照明節能控制系統改造

王觀宇（大慶油田有限責任公司天然氣分公司）

照明節能控制系統改造

王觀宇（大慶油田有限責任公司天然氣分公司）

針對天然氣分公司油氣加工五大隊裝置區照明設備能耗高、維修量大等問題，通過優選，采用發光效率等同原來鈉燈和汞燈的氙燈來代替，氙燈壽命長、功率小，相對價格便宜，氙燈具有很大的經濟優勢；同時，通過可編程序設計，采用由計算機與現場數字控制器聯接，形成一套完善的可編程序集散控制系統。實現無極平滑調節、自動分時控制、遠程即時監控、延長燈具使用壽命，達到控制靈活、便于維修、操作簡單、高效節能的效果，每年可節電12.38×104kWh。

裝置；照明；節能；控制系統；改造

節能減排是國家“十二五”期間提出的一項重要國策，節能是企業的一項重要任務。照明能耗在石油企業總成本構成中所占比例不是很大，但是，降低裝置照明能耗對企業節能仍然有重要意義。通過可編程序設計，優選照明用燈來解決照明高耗能、維修費用高的問題。

1 裝置照明現狀

油氣加工五大隊共有3套生產裝置，采用由汞燈和鈉燈組成的混光光源，這些光源能耗較高，而對控制方面又有嚴格的要求，但裝置照明都是采用手動開關控制，沒有自控系統，造成燈具更換頻繁且大量損壞；同時，由于照明控制不合理，造成能源的大量浪費［1］。

裝置照明采用防爆燈具，由高壓汞燈和高壓鈉燈組成混光光源，共有270盞燈，每盞燈功率為250 W，總功率為67 kW，每年照明用電就達24.7×104kWh。由于采用人為控制，不能很好地實現定時輪換，造成運行時間較長，溫度過高，元器件損壞率高，每年材料費需要9.5萬元

均勻分布的照明系統不能滿足裝置區對重點監控的設備達到良好照明的需要，生產時照明燈全部打開也不能獲得很好的照明效果，其中有很大一部分照明并沒有發揮應有的作用，白白浪費了電能。在檢修期，不能按照需要提供安全照明，導致能源浪費較大，這就有必要有針對性地對燈的類型進行優選。

2 氙燈和其他燈具的特點

2.1 其他燈具

高壓汞燈平均壽命為3000 h，高壓鈉燈平均壽命為6000 h。高壓鈉燈或金鹵燈光污染嚴重，50%的光為無用光；配件鎮流器連續運行時間不能超過14 h，環境溫度不能超過40℃；5年內需要更換兩次燈泡。LED燈結構復雜，發生故障維護時只能將整燈更換，維護費用非常昂貴，并且其光衰非常嚴重。LED燈的實際壽命在3年左右，在實際使用中，5年需要全部更換一次燈具[2]。

2.2 氙燈

氙燈光譜最為接近日光光譜，是目前顯色性最好的點光源。

節電率高，壽命長。氙燈可以比高壓鈉燈、普通金鹵燈節能70%以上。在要求達到同等光照度下，100 W氙燈可代替250 W高壓鈉燈和金鹵燈，氙燈的燈管壽命可超過20 000 h。

氙氣燈成本低，光衰小，年光衰低于5%，支持熱啟動。目前的鈉燈、金鹵燈等都不支持熱啟動，需要雙電路保護或者UPS保護，使用成本比較高。氙燈成本低，可以持續多次熱啟動，在同等節能照明設備中，氙燈比LED燈成本能降低50%以上[3]。

3 節能自動控制系統構成

本方案針對油氣加工五大隊裝置照明采用艾科瓦自控（ECOA）公司產品，通過優化設計照明自控系統，由計算機與現場數字控制器聯接，形成一套完善的集散控制系統[4]。該智能照明控制系統是針對大隊裝置大功率照明電路電耗高，燈具和附件損耗量大而開發的。

通過自動化優化設計進行集中監控，照明配電箱裝有導軌式智能照明模塊，在每套裝置區域裝有智能照明場景操作面板。

系統利用“WEB崁入式網頁伺服控制器”連接各燈光回路工作站，通過網絡實現對系統中所有設備的工作情況的監測、設置、記錄和故障預警功能；并結合WLAN無線局域網，使用TCP/IP標準通訊，傳輸速率快。燈光控制器采用RS485 MODBUS RTU協議與“WEB崁入式網頁伺服控制器”進行通訊，具有運行穩定可靠、傳輸距離遠等特點[5]。

3.1 系統主要功能

實現無極平滑調節、自動分時控制、遠程即時監控。

1）場景控制：通過編程，設定場景選擇，可通過網絡進入燈光控制系統，通過點擊按鈕，實現開關燈和調光。

2）定時開關：通過系統日歷設定特定的場景，定時對燈光進行開關。

3）選擇性控制：可自定義設定，實現對每盞燈、部分燈、所有燈的控制。

4）遠程控制：通過本地計算機或者INTERNET上的1臺計算機，以及智能手機即可遠程控制燈光狀態，在任何地方的終端均可控制不同地方的燈，或者是在不同地方的終端可以控制同一盞燈。

5）亮度漸變控制：既有場景的淡入淡出預設功能，又有亮度漸變過程，從而保護燈具。

3.2 系統主要產品配置

3.2.1 智能照明控制模塊

產品特性：獨立型的可編程數控制器ECL2626441（圖1），具有傳送、自我診斷、記憶功能，可儲存所有操作程序以防止斷電時數據遺失。

產品規格：電源220 V，保護裝置2 A保險絲；微處理器，PIC系列單片微機；通訊速率，9600 bit/s；最大通訊距離,1.2 km；通訊方式，RS485 1/2 DUPLEX(通用接口)/MODBUS RTU PROTOCOL(通訊協議)。

