全厂智能照明系统技术浅析

李强

——以华能渑池(2×350MW)热电联产工程为例

李强

(华能渑池热电有限责任公司河南渑池472400)

摘要：华能渑池2×350MW热电联产工程项目--智能照明系统，拟采用先进的现场总线技术和计算机网络通讯技术，实现电厂照明的自动控制管理。本监控管理系统是一种开放式、网络化、模块化、可扩展性强的自动化管理系统。本文主要结合实际工作经验，简单概述了该工程智能照明系统技术，以供大家互相学习交流！

关键词：智能照明系统；技术分析

一、系统概述

本工程项目中分为多个照明区域，分别是主厂房区域工作照明、办公区域照明、输煤系统区域照明、辅助车间区域照明以及厂区路灯区域照明。五个照明区域的数据均由通讯控制器组成的数据管理系统柜采集并上传给同一逻辑控制主站。系统按照分层、分散、分布式原则，分为站控层、通信管理层、间隔层三层结构，详见附件系统网络拓扑图。

1.1站控层

站控层为逻辑控制主站，逻辑控制主站完成对照明区域的统一集中监控管理。

站控层的管理系统(逻辑控制主站)采用台式机安装，站控层包含监控主机、显示器、UPS电源、A4激光打印机、交换机和光纤接口设备。系统提供数据采集与处理、状态监测、照明的手动/自动控制、故障报警、事件记录、历史数据查询及报表打印等众多功能。系统可以通过Modbus-TCP协议上传数据至EMCS、MIS或DCS。

监控主机、显示器、UPS电源和打印机安装在电气工程师室内的操作台上，操作台由业主方提供。光纤接口柜安装方式为落地式安装，柜体安装在主厂房电子设备间，靠近数据管理系统箱。

1.2通信管理层

通信管理层设置2套数据管理系统，分别对厂区路灯、主厂房和辅助车间的各照明箱(A排外、汽机房、配电室、煤仓间、电子设备间、锅炉、锅炉本体以及侧煤仓、热网首站，辅助车间等)生产办公楼和输煤系统各照明箱进行监控，以RS485Modbus-RTU作为底层设备监控的通信协议，数据传输介质使用A类屏蔽双绞线，传输速率达到9600bps，以保证底层设备控制与操作的实时性。

本通信管理层的数据管理系统由数据采集柜体、通讯控制器、通讯附件等组成。

系列通讯控制器支持最大16路下行通讯端口，上行支持2路以太网；提供配置管理软件，支持MODBUS数据规约；单台通讯控制器端口备用裕量比不小于25%；通讯控制器的下行通讯端口采集设备为一个智能照明箱内的所有CPS产品或光照度传感器设备。

数据管理系统柜共计3面，分别安装在#1机、#2机电子设备间内和厂外煤场输煤综合楼电子设备间。

1.3间隔层

根据各厂房车间的布置情况，在各厂房车间安装利用CPS智能开关构成的智能照明箱，在合适位置安装照度采集箱。

主厂房内正常工作照明进入智能照明控制系统，考虑事故照明要求保持常亮，本工程事故照明不进入智能照明控制系统。

所有智能设备均具有标准的Modbus-RTU通讯协议，RS485接口。

1.4设计要求

1.4.1结合电厂的实际需求，针对生产办公楼的办公室、走廊、卫生间和楼梯处可在灯具上安装红外光敏感应延时控制开关。当有人进入开关感应范围时，专用传感器探测到人体红外光谱的变化，开关自动接通负载。人不离开且在活动，开关持续导通；人离开后，开关延时自动关闭负载，人到灯亮，人离灯熄。无需人员手动控制，全部启用光敏开关自动感应控制，并且可不接入厂区工控照明系统内。

红外光敏感应延时控制的特点：

ａ、自动测光：光线强时不感应，带感光调节(也可调节在任意光线下感应或全天侯感应)；

ｂ、自动随机延时(可连续延时方式)：人在感应范围活动,开关始终接通,直到人离开后才自动关闭；

ｃ、延时时间可调：几秒至几分钟(依据客户实际需求设定)。

ｄ、生产办公楼的办公区域可依据实际办公室面积安装两个或四个红外光敏感应开关，人体活动在某一个红外范围内则局部灯亮。

1.4.2职工宿舍及食堂区域采用常规控制方式，在进出口设置面板开关，在职工宿舍各层走廊中安装红外光敏感应延时控制开关控制。

1.4.3考虑本工程输煤系统在厂外，距离较远，可在厂外煤场单独设置一套小规模的智能照明控制系统。各转运站及栈桥、煤场、道路照明均纳入智能照明系统。

1.4.4主厂房

汽机房、锅炉房内事故照明比例约为30%，事故照明不进入智能照明控制系统，属于常亮灯具。工作照明约为70%，纳入智能照明控制系统，可通过控制系统对工作照明实现按回路进行控制。

