安科瑞智能照明控制在地下污水廠的應用

摘 要:結合某地下污水廠項目，從結構、系統組成、系統功能、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，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。

關鍵詞:智能照明控制系統;地下污水廠;控制策略;場景模式

0引言

   目前，智能照明控制系統在民用建筑、會展、工業廠房、車站機場等場所均有較為廣泛的應用［1-3］，其技術也日趨成熟，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

　　 某污水廠建設規模為40萬m3/d，采用全地下組團形式，主要處理構筑物均位于地下，地上布局與公共綠地建設緊密結合。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。

　　 根據地下污水廠布置特點，在地下箱體區域設置智能照明控制系統，采用合理的智能照明控制策略，為污水廠正常運行提供舒服的照明控制和管理方式。

2系統結構

　　 該工程為集散型智能照明控制系統，采用工業現場總線、模塊化結構，在中控室設置監控與管理計算機，對整個系統實施監控，以便隨時調節照明的現場效果。在地下污水處理廠的不同區域設置子網智能照明控制主機，控制相應區域的照明系統。智能照明控制系統拓撲結構如圖1所示。

 

圖1智能照明控制系統拓撲結構

3系統組成

　　該工程智能照明控制系統由系統單元、輸入單元、輸出單元三部分組成。系統單元為系統提供數據集中處理、指令發送、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、系統時鐘等;輸入單元將外界的需求信息轉變為信號在系統總線上傳播，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，并按照指令對相關負載做出相應的輸出動作，如調光模塊、開關模塊等。

　　地下污水廠箱體是一個封閉空間，含有污水池體、涉水管道及其內部排水溝道，整個箱體比較潮濕，而且在預處理區、污泥處理區均會產生腐蝕性氣體。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系統功能

　　 根據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具有以下功能。

   (1)智能照明控制系統設有監控與管理計算機，對整個系統實施監控，以便隨時調節照明的現場效果，如系統設置開燈方案模式，并在計算機屏幕上仿真照明燈具的布置情況，顯示各組燈具開關狀態。

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

　　(3)具有場景預設、亮度調節、定時、時序控制的功能。

　　(4)具有消防及技術防范聯動接口，應急時啟動相應的應急照明系統。

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

　　(6)控制主機具有顯示各終端設備使用狀態功能。

　　(7)智能照明控制面板具有顯示各場景狀態功能。

　　(8)具有燈具啟動時間、累計記錄和燈具使用壽命的統計功能。

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

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

　　(11)系統控制軟件應有不同權限級別設置。

　　(12)系統設置與其他系統連接的接口，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)大空間區域應綜合考慮污水廠構筑物、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，便于節能。照明回路可以采用開關量控制，根據不同時段需要，采取分區、分回路控制;在預算允許范圍內，也可采用單燈控制方式，按需開啟相應區域的照明。

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

　　(3)為了調節室內外照度差異，在車道出入口區域設計過渡照明。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域，可以根據照度感應器探測室外自然光照度，自動開啟或關閉光導和采光井區域的照明。例如，采光井區域在自然光影響下，室內照度達到100lx時，不開啟燈光;低于75lx時，開啟0.25燈光;低于50lx時，開啟0.5燈光;低于25lx時，開啟全燈光。

　　(5)在箱體出入口、值班室等區域設置智能控制面板，可調用多個場景模式、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)、手機APP等來調用需要的照明場景模式。例如，當運行人員巡檢到某個區域時發現可疑問題，可通過iPAD、手機APP等打開該區域全部燈光并進行主要檢查。

　　(7)在中控室內設置監控與管理計算機，實現對整個箱體內所有燈光回路、燈光場景的狀態實時管理和監控。計算機采用圖形化界面，可以加入箱體內各個區域的平面圖，顯示各個區域燈光場景狀態。每個區域都可以獨立控制，都具有不同場景模式。當箱體內某個區域需要檢修時，可以通過監控與管理計算機對特定區域的燈光進行切換到檢修模式，該區域檢修模式開啟該區域的全燈光。

