王觀宇（大慶油田有限責(zé)任公司天然氣分公司）

照明節(jié)能控制系統(tǒng)改造

王觀宇（大慶油田有限責(zé)任公司天然氣分公司）

針對(duì)天然氣分公司油氣加工五大隊(duì)裝置區(qū)照明設(shè)備能耗高、維修量大等問題，通過優(yōu)選，采用發(fā)光效率等同原來鈉燈和汞燈的氙燈來代替，氙燈壽命長、功率小，相對(duì)價(jià)格便宜，氙燈具有很大的經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì)；同時(shí)，通過可編程序設(shè)計(jì)，采用由計(jì)算機(jī)與現(xiàn)場(chǎng)數(shù)字控制器聯(lián)接，形成一套完善的可編程序集散控制系統(tǒng)。實(shí)現(xiàn)無極平滑調(diào)節(jié)、自動(dòng)分時(shí)控制、遠(yuǎn)程即時(shí)監(jiān)控、延長燈具使用壽命，達(dá)到控制靈活、便于維修、操作簡單、高效節(jié)能的效果，每年可節(jié)電12.38×104kWh。

裝置；照明；節(jié)能；控制系統(tǒng)；改造

節(jié)能減排是國家“十二五”期間提出的一項(xiàng)重要國策，節(jié)能是企業(yè)的一項(xiàng)重要任務(wù)。照明能耗在石油企業(yè)總成本構(gòu)成中所占比例不是很大，但是，降低裝置照明能耗對(duì)企業(yè)節(jié)能仍然有重要意義。通過可編程序設(shè)計(jì)，優(yōu)選照明用燈來解決照明高耗能、維修費(fèi)用高的問題。

1 裝置照明現(xiàn)狀

油氣加工五大隊(duì)共有3套生產(chǎn)裝置，采用由汞燈和鈉燈組成的混光光源，這些光源能耗較高，而對(duì)控制方面又有嚴(yán)格的要求，但裝置照明都是采用手動(dòng)開關(guān)控制，沒有自控系統(tǒng)，造成燈具更換頻繁且大量損壞；同時(shí)，由于照明控制不合理，造成能源的大量浪費(fèi)［1］。

裝置照明采用防爆燈具，由高壓汞燈和高壓鈉燈組成混光光源，共有270盞燈，每盞燈功率為250 W，總功率為67 kW，每年照明用電就達(dá)24.7×104kWh。由于采用人為控制，不能很好地實(shí)現(xiàn)定時(shí)輪換，造成運(yùn)行時(shí)間較長，溫度過高，元器件損壞率高，每年材料費(fèi)需要9.5萬元

均勻分布的照明系統(tǒng)不能滿足裝置區(qū)對(duì)重點(diǎn)監(jiān)控的設(shè)備達(dá)到良好照明的需要，生產(chǎn)時(shí)照明燈全部打開也不能獲得很好的照明效果，其中有很大一部分照明并沒有發(fā)揮應(yīng)有的作用，白白浪費(fèi)了電能。在檢修期，不能按照需要提供安全照明，導(dǎo)致能源浪費(fèi)較大，這就有必要有針對(duì)性地對(duì)燈的類型進(jìn)行優(yōu)選。

2 氙燈和其他燈具的特點(diǎn)

2.1 其他燈具

高壓汞燈平均壽命為3000 h，高壓鈉燈平均壽命為6000 h。高壓鈉燈或金鹵燈光污染嚴(yán)重，50%的光為無用光；配件鎮(zhèn)流器連續(xù)運(yùn)行時(shí)間不能超過14 h，環(huán)境溫度不能超過40℃；5年內(nèi)需要更換兩次燈泡。LED燈結(jié)構(gòu)復(fù)雜，發(fā)生故障維護(hù)時(shí)只能將整燈更換，維護(hù)費(fèi)用非常昂貴，并且其光衰非常嚴(yán)重。LED燈的實(shí)際壽命在3年左右，在實(shí)際使用中，5年需要全部更換一次燈具[2]。

2.2 氙燈

氙燈光譜最為接近日光光譜，是目前顯色性最好的點(diǎn)光源。

節(jié)電率高，壽命長。氙燈可以比高壓鈉燈、普通金鹵燈節(jié)能70%以上。在要求達(dá)到同等光照度下，100 W氙燈可代替250 W高壓鈉燈和金鹵燈，氙燈的燈管壽命可超過20 000 h。

氙氣燈成本低，光衰小，年光衰低于5%，支持熱啟動(dòng)。目前的鈉燈、金鹵燈等都不支持熱啟動(dòng)，需要雙電路保護(hù)或者UPS保護(hù)，使用成本比較高。氙燈成本低，可以持續(xù)多次熱啟動(dòng)，在同等節(jié)能照明設(shè)備中，氙燈比LED燈成本能降低50%以上[3]。