主厂房内配电间门口处设置面板开关，连接到配电间智能照明箱内，可实现就地控制/远方控制。

主厂房内面积较小的房间及卫生间照明灯具不纳入智能照明系统，采用常规控制方式。楼梯间配置红外光敏感应延时控制开关控制。

1.4.5厂区道路照明

厂区道路照明纳入智能照明系统，道路照明就地设置智能照明配电箱，不再就地设置光控传感器，利用照明控制系统根据天文时钟及光控信号对各回路路灯进行控制。在设计时，考虑间隔接线方式，在半夜可间隔亮灯。

通过照明控制系统，可以每个照明回路为单位组，多组合并由智能照明系统软件实现，通过后台操作界面中选择相应的配置逻辑。智能照明系统控制范围到照明箱的出线，对于每路出线上所接灯具不单独控制。

1.5通讯介质要求

站控层与通信管理层之间采用4芯单模光纤和超五类网线。

通信管理层与间隔层之间采用A类屏蔽双绞线和4芯单模光纤。

二、智能照明系统功能描述

2.1人机界面

1)监控界面

可视化监测：用各种图形、图标或柱图等方式显示各照明回路的开关状况、亮灯率、各回路电流、电压、报警等信息。可显示相关电气量的实时或历史趋势曲线。

自动巡测功能：系统中心可以自动巡测照明回路开关的状态。

报警功能：控制中心可以及时准确地获取故障回路的位置信息，工作人员可以在最短时间内赶到现场进行维护。

2)监控方式

控制功能：控制中心可以随意开关任何一组灯具或开关自定义群组的灯具。

自动控制功能：现场按预先设计好的时间计划自动调节路灯开关时间，设定控制策略。系统可根据业主方的设置，实现各区域节假日及每月，每周，每天，每时段的自行亮灯方式，策略可保存可重复到指定日期。

2.2数据信息管理

数据记录

采集电流、电压、电量等数据，为节能评估打下数字基础；并直接利用CPS产品智能控制与保护开关内部计算的电能量，采集统计各路每天每月的用电量生成报表显示。

1)数据查询

系统定时或随机对数据库进行查询检索，并通过多种方式将获取的各种信息数据进行显示或输出，包括原始数据查询、SOE查询、数据报表、图表曲线、故障分析等功能。

2)数据备份

当存储空间不足或为防止设备损坏意外丢失数据，根据系统报警信息(存储空间报警和定时报警)导出数据进行保存，并通过数据导入将缺失数据从备份中还原到数据库中进行分析。

3)报表功能

系统提供基于EXCEL格式的报表模板，用户可根据需要随意定制报表的格式(日报表、月报表、年报表)，也可利用EXCEL软件提供的工具进行复杂的表格计算和统计，生成满足用户要求的管理报表。报表通常以表格、柱状图等多种形式体现，也可以打印、存档及导出。

可以生成电流、电压、亮灯率、开关时间、电能量消耗的分析曲线和报表。

4)负荷分析和用电管理

系统根据数据库记录的原始数据信息或计算得出的数据信息,用趋势曲线分析各区域照明用电负荷，以掌握全厂照明用电需求，统计各厂房、各区域的电量，对其进行能耗统计分析，可与历史值比较，提供节能相关数据。便于电气管理人员适时进行负荷分配和制定检修维护计划。

五、方案经济性分析

该项目系统方案，含系统设备及总控制回路元件，总造价预算在200万左右。

表1运行效益对照表

2、结论

按照实施节能照明系统方案的控制回路以总功率约600KW估算，发电上网电价以0.42元/kwh计算，则可日节省电能4800kwh，年节省电费73.584万余元，前期投入成本约200万元，相较于非智能照明设计，约2年半的时间即可收回成本。