地下污水处理厂的智能照明控制系统

　　#头条创作挑战赛#
　　摘要： 地下污水处理厂由于空间较大照明回路多，如果采用传统照明，不仅施工布线成本高，而且无法智能管理灯光。介绍了智能照明系统在某地下污水处理厂的应用，提出采用智能照明控制系统可节约能源，实现便捷的照明管理，而且智能照明所有设备都釆用24V供电,更加安全便捷.
　　关键词： 污水处理厂智能照明节能安全便捷
　　0引言
　　随着计算机技术、网络技术、无线通信数据传输等技术的成熟，智能照明得到了迅猛发展。在传统工业项目的照明领域中，灯光控制在出入口设置强电开关，由开关来控制照明。如果控制区域的空间非常大，或者灯光负载非常多，就无法实现现场照明的灵活控制及管控。智能照明是对传统照明控制的一次升级,无需复杂的设计就能实现对现有照明管控，符合绿色建筑要求。
　　1智能照明控制的意义
　　目前在不同类型的建筑中，照明用电量占总电量的10%-20%。若在地下污水处理厂大空间工作场所(污水池)中，通过智能照明设备，利用成熟的总线技术实现对这些设备的智能控制。针对目前照明灯具布置分散控制又过于集中的特点,期盼一种新的智能控制来打破长期固定下薜骁(1990-),男，工程师,从事市政电气设计。来的用电习惯，由＂随手开关＂发展成为可选择的＂现场/智能总控开关＂系统。另外，该系统还能对使用者参与过程中实时数据进行汇集和智能分析,从而有效地利用能源，减少运营和维护成本,实现＂人、环境、建筑＂三者的和谐统一。
　　2提出问题及设计原则
　　2.1设计区域的具体情况
　　某地下污水处理厂工程项目总面积约为4万m＂,主要为主体工程的一体化箱体区域，全地下设施，设8个分区，分别为各工艺过程中池，总体共2层，局部3层。
　　2.2可预见的效果
　　(1)在出水区出入口设计单控灯具开关。如果在巡检或者作业时进入出水区开启灯具，等进入下一个区域时无法关闭灯具，只能原路返回关闭相应灯光。若到地下大面积的池区关闭/开启灯具，就需步行回到入口关闭。
　　(2)在岀入口设计双控灯具开关。设置双控开关可解决(1)的问题，但会因回路数量巨大而造成施工成本及线材成本大幅上涨,仅设计双控开关也不能满足操作的便捷化。
　　(3)照明节能。大空间的地下污水池中，灯具数量照明回路较多，在没有后台监控开关灯的情况下，由于面积较大很难巡视到全部区域，造成电能浪费，无法实现按需照明。另外,可以对不同时间、不同环境的光照度进行设置和管理，实现节能效果。
　　(4)延长灯具寿命。智能照明系统可以利用软启动和软关断技术，避免冲击电流对光源损害，即灯具回路按顺序延时打开。
　　(5)改善照明质量。智能照明系统以调光模块控制面板代替传统的开关控制灯具,可以整体控制各房间内照度值，提高照度均匀性。同时,智能照明系统可以避免频闪效应。
　　(6)实现多种照明效果。智能照明系统易于实现多种照明场景控制方案，按不同时间、不同用途、不同效果采用相应的预设置场景进行控制,达到多种照明效果。
　　(7)管理维护方便。智能照明控制系统对照明的控制是以模块式自动控制为主，手动控制为辅,照明预置场景的参数以数字式存储在可擦除可编程ROM中，这些信息的设置和更换十分方便，加上灯具寿命大大提髙，使照明管理和设备维护变得更加简单。
　　2.3设计原则
　　(1)操作安全性及可靠性。智能照明总线采用24V供电(模块、现场面板)，在36V安全电压下不会产生触电危险。
　　(2)为地下污水厂照明提供便捷的管理服务。智能照明可根据现场灯光使用需求灵活进行任意组合，也可单独细分每条回路。智能照明还能实现定时控制、调光控制、照明亮度自动调节控制、远程控制等。
　　(3)为地下污水厂的运营节约能源。智能照明可根据现场工作区域性质调节不同的照明亮度和区域，可就地在智能面板上开/关灯光及在中控室远程控制。
