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淺談智能照明和疏散系統在地下污水處理廠的應用
更新時間：2023-02-27點擊次數：1149次
淺談智能照明和疏散系統在地下污水處理廠的應用
任運業
安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定 201801
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在某地下污水處理廠的應用，提出采用智能照明控制系統可節約能源，實現便捷的照明管理，而且智能照明所有設備都釆用24V供電,更加安全便捷.
關鍵詞：污水處理廠智能照明節能安全便捷
0引言
隨著計算機技術、網絡技術、無線通信數據傳輸等技術的成熟，智能照明得到了迅猛發展。在傳統工業項目的照明領域中，燈光控制在出入口設置強電開關，由開關來控制照明。如果控制區域的空間非常大，或者燈光負載非常多，就無法實現現場照明的靈活控制及管控。智能照明是對傳統照明控制的一次升級,無需復雜的設計就能實現對現有照明管控，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，通過智能照明設備，利用成熟的總線技術實現對這些設備的智能控制。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,從事市政電氣設計。來的用電習慣，由“隨手開關"發展成為可選擇的“現場/智能總控開關"系統。另外，該系統還能對使用者參與過程中實時數據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“人、環境、建筑"三者的和諧統一。
2提出問題及設計原則
2.1設計區域的具體情況
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域，全地下設施，設8個分區，分別為各工藝過程中池，總體共2層，局部3層。
2.2可預見的效果
(1)在出水區出入口設計單控燈具開關。如果在巡檢或者作業時進入出水區開啟燈具，等進入下一個區域時無法關閉燈具，只能原路返回關閉相應燈光。若到地下大面積的池區關閉/開啟燈具，就需步行回到入口關閉。
(2)在岀入口設計雙控燈具開關。設置雙控開關可解決(1)的問題，但會因回路數量巨大而造成施工成本及線材成本大幅上漲,僅設計雙控開關也不能滿足操作的便捷化。
(3)照明節能。大空間的地下污水池中，燈具數量照明回路較多，在沒有后臺監控開關燈的情況下，由于面積較大很難巡視到全部區域，造成電能浪費，無法實現按需照明。另外,可以對不同時間、不同環境的光照度進行設置和管理，實現節能效果。
(4)延長燈具壽命。智能照明系統可以利用軟啟動和軟關斷技術，避免沖擊電流對光源損害，即燈具回路按順序延時打開。
(5)改善照明質量。智能照明系統以調光模塊控制面板代替傳統的開關控制燈具,可以整體控制各房間內照度值，提高照度均勻性。同時,智能照明系統可以避免頻閃效應。
(6)實現多種照明效果。智能照明系統易于實現多種照明場景控制方案，按不同時間、不同用途、不同效果采用相應的預設置場景進行控制,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,照明預置場景的參數以數字式存儲在可擦除可編程ROM中，這些信息的設置和更換十分方便，加上燈具壽命大大提髙，使照明管理和設備維護變得更加簡單。
2.3設計原則
(1)操作安全性及可靠性。智能照明總線采用24V供電(模塊、現場面板)，在36V安全電壓下不會產生觸電危險。
(2)為地下污水廠照明提供便捷的管理服務。智能照明可根據現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。智能照明還能實現定時控制、調光控制、照明亮度自動調節控制、遠程控制等。
(3)為地下污水廠的運營節約能源。智能照明可根據現場工作區域性質調節不同的照明亮度和區域，可就地在智能面板上開/關燈光及在中控室遠程控制。
(4)為地下污水廠降低建設成本。采用智能照明控制系統的總線布線方式,所有的照明回路直接接入配電箱，無論開關在什么位置，只需要就近引2根信號線進行串聯，即可實現照明控制，減少大量電纜和管件的敷設。如需更改面板位置或控制區域，不必重新鋪設強電管線就能實現控制方式和控制目標的更改。
3智能照明系統
3.1系統耦合器
(1)耦合器(CPU)O支線層:每條支線可連接32個設備，且其中可編程總線設備可提供255個I/O資源供用戶編程組態使用。區域層:一個區域可支持255條支線，可支持連接255x32=8160個總線設備，且可提供255x255=65025個I/O資源供用戶編程組態使用。
(2)開關驅動器。開關驅動器具有4路開關量輸入、4路繼電器輸出、4路電流檢測功能；開關量輸入可接入開關、報警、紅外人體感應器等信號，繼電器輸出可控制照明、電機、報警等開關回路，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)智能調光模塊。智能調光模塊具有4路開關量輸入功能、4路0~10V模擬量輸出；開關量輸入可接入開關、報警、紅外人體感應器等信號，或接入傳統照明開關信號，將外接信號轉換成總線信號進行系統的聯動控制，模擬量輸出可接0~10V輸入的調光器等設備。
(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;可圖形化展示場景、調光、集中控制等功能。觸控屏可根據需求修改任意圖案和顯示功能，可自定義按鈕功能實現區域的集中管控。可根據不同功能進行不同的文字闡述，清晰明了地顯示給使用者。在某個大區域里設置1臺觸控屏可集中管控整個大空間燈光，實現便捷的管理。
(5)中控軟件。
①采用Windows操作系統，簡體中文圖形操作界面
②提供二次開發工具，支持平面圖設計，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具有控制區域及操作管理權限設定功能。
⑤提供圖形畫面功能，可在畫面上進行所有的編程設定作業。
⑥控制功能。場景控制：可在軟件菜單上設置多種場景模式，使用時只需點擊相應的模式,系統便自動執行。場景模式根據需要可隨時增減和修改；時間控制：根據季節、作息時間、照度變化編制時間控制程序。可通過列表或鼠標點擊燈具圖形來控制各個回路開光和調光。
⑦具有實時監測功能，能在圖形界面上顯示各照明回路上燈的開關狀態。可通過列表及鼠標點擊方式顯示系統的工作狀態，鼠標所指區域顯示相應回路和群組的編號及工作狀態。
⑧具有自檢功能，可監視系統所有部件的工作狀態。
