市政管廊智能照明控制系統(tǒng)能耗分析及節(jié)能策略

0引言

近年來我國城市建設(shè)速度不斷加快，城市中各種基礎(chǔ)設(shè)施日益完善，為人們生活、出行提供了許多便利。各種市政管線數(shù)量也不斷增多，大量占用地底空間，管線縱橫交錯，檢測維修的難度較大[1]。為了更好地管理各種管線，相關(guān)部門越來越重視管廊建設(shè)，城市管廊數(shù)量越來越多。照明是市政管廊建設(shè)中必要的一環(huán)，影響著各項工作的順利進行，在進行管廊照明系統(tǒng)設(shè)計時，不僅需要考慮各個區(qū)域的照明需求，還需要考慮照明的控制效率，并兼顧節(jié)能環(huán)保[2]。隨著技術(shù)的進步，越來越多市政管廊開始應(yīng)用智能照明控制系統(tǒng)，其節(jié)能和控制效用的特性能夠充分滿足市政管廊照明需求。

1市政管廊照明概述

1.1市政管廊照明需求

市政管廊屬于現(xiàn)代化城市設(shè)施，可將各種市政管線設(shè)置在管廊中進行集中化管理，便于管線的安裝、檢修、監(jiān)控等工作，確保管線正常運行，同時還可集中設(shè)置消防、通風、排水等設(shè)施，提高市政管線的管理質(zhì)量、效率和規(guī)范性[3]。

由于市政管廊通常建設(shè)在地底，光線比較昏暗，為了便于安裝、檢修等工作，需要建設(shè)照明系統(tǒng)，但安裝檢修工作并不是每天都會進行，管廊中大部分時間無人，若持續(xù)照明則造成大量電力資源浪費，如何合理設(shè)置照明系統(tǒng)是市政管廊建設(shè)中的一個重要問題。依據(jù)市政管廊照明的需求，照明系統(tǒng)的設(shè)計關(guān)鍵在于靈活控制和節(jié)能效用。在市政管廊運營中，電費占全部運營費用的 1/3，可見加強照明系統(tǒng)節(jié)能減排的重要性[4]。市政管廊長度可達到數(shù)千米，照明需要的燈具數(shù)量多，需要采取科學(xué)、效率又高的控制系統(tǒng)，在工人進行安裝檢修時快速、便捷地開啟照明，同時在工人離開時方便、及時地關(guān)閉照明。

1.2市政管廊照明現(xiàn)狀

目前，大部分市政管廊照明系統(tǒng)缺乏智能控制和遠程控制功能，仍然采取傳統(tǒng)的現(xiàn)場控制方式。通常將照明開關(guān)設(shè)置在各區(qū)域入口位置，便于工人手動開關(guān)。但由于管廊長度長、分區(qū)多，各種照明開關(guān)設(shè)置得比較分散，開關(guān)燈的效率較為低下。當安裝檢修人員進入管廊時，需要尋找各區(qū)域照明開關(guān)，并手動打開，耗費的時間較長，并且很容易出現(xiàn)人為失誤。如出現(xiàn)人已經(jīng)離開但是忘記關(guān)燈的情況，造成資源浪費，還容易加速燈具老化，導(dǎo)致燈具使用壽命縮短。

智能照明控制系統(tǒng)是未來市政管廊建設(shè)的重要趨勢，可更好地實現(xiàn)管廊內(nèi)部“按需照明"，既滿足照明需求，又兼顧節(jié)能減排，減少人為失誤造成的資源浪費，降低運營過程中的電費成本[5]。

2市政管廊智能照明控制系統(tǒng)介紹

智能照明控制系統(tǒng)綜合了多種現(xiàn)代化技術(shù)，包括自動控制技術(shù)、通信技術(shù)、感應(yīng)技術(shù)、照明調(diào)光技術(shù)等技術(shù)實現(xiàn)對系統(tǒng)中各個燈具的智能控制，可以依據(jù)外界環(huán)境需求合理調(diào)節(jié)光源，無須人為手動控制。系統(tǒng)通過電磁調(diào)壓控制照明線路中的電壓、電流變化，可對光源進行調(diào)節(jié)，并利用各種感應(yīng)技術(shù)掌握外界環(huán)境，了解照明情況，智能調(diào)整照明，當環(huán)境中光線已經(jīng)比較明亮時，可以調(diào)低燈具亮度，在構(gòu)建明亮舒適的光環(huán)境的同時，減少照明系統(tǒng)的額外功耗。

