城市綜合管廊的智能照明控制系統研究

樂　凱,　姬永紅

[上海市政工程設計研究總院(集團)有限公司, 上?！?00092]

0　引　言

城市綜合管廊(以下簡稱“綜合管廊”)作為近年來發展火熱的新型市政基礎措施,相對傳統的管線敷設方式,能夠將市政、電力、通信、燃氣、給排水等各種管線集于一體,包含供電照明、消防、通風、監控管理等子系統,是實現集約型現代化城市發展理念的有效途徑[1-2]。

1　綜合管廊照明系統現狀

現階段,管廊照明缺乏較為完善的智能照明控制系統,很難做到“按需照明”。例如,目前已建的綜合管廊照明系統多為手動控制,照明開關設置在管廊內的各個設備房、區間防火分區等?？紤]到管廊區間長度較長,現場的照明開關數量布置較多,容易出現人為漏關燈的現象,從而浪費電力,且不利于燈具的使用壽命。

因此,建立綜合管廊智能照明系統對保證城市“生命線”長期、合理、穩定的運行十分重要。

2　智能照明控制系統概述

智能照明控制系統的主要原理是利用計算機技術、通訊技術、照明調光技術、自控技術等將照明線路中的光源進行智能化的控制,在商場、學校、辦公室等場所應用廣泛。

相比于傳統照明控制,智能照明控制具有如下優點:

(1) 具有更加靈活的控制調節方式。

(2) 根據功能區域的需要增設不同傳感器,達到不同的場景控制。

(3) 防止人為漏關燈的情況,更加節能,延長燈具使用壽命。

(4) 自動調光,可以營造體感最為舒適的照明環境。

(5) 自動化管理,管理成本更低。

3　智能照明控制系統設計

3.1　系統組成

智能照明控制系統主要分為三級,分別是現場檢測級、中央處理級、現場控制級。其中,中央處理級由智能照明主機、通信網絡、網關、智能控制模塊、調光模塊、應用軟件等組成,現場檢測級由控制面板、傳感器、定時器等組成,用于接收來自網絡的信號,控制相應回路的輸出以實現實時控制。智能照明控制系統原理如圖1所示。

圖1　智能照明控制系統原理

3.2　整體設計思路

綜合管廊以防火分區為一個控制區域,包含人員出入口、投料口、通風口、變電所、消防泵房等功能區域。因此,智能照明控制系統需分析不同功能區域具體光照條件,作優化分析。

(1) 投料口、人員出入口。綜合管廊中投料口、人員出入口等一般設有天窗,因此可以利用自然光優化照度控制。設計思路如下:

① 采用光線感應控制和人體感應控制。

② 當檢測到人員進入該區域時開燈,人離開時關燈。

③ 燈具照度可以根據自然光照度進行調整。

④ 現場具有手動開關,可與智能控制互相切換。

⑤ 上位機能實時顯示現場照度值。

⑥ 與監控系統聯動,發生安防報警時開啟燈光。

(2) 通風口、變電所、消防泵房。通風口、變電所、消防泵房等可根據巡檢計劃,采用定時控制與人體感應控制相結合的方式,設計思路如下:

① 按巡檢計劃,當有巡檢安排時自動開燈,巡檢結束后關燈,采用定時控制和人體感應控制相結合的方式。

② 可僅做人體感應控制,當檢測到人員進入該區域時開燈,人離開時關燈。

③ 現場具有手動開關,可與智能控制互相切換。

④ 與監控系統聯動,發生安防報警時開啟燈光。

(3) 管廊標準段。管廊標準段可根據巡檢計劃,采用定時控制和人體感應控制相結合的方式,設計思路如下:

① 按巡檢計劃,當有巡檢安排時自動開燈,巡檢結束后關燈,采用定時控制和人體感應控制相結合的方式。

② 可僅做人體感應控制,當檢測到人員進入該區域時開燈,人離開時關燈。

③ 現場具有手動開關,可與智能控制互相切換。

④ 與監控系統聯動,發生安防報警時開啟燈光。

3.3　現場檢測系統

智能照明控制系統輸入單元的關鍵技術在于傳感器的設計。相對于傳統建筑,綜合管廊具有其特殊性,如管廊位于地下,大多數區域無日照,因此較難采用照度控制;管廊主體結構較狹長,普通的人體(紅外)感應器探測范圍僅為5～6 m(圓錐角),若通長布置,則安裝數量多,造成設備的浪費。因此,需要設計符合管廊特質的探測系統。