⑨具有報警管理功能，可顯示報警區域、報警點的具體地址。
⑩具有運行時間及歷史紀錄功能，并可根據需要靈活設定。
3.2電氣系統
圖出水區照明配電箱系統如圖1所示，使用1個4路開關驅動器和1個4路0~10V調光驅動器(均為24V供電)，配電箱中需安裝1個24V電源模塊(為所有智能照明設備供電)，包括從配電箱中引出的智能面板及感應器。出水區照明平面圖如圖2所示。
圖一出水區照明配電箱系統
圖二出水區照明平面圖
4智能照明*性
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上，節省大量的布線投資。
回路控制。場景控制功能可做到用一
（2）管理方式。管理方便，在監控中心即可實現對整個污水處理廠的管理。
（3）管理方式。管理方便，在監控中心即可實現對整個污水處理廠的管理，
系統按照預先設置的程序開/關燈，節省人工成本，而且全自動運行。這部分工作按照一般情況下可節省30%~50%的用電量
(4)照明方式。工作人員根據不同需要隨時靈活更改場景，進行分組區域化管理，營造出不同氛圍。
(5)環境適應。通過傳感器將日照及環境變量輸入系統進行分析與管理,使照明空間與日照及周邊環境做搭配，動態地調整室內照度，能夠在日光采光充足地方減少人工照明，達到照明節能的目的。
(6)燈具壽命。智能系統設置軟啟動，可避免瞬間沖擊對燈具造成的損害，延長燈具壽命。
(7)布局調整。智能照明可根據規劃方式調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，具有明顯的負載標示。
(9)控制靈活性。
①現場具備智能面板可靈活定義。消防控制室設立中控計算機，掌握全局，可單路開啟/關閉相應照明，也可一鍵開啟/關閉 相應燈光，并且隨時掌握現場照明啟用狀況。
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場面板與感應器使用，提升設備與燈具壽命。
④系統具有照度感應功能，可自行判斷周圍環境照度。當照度不滿足要求時系統自動啟用相應照明補光，照度較亮時系統自動關閉無需開啟的照明。
5AcrelEMS-SW智慧水務能效管理平臺
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品生態體系，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，重點監測主要用能設備能效，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、精細的解決方案。
5.1.1平臺組成
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、電氣安全、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。
5.1.2平臺拓撲圖
5.2平臺子系統
5.2.1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、異常報警等數據。
5.2.2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、閃變和容忍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。
5.2.3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、監測和報警。高效、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。
5.2.4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。
能效分析按三級計量架構，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/國家/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。
5.2.5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安全、節能、舒適、高效的目的。
5.3電氣安全
5.3.1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、水泵站的電氣安全預警。
5.3.2 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。
5.3.3 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。
5.3.4 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，防火門監控器能發出報警信號，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、視頻、UPS電池間可燃氣體濃度展示和預警，保障污水廠、自來水廠、水泵站等安全運行。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。
5.5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。
5.6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、加氯接觸消毒、污泥濃縮壓濾、生物除臭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。
5.7相關平臺部署硬件選型清單
5.7.1電力監控、電能質量、電動機管理及配電室環境監控系統
5.7.2智能照明系統
6結語
地下大空間污水處理廠采用傳統照明不僅會因回路數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的現代感，而且能營造舒適的照明環境，實現便捷的照明管理,在節約能源的同時也能節約廠區的管理成本.
參考文獻
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[5] 安科瑞企業微電網設計與應用手冊.2022.05版
作者簡介
任運業.男.現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計與應用。
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