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

　　(9)巡檢模式下，當運行人員進入箱體內巡檢時，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0.5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域，人體移動感應傳感器檢測到人員時，將開啟該區域的燈光;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、關閉時間可分別設置，當人體移動感應傳感器負責的區域較小，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光模塊，根據需要調節燈光照度并設置移動感應器，實現燈光自動跟隨調光的功能。

　　(12)智能照明控制系統提供端口與人員定位系統對接，當人員定位系統檢測到人員活動時發送信號給智能照明控制系統，智能照明控制系統根據指令開啟相應區域的照明。

6場景模式

　　根據地下污水處理廠的特點及運行方式，設定不同的場景模式，工作人員可以根據實際需要，通過監控與管理計算機、智能控制面板、移動控制平板、手機APP等，調整各個區域不同時段、不同用途的燈光場景模式，使用時只需調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商確定，并可根據現場實際情況適當調整。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:開啟箱體內全回路燈光。

　?、谌P模式:關閉箱體內全回路燈光。

　?、酃澞苣Ｊ揭?開啟箱體內0.5回路燈光，自然采光區域可結合照度感應控制。

　?、芄澞苣Ｊ蕉?開啟箱體內0.25回路燈光，自然采光區域可結合照度感應控制，主要設備區域保持0.5回路燈光。

　　⑤節能模式三:開啟箱體內0.1回路燈光，自然采光區域可結合照度感應控制，主要設備區域保持0.5回路燈光。

　　⑥節能模式四:開啟主通道照明，主要設備區域保持0.5回路燈光。

　?、哂e模式:對人員參觀通道及需要參觀的區域開啟全回路燈光;對那些不會對參觀人員開放的區域，采用0.25回路點亮的節能操作。

　?、嘌矙z模式:打開巡檢通道上方的照明，開啟箱體內0.5回路燈光，并結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區域，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域(預處理區、生反池、二沉池、沉淀池、反硝化深床濾池、污泥脫水機房等)，可根據地下污水廠的工藝流程分成不同的區域，面積較大的功能區還可根據工藝分組情況分成幾個小區域，每個區域可以設置以下場景模式。

　?、贆z修模式:開啟本區域內全回路燈光。

　?、谌P模式:關閉本區域內全回路燈光。

　　③節能模式一:開啟本區域內0.5回路燈光。

　　④節能模式二:開啟本區域內0.25回路燈光，主要設備區域保持0.5回路燈光。

　?、莨澞苣Ｊ饺?開啟本區域內0.1回路燈光，主要設備區域保持0.5回路燈光。

　　⑥巡檢模式:打開巡檢通道上方的照明，并開啟本區域內0.5回路燈光，并結合人體移動感應傳感器使用。

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

　?、贆z修模式:開啟本區域內全回路燈光。

　　②全關模式:關閉本區域內全回路燈光。

　　③節能模式一:開啟本區域內0.5回路燈光，自然采光區域可結合照度感應控制。

　?、芄澞苣Ｊ蕉?開啟本區域內0.25回路燈光。

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

　?、贆z修模式:開啟本區域內全回路燈光。

　?、谌P模式:關閉本區域內全回路燈光。

　?、酃澞苣Ｊ揭?開啟本區域內0.5回路燈光，可結合照度感應控制。

　　④節能模式二:開啟本區域內0.25回路燈光。

　　主要設備區域主要包括粗格柵及進水泵房、細格柵及曝氣沉砂池、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，待人離開后自動關閉;在有光導或采光井的通道區域，可以根據照度感應器感應室外的自然光照度，自動開啟或關閉光導或采光井區域的照明;大空間區域照明回路采用開關量控制，根據不同時段需要，采取分區、分回路控制照明。

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

圖3二沉池及地下通道照明配電箱系統圖

　　 根據工藝流程，通過現場控制面板、時鐘控制、人體移動感應器等多種自動控制手段，實現對二沉池區域照明智能控制。二沉池區域場景模式設置:①檢修模式，開啟本區域內全回路燈光;②全關模式，關閉本區域內全回路燈光;③節能模式一，開啟本區域內0.5回路燈光;④節能模式二，開啟本區域內0.25回路燈光;⑤節能模式三，開啟本區域內0.1回路燈光;⑥巡檢模式，打開巡檢通道上方的照明，開啟本區域內0.5回路燈光，并結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勢