對于投料口、人員出入口等管廊節點,一般結構上設有天窗,白天會有日光進入管廊,因此可以考慮采用照度傳感器和人體感應器相結合的方式。當人體感應器檢測到有人員進入該照明區域時,主控系統打開該區域的照明設備,同時根據現場照度傳感器檢測到的照度值調節設備亮度,當現場照度達到管廊設計標準或人員離開時,熄滅區域內的照明設備。

通風口、變電所、消防泵房等管廊節點常作設備間。為了滿足檢修需要,可以在設計上適當提高照度?？紤]定時控制和人體感應控制相結合的方式,在該照明區域設置人體感應器。

對于管廊標準段,可以考慮與人體定位系統相結合的方式,即利用ZigBee探測器作為感應裝置。ZigBee傳感器具有探測范圍廣、無線傳輸等優點,多用于管廊中的人員定位系統。若利用現有的ZigBee人員定位系統作為智能照明控制系統的檢測系統,可以極大地節省建設成本,避免資源浪費,且達到良好的探測效果。ZigBee讀卡器的探測范圍約為50 m。ZigBee節點布置示意如圖2所示。

圖2　ZigBee節點布置示意

3.4　照明分區及回路設計

一級照明分區按防火分區劃分,每個分區設置一個照明配電箱,在每個一級照明分區中細分二級照明分區,其中除管廊標準段外,管廊關鍵節點部位可作為獨立的二級照明分區。

根據ZigBee人員定位系統檢測數據,能夠將人員所在位置縮小到50 m以內,因此可以考慮將50 m范圍作為一個二級照明分區,由該分區內的ZigBee信號檢測到人員進入后控制燈具點亮,人員離開后燈具自動熄滅。典型照明控制回路如圖3所示。

圖3　典型照明控制回路

智能控制模塊安裝于相應區域的配電箱內,采用220 V電源供電。模塊具有RS-485、RJ45等通用接口,可以通過以太網通信連接至每個防火分區的弱電交換機?？紤]到管廊的傳輸距離一般較長,弱電交換機需具有光口,通過單模光纜連接至中控室照明控制主機,從而有效地實現下級的信息反饋和上級的頂層控制。

3.5　照明控制方式

(1) 脈寬調制(PWM)控制。利用占空比調節輸出電流,實現對燈具亮度的控制,具有驅動電源價格低、安裝簡單等優點;缺點是只能回路調光,無法實現單燈調光。

(2) DALI總線控制。利用DALI電源,每個燈具對應獨立的DALI電源,且有各自的地址編碼,可實現單燈的調光控制以及參數反饋。優點是目前DALI協議是公開的,相對較為成熟,適合用于小規模的照明控制;缺點是通信速度慢,若大規模應用,則需大量的區域控制器,增加成本投入。

(3) RS-485總線控制。每個燈具有獨立的驅動電源和地址編碼,與DALI類似,可以實現單燈調光控制及參數反饋。RS-485總線通信方式十分成熟,接口豐富,市場價格低,總線通信距離長,通信速率高,但敷設工作量大。

(4) 無線控制。與上述兩種方式類似,利用無線射頻技術進行數字信號的傳遞,每個燈具具有獨立的驅動電源和地址編碼,可以實現單燈調光和參數反饋。優點是無需敷設大量的線纜,缺點是對于長距離的管廊,需要較多數量的區域控制器(無線發射器),意味著投入增加,且區域控制器與中央控制器之間需要通信電纜連接。

3.6　照明控制管理平臺

照明控制管理平臺旨在依托于綜合管廊進行設計,能夠清楚地顯示不同照明分區的照度、色溫、照明用電量、燈具信息、使用壽命等,可以有效地控制照明設備的開關,并調節亮度,實現照明的自動控制和節能降耗[3-4]。

4　結　語

綜合管廊的運行維護過程中采用智能照明控制系統能夠合理規劃照明場景模式,實現定時控制、分區控制、分場景控制等多種控制模式,通過中央集中管理的方式,達到經濟、高效的照明控制模式,節約人力成本和能源消耗,具有良好的社會效益和經濟效益,是建設節能環保綠色管廊必不可少的環節。