　　(4)为地下污水厂降低建设成本。采用智能照明控制系统的总线布线方式,所有的照明回路直接接入配电箱，无论开关在什么位置，只需要就近引2根信号线进行串联，即可实现照明控制，减少大量电缆和管件的敷设。如需更改面板位置或控制区域，不必重新铺设强电管线就能实现控制方式和控制目标的更改。
　　3智能照明系统
　　3.1系统耦合器
　　(1)耦合器(CPU)O支线层:每条支线可连接32个设备，且其中可编程总线设备可提供255个I/O资源供用户编程组态使用。区域层:一个区域可支持255条支线，可支持连接255x32=8160个总线设备，且可提供255x255=65025个I/O资源供用户编程组态使用。
　　(2)开关驱动器。开关驱动器具有4路开关量输入、4路继电器输出、4路电流检测功能；开关量输入可接入开关、报警、红外人体感应器等信号，继电器输出可控制照明、电机、报警等开关回路，每个继电器输出回路均带电流检测功能。继电器触电寿命M20万次，具有延时启动、磁保持(自锁)、断电记忆保护功能。
　　(3)智能调光模块。智能调光模块具有4路开关量输入功能、4路0~10V模拟量输出；开关量输入可接入开关、报警、红外人体感应器等信号，或接入传统照明开关信号，将外接信号转换成总线信号进行系统的联动控制，模拟量输出可接0~10V输入的调光器等设备。
　　(4)智能触摸屏。智能触摸屏无操作待机20s,屏幕自动降低亮度;具有通过软件远程编辑管理功能;采用嵌入式系统;可图形化展示场景、调光、集中控制等功能。触控屏可根据需求修改任意图案和显示功能，可自定义按钮功能实现区域的集中管控。可根据不同功能进行不同的文字阐述，清晰明了地显示给使用者。在某个大区域里设置1台触控屏可集中管控整个大空间灯光，实现便捷的管理。
　　(5)中控软件。
　　①采用Windows操作系统，简体中文图形操作界面
　　②提供二次开发工具，支持平面图设计，采用拖放方式编辑平面图。
　　③具有报警管理、日程表、历史记录、密码保护、中文菜单式、图形化编程等软件模块。
　　④具有控制区域及操作管理权限设定功能。
　　⑤提供图形画面功能，可在画面上进行所有的编程设定作业。
　　⑥控制功能。场景控制：可在软件菜单上设置多种场景模式，使用时只需点击相应的模式,系统便自动执行。场景模式根据需要可随时增减和修改；时间控制：根据季节、作息时间、照度变化编制时间控制程序。可通过列表或鼠标点击灯具图形来控制各个回路开光和调光。
　　⑦具有实时监测功能，能在图形界面上显示各照明回路上灯的开关状态。可通过列表及鼠标点击方式显示系统的工作状态，鼠标所指区域显示相应回路和群组的编号及工作状态。
　　⑧具有自检功能，可监视系统所有部件的工作状态。
　　⑨具有报警管理功能，可显示报警区域、报警点的具体地址。
　　⑩具有运行时间及历史纪录功能，并可根据需要灵活设定。
　　3.2电气系统
　　图出水区照明配电箱系统如图1所示，使用1个4路开关驱动器和1个4路0~10V调光驱动器(均为24V供电)，配电箱中需安装1个24V电源模块(为所有智能照明设备供电)，包括从配电箱中引出的智能面板及感应器。出水区照明平面图如图2所示。
　　图一出水区照明配电箱系统
　　图二出水区照明平面图
　　4智能照明优越性
　　污水处理厂智能照明有如下优越性：
　　（1）布线。只需2根信号线接到控制开关上，节省大量的布线投资。
　　回路控制。场景控制功能可做到用一
　　（2）管理方式。管理方便，在监控中心即可实现对整个污水处理厂的管理。
　　（3）管理方式。管理方便，在监控中心即可实现对整个污水处理厂的管理，
　　系统按照预先设置的程序开/关灯，节省人工成本，而且全自动运行。这部分工作按照一般情况下可节省30%~50%的用电量
　　(4)照明方式。工作人员根据不同需要随时灵活更改场景，进行分组区域化管理，营造出不同氛围。
