淺析地下污水處理廠智能配電能效與照明系統的應用研究

任運業

安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定 201801

摘要：近年來，人們生活質量不斷提高，市政建設的要求也在不斷提高，許多大、中型城市已經著手建立地下污水處理系統。因為地下污水處理廠的所有結構都是在地下，且體積很大，因此其燈光系統非常復雜，如果使用常規的燈光控制系統，必然會帶來勞動量大、控制成本高、能耗大等問題，對此，在地下污水處理廠建設中，有必要采用智能照明系統。文章結合工作實踐，首先分析了地下污水處理廠中應用智能照明系統的意義，然后探討了智能照明系統的特點以及應用原則，及其在污水處理廠中的實踐應用，以期為相關人員提供參考。

關鍵詞：污水處理廠；智能照明系統；應用策略

引言

隨著信息技術的不斷完善，智能照明系統的發展也越來越快。在傳統工業工程照明方面，一般都是在進、出口安裝大功率電源，通過大功率電源來進行照明。但當控制區面積過大，或是燈光負荷過大時，則難以實現對現場照明的靈活管控。地下污水處理廠因其占地面積大，照明線路多，若使用常規照明方式，不但建設費用高昂，還難以對照明進行便捷的管理。因此，相關人員應積極研究智能照明系統在地下污水處理廠的應用。

一、地下污水處理廠中應用智能照明系統的意義

該配當前各類建筑物中，燈光消耗的電力為10%~20%。如果在大型的地下污水處理廠內，借助已有的總線技術，可以對其進行智能化的控制。鑒于當前燈光布局既分散又過分集中的現狀，期待一種新型的智能化控制方式，從傳統的“隨手開關"向可選的“場/智能化主控開關"轉變。除此之外，該系統還可以匯總并對用戶參與的實時數據進行智能分析，實現降低運行和維護費用，實現“人、環境、建筑"三者的協調統一。

二、智能照明系統特點分析

1智能控制燈光

智能照明系統對照明的控制，主要是以模塊式的自動控制為主，手動控制為輔，借助紅外遙感裝置、手動操作控制面板等不同的控制元素，可以按照不同的要求，按照不同的時間、不同的用途以及不同的照明效果，提前設定不同的照明場景，使用者可以利用場景切換來實現靈活、方便地照明控制。比如，出水區進、出口設置單控制的燈光開關；在巡視或工作過程中，若在出水水域中打開了燈，那么到了下一片水域后，就不能將燈關掉了，而是要按照來時的路線，將對應的燈關掉。如果要去大型水池區域關燈/打開燈，則需要走回入口關燈。而在出口處，安裝兩個控制開關可以有效解決上述問題，但是由于線路數目過多，將導致建設費用顯著增加，而且僅僅是兩個控制開關還無法保證操作運行的便捷性。在沒有人巡視地下污水處理廠時，只打開安全照明，這樣可以更好地節約能源，在汽車進出的道路上，可以隨著光線的改變，自動地調整到人類視覺舒服的程度。在有維修工人進出時，維修工位上的燈會自動點亮，維修工位上的燈會在維修工位上自動熄滅，使用簡便，節約能源。

2節能降耗

在地下污水處理廠中，存在著大量的燈具和照明回路，如果沒有后臺對其進行控制和控制，那么因為它的占地范圍比較大，所以很難對整個區域進行巡查，從而導致電能的浪費，也就不可能真正做到應需照明。對此，智能照明系統能夠準確設定并控制不同時間、不同環境下的光照，從而達到最大限度地節約能源。根據不同日期、時間、場景，按照每個功能區域的運作情況，提前對其進行關照設定，在不需要照明時，確保將燈關掉，這樣就可以大幅度減少地下污水處理廠的能耗。

3美化環境

良好的照明系統設計，不但可以使地下污水處理廠的環境變得明亮，而且還可以使操作員的工作更加方便有效，為操作員創造一個良好的工作環境。首先，可以改善照明質量。該智能照明系統用一個調光組件來取代以往的開關式燈光控制，能夠對每個房間的燈光進行總體的調節，從而改善燈光的均勻程度。此外，本設計還采用了智能化的燈光技術，有效防止了頻閃的影響。其次，可以實現多種照明效果?？梢院苋菀椎貙崿F各種不同的燈光場景控制方案，根據不同時間、用途、效果，采用對應的預先設定的情景來進行控制，從而獲得各種不同的燈光效果。