與傳統(tǒng)手動控制方式相比，智能照明控制具有顯著優(yōu)勢，更加靈活、多元，可依據(jù)外部環(huán)境自行進行智能調(diào)節(jié)控制，也可進行人工調(diào)節(jié)控制；可在現(xiàn)場進行控制，也可遠程控制，還具有定時功能，可設(shè)定在一定時間后自動關(guān)閉照明，能夠滿足工作人員的各種控制需求，為市政管廊檢修人員提供良好的照明環(huán)境。智能照明控制系統(tǒng)具有較強適應(yīng)性，可以滿足不同場景的照明控制需求，可依據(jù)各個場景的功能特點合理設(shè)置傳感器，利用傳感器采集外界環(huán)境信息數(shù)據(jù)，調(diào)節(jié)照度，使照度符合場景照明需求。智能照明控制系統(tǒng)可智能調(diào)節(jié)燈光亮度、顏色等，營造舒適的照明環(huán)境，給人更好的照明體驗，保護人的眼睛[6]。

智能照明控制系統(tǒng)更便于安裝、維護，其線路敷設(shè)較為簡單。傳統(tǒng)照明需要安裝大量開關(guān)和線路，安裝比較復(fù)雜，后期維修或改換的難度較高。智能照明控制系統(tǒng)可進行智能檢測，當系統(tǒng)中的線路、燈具出現(xiàn)問題時，系統(tǒng)可自動定位和報警，而無須維修人員去現(xiàn)場逐一檢修排查，有助于提高運營維護效率。

此外，智能照明控制系統(tǒng)可進行遠程監(jiān)控，能夠在人員離開之后及時熄滅燈光，避免忘關(guān)燈的現(xiàn)象，減少能源損耗。

3市政管廊智能照明控制系統(tǒng)設(shè)計

3.1系統(tǒng)組成

智能照明控制系統(tǒng)的組成比較復(fù)雜，按照功能的不同可分為三層結(jié)構(gòu)。

（1）現(xiàn)場檢測系統(tǒng)：由定時器、傳感器等設(shè)備組成的現(xiàn)場檢測系統(tǒng)負責檢測周圍環(huán)境、收集外界信息數(shù)據(jù)、接收和反饋控制系統(tǒng)的信號。

（2）現(xiàn)場控制系統(tǒng)：利用各種分布式控制元件，依據(jù)控制系統(tǒng)傳遞的信號來執(zhí)行各種照明調(diào)控動作，從而實現(xiàn)對系統(tǒng)中各種燈具的靈活操控。

（3）控制系統(tǒng)：由通信網(wǎng)絡(luò)和集成控制、網(wǎng)關(guān)、調(diào)光、應(yīng)用軟件等模塊組成的控制系統(tǒng)可接收現(xiàn)場檢測系統(tǒng)的各種信息數(shù)據(jù)，分析處理后發(fā)出相應(yīng)的信號，從而實現(xiàn)對整個照明系統(tǒng)的智能控制。

3.2照明控制方式

智能照明控制系統(tǒng)的控制方式比較靈活多樣，采取人工控制與智能調(diào)控相結(jié)合的模式，充分考慮場景功能需求和外界光線、人物活動等因素，具備現(xiàn)場手動控制、人體感應(yīng)控制、聯(lián)鎖控制、光感控制、場景控制、定時控制等多種控制方式。