3 節(jié)能自動(dòng)控制系統(tǒng)構(gòu)成

本方案針對(duì)油氣加工五大隊(duì)裝置照明采用艾科瓦自控（ECOA）公司產(chǎn)品，通過優(yōu)化設(shè)計(jì)照明自控系統(tǒng)，由計(jì)算機(jī)與現(xiàn)場(chǎng)數(shù)字控制器聯(lián)接，形成一套完善的集散控制系統(tǒng)[4]。該智能照明控制系統(tǒng)是針對(duì)大隊(duì)裝置大功率照明電路電耗高，燈具和附件損耗量大而開發(fā)的。

通過自動(dòng)化優(yōu)化設(shè)計(jì)進(jìn)行集中監(jiān)控，照明配電箱裝有導(dǎo)軌式智能照明模塊，在每套裝置區(qū)域裝有智能照明場(chǎng)景操作面板。

系統(tǒng)利用“WEB崁入式網(wǎng)頁伺服控制器”連接各燈光回路工作站，通過網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)中所有設(shè)備的工作情況的監(jiān)測(cè)、設(shè)置、記錄和故障預(yù)警功能；并結(jié)合WLAN無線局域網(wǎng)，使用TCP/IP標(biāo)準(zhǔn)通訊，傳輸速率快。燈光控制器采用RS485 MODBUS RTU協(xié)議與“WEB崁入式網(wǎng)頁伺服控制器”進(jìn)行通訊，具有運(yùn)行穩(wěn)定可靠、傳輸距離遠(yuǎn)等特點(diǎn)[5]。

3.1 系統(tǒng)主要功能

實(shí)現(xiàn)無極平滑調(diào)節(jié)、自動(dòng)分時(shí)控制、遠(yuǎn)程即時(shí)監(jiān)控。

1）場(chǎng)景控制：通過編程，設(shè)定場(chǎng)景選擇，可通過網(wǎng)絡(luò)進(jìn)入燈光控制系統(tǒng)，通過點(diǎn)擊按鈕，實(shí)現(xiàn)開關(guān)燈和調(diào)光。

2）定時(shí)開關(guān)：通過系統(tǒng)日歷設(shè)定特定的場(chǎng)景，定時(shí)對(duì)燈光進(jìn)行開關(guān)。

3）選擇性控制：可自定義設(shè)定，實(shí)現(xiàn)對(duì)每盞燈、部分燈、所有燈的控制。

4）遠(yuǎn)程控制：通過本地計(jì)算機(jī)或者INTERNET上的1臺(tái)計(jì)算機(jī)，以及智能手機(jī)即可遠(yuǎn)程控制燈光狀態(tài)，在任何地方的終端均可控制不同地方的燈，或者是在不同地方的終端可以控制同一盞燈。

5）亮度漸變控制：既有場(chǎng)景的淡入淡出預(yù)設(shè)功能，又有亮度漸變過程，從而保護(hù)燈具。

3.2 系統(tǒng)主要產(chǎn)品配置

3.2.1 智能照明控制模塊

產(chǎn)品特性：獨(dú)立型的可編程數(shù)控制器ECL2626441（圖1），具有傳送、自我診斷、記憶功能，可儲(chǔ)存所有操作程序以防止斷電時(shí)數(shù)據(jù)遺失。

產(chǎn)品規(guī)格：電源220 V，保護(hù)裝置2 A保險(xiǎn)絲；微處理器，PIC系列單片微機(jī)；通訊速率，9600 bit/s；最大通訊距離,1.2 km；通訊方式，RS485 1/2 DUPLEX(通用接口)/MODBUS RTU PROTOCOL(通訊協(xié)議)。

圖1 ECL2626441

3.2.2 智能照明觸控屏EDL4320012

觸摸屏具有直觀、簡單、十分醒目的特點(diǎn)。

圖2 智能照明觸控屏EDL4320012

EDL4320012型觸控屏（圖2）給照明系統(tǒng)提供智能化控制的操作面板，與安裝在配電箱內(nèi)的照明控制模塊，及其他各類傳感器、網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)頁伺服器等組合起來構(gòu)成一個(gè)完整的智能照明控制系統(tǒng)。

