淺析地下污水處理廠智能配電能效與照明系統(tǒng)的應(yīng)用

摘要：近年來，人們生活質(zhì)量不斷提高，市政建設(shè)的要求也在不斷提高，許多大、中型城市已經(jīng)著手建立地下污水處理系統(tǒng)。因為地下污水處理廠的所有結(jié)構(gòu)都是在地下，且體積很大，因此其燈光系統(tǒng)非常復(fù)雜，如果使用常規(guī)的燈光控制系統(tǒng)，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(shè)中，有必要采用智能照明系統(tǒng)。文章結(jié)合工作實踐，首先分析了地下污水處理廠中應(yīng)用智能照明系統(tǒng)的意義，然后探討了智能照明系統(tǒng)的特點以及應(yīng)用原則，及其在污水處理廠中的實踐應(yīng)用，以期為相關(guān)人員提供參考。

關(guān)鍵詞：污水處理廠；智能照明系統(tǒng)；應(yīng)用策略

引言

隨著信息技術(shù)的不斷完善，智能照明系統(tǒng)的發(fā)展也越來越快。在傳統(tǒng)工業(yè)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(dāng)控制區(qū)面積過大，或是燈光負荷過大時，則難以實現(xiàn)對現(xiàn)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(guī)照明方式，不但建設(shè)費用高昂，還難以對照明進行便捷的管理。因此，相關(guān)人員應(yīng)積極研究智能照明系統(tǒng)在地下污水處理廠的應(yīng)用。

一、地下污水處理廠中應(yīng)用智能照明系統(tǒng)的意義

該配當(dāng)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(nèi)，借助已有的總線技術(shù)，可以對其進行智能化的控制。鑒于當(dāng)前燈光布局既分散又過分集中的現(xiàn)狀，期待一種新型的智能化控制方式，從傳統(tǒng)的“隨手開關(guān)"向可選的“場/智能化主控開關(guān)"轉(zhuǎn)變。除此之外，該系統(tǒng)還可以匯總并對用戶參與的實時數(shù)據(jù)進行智能分析，實現(xiàn)降低運行和維護費用，實現(xiàn)“人、環(huán)境、建筑"三者的協(xié)調(diào)統(tǒng)一。

二、智能照明系統(tǒng)特點分析

1智能控制燈光

智能照明系統(tǒng)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(shè)定不同的照明場景，使用者可以利用場景切換來實現(xiàn)靈活、方便地照明控制。比如，出水區(qū)進、出口設(shè)置單控制的燈光開關(guān)；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(guān)掉了，而是要按照來時的路線，將對應(yīng)的燈關(guān)掉。如果要去大型水池區(qū)域關(guān)燈/打開燈，則需要走回入口關(guān)燈。而在出口處，安裝兩個控制開關(guān)可以有效解決上述問題，但是由于線路數(shù)目過多，將導(dǎo)致建設(shè)費用顯著增加，而且僅僅是兩個控制開關(guān)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(jié)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(diào)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(jié)約能源。

2節(jié)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(qū)域進行巡查，從而導(dǎo)致電能的浪費，也就不可能真正做到應(yīng)需照明。對此，智能照明系統(tǒng)能夠準(zhǔn)確設(shè)定并控制不同時間、不同環(huán)境下的光照，從而達到最大限度地節(jié)約能源。根據(jù)不同日期、時間、場景，按照每個功能區(qū)域的運作情況，提前對其進行關(guān)照設(shè)定，在不需要照明時，確保將燈關(guān)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(huán)境

良好的照明系統(tǒng)設(shè)計，不但可以使地下污水處理廠的環(huán)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(chuàng)造一個良好的工作環(huán)境。首先，可以改善照明質(zhì)量。該智能照明系統(tǒng)用一個調(diào)光組件來取代以往的開關(guān)式燈光控制，能夠?qū)γ總€房間的燈光進行總體的調(diào)節(jié)，從而改善燈光的均勻程度。此外，本設(shè)計還采用了智能化的燈光技術(shù)，有效防止了頻閃的影響。其次，可以實現(xiàn)多種照明效果?？梢院苋菀椎貙崿F(xiàn)各種不同的燈光場景控制方案，根據(jù)不同時間、用途、效果，采用對應(yīng)的預(yù)先設(shè)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(shè)備使用年限

該智能燈光控制裝置使用軟起停技術(shù)，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(shù)目較多，在某些地區(qū)燈光布置較為復(fù)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(jié)約燈管數(shù)量，又可大大減輕燈管的更換工作，節(jié)約了燈光設(shè)備的運營成本。

