碼頭集中照明控制方案探討

高杰 營口（新世紀）集裝箱碼頭有限公司

近幾年國內(nèi)航運發(fā)展，集裝箱運量激增，碼頭堆場普遍較大。為滿足夜間照明需求，高桿燈及設(shè)備照明數(shù)量多、分布廣，高桿燈的用電量也較大，若對高桿燈照明能夠進行有效的控制和管理，可以降低較多的電能消耗。配置高桿燈集中控制系統(tǒng)后在夜間作業(yè)時，高桿燈打開，工作結(jié)束后關(guān)閉或半開半閉；通過自動或人工干預開關(guān)燈，在保證作業(yè)照明需要的同時節(jié)約電能。下面就通過高桿燈的幾種不同的控制方式對高桿燈集中控制系統(tǒng)進行一下探討。

一、采用時間繼電器或光電開關(guān)控制

（一）采用時間繼電器控制。

采用時間繼電器的控制方式多用于20世紀90年代后的燈光控制。該方案優(yōu)點是：原理簡單，成本低。只需在高桿燈供電動力柜內(nèi)安裝時間繼電器即可實現(xiàn)對高桿燈的控制，控制方式簡單。②無需為控制高桿燈鋪設(shè)專用電纜，直接對高桿燈供電動力回路進行接通或切斷控制，即可完成對高桿燈的控制。③系統(tǒng)維護成本低，如果有器件損壞，直接在動力柜內(nèi)即可完成對控制元件的更換。

該方案雖然具有以上的優(yōu)點，但缺點也是不容忽視的：a）功能單一。該控制方式，只能完成對高桿燈的供電電源控制，無法檢測每一路高桿燈的運行狀況。b）控制方式不靈活。通過調(diào)整時間繼電器的閉合與斷開延遲時間，完成對高桿燈的控制，因時間需要對繼電器定時功能手動進行調(diào)整，過程煩瑣。雖然現(xiàn)在有經(jīng)緯度時控產(chǎn)品減少手動調(diào)整的煩惱，但仍然存在各種誤差，造成困擾。

（二）采用光電開關(guān)的控制方式

采用光敏器件的控制方式的基本原理是，通過光敏器件來檢測當前光線情況，根據(jù)事先設(shè)定的閾值，當光照條件不足時自動開啟高桿燈。但這個系統(tǒng)存在很多缺點：如系統(tǒng)不穩(wěn)定，遇到遮擋物會誤動作，光敏元件衰減后也會造成燈桿誤動作。同時由于維修檢查不方便，需要專業(yè)的電子技術(shù)進行維修，浪費較多人力物力。

二、通過PLC進行控制

隨著電子技術(shù)的進步，PLC產(chǎn)品價格逐漸下降，PLC控制方式鄭逐步取代時間繼電器控制和光電開關(guān)控制方式。常用的方式是，在每座高桿燈的配電箱內(nèi)或在多個集中控制箱安裝自動控制模塊，通常是PLC。可將燈泡分為幾組進行控制，控制方式可選擇手動控制、遠方控制，在遠方控制方式下，也可選擇自動控制。其最大的優(yōu)點是自動化實現(xiàn)方式簡單，特別是對先前集中照明控制沒有采用智慧控制的老碼頭。通過這總方式可方便快捷的實現(xiàn)高桿燈自動控制，并且通過后臺監(jiān)控軟件設(shè)置可根據(jù)碼頭工作狀態(tài)對高桿燈自由分組控制，實現(xiàn)高桿燈全亮、部分亮等各種照明方式。

這種方式實現(xiàn)起來相對簡單，但也具有較為明顯的自身缺陷。對PLC、通訊、配電箱的都有特殊要求。根據(jù)電子元件的使用要求，PLC無法適應高溫、潮濕、多雷擊的環(huán)境，配電箱的箱體結(jié)構(gòu)也需要防水、防塵、防高溫。由于高桿燈之間的距離相隔較遠，裝置之間的通訊聯(lián)網(wǎng)，以及智能裝置與監(jiān)控裝置之間實現(xiàn)起來有一定困難，考慮到傳輸距離、碼頭環(huán)境等問題，通常采用光纖以太網(wǎng)通訊，以確保系統(tǒng)通訊的穩(wěn)定性。

三、通過智能計量表進行控制

早期這種控制方式應用較少，若新建碼頭設(shè)計中供電點相對集中可優(yōu)先配置電力監(jiān)控自動化系統(tǒng)，每桿高桿燈均配置智能表計，可實現(xiàn)電流、電壓、有功計量、無功計量，并且配置多路開關(guān)量信號用于高桿燈開關(guān)。智能表計利用RS485或以太網(wǎng)通訊接口，可以將電流、電壓、有功計量、無功計量等信息上傳至調(diào)度室，還可以接受調(diào)度室下發(fā)的遙控開關(guān)燈指令，通過調(diào)度室的監(jiān)控軟件，可以實現(xiàn)高桿燈的定時控制、批量控制等，同時也可以為能源統(tǒng)計提供必要的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。這種方式將電力監(jiān)控與高桿燈只能控制合二為一，經(jīng)濟安全、可靠的。但需要從碼頭設(shè)計建設(shè)初期就考慮該問題，場地過大必然面臨建設(shè)成本增加，經(jīng)濟性降低。且后期改造比較困難。

