地下污水廠智能照明控制策略

林 承 鑫

(中國(guó)建筑第八工程局有限公司 設(shè)計(jì)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(huì)展中心、工業(yè)廠房、車站機(jī)場(chǎng)等場(chǎng)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(jì)中還處于探索階段,因此對(duì)地下污水處理廠智能照明控制策略進(jìn)行相關(guān)研究及應(yīng)用具有重要的實(shí)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(tuán)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(diǎn),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(yùn)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(chǎng)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(jì)算機(jī),對(duì)整個(gè)系統(tǒng)實(shí)施監(jiān)控,以便隨時(shí)調(diào)節(jié)照明的現(xiàn)場(chǎng)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(jī),控制相應(yīng)區(qū)域的照明系統(tǒng)。智能照明控制系統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 智能照明控制系統(tǒng)拓?fù)浣Y(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(jī)、電源模塊、總線、PC接口、RS-232接口、系統(tǒng)時(shí)鐘等;輸入單元將外界的需求信息轉(zhuǎn)變?yōu)樾盘?hào)在系統(tǒng)總線上傳播,主要設(shè)備包含智能控制面板、移動(dòng)控制平板、照度傳感器、人體移動(dòng)感應(yīng)傳感器等;輸出單元用于接受信號(hào),并按照指令對(duì)相關(guān)負(fù)載做出相應(yīng)的輸出動(dòng)作,如調(diào)光模塊、開關(guān)模塊等。

地下污水廠箱體是一個(gè)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(gè)箱體比較潮濕,而且在預(yù)處理區(qū)、污泥處理區(qū)均會(huì)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(hù)等級(jí)不低于IP54。

4 系統(tǒng)功能

根據(jù)地下污水廠運(yùn)行特點(diǎn),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(jì)算機(jī),對(duì)整個(gè)系統(tǒng)實(shí)施監(jiān)控,以便隨時(shí)調(diào)節(jié)照明的現(xiàn)場(chǎng)效果,如系統(tǒng)設(shè)置開燈方案模式,并在計(jì)算機(jī)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(shí)時(shí)控制、故障檢測(cè)和報(bào)警功能,當(dāng)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備出現(xiàn)故障時(shí),可通過軟件上的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)、報(bào)警等方式及時(shí)通知管理人員進(jìn)行維護(hù),自動(dòng)生成相關(guān)報(bào)表。

(3) 具有場(chǎng)景預(yù)設(shè)、亮度調(diào)節(jié)、定時(shí)、時(shí)序控制的功能。

(4) 具有消防及安全技術(shù)防范聯(lián)動(dòng)接口,應(yīng)急時(shí)啟動(dòng)相應(yīng)的應(yīng)急照明系統(tǒng)。

(5) 系統(tǒng)設(shè)有自動(dòng)/手動(dòng)轉(zhuǎn)換開關(guān),以便必要時(shí)對(duì)各組的開、關(guān)進(jìn)行手動(dòng)操作。

(6) 控制主機(jī)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(chǎng)景狀態(tài)功能。

(8) 具有燈具啟動(dòng)時(shí)間、累計(jì)記錄和燈具使用壽命的統(tǒng)計(jì)功能。

(9) 能按需求檢測(cè)照明回路實(shí)時(shí)電流值并記錄運(yùn)行時(shí)間,將數(shù)據(jù)記錄在數(shù)據(jù)庫中,可形成并打印各種報(bào)表和日志。

(10) 系統(tǒng)應(yīng)具備定時(shí)時(shí)鐘控制和天文時(shí)鐘控制功能,可實(shí)現(xiàn)以秒、分鐘、小時(shí)、天、周、年為周期的定時(shí)設(shè)定功能,實(shí)現(xiàn)各受控區(qū)域的自動(dòng)化管理。

(11) 系統(tǒng)控制軟件應(yīng)有不同權(quán)限級(jí)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(duì)照明需求不同,在制定照明控制策略時(shí)要考慮污水廠的運(yùn)行特點(diǎn)。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(jìn)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(shí)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(jī)房控制室、鼓風(fēng)機(jī)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(chǎng)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(jì)過渡照明。過渡照明具備時(shí)鐘控制功能,不同時(shí)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(cè)室外自然光照度,自動(dòng)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(dá)到100 lx時(shí),不開啟燈光;低于75 lx時(shí),開啟25%燈光;低于50 lx時(shí),開啟50%燈光;低于25 lx時(shí),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(gè)場(chǎng)景模式、一鍵式場(chǎng)景切換、燈光依次開啟等。

(6) 工作人員通過移動(dòng)控制平板(iPAD)、手機(jī)APP等來調(diào)用需要的照明場(chǎng)景模式。例如,當(dāng)運(yùn)行人員巡檢到某個(gè)區(qū)域時(shí)發(fā)現(xiàn)可疑問題,可通過iPAD、手機(jī)APP等打開該區(qū)域全部燈光并進(jìn)行重點(diǎn)檢查。