5安裝簡單便捷，無需修改線

當(dāng)全部設(shè)備都裝好之后，每個設(shè)備的地址代碼都可以用軟件來設(shè)定，這樣就可以形成相應(yīng)的控制關(guān)系。因為該系統(tǒng)只在輸出裝置和負荷間采用負荷電纜進行聯(lián)接，所以可以節(jié)約很多本來要聯(lián)接到常規(guī)開關(guān)上的電纜，從而減少了設(shè)備的安裝和建造時間，節(jié)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(tǒng)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(yù)置場景的參數(shù)以數(shù)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(shè)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(shè)備維護都變得更加容易。實現(xiàn)對一般照明人工開關(guān)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(tǒng)中應(yīng)用高質(zhì)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(jīng)濟效益。

三、地下污水處理廠智能照明系統(tǒng)應(yīng)用原則

保證系統(tǒng)運行安全可靠。智能照明系統(tǒng)的總線為24V供電，有效降低了發(fā)生觸電事故的幾率。提高地下污水處理廠照明系統(tǒng)維護管理的便捷性。智能照明設(shè)備可以按照不同場合的應(yīng)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(tǒng)還可以實現(xiàn)定時控制、調(diào)光、自動調(diào)光、遙控控制等功能。減少污水廠照明系統(tǒng)運行能耗。智能照明系統(tǒng)可以依據(jù)工作場所的特點，調(diào)整燈具的亮度以及照明范圍，并可以通過智能照明系統(tǒng)的開關(guān)，在中央控制室進行遙控。減少地下污水處理廠建設(shè)成本。使用智能照明控制系統(tǒng)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(lián)起來，就可以完成對照明系統(tǒng)的控制，這樣就可以節(jié)省很多的電纜和管件。當(dāng)需要改變配電盤的安裝位置或控制區(qū)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(tǒng)應(yīng)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(qū)域?qū)樱阂粋€區(qū)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(guān)驅(qū)動器

該切換驅(qū)動裝置有4個輸入開關(guān)量，4個輸出繼電器和4個測量電流的功能；開關(guān)量的輸入可以接入開關(guān)、報警、紅外人體感應(yīng)器等信號，繼電器的輸出可以控制照明、電機、報警等開關(guān)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(chǎn)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(diào)光模塊

智能調(diào)光模組有4個開關(guān)輸入和0~10V的模擬信號輸出功能；開關(guān)量輸入可以接入開關(guān)、報警、紅外人體感應(yīng)器等信號，也可以與傳統(tǒng)的照明開關(guān)信號相連接，將外接信號轉(zhuǎn)化為總線信號，展開對系統(tǒng)的聯(lián)動控制，模擬量輸出可與0~10V輸入的調(diào)光器等設(shè)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?xí)詣酉陆?；具備利用軟件進行遙控編輯管理的功能，采用嵌入式系統(tǒng)；具有場景顯示、調(diào)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(qū)域安裝一塊屏幕，就可以集中控制所有的照明設(shè)備，方便進行管理。

5中控系統(tǒng)

使用Windows操作系統(tǒng)，簡體中文圖形操作界面。提供二次開發(fā)工具，支持平面圖設(shè)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(shè)置控制區(qū)域和運行管理權(quán)限的授權(quán)。具有為實現(xiàn)全部程序設(shè)置而設(shè)計的圖像界面，可以進行編程設(shè)定。監(jiān)控功能。場景控制：在軟件功能界面中，可以設(shè)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(jù)季節(jié)、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(biāo)控制照明系統(tǒng)各個回路的開關(guān)調(diào)光。具有實時監(jiān)測功能，可以顯示各照明回路上燈的開關(guān)狀態(tài)，并可通過計算機控制系統(tǒng)實現(xiàn)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(nèi)，會出現(xiàn)對應(yīng)的線路、組數(shù)以及工作狀況。具備自動檢測、監(jiān)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(qū)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(shè)置。

五、智能照明系統(tǒng)在地下污水處理廠中的應(yīng)用優(yōu)勢

方便布線。僅用2條訊號導(dǎo)線連接至控制開關(guān)，可大大節(jié)約電線的投入?；芈房刂啤Ｇ榫安倏毓δ芸梢詫崿F(xiàn)一臺切換多臺燈光。管理方便。管理起來很簡單，在監(jiān)控中心就可以完成對整個污水處理廠的管理，系統(tǒng)會根據(jù)事先設(shè)定的程序來進行開/關(guān)燈，這樣可以節(jié)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(jié)約30%~50%的電力消耗。照明控制更加便捷。員工可以根據(jù)實際需求，對燈光進行調(diào)整，并將其分成幾個區(qū)域，形成一種氣氛。對外界條件的適應(yīng)性。利用傳感器對光照和環(huán)境參數(shù)進行數(shù)據(jù)處理，實現(xiàn)光照空間和周圍環(huán)境的匹配，對室內(nèi)照度進行動態(tài)調(diào)節(jié)，可以降低光照條件下的人造光照，實現(xiàn)照明節(jié)能。燈具壽命。采用智能化設(shè)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(shè)備的使用壽命。布局調(diào)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(guān)板發(fā)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(shè)置，可以任意設(shè)定按鈕的作用，并有清晰的負荷標(biāo)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(nèi)安裝中央電腦，以實現(xiàn)對整體情況的掌控，既可單路開關(guān)對應(yīng)的燈具，又可以一次開關(guān)對應(yīng)的燈具，同時還能時刻了解到現(xiàn)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(tǒng)現(xiàn)場面板和感應(yīng)裝置的工作，以此提升升降照明系統(tǒng)中燈具的使用壽命。④系統(tǒng)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(tǒng)會自動打開對應(yīng)的光源，光照充足的時候，系統(tǒng)會自動將不需要打開的光源關(guān)閉。

