任運(yùn)業(yè)

安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定 201801

摘要：研究了城市綜合管廊的智能照明系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)綜合管廊節(jié)能減排和綠色運(yùn)行。闡述分析了綜合管廊照明的特點(diǎn),提出一種利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與多普勒原理相結(jié)合的智能照明控制統(tǒng)。該智能照明系統(tǒng)可有效地減少綜合管廊的能耗，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)綜合管廊的低碳運(yùn)行。

關(guān)鍵詞：城市綜合管廊；智能照明系統(tǒng)；物聯(lián)網(wǎng)；低碳

0引言

隨著中國(guó)城鎮(zhèn)化快速發(fā)展,城市基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)處于薄弱階段，經(jīng)常出現(xiàn)路面頻挖、管線事故等問(wèn)題，因此，尋找新的管線建設(shè)管理方式迫在眉睫。借鑒國(guó)內(nèi)外經(jīng)驗(yàn)，解決城市各類問(wèn)題的途徑是城市綜合管廊。近幾年，國(guó)家大力支持城市綜合管廊的建設(shè),智能化、科技化、現(xiàn)代化的科技成果在綜合管廊廣泛應(yīng)用。隨著綠色、環(huán)保的理念深入人心,如何實(shí)現(xiàn)綜合管廊的可持續(xù)發(fā)展成為一個(gè)重要的課題。

1城市綜合管廊現(xiàn)狀照明設(shè)計(jì)

隨著人們對(duì)照明的需求不斷提高，傳統(tǒng)照明由于電耗高、控制系統(tǒng)落后等缺點(diǎn)難以滿足智能化的發(fā)展，節(jié)能環(huán)保、高效、便捷的智能照明系統(tǒng)已在越來(lái)越多的行業(yè)中廣泛應(yīng)用。照明系統(tǒng)是城市綜合管廊重要組成部分，也是整個(gè)管廊中電能消耗的，綜合管廊運(yùn)營(yíng)單位對(duì)于照明系統(tǒng)的控制和節(jié)能的需求越來(lái)越強(qiáng)烈図。綜合管廊照明系統(tǒng)包括普通照明和應(yīng)急照明，應(yīng)急照明在平常情況下兼做正常照明使用，普通照明和應(yīng)急照明由各自防火分區(qū)的照明箱供電。目前，照明系統(tǒng)為“人來(lái)手開(kāi)，人走手關(guān)"的管理模式。管廊的分區(qū)和節(jié)點(diǎn)繁多，容易造成人為漏關(guān)燈的情況,中控室無(wú)法遠(yuǎn)程控制，造成電能的浪費(fèi)。因此，智能照明系統(tǒng)對(duì)于綜合管廊的安全、節(jié)能運(yùn)行十分重要。

2智能照明控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1智能照明系統(tǒng)

智能照明控制系統(tǒng)利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，主要由感知層、網(wǎng)絡(luò)層和應(yīng)用層組成。其中，感知層由led智能燈具和智能照明網(wǎng)關(guān)構(gòu)成，用來(lái)識(shí)別物體，采集信息來(lái)源；網(wǎng)絡(luò)層由局域網(wǎng)和中央服務(wù)器組成，負(fù)責(zé)處理傳遞和處理信息。智能照明控制系統(tǒng)如圖1所示。

圖1智能照明控制系統(tǒng)

智能照明控制系統(tǒng)主要利用LED智能燈具發(fā)出多普勒波來(lái)檢測(cè)人員運(yùn)動(dòng)，把收集的信號(hào)上傳至操作員站，操作員站發(fā)出信號(hào)對(duì)附近智能燈具進(jìn)行點(diǎn)亮,再通過(guò)PWM調(diào)光技術(shù)對(duì)LED智能燈具進(jìn)行調(diào)節(jié)，真正實(shí)現(xiàn)“人來(lái)燈開(kāi),人走燈熄"的管理方式。