　　(5)环境适应。通过传感器将日照及环境变量输入系统进行分析与管理,使照明空间与日照及周边环境做搭配，动态地调整室内照度，能够在日光采光充足地方减少人工照明，达到照明节能的目的。
　　(6)灯具寿命。智能系统设置软启动，可避免瞬间冲击对灯具造成的损害，延长灯具寿命。
　　(7)布局调整。智能照明可根据规划方式调整照明布局和扩充功能，大大降低改造费用和缩短改造周期。
　　(8)安全方面。回路与负载分离，控制回路的工作电压为DC24V,即使开关面板意外漏电，也能确保人身安全，且智能面板具备可编程功能，可随意定义按键功能，具有明显的负载标示。
　　(9)控制灵活性。
　　①现场具备智能面板可灵活定义。消防控制室设立中控计算机，掌握全局，可单路开启/关闭相应照明，也可一键开启/关闭 相应灯光，并且随时掌握现场照明启用状况。
　　②可随时改变定时时间，直接在计算机上输入时间。
　　③在白天人流量大时中控计算机禁止现场面板与感应器使用，提升设备与灯具寿命。
　　④系统具有照度感应功能，可自行判断周围环境照度。当照度不满足要求时系统自动启用相应照明补光，照度较亮时系统自动关闭无需开启的照明。
　　5AcrelEMS-SW智慧水务能效管理平台
　　5.1平台概述
　　安科瑞电气具备从终端感知、边缘计算到能效管理平台的产品生态体系，AcrelEMS-SW智慧水务能效管理平台通过在污水厂源、网、荷、储、充的各个关键节点安装保护、监测、分析、治理装置，用于监测污水厂能耗总量和能耗强度，重点监测主要用能设备能效，保护污水厂运行安全可靠，提高污水厂能效，为污水处理的能效管理提供科学、精细的解决方案。
　　5.1.1平台组成
　　AcrelEMS智慧水务综合能效管理系统由变电站综合自动化系统、电力监控及能效管理系统组成，涵盖了水务中压变配电系统、电气安全、应急电源、能源管理、照明控制、设备运维等，贯穿水务能源流的始终，帮助运维管理人员通过一套平台、一个APP实时了解水务配电系统运行状况，并且根据权限可以适用于水务后勤部门管理需要。
　　5.1.2平台拓扑图
　　5.2平台子系统
　　5.2.1变电站综合自动化系统及电力监控
　　对水务配电系统中35kV、10kV电压等级配置继电保护和弧光保护，实现遥测、遥信、遥控、遥调等功能，对异常情况及时预警。
　　监测变压器、水泵、鼓风机的电流、电压、有功/无功功率、功率因数、负荷率、温度、三相平衡、异常报警等数据。
　　5.2.2电能质量监测与治理
　　水务中大量的大功率电机、水泵变频启动导致配电系统中存在大量谐波，通过监测其配电系统的谐波畸变、电压波动、闪变和容忍度指标分析其电能质量，并配置对应的电能质量治理措施提高供电电能质量。
　　5.2.3电动机管理
　　马达监控实现水务中电机的保护、遥测、遥信、遥控功能，电动机保护器能对过载、短路、缺相、漏电等异常情况进行保护、监测和报警。高效、准确地反映出故障状态、故障时间、故障地点、及相关信息，对电机进行健康诊断和预防性维护。同时支持与PLC、软启、变频器等配合，实现电动机自动或远程控制，监视、控制各个工艺设备,保障正常生产。
　　5.2.4能耗管理
　　为水务搭建计量体系，显示水务的能源流向和能源损耗，通过能源流向图帮助水务分析能源消耗去向，找出能源消耗异常区域。
　　将所有有关能源的参数集中在一个看板中，从多个维度对比分析，实现各个工艺环节的能耗对比，帮助领导掌控整个工厂的能源消耗，能源成本，标煤排放等的情况。
　　能耗数据统计采集水务中污水厂、自来水厂、水泵站等的用电、用水、燃气、冷热量消耗量，同环比对比分析，能耗总量和能耗强度计算，标煤计算和CO2排放统计趋势。
　　能效分析按三级计量架构，分别进行能效分析，契合能源管理体系要求，可对各车间/职能部门的能效水平进行分析，同比、环比、对标等。通过污水处理产量以及系统采集的能耗数据，在污水单耗中生成污水单耗趋势图，并进行同比和环比分析，同时将污水的单耗与行业/国家/国际先进指标对标，以便企业能够根据产品单耗情况来调整生产工艺，从而降低能耗。