四、無線控制方式

伴隨港口建設(shè)規(guī)模的擴大，港區(qū)堆場面積越來越大，配套的高桿燈及其他照明設(shè)施的數(shù)量也相應增加，需要一個自動化的、科學的管理方式和系統(tǒng)對其進行管理和控制。那么無線照明管理系統(tǒng)將是一個不錯的選擇。采用遠距離無線通信技術(shù)，將人機操作界面和遠程控制環(huán)節(jié)有機結(jié)合起來，實現(xiàn)對高桿燈的遠距離無線控制。通過高桿燈無線智能控制系統(tǒng)，合理組合開啟燈具數(shù)量和安排開啟時間，智能調(diào)光，以達到高效節(jié)能、安全運行的良好效果。同時通過集成檢測模塊，將燈桿信息實時傳輸?shù)秸{(diào)度室監(jiān)控系統(tǒng)上，可實時查詢和導出數(shù)據(jù)功能。加強能源監(jiān)控（見圖1）。

圖1 無線控制系統(tǒng)原理示意圖

該系統(tǒng)的優(yōu)點是可用于無法滿足PLC控制和智能表計的碼頭高桿燈集中控制系統(tǒng)建設(shè)和改造。無需鋪設(shè)專用控制電纜，通過中繼發(fā)射器可不受距離和數(shù)量限制的擴展控制點數(shù)量，甚至可擴展到設(shè)備或辦公區(qū)域。若采用系統(tǒng)獨立無線組網(wǎng)，使用階段無任何后期費用產(chǎn)生。信號穩(wěn)定，抗干擾性強，便于管理與維護，無需借助第三方資源進行維護（見圖2）。

圖2

應用實例是兩個公司整合前控制系統(tǒng)采用了多地PLC站集中控制，PLC站到每桿高桿燈采用控制電纜和接觸器直接控制開關(guān)燈，通過組態(tài)王軟件進行開關(guān)燈控制。兩個公司整合后，由于PLC控制系統(tǒng)自身所限，兩個高桿燈控制系統(tǒng)無法整合到一起，控制十分不便，同時由于設(shè)備硬件及線路老化這兩套PLC控制系統(tǒng)逐漸停用，之后公司采用了光敏元件加時間繼電器控制的方式對高桿燈進行控制。但考慮到這兩種方式各自特點都無法滿足公司燈桿控制（按需開關(guān)燈，電能實時監(jiān)控）的要求。為了更好地對高桿燈進行管控，公司采用了無線控制方式進行了改造。改造過程中有兩種備選方案，無線控制方式一是在原有的PLC站增加信號接收裝置，利用原有控制線路進行控制這樣可以節(jié)省部分資金，但這樣電量計量依然需要定期到多處抄表，無法進行實時監(jiān)控，對能源管控不利（見圖3）。

圖3

第二種方式是進行分布式無線控制方式，在每桿高桿燈上安裝無線控制監(jiān)測裝置，這樣可以將每桿高桿燈實時數(shù)據(jù)通過無線網(wǎng)絡回傳到控制室電腦。同時今后有新建高桿燈或相關(guān)需要控制的設(shè)備可隨時在系統(tǒng)中進行擴展增加。同時可擴展手機APP功能，有權(quán)限的現(xiàn)場巡視人員可實時對現(xiàn)場作業(yè)區(qū)域照明進行調(diào)節(jié)，從而降低生產(chǎn)照明能耗（見圖4）。

通過改造后，某公司37桿高桿燈，采用了分布式無線控制。管理人員方便的對每個作業(yè)區(qū)域進行燈光調(diào)節(jié)，通過對管理人員考核加強節(jié)能意識，節(jié)省了大量能源。2018年改造前采用光、時控方式18年1-8月份電費約46萬元，2019年 改造后19年1-8月份電費約37萬元，節(jié)省電費約9萬元。按照計算全年約可節(jié)省電費12-13萬元。

五、結(jié)語

隨著技術(shù)的不斷進步，集中控制系統(tǒng)方式多種多樣，除了上述幾種方式外還有KNX總線方式、GPRS通訊方式等。隨著5G通訊技術(shù)的普及可以將現(xiàn)有的無線傳輸方式改成更加穩(wěn)定的5G數(shù)據(jù)通訊，能夠更加有效地實現(xiàn)高桿燈控制，能源管理等。并且該技術(shù)不僅可應用于高桿燈控制，也可以應用于更加廣泛的場所。在碼頭高桿燈控制系統(tǒng)的建設(shè)和改造中需要因地制宜的考慮采用何種方式，方便高桿燈控制，節(jié)約電能消耗，提高港口照明的管理水平。