備。

     (4)智能觸摸屏。智能觸摸屏無操作待機20s,屏幕自動降低亮度;具有通過軟件遠程編輯管理功能;采用嵌入式系統(tǒng);可圖形化展示場景、調(diào)光、集中控制等功能。觸控屏可根據(jù)需求修改任意圖案和顯示功能，可自定義按鈕功能實現(xiàn)區(qū)域的集中管控?？筛鶕?jù)不同功能進行不同的文字闡述，清晰明了地顯示給使用者。在某個大區(qū)域里設(shè)置1臺觸控屏可集中管控整個大空間燈光，實現(xiàn)便捷的管理。

     (5)中控軟件。

     ①采用Windows操作系統(tǒng)，簡體中文圖形操作界面

     ②提供二次開發(fā)工具，支持平面圖設(shè)計，采用拖放方式編輯平面圖。

     ③具有報警管理、日程表、歷史記錄、密碼保護、中文菜單式、圖形化編程等軟件模塊。

     ④具有控制區(qū)域及操作管理權(quán)限設(shè)定功能。

     ⑤提供圖形畫面功能，可在畫面上進行所有的編程設(shè)定作業(yè)。

     ⑥控制功能。場景控制：可在軟件菜單上設(shè)置多種場景模式，使用時只需點擊相應(yīng)的模式,系統(tǒng)便自動執(zhí)行。場景模式根據(jù)需要可隨時增減和修改；時間控制：根據(jù)季節(jié)、作息時間、照度變化編制時間控制程序。可通過列表或鼠標(biāo)點擊燈具圖形來控制各個回路開光和調(diào)光。

     ⑦具有實時監(jiān)測功能，能在圖形界面上顯示各照明回路上燈的開關(guān)狀態(tài)?？赏ㄟ^列表及鼠標(biāo)點擊方式顯示系統(tǒng)的工作狀態(tài)，鼠標(biāo)所指區(qū)域顯示相應(yīng)回路和群組的編號及工作狀態(tài)。

     ⑧具有自檢功能，可監(jiān)視系統(tǒng)所有部件的工作狀態(tài)。

     ⑨具有報警管理功能，可顯示報警區(qū)域、報警點的具體地址。

     ⑩具有運行時間及歷史紀(jì)錄功能，并可根據(jù)需要靈活設(shè)定。

3.2電氣系統(tǒng)

     圖出水區(qū)照明配電箱系統(tǒng)如圖1所示，使用1個4路開關(guān)驅(qū)動器和1個4路0~10V調(diào)光驅(qū)動器(均為24V供電)，配電箱中需安裝1個24V電源模塊(為所有智能照明設(shè)備供電)，包括從配電箱中引出的智能面板及感應(yīng)器。出水區(qū)照明平面圖如圖2所示。

圖一出水區(qū)照明配電箱系統(tǒng)

圖二出水區(qū)照明平面圖

   污水處理廠智能照明有如下*性：

   （1）布線。只需2根信號線接到控制開關(guān)上，節(jié)省大量的布線投資。

回路控制。場景控制功能可做到用一

    （2）管理方式。管理方便，在監(jiān)控中心即可實現(xiàn)對整個污水處理廠的管理。

    （3）管理方式。管理方便，在監(jiān)控中心即可實現(xiàn)對整個污水處理廠的管理，

系統(tǒng)按照預(yù)先設(shè)置的程序開/關(guān)燈，節(jié)省人工成本，而且全自動運行。這部分工作按照一般情況下可節(jié)省30%~50%的用電量

     (4)照明方式。工作人員根據(jù)不同需要隨時靈活更改場景，進行分組區(qū)域化管理，營造出不同氛圍。

     (5)環(huán)境適應(yīng)。通過傳感器將日照及環(huán)境變量輸入系統(tǒng)進行分析與管理,使照明空間與日照及周邊環(huán)境做搭配，動態(tài)地調(diào)整室內(nèi)照度，能夠在日光采光充足地方減少人工照明，達到照明節(jié)能的目的。

     (6)燈具壽命。智能系統(tǒng)設(shè)置軟啟動，可避免瞬間沖擊對燈具造成的損害，延長燈具壽命。

     (7)布局調(diào)整。智能照明可根據(jù)規(guī)劃方式調(diào)整照明布局和擴充功能，大大降低改造費用和縮短改造周期。

     (8)安全方面。回路與負載分離，控制回路的工作電壓為DC24V,即使開關(guān)面板意外漏電，也能確保人身安全，且智能面板具備可編程功能，可隨意定義按鍵功能，具有明顯的負載標(biāo)示。

     (9)控制靈活性。

     ①現(xiàn)場具備智能面板可靈活定義。消防控制室設(shè)立中控計算機，掌握全局，可單路開啟/關(guān)閉相應(yīng)照明，也可一鍵開啟/關(guān)閉 相應(yīng)燈光，并且隨時掌握現(xiàn)場照明啟用狀況。

     ②可隨時改變定時時間，直接在計算機上輸入時間。

     ③在白天人流量大時中控計算機禁止現(xiàn)場面板與感應(yīng)器使用，提升設(shè)備與燈具壽命。

     ④系統(tǒng)具有照度感應(yīng)功能，可自行判斷周圍環(huán)境照度。當(dāng)照度不滿足要求時系統(tǒng)自動啟用相應(yīng)照明補光，照度較亮?xí)r系統(tǒng)自動關(guān)閉無需開啟的照明。

