城市综合管廊的智能照明控制系统研究

乐　凯,　姬永红

[上海市政工程设计研究总院(集团)有限公司, 上海　200092]

0　引　言

城市综合管廊(以下简称“综合管廊”)作为近年来发展火热的新型市政基础措施,相对传统的管线敷设方式,能够将市政、电力、通信、燃气、给排水等各种管线集于一体,包含供电照明、消防、通风、监控管理等子系统,是实现集约型现代化城市发展理念的有效途径[1-2]。

1　综合管廊照明系统现状

现阶段,管廊照明缺乏较为完善的智能照明控制系统,很难做到“按需照明”。例如,目前已建的综合管廊照明系统多为手动控制,照明开关设置在管廊内的各个设备房、区间防火分区等。考虑到管廊区间长度较长,现场的照明开关数量布置较多,容易出现人为漏关灯的现象,从而浪费电力,且不利于灯具的使用寿命。

因此,建立综合管廊智能照明系统对保证城市“生命线”长期、合理、稳定的运行十分重要。

2　智能照明控制系统概述

智能照明控制系统的主要原理是利用计算机技术、通讯技术、照明调光技术、自控技术等将照明线路中的光源进行智能化的控制,在商场、学校、办公室等场所应用广泛。

相比于传统照明控制,智能照明控制具有如下优点:

(1) 具有更加灵活的控制调节方式。

(2) 根据功能区域的需要增设不同传感器,达到不同的场景控制。

(3) 防止人为漏关灯的情况,更加节能,延长灯具使用寿命。

(4) 自动调光,可以营造体感最为舒适的照明环境。

(5) 自动化管理,管理成本更低。

3　智能照明控制系统设计

3.1　系统组成

智能照明控制系统主要分为三级,分别是现场检测级、中央处理级、现场控制级。其中,中央处理级由智能照明主机、通信网络、网关、智能控制模块、调光模块、应用软件等组成,现场检测级由控制面板、传感器、定时器等组成,用于接收来自网络的信号,控制相应回路的输出以实现实时控制。智能照明控制系统原理如图1所示。

图1　智能照明控制系统原理

3.2　整体设计思路

综合管廊以防火分区为一个控制区域,包含人员出入口、投料口、通风口、变电所、消防泵房等功能区域。因此,智能照明控制系统需分析不同功能区域具体光照条件,作优化分析。

(1) 投料口、人员出入口。综合管廊中投料口、人员出入口等一般设有天窗,因此可以利用自然光优化照度控制。设计思路如下:

① 采用光线感应控制和人体感应控制。

② 当检测到人员进入该区域时开灯,人离开时关灯。

③ 灯具照度可以根据自然光照度进行调整。

④ 现场具有手动开关,可与智能控制互相切换。

⑤ 上位机能实时显示现场照度值。

⑥ 与监控系统联动,发生安防报警时开启灯光。

(2) 通风口、变电所、消防泵房。通风口、变电所、消防泵房等可根据巡检计划,采用定时控制与人体感应控制相结合的方式,设计思路如下:

① 按巡检计划,当有巡检安排时自动开灯,巡检结束后关灯,采用定时控制和人体感应控制相结合的方式。

② 可仅做人体感应控制,当检测到人员进入该区域时开灯,人离开时关灯。

③ 现场具有手动开关,可与智能控制互相切换。

④ 与监控系统联动,发生安防报警时开启灯光。

(3) 管廊标准段。管廊标准段可根据巡检计划,采用定时控制和人体感应控制相结合的方式,设计思路如下:

① 按巡检计划,当有巡检安排时自动开灯,巡检结束后关灯,采用定时控制和人体感应控制相结合的方式。

② 可仅做人体感应控制,当检测到人员进入该区域时开灯,人离开时关灯。

③ 现场具有手动开关,可与智能控制互相切换。

④ 与监控系统联动,发生安防报警时开启灯光。

3.3　现场检测系统

智能照明控制系统输入单元的关键技术在于传感器的设计。相对于传统建筑,综合管廊具有其特殊性,如管廊位于地下,大多数区域无日照,因此较难采用照度控制;管廊主体结构较狭长,普通的人体(红外)感应器探测范围仅为5～6 m(圆锥角),若通长布置,则安装数量多,造成设备的浪费。因此,需要设计符合管廊特质的探测系统。

