码头集中照明控制方案探讨

高杰 营口（新世纪）集装箱码头有限公司

近几年国内航运发展，集装箱运量激增，码头堆场普遍较大。为满足夜间照明需求，高杆灯及设备照明数量多、分布广，高杆灯的用电量也较大，若对高杆灯照明能够进行有效的控制和管理，可以降低较多的电能消耗。配置高杆灯集中控制系统后在夜间作业时，高杆灯打开，工作结束后关闭或半开半闭；通过自动或人工干预开关灯，在保证作业照明需要的同时节约电能。下面就通过高杆灯的几种不同的控制方式对高杆灯集中控制系统进行一下探讨。

一、采用时间继电器或光电开关控制

（一）采用时间继电器控制。

采用时间继电器的控制方式多用于20世纪90年代后的灯光控制。该方案优点是：原理简单，成本低。只需在高杆灯供电动力柜内安装时间继电器即可实现对高杆灯的控制，控制方式简单。②无需为控制高杆灯铺设专用电缆，直接对高杆灯供电动力回路进行接通或切断控制，即可完成对高杆灯的控制。③系统维护成本低，如果有器件损坏，直接在动力柜内即可完成对控制元件的更换。

该方案虽然具有以上的优点，但缺点也是不容忽视的：a）功能单一。该控制方式，只能完成对高杆灯的供电电源控制，无法检测每一路高杆灯的运行状况。b）控制方式不灵活。通过调整时间继电器的闭合与断开延迟时间，完成对高杆灯的控制，因时间需要对继电器定时功能手动进行调整，过程烦琐。虽然现在有经纬度时控产品减少手动调整的烦恼，但仍然存在各种误差，造成困扰。

（二）采用光电开关的控制方式

采用光敏器件的控制方式的基本原理是，通过光敏器件来检测当前光线情况，根据事先设定的阈值，当光照条件不足时自动开启高杆灯。但这个系统存在很多缺点：如系统不稳定，遇到遮挡物会误动作，光敏元件衰减后也会造成灯杆误动作。同时由于维修检查不方便，需要专业的电子技术进行维修，浪费较多人力物力。

二、通过PLC进行控制

随着电子技术的进步，PLC产品价格逐渐下降，PLC控制方式郑逐步取代时间继电器控制和光电开关控制方式。常用的方式是，在每座高杆灯的配电箱内或在多个集中控制箱安装自动控制模块，通常是PLC。可将灯泡分为几组进行控制，控制方式可选择手动控制、远方控制，在远方控制方式下，也可选择自动控制。其最大的优点是自动化实现方式简单，特别是对先前集中照明控制没有采用智慧控制的老码头。通过这总方式可方便快捷的实现高杆灯自动控制，并且通过后台监控软件设置可根据码头工作状态对高杆灯自由分组控制，实现高杆灯全亮、部分亮等各种照明方式。

这种方式实现起来相对简单，但也具有较为明显的自身缺陷。对PLC、通讯、配电箱的都有特殊要求。根据电子元件的使用要求，PLC无法适应高温、潮湿、多雷击的环境，配电箱的箱体结构也需要防水、防尘、防高温。由于高杆灯之间的距离相隔较远，装置之间的通讯联网，以及智能装置与监控装置之间实现起来有一定困难，考虑到传输距离、码头环境等问题，通常采用光纤以太网通讯，以确保系统通讯的稳定性。

三、通过智能计量表进行控制

早期这种控制方式应用较少，若新建码头设计中供电点相对集中可优先配置电力监控自动化系统，每杆高杆灯均配置智能表计，可实现电流、电压、有功计量、无功计量，并且配置多路开关量信号用于高杆灯开关。智能表计利用RS485或以太网通讯接口，可以将电流、电压、有功计量、无功计量等信息上传至调度室，还可以接受调度室下发的遥控开关灯指令，通过调度室的监控软件，可以实现高杆灯的定时控制、批量控制等，同时也可以为能源统计提供必要的数据基础。这种方式将电力监控与高杆灯只能控制合二为一，经济安全、可靠的。但需要从码头设计建设初期就考虑该问题，场地过大必然面临建设成本增加，经济性降低。且后期改造比较困难。

四、无线控制方式

伴随港口建设规模的扩大，港区堆场面积越来越大，配套的高杆灯及其他照明设施的数量也相应增加，需要一个自动化的、科学的管理方式和系统对其进行管理和控制。那么无线照明管理系统将是一个不错的选择。采用远距离无线通信技术，将人机操作界面和远程控制环节有机结合起来，实现对高杆灯的远距离无线控制。通过高杆灯无线智能控制系统，合理组合开启灯具数量和安排开启时间，智能调光，以达到高效节能、安全运行的良好效果。同时通过集成检测模块，将灯杆信息实时传输到调度室监控系统上，可实时查询和导出数据功能。加强能源监控（见图1）。

图1 无线控制系统原理示意图

该系统的优点是可用于无法满足PLC控制和智能表计的码头高杆灯集中控制系统建设和改造。无需铺设专用控制电缆，通过中继发射器可不受距离和数量限制的扩展控制点数量，甚至可扩展到设备或办公区域。若采用系统独立无线组网，使用阶段无任何后期费用产生。信号稳定，抗干扰性强，便于管理与维护，无需借助第三方资源进行维护（见图2）。

图2

应用实例是两个公司整合前控制系统采用了多地PLC站集中控制，PLC站到每杆高杆灯采用控制电缆和接触器直接控制开关灯，通过组态王软件进行开关灯控制。两个公司整合后，由于PLC控制系统自身所限，两个高杆灯控制系统无法整合到一起，控制十分不便，同时由于设备硬件及线路老化这两套PLC控制系统逐渐停用，之后公司采用了光敏元件加时间继电器控制的方式对高杆灯进行控制。但考虑到这两种方式各自特点都无法满足公司灯杆控制（按需开关灯，电能实时监控）的要求。为了更好地对高杆灯进行管控，公司采用了无线控制方式进行了改造。改造过程中有两种备选方案，无线控制方式一是在原有的PLC站增加信号接收装置，利用原有控制线路进行控制这样可以节省部分资金，但这样电量计量依然需要定期到多处抄表，无法进行实时监控，对能源管控不利（见图3）。

图3

第二种方式是进行分布式无线控制方式，在每杆高杆灯上安装无线控制监测装置，这样可以将每杆高杆灯实时数据通过无线网络回传到控制室电脑。同时今后有新建高杆灯或相关需要控制的设备可随时在系统中进行扩展增加。同时可扩展手机APP功能，有权限的现场巡视人员可实时对现场作业区域照明进行调节，从而降低生产照明能耗（见图4）。

通过改造后，某公司37杆高杆灯，采用了分布式无线控制。管理人员方便的对每个作业区域进行灯光调节，通过对管理人员考核加强节能意识，节省了大量能源。2018年改造前采用光、时控方式18年1-8月份电费约46万元，2019年 改造后19年1-8月份电费约37万元，节省电费约9万元。按照计算全年约可节省电费12-13万元。

五、结语

随着技术的不断进步，集中控制系统方式多种多样，除了上述几种方式外还有KNX总线方式、GPRS通讯方式等。随着5G通讯技术的普及可以将现有的无线传输方式改成更加稳定的5G数据通讯，能够更加有效地实现高杆灯控制，能源管理等。并且该技术不仅可应用于高杆灯控制，也可以应用于更加广泛的场所。在码头高杆灯控制系统的建设和改造中需要因地制宜的考虑采用何种方式，方便高杆灯控制，节约电能消耗，提高港口照明的管理水平。