(7) 在中控室內(nèi)設(shè)置中央監(jiān)控與管理計(jì)算機(jī),實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)箱體內(nèi)所有燈光回路、燈光場(chǎng)景的狀態(tài)實(shí)時(shí)管理和監(jiān)控。計(jì)算機(jī)采用圖形化界面,可以加入箱體內(nèi)各個(gè)區(qū)域的平面圖,顯示各個(gè)區(qū)域燈光場(chǎng)景狀態(tài)。每個(gè)區(qū)域都可以獨(dú)立控制,都具有不同場(chǎng)景模式。當(dāng)箱體內(nèi)某個(gè)區(qū)域需要檢修時(shí),可以通過中央監(jiān)控與管理計(jì)算機(jī)對(duì)指定區(qū)域的燈光進(jìn)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(dòng)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(dāng)運(yùn)行人員進(jìn)入箱體內(nèi)巡檢時(shí),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(shí)啟動(dòng)人體移動(dòng)感應(yīng)傳感器功能。當(dāng)巡檢人員通過某個(gè)區(qū)域,人體移動(dòng)感應(yīng)傳感器檢測(cè)到人員時(shí),將開啟該區(qū)域的燈光;當(dāng)巡檢人員離開后,人體移動(dòng)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(dòng)感應(yīng)傳感器的延遲、關(guān)閉時(shí)間可分別設(shè)置,當(dāng)人體移動(dòng)感應(yīng)傳感器負(fù)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(dāng)人體移動(dòng)感應(yīng)傳感器負(fù)責(zé)區(qū)域較大時(shí),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(bào)后自動(dòng)切換到應(yīng)急照明場(chǎng)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(dòng)感應(yīng)器,實(shí)現(xiàn)燈光自動(dòng)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(duì)接,當(dāng)人員定位系統(tǒng)檢測(cè)到人員活動(dòng)時(shí)發(fā)送信號(hào)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(chǎng)景模式

根據(jù)地下污水處理廠的特點(diǎn)及運(yùn)行方式,設(shè)定不同的場(chǎng)景模式,工作人員可以根據(jù)實(shí)際需要,通過中央監(jiān)控與管理計(jì)算機(jī)、智能控制面板、移動(dòng)控制平板、手機(jī)APP等,調(diào)整各個(gè)區(qū)域不同時(shí)段、不同用途的燈光場(chǎng)景模式,使用時(shí)只需調(diào)用預(yù)先設(shè)置好的場(chǎng)景模式。場(chǎng)景模式的設(shè)定由污水廠運(yùn)營(yíng)單位、設(shè)計(jì)院及建設(shè)單位等共同協(xié)商確定,并可根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況適當(dāng)調(diào)整。地下污水廠場(chǎng)景模式設(shè)置如下。

(1) 對(duì)于整個(gè)地下箱體,可根據(jù)地下污水廠的運(yùn)行方式,設(shè)置以下大場(chǎng)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(diǎn)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(diǎn)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(diǎn)設(shè)備區(qū)域保持50%回路燈光。

⑦ 迎賓模式:對(duì)人員參觀通道及需要參觀的區(qū)域開啟100%回路燈光;對(duì)那些不會(huì)對(duì)參觀人員開放的區(qū)域,采用25%回路點(diǎn)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(dòng)感應(yīng)傳感器使用。

(2) 對(duì)于地下污水廠的各個(gè)生產(chǎn)區(qū)域,可以分別設(shè)置不同的場(chǎng)景模式。

對(duì)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(jī)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(gè)小區(qū)域,每個(gè)區(qū)域可以設(shè)置以下場(chǎng)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(diǎn)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(diǎn)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(dòng)感應(yīng)傳感器使用。

(3) 對(duì)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(gè)區(qū)域可以設(shè)置以下場(chǎng)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(duì)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(gè)區(qū)域可以設(shè)置以下場(chǎng)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(diǎn)設(shè)備區(qū)域主要包括粗格柵及進(jìn)水泵房、細(xì)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(jī)房、回用水泵房、出水泵房、脫水機(jī)房等。

7 工程設(shè)計(jì)實(shí)例

二沉池及地下通道照明設(shè)計(jì)圖如圖2所示。

圖2 二沉池及地下通道照明設(shè)計(jì)圖

工程項(xiàng)目中,在巡檢通道出入口設(shè)置人體移動(dòng)感應(yīng)探頭,根據(jù)人體移動(dòng)感應(yīng)探頭探測(cè)到的人像,自動(dòng)開啟二沉池的照明,待人離開后自動(dòng)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(dòng)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(shí)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(gè)8通道開關(guān)模塊,同時(shí)預(yù)留1個(gè)4通道開關(guān)模塊,為后期擴(kuò)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(dòng)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(chǎng)控制面板、時(shí)鐘控制、人體移動(dòng)感應(yīng)器等多種自動(dòng)控制手段,實(shí)現(xiàn)對(duì)二沉池區(qū)域照明智能控制。二沉池區(qū)域場(chǎng)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(dòng)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(shì)

合理的智能照明控制策略可實(shí)現(xiàn)對(duì)地下污水廠多層次、全方位的智能管理,既能保證正常運(yùn)行的照明需求,又能達(dá)到節(jié)能環(huán)保的目的,具體有以下主要優(yōu)勢(shì)。

(1) 控制范圍修改靈活。當(dāng)遇到工藝設(shè)備布局調(diào)整時(shí),只需要對(duì)編制程序進(jìn)行修改,不需要對(duì)已有線路進(jìn)行改造,這將降低擴(kuò)建費(fèi)用和改造工期[7]。

(2) 根據(jù)污水廠運(yùn)行計(jì)劃調(diào)整照明控制策略。根據(jù)污水廠運(yùn)行計(jì)劃,設(shè)定照明控制程序,當(dāng)運(yùn)行計(jì)劃調(diào)整時(shí)可以通過軟件修改控制策略,從而保證污水廠正常運(yùn)行的照明需求。

(3) 擴(kuò)展性好。智能照明控制系統(tǒng)的規(guī)?？伸`活地隨著照明系統(tǒng)的大小而改變,如需要擴(kuò)充時(shí)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(jìn)行重新配置。

9 結(jié) 語

本文結(jié)合實(shí)際案例,闡述了智能照明控制系統(tǒng)在地下污水廠的運(yùn)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。