【節(jié)能學(xué)院】某污水處理廠智能照明系統(tǒng)設(shè)計及應(yīng)用

摘要: 現(xiàn)場污水處理廠生化處理池區(qū)采用傳統(tǒng)照明，會產(chǎn)生可預(yù)見的諸多問題。提出采用智能照明系統(tǒng)來完善照明設(shè)計，介紹了照明配電箱系統(tǒng)設(shè)計，并對智能照明方案與傳統(tǒng)照明方案進(jìn)行了比較，證實了智能照明系統(tǒng)設(shè)計方案的合理性。

關(guān)鍵詞: 污水處理廠; 智能照明; 節(jié)能; 地下空間

引言

隨著社會的進(jìn)步，節(jié)約能源、保護(hù)環(huán)境已是 一種趨勢。“節(jié)能減排”是個人和企業(yè)對社會的 一種責(zé)任。當(dāng)今智能照明發(fā)展迅猛，相應(yīng)的控制 系統(tǒng)在軟件升級和硬件擴展能力上日漸成熟。在傳統(tǒng)工業(yè)項目的照明領(lǐng)域中，照明控制在靠近 照明回路處加上開關(guān)，由開關(guān)來控制照明。如果空間非常大，這對于“由管理室對全部照明形成 監(jiān)視、控制”、“在現(xiàn)場也可以靈活控制照明”的要 求很難達(dá)到。智能照明控制系統(tǒng)就是針對傳統(tǒng) 照明存在的問題而設(shè)計的，可以通過簡單設(shè)計及 少量的施工即可實現(xiàn)上述要求，是更加先進(jìn)、節(jié)能、滿足需要的配線系統(tǒng)。

提出問題及設(shè)計原則

設(shè)計區(qū)域的具體情況

該污水處理廠工程項目總面積約為4萬m2 ，主要為主體工程的一體化箱體區(qū)域，全地下設(shè)施，設(shè) 8 個分區(qū)，分別為各工藝過程中池， 總體 2 層，局部 3 層。

可預(yù)見的問題

(1) 在出入口設(shè)計單控?zé)艟唛_關(guān)。地下池區(qū)空間巨大，深處距離主要出入口超過 200 m。如果僅在出入口設(shè)置燈具開關(guān)，工作人員在操作不方便，在工作或者巡檢時從 A 區(qū)進(jìn)入 B 區(qū)后如要關(guān)閉 A 區(qū)的照明，要返回 A 區(qū)，行進(jìn)的距離可達(dá)幾百米。

(2) 在出入口設(shè)計雙控?zé)艟唛_關(guān)。設(shè)計多地控制，因照明回路數(shù)量巨大，施工線路非常長且施工復(fù)雜，產(chǎn)生大量線纜及施工費用。出入口眾多，工作區(qū)域路徑復(fù)雜，僅設(shè)計雙控開關(guān)還不能滿足操作的便捷性。

(3) 照明節(jié)能。地下空間區(qū)域大，照明燈具數(shù)量多，每次進(jìn)入工作區(qū)域開啟幾十甚至上百盞燈具是日常行為，但并不是每處區(qū)域工作人員都巡視到，多數(shù)時段可能只是經(jīng)過相鄰工作區(qū)域的通道。因此，浪費的電能非?？捎^。

設(shè)計原則

(1) 操作安全性及可靠性。智能照明控制系統(tǒng)為模式開關(guān)，起到信號傳送的功能。信號電壓 24 V，屬安全電壓; 控制照明回路采用遙控繼電器，使操作者觸摸不到電源或配電箱等帶電有危險電壓的部位。

(2) 管理便捷性。智能照明開關(guān)通過設(shè)定與控制 T / U 地址相對應(yīng)，實現(xiàn)對區(qū)域的照明控制。每個開關(guān)針對不同的需要進(jìn)行修改，同時實現(xiàn)異地控制、多地控制、集中控制等功能。在開關(guān)上可標(biāo)注其控制區(qū)域，并及時顯示所控制區(qū)域的照明狀態(tài)。

(3) 節(jié)能。根據(jù)具體的工作區(qū)域要求，點亮部分回路，改變照明區(qū)域。根據(jù)具體的工作強度要求，設(shè)定不同的照明模式。采用的照明模式只根據(jù)要求按相應(yīng)的模式開關(guān)即可實現(xiàn)。每個照明區(qū)域都可以在總控制室或集中控制的地方顯示照明狀態(tài)，同時也可以對其進(jìn)行遠(yuǎn)距離控制。

(4) 降低總成本。總線式智能照明控制系統(tǒng)的所有照明回路直接進(jìn)配電箱，無論開關(guān)在什么位置，只需從最近的智能照明設(shè)備中引兩根信號線進(jìn)行串聯(lián)，可實現(xiàn)各種照明控制。同時對照明區(qū)域進(jìn)行改動時無需重新配線，只通過簡單的設(shè)定來實現(xiàn)。