对于投料口、人员出入口等管廊节点,一般结构上设有天窗,白天会有日光进入管廊,因此可以考虑采用照度传感器和人体感应器相结合的方式。当人体感应器检测到有人员进入该照明区域时,主控系统打开该区域的照明设备,同时根据现场照度传感器检测到的照度值调节设备亮度,当现场照度达到管廊设计标准或人员离开时,熄灭区域内的照明设备。

通风口、变电所、消防泵房等管廊节点常作设备间。为了满足检修需要,可以在设计上适当提高照度。考虑定时控制和人体感应控制相结合的方式,在该照明区域设置人体感应器。

对于管廊标准段,可以考虑与人体定位系统相结合的方式,即利用ZigBee探测器作为感应装置。ZigBee传感器具有探测范围广、无线传输等优点,多用于管廊中的人员定位系统。若利用现有的ZigBee人员定位系统作为智能照明控制系统的检测系统,可以极大地节省建设成本,避免资源浪费,且达到良好的探测效果。ZigBee读卡器的探测范围约为50 m。ZigBee节点布置示意如图2所示。

图2　ZigBee节点布置示意

3.4　照明分区及回路设计

一级照明分区按防火分区划分,每个分区设置一个照明配电箱,在每个一级照明分区中细分二级照明分区,其中除管廊标准段外,管廊关键节点部位可作为独立的二级照明分区。

根据ZigBee人员定位系统检测数据,能够将人员所在位置缩小到50 m以内,因此可以考虑将50 m范围作为一个二级照明分区,由该分区内的ZigBee信号检测到人员进入后控制灯具点亮,人员离开后灯具自动熄灭。典型照明控制回路如图3所示。

图3　典型照明控制回路

智能控制模块安装于相应区域的配电箱内,采用220 V电源供电。模块具有RS-485、RJ45等通用接口,可以通过以太网通信连接至每个防火分区的弱电交换机。考虑到管廊的传输距离一般较长,弱电交换机需具有光口,通过单模光缆连接至中控室照明控制主机,从而有效地实现下级的信息反馈和上级的顶层控制。

3.5　照明控制方式

(1) 脉宽调制(PWM)控制。利用占空比调节输出电流,实现对灯具亮度的控制,具有驱动电源价格低、安装简单等优点;缺点是只能回路调光,无法实现单灯调光。

(2) DALI总线控制。利用DALI电源,每个灯具对应独立的DALI电源,且有各自的地址编码,可实现单灯的调光控制以及参数反馈。优点是目前DALI协议是公开的,相对较为成熟,适合用于小规模的照明控制;缺点是通信速度慢,若大规模应用,则需大量的区域控制器,增加成本投入。

(3) RS-485总线控制。每个灯具有独立的驱动电源和地址编码,与DALI类似,可以实现单灯调光控制及参数反馈。RS-485总线通信方式十分成熟,接口丰富,市场价格低,总线通信距离长,通信速率高,但敷设工作量大。

(4) 无线控制。与上述两种方式类似,利用无线射频技术进行数字信号的传递,每个灯具具有独立的驱动电源和地址编码,可以实现单灯调光和参数反馈。优点是无需敷设大量的线缆,缺点是对于长距离的管廊,需要较多数量的区域控制器(无线发射器),意味着投入增加,且区域控制器与中央控制器之间需要通信电缆连接。

3.6　照明控制管理平台

照明控制管理平台旨在依托于综合管廊进行设计,能够清楚地显示不同照明分区的照度、色温、照明用电量、灯具信息、使用寿命等,可以有效地控制照明设备的开关,并调节亮度,实现照明的自动控制和节能降耗[3-4]。

4　结　语

综合管廊的运行维护过程中采用智能照明控制系统能够合理规划照明场景模式,实现定时控制、分区控制、分场景控制等多种控制模式,通过中央集中管理的方式,达到经济、高效的照明控制模式,节约人力成本和能源消耗,具有良好的社会效益和经济效益,是建设节能环保绿色管廊必不可少的环节。