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 設計管理總院, 上海 201206)

0 引 言

目前,智能照明控制系統在民用建筑、會展中心、工業廠房、車站機場等場所均有較為廣泛的應用[1-4],其技術也日趨成熟,但在地下污水處理廠的照明設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研究及應用具有重要的實踐意義。

1 工程概況

某污水廠建設規模為40萬m3/d,采用全地下組團形式,主要處理構筑物均位于地下,地上布局與公共綠地建設緊密結合。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。

根據地下污水廠布置特點,在地下箱體區域設置智能照明控制系統,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 系統結構

該工程為集散型智能照明控制系統,采用工業現場總線、模塊化結構,在中控室設置中央監控與管理計算機,對整個系統實施監控,以便隨時調節照明的現場效果。在地下污水處理廠的不同區域設置子網智能照明控制主機,控制相應區域的照明系統。智能照明控制系統拓撲結構如圖1所示。

圖1 智能照明控制系統拓撲結構

3 系統組成

該工程智能照明控制系統由系統單元、輸入單元、輸出單元三部分組成[5]。系統單元為系統提供數據集中處理、指令發送、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、系統時鐘等;輸入單元將外界的需求信息轉變為信號在系統總線上傳播,主要設備包含智能控制面板、移動控制平板、照度傳感器、人體移動感應傳感器等;輸出單元用于接受信號,并按照指令對相關負載做出相應的輸出動作,如調光模塊、開關模塊等。

地下污水廠箱體是一個封閉空間,含有污水池體、涉水管道及其內部排水溝道,整個箱體比較潮濕,而且在預處理區、污泥處理區均會產生腐蝕性氣體[6-7]。因此,智能照明控制設備耐潮濕、耐腐蝕,防護等級不低于IP54。

4 系統功能

根據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具有以下功能。

(1) 智能照明控制系統設有中央監控與管理計算機,對整個系統實施監控,以便隨時調節照明的現場效果,如系統設置開燈方案模式,并在計算機屏幕上仿真照明燈具的布置情況,顯示各組燈具開關狀態。

(2) 具有實時控制、故障檢測和報警功能,當現場設備出現故障時,可通過軟件上的實時數據、報警等方式及時通知管理人員進行維護,自動生成相關報表。

(3) 具有場景預設、亮度調節、定時、時序控制的功能。

(4) 具有消防及安全技術防范聯動接口,應急時啟動相應的應急照明系統。

(5) 系統設有自動/手動轉換開關,以便必要時對各組的開、關進行手動操作。

(6) 控制主機具有顯示各終端設備使用狀態功能。

(7) 智能照明控制面板具有顯示各場景狀態功能。

(8) 具有燈具啟動時間、累計記錄和燈具使用壽命的統計功能。

(9) 能按需求檢測照明回路實時電流值并記錄運行時間,將數據記錄在數據庫中,可形成并打印各種報表和日志。

(10) 系統應具備定時時鐘控制和天文時鐘控制功能,可實現以秒、分鐘、小時、天、周、年為周期的定時設定功能,實現各受控區域的自動化管理。

(11) 系統控制軟件應有不同權限級別設置。

(12) 系統設置與其他系統連接的接口,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) 大空間區域應綜合考慮污水廠構筑物、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置和控制,便于節能。照明回路可以采用開關量控制,根據不同時段需要,采取分區、分回路控制;在預算允許范圍內,也可采用單燈控制方式,按需開啟相應區域的照明。

(2) 在有人值班的區域,如污泥脫水機房控制室、鼓風機房控制室等,設置區域智能控制面板,僅控制本區域燈光場景。

(3) 為了調節室內外照度差異,在車道出入口區域設計過渡照明。過渡照明具備時鐘控制功能,不同時間段按需開啟相應的照明。

(4) 在有光導和采光井的通道區域,可以根據照度感應器探測室外自然光照度,自動開啟或關閉光導和采光井區域的照明。例如,采光井區域在自然光影響下,室內照度達到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、值班室等區域設置智能控制面板,可調用多個場景模式、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等來調用需要的照明場景模式。例如,當運行人員巡檢到某個區域時發現可疑問題,可通過iPAD、手機APP等打開該區域全部燈光并進行重點檢查。

(7) 在中控室內設置中央監控與管理計算機,實現對整個箱體內所有燈光回路、燈光場景的狀態實時管理和監控。計算機采用圖形化界面,可以加入箱體內各個區域的平面圖,顯示各個區域燈光場景狀態。每個區域都可以獨立控制,都具有不同場景模式。當箱體內某個區域需要檢修時,可以通過中央監控與管理計算機對指定區域的燈光進行切換到檢修模式,該區域檢修模式開啟該區域的100%燈光。

(8) 在檢修模式下,開啟檢修區域所有照明,檢修人員離開后自動恢復至正常照明狀態,既方便又節能。

(9) 巡檢模式下,當運行人員進入箱體內巡檢時,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50%回路燈光,同時啟動人體移動感應傳感器功能。當巡檢人員通過某個區域,人體移動感應傳感器檢測到人員時,將開啟該區域的燈光;當巡檢人員離開后,人體移動感應傳感器再將該區域的燈光恢復到原燈光亮度。人體移動感應傳感器的延遲、關閉時間可分別設置,當人體移動感應傳感器負責的區域較小,可設置延遲5 min恢復原燈光亮度;當人體移動感應傳感器負責區域較大時,設置延遲10 min恢復原燈光亮度。