　　5.2.5智能照明控制
　　系统为污水厂、自来水厂、水泵站等提供了照明控制管理方案，支持单控、区域控制、自动控制、感应控制、定时控制、场景控制、调光控制等多种控制方式，模块可根据经纬度自动识别日出日落时间实现自动控制功能，尽量利用自然光照，实现室内、厂区照明的智能控制达到安全、节能、舒适、高效的目的。
　　5.3电气安全
　　5.3.1电气火灾监测
　　监测配电系统回路的漏电电流和线缆温度，实现对污水厂、自来水厂、水泵站的电气安全预警。
　　5.3.2 消防应急照明和疏散指示
　　根据预先设置的应急预案快速启动疏散方案引导人员疏散。系统接入消防应急照明指示系统数据，通过平面图显示疏散指示灯具工作状态和异常情况。
　　5.3.3 消防设备电源监测
　　监测消防设备的工作电源是否正常，保障在发生火灾时消防设备可以正常投入使用。
　　5.3.4 防火门监控系统
　　防火门监控系统集中控制其各终端设备即防火门监控模块、电动闭门器、电磁释放器的工作状态，实时监测疏散通道防火门的开启、关闭及故障状态，显示终端设备开路、短路等故障信号。系统采用消防二总线将具有通信功能的监控模块相互连接起来，当终端设备发生短路、断路等故障时，防火门监控器能发出报警信号，能指示报警部位并保存报警信息，保障了电气安全的可靠性。
　　5.4 环境监测
　　污水厂、自来水厂、水泵站等场所温湿度、烟雾、积水浸水、视频、UPS电池间可燃气体浓度展示和预警，保障污水厂、自来水厂、水泵站等安全运行。当可燃气体或有害气体浓度超标可自动启动排风风机或新风系统，排除隐患，保持良好的水处理环境。
　　5.5分布式光伏监测
　　实时监测低压并网柜每路的电流、电压、功率等电气参数及断路器开关状态，逆变器运行监视，对逆变器直流侧每一光伏组串的输入直流电压、直流电流、直流功率，逆变器交流电压、交流电流、频率、功率因数、当前发电功率、累计发电量进行监测，以曲线方式绘制上述监测的各个参量的历史数据。
　　平台结合厂区实际分布情况，通过3D或2.5D平面图显示分布式光伏组件在屋顶、车棚的分布情况，显示汇流箱、并网点位置，各个屋顶的装机容量。
　　5.6工艺仿真监控
　　平台通过2D、3D方式实时监视粗格栅、污水提升、细格栅、曝气沉砂、改良生化处理、二沉、加氯接触消毒、污泥浓缩压滤、生物除臭等工艺设备运行状态。在格栅清渣机、污水提升泵、回流泵、曝气风机、加药泵、浓缩压滤机、吸沙泵、吸泥泵等低压电动机控制柜或低压馈电柜安装电动机保护，进行短路、过流、过载、起动超时、断相、不平衡、低功率、接地/漏电、te保护、堵转、逆序、温度等保护以及外部故障连锁停机，与PLC、软启、变频器等配合，实现电动机自动或远程控制，监视、控制各个工艺设备,保障正常生产。
　　5.7相关平台部署硬件选型清单
　　5.7.1电力监控、电能质量、电动机管理及配电室环境监控系统
　　5.7.2智能照明系统
　　6结语
　　地下大空间污水处理厂采用传统照明不仅会因回路数量巨大而造成施工成本线材成本大幅上涨，而且也无法实现智能照明操作的便捷性和照明控制的灵活性。地下污水处理厂这种大空间照明回路较多的场所采用智能照明不仅能增加厂区的现代感，而且能营造舒适的照明环境，实现便捷的照明管理,在节约能源的同时也能节约厂区的管理成本.
　　参考文献
　　[1]巫山峡，薛骁. 智能照明系统在地下污水处理厂的应用
　　[2]建筑照明设计规范: GB 50034 — 2003[S].
　　[3]绿色建筑评价标准: GB/T 50378 — 2014 [S].
　　[4] 邹益仁.现场总线控制系统的设计和开发[M].北京：国防工业出版社 ,2011.
　　[5] 安科瑞企业微电网设计与应用手册.2022.05版