地下污水廠智能照明控制策略

林 承 鑫

(中國建筑第八工程局有限公司 設(shè)計管理總院, 上海 201206)

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、車站機場等場所均有較為廣泛的應(yīng)用[1-4],其技術(shù)也日趨成熟,但在地下污水處理廠的照明設(shè)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(yīng)用具有重要的實踐意義。

1 工程概況

某污水廠建設(shè)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(shè)緊密結(jié)合。地下箱體平面尺寸約為350 m×350 m,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(shè)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(shè)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(shè)置子網(wǎng)智能照明控制主機,控制相應(yīng)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[5]。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(shè)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(yīng)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(yīng)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(yù)處理區(qū)、污泥處理區(qū)均會產(chǎn)生腐蝕性氣體[6-7]。因此,智能照明控制設(shè)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(shè)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(shè)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(shè)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(yù)設(shè)、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(yīng)急時啟動相應(yīng)的應(yīng)急照明系統(tǒng)。

(5) 系統(tǒng)設(shè)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(shè)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(yīng)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(shè)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(yīng)有不同權(quán)限級別設(shè)置。

(12) 系統(tǒng)設(shè)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(yīng)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(shè)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(yù)算允許范圍內(nèi),也可采用單燈控制方式,按需開啟相應(yīng)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(fēng)機房控制室等,設(shè)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(shè)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(yīng)的照明。

(4) 在有光導(dǎo)和采光井的通道區(qū)域,可以根據(jù)照度感應(yīng)器探測室外自然光照度,自動開啟或關(guān)閉光導(dǎo)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100 lx時,不開啟燈光;低于75 lx時,開啟25%燈光;低于50 lx時,開啟50%燈光;低于25 lx時,開啟100%燈光。

(5) 在箱體出入口、值班室等區(qū)域設(shè)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)、手機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、手機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(shè)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)域都可以獨立控制,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)控與管理計算機對指定區(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100%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(fù)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(yīng)傳感器功能。當巡檢人員通過某個區(qū)域,人體移動感應(yīng)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(yīng)傳感器再將該區(qū)域的燈光恢復(fù)到原燈光亮度。人體移動感應(yīng)傳感器的延遲、關(guān)閉時間可分別設(shè)置,當人體移動感應(yīng)傳感器負責(zé)的區(qū)域較小,可設(shè)置延遲5 min恢復(fù)原燈光亮度;當人體移動感應(yīng)傳感器負責(zé)區(qū)域較大時,設(shè)置延遲10 min恢復(fù)原燈光亮度。

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

(11) 在參觀通道入口處設(shè)置調(diào)光模塊,根據(jù)需要調(diào)節(jié)燈光照度并設(shè)置移動感應(yīng)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(yīng)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(shè)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、手機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(yù)先設(shè)置好的場景模式。場景模式的設(shè)定由污水廠運營單位、設(shè)計院及建設(shè)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(shè)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(shè)置以下大場景模式。

① 全開模式:開啟箱體內(nèi)100%回路燈光。

② 全關(guān)模式:關(guān)閉箱體內(nèi)100%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(yīng)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(yīng)控制,重點設(shè)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(yīng)控制,重點設(shè)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(shè)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100%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(yīng)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(shè)置不同的場景模式。

對于地下污水廠不同的功能區(qū)域(預(yù)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(shè)置以下場景模式。

① 檢修模式:開啟本區(qū)域內(nèi)100%回路燈光。

② 全關(guān)模式:關(guān)閉本區(qū)域內(nèi)100%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(shè)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(shè)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(yīng)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(shè)置以下場景模式。

① 檢修模式:開啟本區(qū)域內(nèi)100%回路燈光。

② 全關(guān)模式:關(guān)閉本區(qū)域內(nèi)100%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(yīng)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(shè)置以下場景模式。

① 檢修模式:開啟本區(qū)域內(nèi)100%回路燈光。

② 全關(guān)模式:關(guān)閉本區(qū)域內(nèi)100%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(yīng)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(shè)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(shè)備間、反硝化深床濾池設(shè)備間、加藥間、鼓風(fēng)機房、回用水泵房、出水泵房、脫水機房等。

7 工程設(shè)計實例

二沉池及地下通道照明設(shè)計圖如圖2所示。

圖2 二沉池及地下通道照明設(shè)計圖

工程項目中,在巡檢通道出入口設(shè)置人體移動感應(yīng)探頭,根據(jù)人體移動感應(yīng)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(dǎo)或采光井的通道區(qū)域,可以根據(jù)照度感應(yīng)器感應(yīng)室外的自然光照度,自動開啟或關(guān)閉光導(dǎo)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(shè)置2個8通道開關(guān)模塊,同時預(yù)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(yīng)器、人體移動感應(yīng)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(yīng)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(shè)置:① 檢修模式,開啟本區(qū)域內(nèi)100%回路燈光;② 全關(guān)模式,關(guān)閉本區(qū)域內(nèi)100%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(yīng)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(shè)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[7]。

(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(shè)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,如需要擴充時不必更改原有線路,只需將增加的模塊用數(shù)據(jù)線接入原有網(wǎng)絡(luò),通過程序修改進行重新配置。

9 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(yīng)用于類似地下污水廠提供借鑒。