系統(tǒng)設(shè)計

控制單元

(1) 傳送單元。當(dāng)系統(tǒng)中照明回路數(shù)量( 即使用電磁開關(guān)數(shù)量) 在 256 個以內(nèi)時設(shè)置一個傳送單元即可，可將其放在系統(tǒng)中任意配電箱內(nèi)。

(2) 電磁遙控開關(guān)。根據(jù)負(fù)載容量，選擇電磁開關(guān)。該項目選擇 20 A 電磁遙控開關(guān)，與電磁遙控開關(guān)控制 T / U 及控制系統(tǒng)用變壓器( 24 V 變壓器) 同時使用。電磁遙控開關(guān)有手動控制功能，采用機械自鎖結(jié)構(gòu)，僅在動作瞬間耗電，不僅節(jié)能，還確保其有 6 萬次的機械壽命，且機械自鎖確保照明控制系統(tǒng)發(fā)生故障時照明不會突然熄滅。電磁遙控開關(guān)上還具有手動控制功能，便于維修人員操作。

(3) 電磁遙控開關(guān)控制 T / U。與 20 A 電磁遙控開關(guān)配套使用，每4 個20 A 電磁遙控開關(guān)需要設(shè)置 1 個 20 A 電磁遙控開關(guān)控制 T / U。

(4) 控制系統(tǒng)用變壓器。當(dāng)使用 20 A 電磁遙控開關(guān)時，每個配電箱均設(shè)置一個 24 V 控制系統(tǒng)用變壓器。

(5) 液晶觸摸屏。通過液晶觸摸屏可直接手動控制照明回路的開/ 關(guān)，并由每個按鈕邊上的紅綠色指示反映照明系統(tǒng)的運行狀況。液晶 觸摸屏自帶編輯功能，可在觸摸屏上對其各個開 關(guān)功能及文字描述進(jìn)行修改，也可在軟件編輯后 通過 SD 卡設(shè)置液晶觸摸屏的功能，并備份。該項目設(shè)置 1 塊液晶觸摸屏，在每個出入口供管理人員監(jiān)控照明系統(tǒng)使用。除了各種模式控制外， 液晶面板上的控制功能還可根據(jù)業(yè)主需要，按配 電箱區(qū)域控制或照明燈具種類控制。

電氣系統(tǒng)圖

生物處理池區(qū)檢修工作區(qū)域的照明配電箱系統(tǒng)。

每4個回路使用1個電磁遙控開關(guān)，每個配電箱內(nèi)設(shè)置1個24 V控制系統(tǒng)用變壓器。每個配電箱只需通過一根總線與外部控制中心相連，即可完成數(shù)據(jù)傳輸與控制操作。檢修工作區(qū)域面積大，照明開關(guān)很難找到，使用智能控制方式簡便。

AcrelEMS-SW智慧水務(wù)能效管理平臺

系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

系統(tǒng)功能

（1）變電站綜合自動化系統(tǒng)及電力監(jiān)控

對水務(wù)配電系統(tǒng)中35kV、10kV電壓等級配置繼電保護(hù)和弧光保護(hù)，實現(xiàn)遙測、遙信、遙控、遙調(diào)等功能，對異常情況及時預(yù)警。

監(jiān)測變壓器、水泵、鼓風(fēng)機的電流、電壓、有功/無功功率、功率因數(shù)、負(fù)荷率、溫度、三相平衡、異常報警等數(shù)據(jù)。

（2）電能質(zhì)量監(jiān)測與治理

水務(wù)中大量的大功率電機、水泵變頻啟動導(dǎo)致配電系統(tǒng)中存在大量諧波，通過監(jiān)測其配電系統(tǒng)的諧波畸變、電壓波動、閃變和容忍度指標(biāo)分析其電能質(zhì)量，并配置對應(yīng)的電能質(zhì)量治理措施提高供電電能質(zhì)量。

（3）電動機管理

馬達(dá)監(jiān)控實現(xiàn)水務(wù)中電機的保護(hù)、遙測、遙信、遙控功能，電動機保護(hù)器能對過載、短路、缺相、漏電等異常情況進(jìn)行保護(hù)、監(jiān)測和報警。準(zhǔn)確地反映出故障狀態(tài)、故障時間、故障地點、及相關(guān)信息，對電機進(jìn)行健康診斷和預(yù)防性維護(hù)。同時支持與PLC、軟啟、變頻器等配合，實現(xiàn)電動機自動或遠(yuǎn)程控制，監(jiān)視、控制各個工藝設(shè)備,保障正常生產(chǎn)。