4提高照明設備使用年限

該智能燈光控制裝置使用軟起停技術，可有效防止燈絲受到熱震，從而更好地延長了燈泡的使用壽命。在城市污水處理工程中，由于要進行大范圍的燈光布置，且燈光的數目較多，在某些地區燈光布置較為復雜，燈光的智能化可以將燈光的使用壽命提高2~4倍。既可節約燈管數量，又可大大減輕燈管的更換工作，節約了燈光設備的運營成本。

5安裝簡單便捷，無需修改線

當全部設備都裝好之后，每個設備的地址代碼都可以用軟件來設定，這樣就可以形成相應的控制關系。因為該系統只在輸出裝置和負荷間采用負荷電纜進行聯接，所以可以節約很多本來要聯接到常規開關上的電纜，從而減少了設備的安裝和建造時間，節約了人力成本。

6提高管理水平，降低維修成本

在照明控制方面，智能照明控制系統主要采用的是模塊式自動控制，而手動控制則是輔助。將照明預置場景的參數以數字形式保存在可抹除可編程ROM中，可以很容易地對這些信息進行設定和更換。此外，由于燈具的使用壽命得到了極大的提升，使得照明管理和設備維護都變得更加容易。實現對一般照明人工開關的智能化管理，使得污水處理廠的管理者可以在照明控制系統中應用高質量的管理理念，大大降低污水處理廠的運營和維修成本，獲得巨大的經濟效益。

三、地下污水處理廠智能照明系統應用原則

保證系統運行安全可靠。智能照明系統的總線為24V供電，有效降低了發生觸電事故的幾率。提高地下污水處理廠照明系統維護管理的便捷性。智能照明設備可以按照不同場合的應用要求，進行任何形式的靈活組合，并可以將每個電路分別進行細分。該系統還可以實現定時控制、調光、自動調光、遙控控制等功能。減少污水廠照明系統運行能耗。智能照明系統可以依據工作場所的特點，調整燈具的亮度以及照明范圍，并可以通過智能照明系統的開關，在中央控制室進行遙控。減少地下污水處理廠建設成本。使用智能照明控制系統的總線布線模式，將全部的照明線路都直接連接到了配電箱，不管在哪個地方，只要就近引入2根信號線，并將其串聯起來，就可以完成對照明系統的控制，這樣就可以節省很多的電纜和管件。當需要改變配電盤的安裝位置或控制區時，無需再布線即可改變控制模式及控制對象。

四、地下污水處理廠智能照明系統應用

1耦合器

支線層：每個分支可以連接32臺裝置，而可程序控制的總線裝置可以為用戶程序配置提供255臺輸入/輸出資源。區域層：一個區域最多可容納255條分支，最多可連接255×32=8160總線裝置，提供255×255=65025個I/0資源，以供使用者程式配置所用。

2開關驅動器

該切換驅動裝置有4個輸入開關量，4個輸出繼電器和4個測量電流的功能；開關量的輸入可以接入開關、報警、紅外人體感應器等信號，繼電器的輸出可以控制照明、電機、報警等開關回路，每一個繼電器的輸出回路都具有電流檢測的功能。該產品具備延遲啟動，磁保持（自鎖），掉電記憶等多項性能。

3智能調光模塊

智能調光模組有4個開關輸入和0~10V的模擬信號輸出功能；開關量輸入可以接入開關、報警、紅外人體感應器等信號，也可以與傳統的照明開關信號相連接，將外接信號轉化為總線信號，展開對系統的聯動控制，模擬量輸出可與0~10V輸入的調光器等設備相連接。

4智能觸摸屏幕

智慧觸摸屏幕待機20s后，屏幕的光亮會自動下降；具備利用軟件進行遙控編輯管理的功能，采用嵌入式系統；具有場景顯示、調光、集中控制等多種功能。觸摸屏幕可以按照要求更改任何圖形及展示功能，可以定制按鍵功能，達到中央控制面積的目的。針對不同的功能，進行文本說明，讓用戶清楚明白。在某一區域安裝一塊屏幕，就可以集中控制所有的照明設備，方便進行管理。

5中控系統

使用Windows操作系統，簡體中文圖形操作界面。提供二次開發工具，支持平面圖設計，采用拖放方式編輯平面圖。具有報警管理、日程安排、歷史記錄、密碼保護、中文菜單形式、圖形化編程等功能?？稍O置控制區域和運行管理權限的授權。具有為實現全部程序設置而設計的圖像界面，可以進行編程設定。監控功能。場景控制：在軟件功能界面中，可以設定不同的情景模式。情景模式可以在必要的時候增加、減少或改變；時間管理：根據季節、作息、光照的變化，制定照明時間管理程序，可以用菜單或者鼠標控制照明系統各個回路的開關調光。具有實時監測功能，可以顯示各照明回路上燈的開關狀態，并可通過計算機控制系統實現對每一條線路的自動控制。該軟件可以用單子和滑鼠兩種方法來表示工作狀況，滑鼠所指向的范圍內，會出現對應的線路、組數以及工作狀況。具備自動檢測、監控各部分工作狀況的功能。具備報警信息處理功能，能夠顯示報警區域，報警點的詳細位置。提供了查詢運行時間記錄的能力，并且可以按要求進行靈活設置。