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

　　(1)控制范圍修改靈活。當遇到工藝設備布局調整時，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)根據污水廠運行計劃調整照明控制策略。根據污水廠運行計劃，設定照明控制程序，當運行計劃調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。智能照明控制系統的規?？伸`活地隨著照明系統的大小而改變，如需要擴充時不必更改原有線路，只需將增加的模塊用數據線接入原有網絡，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品體系，AcrelEMS-SW智慧水務能效管理平臺通過在污水廠源、網、荷、儲、充的各個關鍵節點安裝保護、監測、分析、治理裝置，用于監測污水廠能耗總量和能耗強度，監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由變電站綜合自動化系統、電力監控及能效管理系統組成，涵蓋了水務中壓變配電系統、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運行狀況，并且根據權限可以適用于水務后勤部門管理需要。

 

10 平臺子系統

10.1 變電站綜合自動化系統及電力監控

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

   監測變壓器、水泵、鼓風機的電流、電壓、有功/無功功率、功率因數、負荷率、溫度、三相平衡、異常等數據。

 

10.2 電能質量監測與治理

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

 

10.3 電動機管理

   馬達監控實現水務中電機的保護、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、監測。準確地反映出故障狀態、故障時間、故障地點、及相關信息，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，實現電動機自動或遠程控制，監視、控制各個工藝設備,保障正常生產。

 

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域。

   將所有有關能源的參數集中在一個看板中，從多個維度對比分析，實現各個工藝環節的能耗對比，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。

   能耗數據統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排放統計趨勢。

   能效分析按計量架構，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、環比、對標等。通過污水處理產量以及系統采集的能耗數據，在污水單耗中生成污水單耗趨勢圖，并進行同比和環比分析，同時將污水的單耗與行業//國際指標對標，以便企業能夠根據產品單耗情況來調整生產工藝，從而降低能耗。

 

10.5 智能照明控制

   系統為污水廠、自來水廠、水泵站等提供了照明控制管理方案，支持單控、區域控制、自動控制、感應控制、定時控制、場景控制、調光控制等多種控制方式，模塊可根據經緯度自動識別日出日落時間實現自動控制功能，盡量利用自然光照，實現室內、廠區照明的智能控制達到節能、舒心的目的。

 

10.6 電氣

10.6.1 電氣火災監測

   監測配電系統回路的漏電電流和線纜溫度，實現對污水廠、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。系統接入消防應急照明指示系統數據，通過平面圖顯示疏散指示燈具工作狀態和異常情況。

10.6.3 消防設備電源監測

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

10.6.4 防火門監控系統

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

10.6.5 環境監測

   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，排除隱患，保持良好的水處理環境。

 

10.6.7 分布式光伏監測

   實時監測低壓并網柜每路的電流、電壓、功率等電氣參數及斷路器開關狀態，逆變器運行監視，對逆變器直流側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、當前發電功率、累計發電量進行監測，以曲線方式繪制上述監測的各個參量的歷史數據。

   平臺結合廠區實際分布情況，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、并網點位置，各個屋頂的裝機容量。  

10.6.8 工藝仿真監控

平臺通過2D、3D方式實時監視粗格柵、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。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、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，實現電動機自動或遠程控制，監視、控制各個工藝設備,保障正常生產。 

10.7  產品清單 

11結語

   本文結合實際案例，闡述了智能照明控制系統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應用于類似地下污水廠提供借鑒。

參考文獻

［1］邱維．地下污水處理廠的適應性探討［J］．中國給水排水，2017，33(8):26-31．

［2］高智箭，張泳，劉博文，等．基于智能控制系統的地下水廠照明設計［J］.自動化博覽，2018(12):101-103．

［3］付業興，邱增強，王瑜，等．智能照明控制系統在地下污水處理廠的應用［J］．城市建設理論研究，2015(18):142-144．

［4］林承鑫.地下污水廠智能照明控制策略.1674-8417( 2021) 04-0054-06.

［5］安科瑞企業微電網設計與應用手冊.2022.05版.