（4）能耗管理

為水務(wù)搭建計量體系，顯示水務(wù)的能源流向和能源損耗，通過能源流向圖幫助水務(wù)分析能源消耗去向，找出能源消耗異常區(qū)域。

將所有有關(guān)能源的參數(shù)集中在一個看板中，從多個維度對比分析，實現(xiàn)各個工藝環(huán)節(jié)的能耗對比，幫助領(lǐng)導(dǎo)掌控整個工廠的能源消耗，能源成本，標(biāo)煤排放等的情況。

能耗數(shù)據(jù)統(tǒng)計采集水務(wù)中污水廠、自來水廠、水泵站等的用電、用水、燃?xì)?、冷熱量消耗量，同環(huán)比對比分析，能耗總量和能耗強度計算，標(biāo)煤計算和CO2排放統(tǒng)計趨勢。

能效分析按三級計量架構(gòu)，分別進(jìn)行能效分析，契合能源管理體系要求，可對各車間/職能部門的能效水平進(jìn)行分析，同比、環(huán)比、對標(biāo)等。通過污水處理產(chǎn)量以及系統(tǒng)采集的能耗數(shù)據(jù)，在污水單耗中生成污水單耗趨勢圖，并進(jìn)行同比和環(huán)比分析，同時將污水的單耗與行業(yè)/國家/國際先進(jìn)指標(biāo)對標(biāo)，以便企業(yè)能夠根據(jù)產(chǎn)品單耗情況來調(diào)整生產(chǎn)工藝，從而降低能耗。

（5）智能照明控制

系統(tǒng)為污水廠、自來水廠、水泵站等提供了照明控制管理方案，支持單控、區(qū)域控制、自動控制、感應(yīng)控制、定時控制、場景控制、調(diào)光控制等多種控制方式，模塊可根據(jù)經(jīng)緯度自動識別日出日落時間實現(xiàn)自動控制功能，盡量利用自然光照，實現(xiàn)室內(nèi)、廠區(qū)照明的智能控制達(dá)到安全、節(jié)能的目的。

（6）電氣安全

1）電氣火災(zāi)監(jiān)測

監(jiān)測配電系統(tǒng)回路的漏電電流和線纜溫度，實現(xiàn)對污水廠、自來水廠、水泵站的電氣安全預(yù)警。

2）消防應(yīng)急照明和疏散指示

根據(jù)預(yù)先設(shè)置的應(yīng)急預(yù)案快速啟動疏散方案引導(dǎo)人員疏散。系統(tǒng)接入消防應(yīng)急照明指示系統(tǒng)數(shù)據(jù)，通過平面圖顯示疏散指示燈具工作狀態(tài)和異常情況。

3）消防設(shè)備電源監(jiān)測

監(jiān)測消防設(shè)備的工作電源是否正常，保障在發(fā)生火災(zāi)時消防設(shè)備可以正常投入使用。

4）防火門監(jiān)控系統(tǒng)

防火門監(jiān)控系統(tǒng)集中控制其各終端設(shè)備即防火門監(jiān)控模塊、電動閉門器、電磁釋放器的工作狀態(tài)，實時監(jiān)測疏散通道防火門的開啟、關(guān)閉及故障狀態(tài)，顯示終端設(shè)備開路、短路等故障信號。系統(tǒng)采用消防二總線將具有通信功能的監(jiān)控模塊相互連接起來，當(dāng)終端設(shè)備發(fā)生短路、斷路等故障時，防火門監(jiān)控器能發(fā)出報警信號，能指示報警部位并保存報警信息，保障了電氣安全的可靠性。

（7）環(huán)境監(jiān)測

污水廠、自來水廠、水泵站等場所溫濕度、煙霧、積水浸水、視頻、UPS電池間可燃?xì)怏w濃度展示和預(yù)警，保障污水廠、自來水廠、水泵站等安全運行。當(dāng)可燃?xì)怏w或有害氣體濃度超標(biāo)可自動啟動排風(fēng)風(fēng)機或新風(fēng)系統(tǒng)，排除隱患，保持良好的水處理環(huán)境。

硬件配置表

結(jié)語

智能照明控制系統(tǒng)在污水處理廠的應(yīng)用，并對比普通照明方案與智能照明方案的優(yōu)劣。在地下大空間工作區(qū)域采用智能照明控制系統(tǒng)體現(xiàn)污水處理廠的先進(jìn)性、科技性，可降低整個廠區(qū)的運行費用，實現(xiàn)節(jié)能。安科瑞AcrelEMS-SW智慧水務(wù)能效管理平臺集成電力監(jiān)控系統(tǒng)、能源管理系統(tǒng)、智能照明系統(tǒng)、火災(zāi)消防系統(tǒng)，結(jié)合自控系統(tǒng)、安防系統(tǒng)能夠保障污水廠的穩(wěn)定運行。對突發(fā)事故提前做出預(yù)警，及時通知工作人員。在滿足工藝要求的前提下低功耗運行，節(jié)省成本。