3.2.1 現(xiàn)場手動控制

現(xiàn)場手動控制是指在管廊內(nèi)關(guān)鍵位置安裝照明控制開關(guān)，是以往市政管廊中常用的傳統(tǒng)手動控制方法，但智能照明控制系統(tǒng)中現(xiàn)場控制開關(guān)的設(shè)置更集中、分布更合理。當智能照明控制無法滿足需求時，可進行現(xiàn)場手動控制，使管廊照明的控制更加靈活、科學(xué)和人性化。

3.2.2 人體感應(yīng)控制

人體感應(yīng)控制是指借助紅外線傳感器探測環(huán)境中的光譜，當人進入探測區(qū)域時，傳感器感應(yīng)到人體紅外光譜的變化，自動發(fā)出信號，接通照明開關(guān)。只要人處于探測區(qū)域，照明開關(guān)就會持續(xù)連接，直到人走出探測區(qū)域，開關(guān)才會慢慢斷開，燈光逐漸變暗直至熄滅。這種控制方式能夠方便工作人員日常進出工作，也能節(jié)能，但需要科學(xué)布置現(xiàn)場檢測系統(tǒng)，合理安排傳感器安裝位置和數(shù)量，才能實現(xiàn)燈光的智能調(diào)控。

3.2.3 聯(lián)鎖控制

聯(lián)鎖控制是指將照明系統(tǒng)與其他系統(tǒng)相連，依據(jù) 其他系統(tǒng)的變化而產(chǎn)生聯(lián)鎖反應(yīng)，如市政管廊中的井 蓋聯(lián)鎖控制、監(jiān)控系統(tǒng)聯(lián)鎖控制等。聯(lián)鎖控制的優(yōu)勢 在于簡化工作流程，節(jié)省時間，如打開井蓋時周圍照 明燈具自動開啟，當所有井蓋全部關(guān)閉后照明燈具自動關(guān)閉；當監(jiān)控系統(tǒng)報警時，區(qū)域的照明燈具也自動打開，從而為工作人員提供便利。

3.2.4 光感控制

光感控制是指智能照明控制系統(tǒng)會自動判斷自然光是否能夠滿足照明需求，依據(jù)環(huán)境中自然光線的強度變化調(diào)整照度。當光線充足時保持燈具關(guān)閉狀態(tài)；當光線昏暗時打開燈具補充光源，調(diào)整至較弱的照度，使室內(nèi)光環(huán)境舒適；當環(huán)境黑暗時，則調(diào)高照度，以滿足室內(nèi)照明需求。這種控制方式比較適用于受外界自然光影響較大的區(qū)域，可防止能源浪費，實現(xiàn)節(jié)能環(huán)保。光感控制需要在合適的位置安裝光照度傳感器，以感應(yīng)外部光線信號，并傳遞至開關(guān)驅(qū)動器、調(diào)光器等裝置。與人體感應(yīng)控制一樣，光感控制也需要合理設(shè)置傳感器數(shù)量和位置，才能達到良好效果。

3.2.5 場景控制

場景控制是指在同一區(qū)域內(nèi)不同工作場景下采取不同的照明方案，充分滿足各種場景的工作需求。該控制方式需要提前在中控預(yù)設(shè)場景模式，充分考慮不同工作場景對于燈光的需求，調(diào)節(jié)區(qū)域內(nèi)各種照明燈具的開關(guān)、亮度。在實際工作時，可依據(jù)工作需求合理選擇和切換場景模式，從而實現(xiàn)對燈光的調(diào)節(jié)。

3.2.6 定時控制

在智能照明控制系統(tǒng)中可對每個回路進行定時控制，借助智能網(wǎng)關(guān)和專業(yè)化定時控制模塊，可實現(xiàn)每日定時開關(guān)、每周定時開關(guān)、每月定時開關(guān)和其他特殊時間開關(guān)等功能，常用于照明需求具有一定規(guī)律性的區(qū)域。