2.2感應(yīng)原理

(1)多普勒效應(yīng)原理。根據(jù)多普勒效應(yīng)原理,當(dāng)有物體移動(dòng)的時(shí)候，傳感器檢測(cè)到微波，并產(chǎn)生多普勒信號(hào)，再對(duì)輸出信號(hào)進(jìn)行放大及濾波處理，通過(guò)控制單元點(diǎn)亮該燈具內(nèi)的LED光源，并通過(guò)網(wǎng)關(guān)聯(lián)動(dòng)控制其他LED燈點(diǎn)亮，通過(guò)PWM調(diào)光技術(shù)對(duì)LED燈的亮度進(jìn)行調(diào)節(jié)閃。多普勒效應(yīng)MD控制系統(tǒng)由傳感器單元、處理單元及控制單元組成。傳感器單元主要對(duì)多普勒信號(hào)和光照進(jìn)行收集。處理單元的作用是，對(duì)已經(jīng)采集的多普勒信號(hào)和光照信號(hào)進(jìn)行放大及整形處理，并產(chǎn)生中斷信號(hào)，通知控制器對(duì)信號(hào)進(jìn)行分析?？刂茊卧獙?duì)處理后的信號(hào)進(jìn)行分析，并向LED智能燈具發(fā)出控制指令，點(diǎn)亮LED燈并對(duì)亮度進(jìn)行調(diào)節(jié)。多普勒效應(yīng)LED控制系統(tǒng)如圖2所示。

圖2多普勒效應(yīng)LED控制系統(tǒng)

系統(tǒng)工作原理:傳感器單元接收自然光和物體的信號(hào)，傳感器不斷發(fā)射和接收微波,將微波的頻率信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào),當(dāng)無(wú)物體的時(shí)候?yàn)楦唠娖?當(dāng)有物體通過(guò)時(shí)為低電平。在一段的時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生幾個(gè)低脈沖信號(hào)時(shí),判斷有人通過(guò)，再確定點(diǎn)亮LED燈，同時(shí)通知相鄰的控制單元點(diǎn)亮相近的LED燈。

1. 多普勒效應(yīng)的優(yōu)點(diǎn)。隨著技術(shù)和科技的發(fā)展，燈具市場(chǎng)也緊跟著時(shí)代發(fā)展的步伐，不管燈具還是控制方式都發(fā)生了天翻地覆的變化,具有節(jié)能環(huán)保、光效高、智能控制、響應(yīng)快等一系列優(yōu)點(diǎn)，倍受大眾喜愛(ài)。燈具和控制方式也隨著物聯(lián)網(wǎng)的快速發(fā)展,從以前鑄燈手動(dòng)控制發(fā)展為雷達(dá)感應(yīng)自動(dòng)開(kāi)啟的智能控制方式。

2.2.1燈具的優(yōu)點(diǎn)

現(xiàn)階段市場(chǎng)主要為節(jié)能燈、普通的LED燈具和LED智能燈幾種。相比之下,LED智能燈具有很大的優(yōu)勢(shì)。各種燈具參數(shù)對(duì)比如表1所示。

經(jīng)過(guò)以上技術(shù)對(duì)比,LED智能燈具有以下優(yōu)點(diǎn):（1）通過(guò)PWM調(diào)光技術(shù)控制,對(duì)燈具壽命

沒(méi)有影響;（2）反應(yīng)速度靈敏，節(jié)能指標(biāo)高，可按指令開(kāi)啟任意一只或幾只燈具;（3）使用壽命長(zhǎng);（4）可按業(yè)務(wù)需求點(diǎn)亮，實(shí)現(xiàn)聯(lián)動(dòng)控制設(shè)計(jì)需求;（5）自動(dòng)調(diào)光，可以營(yíng)造舒適的照明環(huán)境。