(10) 應急處理模式下,在接到安保系統的警報后自動切換到應急照明場景。

(11) 在參觀通道入口處設置調光模塊,根據需要調節燈光照度并設置移動感應器,實現燈光自動跟隨調光的功能。

(12) 智能照明控制系統提供端口與人員定位系統對接,當人員定位系統檢測到人員活動時發送信號給智能照明控制系統,智能照明控制系統根據指令開啟相應區域的照明。

6 場景模式

根據地下污水處理廠的特點及運行方式,設定不同的場景模式,工作人員可以根據實際需要,通過中央監控與管理計算機、智能控制面板、移動控制平板、手機APP等,調整各個區域不同時段、不同用途的燈光場景模式,使用時只需調用預先設置好的場景模式。場景模式的設定由污水廠運營單位、設計院及建設單位等共同協商確定,并可根據現場實際情況適當調整。地下污水廠場景模式設置如下。

(1) 對于整個地下箱體,可根據地下污水廠的運行方式,設置以下大場景模式。

① 全開模式:開啟箱體內100%回路燈光。

② 全關模式:關閉箱體內100%回路燈光。

③ 節能模式一:開啟箱體內50%回路燈光,自然采光區域可結合照度感應控制。

④ 節能模式二:開啟箱體內25%回路燈光,自然采光區域可結合照度感應控制,重點設備區域保持50%回路燈光。

⑤ 節能模式三:開啟箱體內10%回路燈光,自然采光區域可結合照度感應控制,重點設備區域保持50%回路燈光。

⑥ 節能模式四:開啟主通道照明,重點設備區域保持50%回路燈光。

⑦ 迎賓模式:對人員參觀通道及需要參觀的區域開啟100%回路燈光;對那些不會對參觀人員開放的區域,采用25%回路點亮的節能操作。

⑧ 巡檢模式:打開巡檢通道上方的照明,開啟箱體內50%回路燈光,并結合人體移動感應傳感器使用。

(2) 對于地下污水廠的各個生產區域,可以分別設置不同的場景模式。

對于地下污水廠不同的功能區域(預處理區、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),可根據地下污水廠的工藝流程分成不同的區域,面積較大的功能區還可根據工藝分組情況分成幾個小區域,每個區域可以設置以下場景模式。

① 檢修模式:開啟本區域內100%回路燈光。

② 全關模式:關閉本區域內100%回路燈光。

③ 節能模式一:開啟本區域內50%回路燈光。

④ 節能模式二:開啟本區域內25%回路燈光,重點設備區域保持50%回路燈光。

⑤ 節能模式三:開啟本區域內10%回路燈光,重點設備區域保持50%回路燈光。

⑥ 巡檢模式:打開巡檢通道上方的照明,并開啟本區域內50%回路燈光,并結合人體移動感應傳感器使用。

(3) 對于操作層中央通道和車行道,根據車行方向和面積大小分成不同的區域,每個區域可以設置以下場景模式。

① 檢修模式:開啟本區域內100%回路燈光。

② 全關模式:關閉本區域內100%回路燈光。

③ 節能模式一:開啟本區域內50%回路燈光,自然采光區域可結合照度感應控制。

④ 節能模式二:開啟本區域內25%回路燈光。

(4) 對于管廊層,根據巡檢路線和面積大小分成不同的區域,每個區域可以設置以下場景模式。

① 檢修模式:開啟本區域內100%回路燈光。

② 全關模式:關閉本區域內100%回路燈光。

③ 節能模式一:開啟本區域內50%回路燈光,可結合照度感應控制。

④ 節能模式二:開啟本區域內25%回路燈光。

重點設備區域主要包括粗格柵及進水泵房、細格柵及曝氣沉砂池、高效沉淀池設備間、反硝化深床濾池設備間、加藥間、鼓風機房、回用水泵房、出水泵房、脫水機房等。

7 工程設計實例

二沉池及地下通道照明設計圖如圖2所示。

圖2 二沉池及地下通道照明設計圖

工程項目中,在巡檢通道出入口設置人體移動感應探頭,根據人體移動感應探頭探測到的人像,自動開啟二沉池的照明,待人離開后自動關閉;在有光導或采光井的通道區域,可以根據照度感應器感應室外的自然光照度,自動開啟或關閉光導或采光井區域的照明;大空間區域照明回路采用開關量控制,根據不同時段需要,采取分區、分回路控制照明。

二沉池及地下通道一般照明配電箱系統圖如圖3所示。配電箱內設置2個8通道開關模塊,同時預留1個4通道開關模塊,為后期擴展使用。照明配電箱通過系統總線與控制面板、照度感應器、人體移動感應傳感器等相連,完成數據傳輸與控制操作。

圖3 二沉池及地下通道照明配電箱系統圖

根據工藝流程,通過現場控制面板、時鐘控制、人體移動感應器等多種自動控制手段,實現對二沉池區域照明智能控制。二沉池區域場景模式設置:① 檢修模式,開啟本區域內100%回路燈光;② 全關模式,關閉本區域內100%回路燈光;③ 節能模式一,開啟本區域內50%回路燈光;④ 節能模式二,開啟本區域內25%回路燈光;⑤ 節能模式三,開啟本區域內10%回路燈光;⑥ 巡檢模式,打開巡檢通道上方的照明,開啟本區域內50%回路燈光,并結合人體移動感應傳感器使用。

8 地下污水廠智能照明控制策略優勢

合理的智能照明控制策略可實現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,又能達到節能環保的目的,具體有以下主要優勢。

(1) 控制范圍修改靈活。當遇到工藝設備布局調整時,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) 根據污水廠運行計劃調整照明控制策略。根據污水廠運行計劃,設定照明控制程序,當運行計劃調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。智能照明控制系統的規模可靈活地隨著照明系統的大小而改變,如需要擴充時不必更改原有線路,只需將增加的模塊用數據線接入原有網絡,通過程序修改進行重新配置。

9 結 語

本文結合實際案例,闡述了智能照明控制系統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應用于類似地下污水廠提供借鑒。