3.3控制方案

依據(jù)市政管廊的工作特點和照明需求，在設(shè)計照明系統(tǒng)時通常設(shè)置普通照明系統(tǒng)和應(yīng)急照明系統(tǒng)，分別采用不同的配電箱配電，并且應(yīng)急照明系統(tǒng)配備蓄電池，當普通照明系統(tǒng)出現(xiàn)問題時，可開啟應(yīng)急照明。在智能控制方面，也需要考慮不同場景的特點和照明需求進行合理設(shè)計，適當增加或減少智能控制功能，并提前在系統(tǒng)中設(shè)定好各種場景的照明方案，如無人場景、消防應(yīng)急場景、正常巡檢場景等，可依據(jù)需求在中控進行靈活切換，從而在滿足需求的同時降低能耗。

管廊中人員活動少，絕大多數(shù)時間空無一人，并且處于地底，能夠接觸到外界自然光線的區(qū)域有限，需合理設(shè)置調(diào)光控制模塊，依據(jù)管廊長度和不同的功能區(qū)域采取分區(qū)控制，并且將各區(qū)域照明系統(tǒng)與監(jiān)控系統(tǒng)相連，當出現(xiàn)安防警報時自動開啟燈光，便于各項緊急處理操作的快速執(zhí)行。市政管廊的各防火分區(qū)通常包含出入口、投料口、通風口、變電所等不同區(qū)域，其具體功能特點、光環(huán)境、照明需求有所不同，需要進行合理的照明控制設(shè)計。

3.3.1出入口和投料口的照明控制方案

在出入口區(qū)域，人員通常不會長久停留，可利用人體感應(yīng)技術(shù)來控制照明燈具的開關(guān)。當人員進入感應(yīng)區(qū)域時，檢測系統(tǒng)自動發(fā)出信號，打開燈具，為人員照明；當人員離開感應(yīng)區(qū)域時，燈光自動熄滅。為了更好地滿足需求，在現(xiàn)場也需設(shè)置手動控制開關(guān)，當人員打開手動開關(guān)后自動斷開智能控制功能。

投料口區(qū)域通常設(shè)有天窗，并且鄰近地面，可獲得自然光照射，在設(shè)計照明控制方案時，可應(yīng)用光感技術(shù)對照度進行智能調(diào)節(jié)。當處于天氣晴朗的白天，區(qū)域內(nèi)光線比較充足時，可以降低照度，將管廊內(nèi)部光線維持在舒適范圍內(nèi)，以節(jié)省能源。

3.3.2 其他區(qū)域的照明控制方案

管廊中其他區(qū)域通常接觸不到外界光線，受到的干擾較少。在日常運營過程中，通常需要安排人員定期進行巡檢，可依據(jù)運營巡檢的方案和計劃，利用智能照明控制系統(tǒng)中的定時功能，結(jié)合人體感應(yīng)技術(shù)來調(diào)節(jié)照明系統(tǒng)中的各個回路和燈具開關(guān)。例如，工作人員需要定期進入管廊進行例行檢查和維護，可在智能照明控制系統(tǒng)中設(shè)置在該時間段內(nèi)自動打開相應(yīng)區(qū)域的回路和照明燈具，并在規(guī)定時間內(nèi)自動關(guān)閉?；蚨〞r打開相應(yīng)區(qū)域回路，感應(yīng)到人體進入?yún)^(qū)域內(nèi)時打開燈具，人員離開時自動關(guān)燈，從而降低人工控制頻次，減少人工操作的工作量，獲得良好節(jié)能效果。在這些區(qū)域同樣需要在現(xiàn)場設(shè)置手動開關(guān)，與智能照明切換使用，使照明控制更加靈活。

4安科瑞智能照明控制系統(tǒng)

4.1概述

ALIBUS智能照明產(chǎn)品采用RS485總線技術(shù)，技術(shù)成熟可靠，安全穩(wěn)定。開關(guān)驅(qū)動器具備獨立工作的能力，適用于一些中小型的項目；模塊化設(shè)計，可以任意拼接擴展，同時預(yù)留I/O口以及Modbus接口，還可以滿足與AcrelEMS企業(yè)微電網(wǎng)管理云平臺進行數(shù)據(jù)交換。