五、智能照明系統在地下污水處理廠中的應用優勢

方便布線。僅用2條訊號導線連接至控制開關，可大大節約電線的投入?；芈房刂?。情景操控功能可以實現一臺切換多臺燈光。管理方便。管理起來很簡單，在監控中心就可以完成對整個污水處理廠的管理，系統會根據事先設定的程序來進行開/關燈，這樣可以節約人力成本，并且還能全自動運作。此項工作在正常條件下可以節約30%~50%的電力消耗。照明控制更加便捷。員工可以根據實際需求，對燈光進行調整，并將其分成幾個區域，形成一種獨te的氣氛。對外界條件的適應性。利用傳感器對光照和環境參數進行數據處理，實現光照空間和周圍環境的匹配，對室內照度進行動態調節，可以降低光照條件下的人造光照，實現照明節能。燈具壽命。采用智能化設定的“軟起動"方式，有效防止了因瞬間脈沖而引起的損壞，從而提高了照明設備的使用壽命。布局調整。智慧燈光可以按照計劃模式進行燈光布置，增加燈光的適用范圍，極大減少了升級的成本，并縮短了升級的時間。安全方面。電路和負荷是分開的，回路工作電壓是直流24V，這樣就算是在開關板發生泄漏時，也可以保證人員的安全，而且，智能控制板還可以進行程序設置，可以任意設定按鈕的作用，并有清晰的負荷標識?？刂旗`活性。①配備可靈活自定義的智能控制板。在防火控制室內安裝中央電腦，以實現對整體情況的掌控，既可單路開關對應的燈具，又可以一次開關對應的燈具，同時還能時刻了解到現場的燈具使用情況。②可以在時間上任意變換，時間上可以在電腦上直接輸入進行提問。③日間人流量較大時，中央控制電腦可以禁止照明系統現場面板和感應裝置的工作，以此提升升降照明系統中燈具的使用壽命。④系統具備光照感知能力，可自動對外界光照進行自動判定。在光照不足的時候，系統會自動打開對應的光源，光照充足的時候，系統會自動將不需要打開的光源關閉。

六、AcrelEMS-SW智慧水務能效管理平臺

1平臺概述

安科瑞電氣具備從終端感知、邊緣計算到能效管理平臺的產品生態體系，AcrelEMS-SW智慧水務能效管理平臺通過在污水廠源、網、荷、儲、充的各個關鍵節點安裝保護、監測、分析、治理裝置，用于監測污水廠能耗總量和能耗強度，重點監測主要用能設備能效，保護污水廠運行安全可靠，提高污水廠能效，為污水處理的能效管理提供科學、精細的解決方案。

2平臺組成

AcrelEMS智慧水務綜合能效管理系統由變電站綜合自動化系統、電力監控及能效管理系統組成，涵蓋了水務中壓變配電系統、電氣安全、應急電源、能源管理、照明控制、設備運維等，貫穿水務能源流的始終，幫助運維管理人員通過一套平臺、一個APP實時了解水務配電系統運行狀況，并且根據權限可以適用于水務后勤部門管理需要。

3平臺拓撲圖

4平臺子系統

（1）變電站綜合自動化系統及電力監控

對水務配電系統中35kV、10kV電壓等級配置繼電保護和弧光保護，實現遙測、遙信、遙控、遙調等功能，對異常情況及時預警。

監測變壓器、水泵、鼓風機的電流、電壓、有功/無功功率、功率因數、負荷率、溫度、三相平衡、異常報警等數據。

（2）電能質量監測與治理

水務中大量的大功率電機、水泵變頻啟動導致配電系統中存在大量諧波，通過監測其配電系統的諧波畸變、電壓波動、閃變和容忍度指標分析其電能質量，并配置對應的電能質量治理措施提高供電電能質量。

（3）電動機管理

馬達監控實現水務中電機的保護、遙測、遙信、遙控功能，電動機保護器能對過載、短路、缺相、漏電等異常情況進行保護、監測和報警。準確地反映出故障狀態、故障時間、故障地點、及相關信息，對電機進行健康診斷和預防性維護。同時支持與PLC、軟啟、變頻器等配合，實現電動機自動或遠程控制，監視、控制各個工藝設備,保障正常生產。