2.2.2工作原理

燈具的工作原理隨著科技發(fā)展也在與時(shí)俱進(jìn),主要有觸摸式、聲控式、紅外式及雷達(dá)式等。

不同的工作原理也有著各自的優(yōu)缺點(diǎn)。各種燈具工作原理對(duì)比如表2所示。

經(jīng)過(guò)以上技術(shù)對(duì)比,雷達(dá)式感應(yīng)技術(shù)具有以下優(yōu)點(diǎn)：（1）更加靈活的控制方式；（2）受環(huán)境影響小，不受環(huán)境、溫度、灰塵等影響；（3）更加節(jié)能;（4）自動(dòng)化管理，管理成本更低。采用多普勒效應(yīng)原理的LED燈智能照明控制系統(tǒng)使綜合管廊的照明系統(tǒng)更加高效、節(jié)能,更容易控制。

2.3綜合管廊的綜合設(shè)計(jì)

綜合管廊要求以每個(gè)防火分區(qū)作為單獨(dú)控制區(qū)域，一個(gè)防火分區(qū)由配電間、通風(fēng)口、逃生口、投料口和管廊標(biāo)準(zhǔn)段等區(qū)域組成。其中一些區(qū)域帶有百葉窗，有自然光可以輔助照明，可通過(guò)優(yōu)化照度來(lái)節(jié)能。所以又將綜合管廊的區(qū)域分為有光區(qū)域和無(wú)光區(qū)域。綜合管廊設(shè)計(jì)方案如表3所示。

3與其他系統(tǒng)相結(jié)合

城市綜合管廊的子系統(tǒng)繁多而復(fù)雜，實(shí)現(xiàn)子系統(tǒng)有機(jī)統(tǒng)一使得統(tǒng)一管理平臺(tái)變得更加集成化。智能照明系統(tǒng)的LED智能燈具可以擁有自己的地址，可以在中控室顯示自己的狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)人員定位,形成人員巡檢路徑。在非正常進(jìn)入的情況下,ULD智能燈具把信號(hào)上傳至中控室，中控室發(fā)出報(bào)警，并聯(lián)動(dòng)安防系統(tǒng)進(jìn)行取證。

智能照明控制系統(tǒng)與管廊中的人員定位系統(tǒng)、紅外入侵系統(tǒng)可以相結(jié)合。智能照明系統(tǒng)加強(qiáng)前端設(shè)備和數(shù)據(jù)采集功能，弱化巡檢的需求。通過(guò)安裝接近傳感器和人員定位系統(tǒng)，檢測(cè)入侵和非正常事件。實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確定位人員位置和精確報(bào)警入侵檢測(cè),提供具體入侵位置,并自動(dòng)上傳報(bào)警位置視頻信息。

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(kāi)關(guān)驅(qū)動(dòng)器具備獨(dú)立工作的能力，適用于一些中小型的項(xiàng)目；模塊化設(shè)計(jì)，可以任意拼接擴(kuò)展，同時(shí)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(tái)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。

4.2應(yīng)用場(chǎng)所

適合于各類智能小區(qū)、醫(yī)院、學(xué)校、酒店，以及體育場(chǎng)所、機(jī)場(chǎng)、隧道、車站等大型公建項(xiàng)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(shí)時(shí)檢測(cè)并顯示各個(gè)模塊的在線狀態(tài)，反饋現(xiàn)場(chǎng)受控回路的開(kāi)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(lái)瀏覽。

2）當(dāng)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(shí)會(huì)發(fā)生故障報(bào)警，并將故障報(bào)警信息記錄并顯示在界面中。

3）可以對(duì)單個(gè)照明回路實(shí)現(xiàn)開(kāi)關(guān)控制；每個(gè)模塊、樓層都有相應(yīng)的模塊控制開(kāi)關(guān)和樓層控制開(kāi)關(guān)，也可以一個(gè)模塊或者整個(gè)樓層實(shí)現(xiàn)開(kāi)關(guān)控制。