圖1 ECL2626441

3.2.2 智能照明觸控屏EDL4320012

觸摸屏具有直觀、簡單、十分醒目的特點。

圖2 智能照明觸控屏EDL4320012

EDL4320012型觸控屏（圖2）給照明系統提供智能化控制的操作面板，與安裝在配電箱內的照明控制模塊，及其他各類傳感器、網絡網頁伺服器等組合起來構成一個完整的智能照明控制系統。

LCD屏TFT3.2′真彩屏，分辨率為320×240，操作界面直觀。采用兩組RS485通訊線，可實現與上級主控的通訊及與下位機控制器設備通訊，最多可下接16個燈光控制器。對下掛每個燈光控制器的各個開關回路實現單獨開、關或全開、全關，也能實現下掛所有的燈光控制器的全開與全關。可實現時序設定與調用，4個用戶可自定義時序。對下位控制器的光照度進行控制，調光輸出，0～100%可調。可接收下位控制器上傳的各類信息，并可顯示/查看相關的狀態；當系統有異常時，可自我故障診斷，顯示并報警。在屏幕上能方便地更改界面，實現對不同控制器的控制。

產品規格及特性：使用電源/消耗功率，DC 12V—24V/1VA；微處理器，ARM系列單片微機；通訊速率，9600 bit/s；最大通訊距離，1.2 km；燈光控制頁面，左側顯示現場燈光狀態，右側是各路燈光的場景設定（即80%、60%、15%和關閉4個場景）及各路燈光啟停設定[6]。

3.2.3 WEB崁入式網頁伺服控制器（圖3）

伺服控制器運用以太網絡技術，與客戶端采用TCP/IP標準通訊協議連接；與下端控制器ECL2626441以RS485串口連結，達到雙向監控的目的。32位WEB崁入式網頁伺服控制器聯接到高速以太網絡上后，可與局域網上其他系統共享同一個以太網絡。32位WEB崁入式網頁伺服控制器（RB）可設定IP地址，于網內任一客戶端通過電腦內建瀏覽器鍵入客戶端IP地址，即可啟動圖控軟件，對其進行系統設定及編輯，進行燈光控制。

特點：無需安裝專用軟件直接接入以太網，即插即用，便于整合網絡。接口豐富，數據存儲及表格下載。外接電腦瀏覽器(BROWSER)即可查看控制這個系統。

接口形式：RS485*3及10/100 MBPS以太網絡（ETHERNET）X1。

圖3 WEB崁入式網頁伺服控制器

3.2.4 系統架構連接（圖4）

擬對裝置區照明系統進行立項改進，采用新型125 W的氙燈，燈具不用更換，對裝置區原來的照明燈位置以及線路重新進行調整，需要重點監控的設備及崗位設置專門回路使之得到良好的照明。用可編程序控制器對裝置照明系統按安全照明和生產照明所需照度進行設計改造，制作照明節能自動控制系統解決了鎮流器連續運行不能超過14 h的問題，減少了元器件的損壞，降低了電能消耗。

圖4 系統架構連接

4 改造前后效益分析

氙燈和高壓鈉燈、金鹵燈的燈口是同一標準（E40）。由于燈口尺寸相同，改成氙燈，其燈具是不用換的，這可以節省一筆費用。氙燈結構簡單高效，后期在維護過程中可以簡單地更換部件即可，維護費用非常低，5年內只需要更換一次燈泡。

氙燈、金鹵燈、LED燈價格對比見表1。

表1 氙燈、金鹵燈、LED燈價格對比

在發光效果一樣的情況下（氙燈功率最低），按照以上幾種燈的壽命和價格比較，氙燈具有很好的經濟優勢。

該自動控制系統穩定性好，系統控制方便靈活，便于維修，改造總費用6萬元。改造后年用電量為12.32×104kWh，與改造前年用電量24.7× 104kWh相比，年節電達12.38×104kWh，節約電費11.6萬元；改造后每年材料費為4.5萬元，與改造前材料費9.5萬元相比節約5.0萬元。照明系統改造后，每年節約成本共計16.6萬元，產生了很大的經濟效益和社會效益。

5 結論

用計算機與現場數字控制器聯接，形成一套完善的照明智能自動集散控制系統；同時，通過對高壓汞燈、鈉燈、LED燈以及氙燈的優選，最終優選出氙燈作為照明光源，有效解決高壓汞燈和鈉燈發光效率低、能耗高、光污染嚴重、維護和運行成本高、電工維護工作量大等問題。通過對裝置區照明控制系統的改造，可以達到降低燈具耗量，延長燈的使用壽命，實現自動合理控制，節能降耗，降低維護人員勞動強度的目的，該系統具有廣闊的推廣應用價值。

[1]劉介才.工廠供電[M].3版.北京：機械工業出版社，2015：258-282.

[2]姚錫祿.工廠供電[M].2版.北京：電子工業出版社，2007：182-201.

[3]郭福雁.電氣照明[M].天津：天津大學出版社，2011：27-71.

[4]田瑞庭.可編程序控制器應用技術[M].第一版.北京：機械工業出版社，1994：3-80.

[5]廣東電網公司廣州供電局.企業照明與節能[M].北京：中國電力出版社有限公司，2011：101-152.

[6]董愛華.可編程控制器原理及應用[M].北京：中國電力出版社，2014-12：226-258.

10.3969/j.issn.2095-1493.2017.06.012

2017-03-10

（編輯 張興平）

王觀宇，2012年畢業于黑龍江科技大學（電氣專業），從事電氣管理工作，E-mail：trq5wanggy@petrochina.com.cn，地址：黑龍江省大慶市讓胡路區天然氣分公司油氣加工五大隊，163000。