（4）能耗管理

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

將所有有關能源的參數集中在一個看板中，從多個維度對比分析，實現各個工藝環節的能耗對比，幫助領導掌控整個工廠的能源消耗，能源成本，標煤排放等的情況。

能耗數據統計采集水務中污水廠、自來水廠、水泵站等的用電、用水、燃氣、冷熱量消耗量，同環比對比分析，能耗總量和能耗強度計算，標煤計算和CO2排放統計趨勢。

能效分析按三級計量架構，分別進行能效分析，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行分析，同比、環比、對標等。通過污水處理產量以及系統采集的能耗數據，在污水單耗中生成污水單耗趨勢圖，并進行同比和環比分析，同時將污水的單耗與行業/國家指標對標，以便企業能夠根據產品單耗情況來調整生產工藝，從而降低能耗。

（5）智能照明控制

系統為污水廠、自來水廠、水泵站等提供了照明控制管理方案，支持單控、區域控制、自動控制、感應控制、定時控制、場景控制、調光控制等多種控制方式，模塊可根據經緯度自動識別日出日落時間實現自動控制功能，盡量利用自然光照，實現室內、廠區照明的智能控制達到安全、節能、舒適目的。

5電氣安全

（1）電氣火災監測

監測配電系統回路的漏電電流和線纜溫度，實現對污水廠、自來水廠、水泵站的電氣安全預警。

（2）消防應急照明和疏散指示

根據預先設置的應急預案快速啟動疏散方案引導人員疏散。系統接入消防應急照明指示系統數據，通過平面圖顯示疏散指示燈具工作狀態和異常情況。

（3）消防設備電源監測

監測消防設備的工作電源是否正常，保障在發生火災時消防設備可以正常投入使用。

6防火門監控系統

防火門監控系統集中控制其各終端設備即防火門監控模塊、電動閉門器、電磁釋放器的工作狀態，實時監測疏散通道防火門的開啟、關閉及故障狀態，顯示終端設備開路、短路等故障信號。系統采用消防二總線將具有通信功能的監控模塊相互連接起來，當終端設備發生短路、斷路等故障時，防火門監控器能發出報警信號，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環境監測

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電池間可燃氣體濃度展示和預警，保障污水廠、自來水廠、水泵站等安全運行。當可燃氣體或有害氣體濃度超標可自動啟動排風風機或新風系統，排除隱患，保持良好的水處理環境。

8分布式光伏監測

實時監測低壓并網柜每路的電流、電壓、功率等電氣參數及斷路器開關狀態，逆變器運行監視，對逆變器直流側每一光伏組串的輸入直流電壓、直流電流、直流功率，逆變器交流電壓、交流電流、頻率、功率因數、當前發電功率、累計發電量進行監測，以曲線方式繪制上述監測的各個參量的歷史數據。

平臺結合廠區實際分布情況，通過3D或2.5D平面圖顯示分布式光伏組件在屋頂、車棚的分布情況，顯示匯流箱、并網點位置，各個屋頂的裝機容量。

9工藝仿真監控

平臺通過2D、3D方式實時監視粗格柵、污水提升、細格柵、曝氣沉砂、改良生化處理、二沉、加氯接觸消毒、污泥濃縮壓濾、生物除臭等工藝設備運行狀態。在格柵清渣機、污水提升泵、回流泵、曝氣風機、加藥泵、濃縮壓濾機、吸沙泵、吸泥泵等低壓電動機控制柜或低壓饋電柜安裝電動機保護，進行短路、過流、過載、起動超時、斷相、不平衡、低功率、接地/漏電、te保護、堵轉、逆序、溫度等保護以及外部故障連鎖停機，與PLC、軟啟、變頻器等配合，實現電動機自動或遠程控制，監視、控制各個工藝設備,保障正常生產。

七、相關平臺部署硬件選型清單

1電力監控、電能質量、電動機管理及配電室環境監控系統

2智能照明系統

3電氣火災監控系統

4消防設備電源監控系統

5防火門監控系統

6消防應急照明和疏散指示系統

八、結束語

綜上所述，若將常規照明系統應用于地下污水處理廠，那么工程造價、電線造價會大幅增加，且難以達到智能化光源運行的便捷與燈光調控的靈活。因此，在地下污水處理廠這樣的大空間內使用智能照明系統，不但可以提高工廠的現代化程度，還可以創造出一個舒服的燈光環境，方便進行燈光管理，既可以節約能耗，又可以節省地下污水處理廠的管理費用。

參考文獻

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