4）開(kāi)關(guān)驅(qū)動(dòng)器支持過(guò)零觸發(fā)功能，負(fù)載（燈具）的分合操作僅在交流電過(guò)零時(shí)進(jìn)行；可有效減少電磁干擾以及對(duì)電網(wǎng)的沖擊，延長(zhǎng)燈具與控制裝置的壽命。

5）對(duì)每個(gè)照明回路可以預(yù)設(shè)掉電狀態(tài)，當(dāng)照明電源掉電時(shí)，開(kāi)關(guān)驅(qū)動(dòng)器會(huì)自動(dòng)切換到預(yù)設(shè)的掉電狀態(tài)；確保重新上電時(shí)燈具的開(kāi)關(guān)狀態(tài)是確定與可控的。

6）拖動(dòng)調(diào)光控件，照明設(shè)備從0%到100%進(jìn)行調(diào)光，可以對(duì)單個(gè)照明回路實(shí)現(xiàn)調(diào)光控制，調(diào)光總控可以對(duì)一個(gè)模塊的照明回路實(shí)現(xiàn)調(diào)光控制，也可以對(duì)多個(gè)照明回路實(shí)現(xiàn)調(diào)光控制，通過(guò)圖標(biāo)的亮滅狀態(tài)反饋現(xiàn)場(chǎng)開(kāi)關(guān)的狀態(tài)。

7）點(diǎn)擊場(chǎng)景控件，打開(kāi)或者關(guān)閉對(duì)應(yīng)場(chǎng)景設(shè)置，軟件界面上顯示不同的場(chǎng)景模式和場(chǎng)景功能，通過(guò)圖標(biāo)的亮滅顯示對(duì)應(yīng)的場(chǎng)景狀態(tài)是打開(kāi)還是關(guān)閉。

8）設(shè)置定時(shí)時(shí)間，確認(rèn)時(shí)間點(diǎn)后，對(duì)該事件點(diǎn)執(zhí)行的動(dòng)作進(jìn)行設(shè)置，設(shè)置燈在設(shè)定的時(shí)間點(diǎn)亮或者滅。

9）系統(tǒng)可以通過(guò)預(yù)設(shè)的當(dāng)?shù)亟?jīng)緯度信息，自動(dòng)計(jì)算每天的日升日落時(shí)間；根據(jù)天文時(shí)鐘控制照明開(kāi)關(guān)，實(shí)現(xiàn)日落開(kāi)燈、日出關(guān)燈的功能。

10）所有定時(shí)控制計(jì)劃均可下發(fā)保存至驅(qū)動(dòng)模塊；當(dāng)上位機(jī)系統(tǒng)故障或模塊離線時(shí)，驅(qū)動(dòng)模塊可以利用自帶的RTC時(shí)鐘維持定時(shí)控制計(jì)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(dú)立工作；系統(tǒng)內(nèi)各元件可以通過(guò)程序的設(shè)定實(shí)現(xiàn)功能的多樣性。

12）預(yù)留BA或第三方集成平臺(tái)接口，采用modbus、opc等方式。

4.5設(shè)備選型

5結(jié)語(yǔ)

城市綜合管廊智能照明系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)“人來(lái)燈開(kāi)，人走燈熄"的管理模式，通過(guò)集中管理的方式，達(dá)到經(jīng)濟(jì)、高效的照明控制模式，節(jié)約人力成本和節(jié)能，可以為企業(yè)帶來(lái)良好的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益，是市政工程響應(yīng)國(guó)家綠色照明號(hào)召的典型，也是建設(shè)綠色節(jié)能管廊的必然需求。

參考文獻(xiàn)：

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[4]安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用手冊(cè).2022.06版

作者簡(jiǎn)介

任運(yùn)業(yè)，男，現(xiàn)任職于安科瑞電氣股份有限公司，主要研究方向?yàn)橹悄苷彰骺刂葡到y(tǒng)領(lǐng)域。