六、AcrelEMS-SW智慧水務(wù)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(chǎn)品生態(tài)體系，AcrelEMS-SW智慧水務(wù)能效管理平臺通過在污水廠源、網(wǎng)、荷、儲、充的各個關(guān)鍵節(jié)點安裝保護、監(jiān)測、分析、治理裝置，用于監(jiān)測污水廠能耗總量和能耗強度，重點監(jiān)測主要用能設(shè)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(xué)、精細的解決方案。

2平臺組成

AcrelEMS智慧水務(wù)綜合能效管理系統(tǒng)由變電站綜合自動化系統(tǒng)、電力監(jiān)控及能效管理系統(tǒng)組成，涵蓋了水務(wù)中壓變配電系統(tǒng)、電氣安全、應(yīng)急電源、能源管理、照明控制、設(shè)備運維等，貫穿水務(wù)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(wù)配電系統(tǒng)運行狀況，并且根據(jù)權(quán)限可以適用于水務(wù)后勤部門管理需要。

3平臺拓撲圖

4平臺子系統(tǒng)

（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和弧光保護，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

馬達監(jiān)控實現(xiàn)水務(wù)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(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，對電機進行健康診斷和預(yù)防性維護。同時支持與PLC、軟啟、變頻器等配合，實現(xiàn)電動機自動或遠程控制，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、燃氣、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(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，并進行同比和環(huán)比分析，同時將污水的單耗與行業(yè)/國家/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)照明的智能控制達到安全、節(jié)能、舒適目的。

5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。

6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電池間可燃氣體濃度展示和預(yù)警，保障污水廠、自來水廠、水泵站等安全運行。當(dāng)可燃氣體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。

8分布式光伏監(jiān)測

實時監(jiān)測低壓并網(wǎng)柜每路的電流、電壓、功率等電氣參數(shù)及斷路器開關(guān)狀態(tài)，逆變器運行監(jiān)視，對逆變器直流側(cè)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(shù)、當(dāng)前發(fā)電功率、累計發(fā)電量進行監(jiān)測，以曲線方式繪制上述監(jiān)測的各個參量的歷史數(shù)據(jù)。

平臺結(jié)合廠區(qū)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(wǎng)點位置，各個屋頂?shù)难b機容量。

9工藝仿真監(jiān)控

平臺通過2D、3D方式實時監(jiān)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(shè)備運行狀態(tài)。在格柵清渣機、污水提升泵、回流泵、曝氣風(fēng)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(zhuǎn)、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(xiàn)電動機自動或遠程控制，監(jiān)視、控制各個工藝設(shè)備,保障正常生產(chǎn)。

結(jié)束語

綜上所述，若將常規(guī)照明系統(tǒng)應(yīng)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(diào)控的靈活。因此，在地下污水處理廠這樣的大空間內(nèi)使用智能照明系統(tǒng)，不但可以提高工廠的現(xiàn)代化程度，還可以創(chuàng)造出一個舒服的燈光環(huán)境，方便進行燈光管理，既可以節(jié)約能耗，又可以節(jié)省地下污水處理廠的管理費用。

參考文獻

[1]張睿哲.地下污水處理廠智能照明系統(tǒng)的應(yīng)用研究.廣州市市政工程設(shè)計研究總院有限公司.廣東廣州

[2]秦成龍,李世濤.智能照明在某地下污水處理廠中的應(yīng)用分析[J].智能建筑與城市信息,2021(10):170-171.

[3]巫山峽,薛驍.智能照明系統(tǒng)在地下污水處理廠的應(yīng)用[J].現(xiàn)代建筑電氣,2020,11(7):40-43.

[4]郭韜,王瑜,李保澤,等.地下污水處理廠照明系統(tǒng)設(shè)計探討[J].中國給水排水,2020,36(14):99-103.

[5]沈陽.虹橋污水處理廠智能照明系統(tǒng)設(shè)計[J].現(xiàn)代建筑電氣,2018,9(08):43-45,55.

[6]秦成龍,李世濤.智能照明在某地下污水處理廠中的應(yīng)用分析[J].智能建筑與智慧城市,2021(10):170-171.

[7]安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設(shè)計與應(yīng)用手冊2022.5版