5.1平臺概述

     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)品生態(tài)體系，AcrelEMS-SW智慧水務(wù)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，重點監(jiān)測主要用能設(shè)備能效，保護污水廠運行安全可靠，提高污水廠能效，為污水處理的能效管理提供科學(xué)、精細的解決方案。

5.1.1平臺組成

     AcrelEMS智慧水務(wù)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(wù)中壓變配電系統(tǒng)、電氣安全、應(yīng)急電源、能源管理、照明控制、設(shè)備運維等，貫穿水務(wù)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(wù)配電系統(tǒng)運行狀況，并且根據(jù)權(quán)限可以適用于水務(wù)后勤部門管理需要。

5.1.2平臺拓撲圖

5.2平臺子系統(tǒng)

5.2.1變電站綜合自動化系統(tǒng)及電力監(jiān)控

對水務(wù)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(yù)警。

監(jiān)測變壓器、水泵、鼓風(fēng)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、異常報警等數(shù)據(jù)。

5.2.2電能質(zhì)量監(jiān)測與治理

     水務(wù)中大量的大功率電機、水泵變頻啟動導(dǎo)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、閃變和容忍度指標(biāo)分析其電能質(zhì)量，并配置對應(yīng)的電能質(zhì)量治理措施提高供電電能質(zhì)量。

 

5.2.3電動機管理

     馬達監(jiān)控實現(xiàn)水務(wù)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)測和報警。高效、準(zhǔn)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(yù)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(shè)備,保障正常生產(chǎn)。

5.2.4能耗管理

     為水務(wù)搭建計量體系，顯示水務(wù)的能源流向和能源損耗，通過能源流向圖幫助水務(wù)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(lǐng)導(dǎo)掌控整個工廠的能源消耗，能源成本，標(biāo)煤排放等的情況。

能耗數(shù)據(jù)統(tǒng)計采集水務(wù)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(biāo)煤計算和CO2排放統(tǒng)計趨勢。

    能效分析按三級計量架構(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(biāo)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/國際指標(biāo)對標(biāo)，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。

5.2.5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(yīng)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安全、節(jié)能、舒適、高效的目的。

5.3電氣安全

5.3.1電氣火災(zāi)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、水泵站的電氣安全預(yù)警。

5.3.2 消防應(yīng)急照明和疏散指示

    根據(jù)預(yù)先設(shè)置的應(yīng)急預(yù)案快速啟動疏散方案引導(dǎo)人員疏散。系統(tǒng)接入消防應(yīng)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。

5.3.3 消防設(shè)備電源監(jiān)測

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

5.3.4 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(shè)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(shè)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(dāng)終端設(shè)備發(fā)生短路、斷路等故障時，防火門監(jiān)控器能發(fā)出報警信號，能指示報警部位并保存報警信息，保障了電氣安全的可靠性。

5.4 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、視頻、UPS電池間可燃氣體濃度展示和預(yù)警，保障污水廠、自來水廠、水泵站等安全運行。當(dāng)可燃氣體或有害氣體濃度超標(biāo)可自動啟動排風(fēng)風(fēng)機或新風(fēng)系統(tǒng)，排除隱患，保持良好的水處理環(huán)境。

5.5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(dāng)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。

5.6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、加氯接觸消毒、污泥濃縮壓濾、生物除臭等工藝設(shè)備運行狀態(tài)。在格柵清渣機、污水提升泵、回流泵、曝氣風(fēng)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(shè)備,保障正常生產(chǎn)。

5.7相關(guān)平臺部署硬件選型清單

   5.7.1電力監(jiān)控、電能質(zhì)量、電動機管理及配電室環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)

 

 

 

 

5.7.2智能照明系統(tǒng)

 

  

 

 

 

 

 

     地下大空間污水處理廠采用傳統(tǒng)照明不僅會因回路數(shù)量巨大而造成施工成本線材成本大幅上漲，而且也無法實現(xiàn)智能照明操作的便捷性和照明控制的靈活性。地下污水處理廠這種大空間照明回路較多的場所采用智能照明不僅能增加廠區(qū)的現(xiàn)代感，而且能營造舒適的照明環(huán)境，實現(xiàn)便捷的照明管理,在節(jié)約能源的同時也能節(jié)約廠區(qū)的管理成本.

 

[1]巫山峽，薛驍. 智能照明系統(tǒng)在地下污水處理廠的應(yīng)用

[2]建筑照明設(shè)計規(guī)范: GB 50034 — 2003[S].

[3]綠色建筑評價標(biāo)準(zhǔn): GB/T 50378 — 2014 [S].

[4] 鄒益仁.現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)的設(shè)計和開發(fā)[M].北京：國防工業(yè)出版社 ,2011.

[5] 安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設(shè)計與應(yīng)用手冊.2022.05版

作者簡介

任運業(yè).男.現(xiàn)任職于安科瑞電氣股份有限公司，主要從事智慧消防平臺的設(shè)計與應(yīng)用。