4.2應(yīng)用場所

適合于各類智能小區(qū)、醫(yī)院、學(xué)校、酒店，以及體育場所、機場、隧道、車站等大型公建項目的照明控制需求。

4.3系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

4.4系統(tǒng)功能

1）實時檢測并顯示各個模塊的在線狀態(tài)，反饋現(xiàn)場受控回路的開關(guān)狀態(tài)，監(jiān)控界面按照樓層各分區(qū)的布局和回路列表來瀏覽。

2）當發(fā)生模塊離線、網(wǎng)關(guān)設(shè)備掉線或者狀態(tài)反饋和下發(fā)控制命令不一致時會發(fā)生故障報警，并將故障報警信息記錄并顯示在界面中。

3）可以對單個照明回路實現(xiàn)開關(guān)控制；每個模塊、樓層都有相應(yīng)的模塊控制開關(guān)和樓層控制開關(guān)，也可以一個模塊或者整個樓層實現(xiàn)開關(guān)控制。

4）開關(guān)驅(qū)動器支持過零觸發(fā)功能，負載（燈具）的分合操作僅在交流電過零時進行；可有效減少電磁干擾以及對電網(wǎng)的沖擊，延長燈具與控制裝置的壽命。

5）對每個照明回路可以預(yù)設(shè)掉電狀態(tài)，當照明電源掉電時，開關(guān)驅(qū)動器會自動切換到預(yù)設(shè)的掉電狀態(tài)；確保重新上電時燈具的開關(guān)狀態(tài)是確定與可控的。

6）拖動調(diào)光控件，照明設(shè)備從0%到100%進行調(diào)光，可以對單個照明回路實現(xiàn)調(diào)光控制，調(diào)光總控可以對一個模塊的照明回路實現(xiàn)調(diào)光控制，也可以對多個照明回路實現(xiàn)調(diào)光控制，通過圖標的亮滅狀態(tài)反饋現(xiàn)場開關(guān)的狀態(tài)。

7）點擊場景控件，打開或者關(guān)閉對應(yīng)場景設(shè)置，軟件界面上顯示不同的場景模式和場景功能，通過圖標的亮滅顯示對應(yīng)的場景狀態(tài)是打開還是關(guān)閉。

8）設(shè)置定時時間，確認時間點后，對該事件點執(zhí)行的動作進行設(shè)置，設(shè)置燈在設(shè)定的時間點亮或者滅。

9）系統(tǒng)可以通過預(yù)設(shè)的當?shù)亟?jīng)緯度信息，自動計算每天的日升日落時間；根據(jù)天文時鐘控制照明開關(guān)，實現(xiàn)日落開燈、日出關(guān)燈的功能。

10）所有定時控制計劃均可下發(fā)保存至驅(qū)動模塊；當上位機系統(tǒng)故障或模塊離線時，驅(qū)動模塊可以利用自帶的RTC時鐘維持定時控制計劃的正常執(zhí)行，不影響日常的照明控制效果。

11）系統(tǒng)結(jié)構(gòu)是分布式總線結(jié)構(gòu)；系統(tǒng)內(nèi)各元件不依賴于其他元件而能夠獨立工作；系統(tǒng)內(nèi)各元件可以通過程序的設(shè)定實現(xiàn)功能的多樣性。

12）預(yù)留BA或三方集成平臺接口，采用modbus、opc等方式。

4.5設(shè)備選型

5結(jié)束語

總而言之，市政管廊的照明需求和照明場景比較特殊，采用智能照明控制系統(tǒng)可獲得更好的照明效果，使照明系統(tǒng)的控制更加簡單，簡化工作流程，減少工 作人員的工作量，也能實現(xiàn)節(jié)能減排，減少能源浪費。智能照明控制系統(tǒng)已經(jīng)成為市政管廊照明發(fā)展的主要趨勢，在實際應(yīng)用時，需要充分考慮管廊的場景特點展開分區(qū)控制，靈活設(shè)置人體感應(yīng)控制、光感控制、定時控制、聯(lián)鎖控制等各種智能控制方式，構(gòu)建科學(xué)、照明控制系統(tǒng)，實現(xiàn)各種照明燈具的自動化、智能化管理，降低管廊運營中的電費成本。

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