LCD屏TFT3.2′真彩屏，分辨率為320×240，操作界面直觀。采用兩組RS485通訊線，可實(shí)現(xiàn)與上級(jí)主控的通訊及與下位機(jī)控制器設(shè)備通訊，最多可下接16個(gè)燈光控制器。對(duì)下掛每個(gè)燈光控制器的各個(gè)開關(guān)回路實(shí)現(xiàn)單獨(dú)開、關(guān)或全開、全關(guān)，也能實(shí)現(xiàn)下掛所有的燈光控制器的全開與全關(guān)?？蓪?shí)現(xiàn)時(shí)序設(shè)定與調(diào)用，4個(gè)用戶可自定義時(shí)序。對(duì)下位控制器的光照度進(jìn)行控制，調(diào)光輸出，0～100%可調(diào)?？山邮障挛豢刂破魃蟼鞯母黝愋畔ⅲ⒖娠@示/查看相關(guān)的狀態(tài)；當(dāng)系統(tǒng)有異常時(shí)，可自我故障診斷，顯示并報(bào)警。在屏幕上能方便地更改界面，實(shí)現(xiàn)對(duì)不同控制器的控制。

產(chǎn)品規(guī)格及特性：使用電源/消耗功率，DC 12V—24V/1VA；微處理器，ARM系列單片微機(jī)；通訊速率，9600 bit/s；最大通訊距離，1.2 km；燈光控制頁面，左側(cè)顯示現(xiàn)場(chǎng)燈光狀態(tài)，右側(cè)是各路燈光的場(chǎng)景設(shè)定（即80%、60%、15%和關(guān)閉4個(gè)場(chǎng)景）及各路燈光啟停設(shè)定[6]。

3.2.3 WEB崁入式網(wǎng)頁伺服控制器（圖3）

伺服控制器運(yùn)用以太網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，與客戶端采用TCP/IP標(biāo)準(zhǔn)通訊協(xié)議連接；與下端控制器ECL2626441以RS485串口連結(jié)，達(dá)到雙向監(jiān)控的目的。32位WEB崁入式網(wǎng)頁伺服控制器聯(lián)接到高速以太網(wǎng)絡(luò)上后，可與局域網(wǎng)上其他系統(tǒng)共享同一個(gè)以太網(wǎng)絡(luò)。32位WEB崁入式網(wǎng)頁伺服控制器（RB）可設(shè)定IP地址，于網(wǎng)內(nèi)任一客戶端通過電腦內(nèi)建瀏覽器鍵入客戶端IP地址，即可啟動(dòng)圖控軟件，對(duì)其進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)定及編輯，進(jìn)行燈光控制。

特點(diǎn)：無需安裝專用軟件直接接入以太網(wǎng)，即插即用，便于整合網(wǎng)絡(luò)。接口豐富，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)及表格下載。外接電腦瀏覽器(BROWSER)即可查看控制這個(gè)系統(tǒng)。

接口形式：RS485*3及10/100 MBPS以太網(wǎng)絡(luò)（ETHERNET）X1。

圖3 WEB崁入式網(wǎng)頁伺服控制器

3.2.4 系統(tǒng)架構(gòu)連接（圖4）

擬對(duì)裝置區(qū)照明系統(tǒng)進(jìn)行立項(xiàng)改進(jìn)，采用新型125 W的氙燈，燈具不用更換，對(duì)裝置區(qū)原來的照明燈位置以及線路重新進(jìn)行調(diào)整，需要重點(diǎn)監(jiān)控的設(shè)備及崗位設(shè)置專門回路使之得到良好的照明。用可編程序控制器對(duì)裝置照明系統(tǒng)按安全照明和生產(chǎn)照明所需照度進(jìn)行設(shè)計(jì)改造，制作照明節(jié)能自動(dòng)控制系統(tǒng)解決了鎮(zhèn)流器連續(xù)運(yùn)行不能超過14 h的問題，減少了元器件的損壞，降低了電能消耗。

圖4 系統(tǒng)架構(gòu)連接

4 改造前后效益分析

氙燈和高壓鈉燈、金鹵燈的燈口是同一標(biāo)準(zhǔn)（E40）。由于燈口尺寸相同，改成氙燈，其燈具是不用換的，這可以節(jié)省一筆費(fèi)用。氙燈結(jié)構(gòu)簡單高效，后期在維護(hù)過程中可以簡單地更換部件即可，維護(hù)費(fèi)用非常低，5年內(nèi)只需要更換一次燈泡。

氙燈、金鹵燈、LED燈價(jià)格對(duì)比見表1。

表1 氙燈、金鹵燈、LED燈價(jià)格對(duì)比

在發(fā)光效果一樣的情況下（氙燈功率最低），按照以上幾種燈的壽命和價(jià)格比較，氙燈具有很好的經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì)。

該自動(dòng)控制系統(tǒng)穩(wěn)定性好，系統(tǒng)控制方便靈活，便于維修，改造總費(fèi)用6萬元。改造后年用電量為12.32×104kWh，與改造前年用電量24.7× 104kWh相比，年節(jié)電達(dá)12.38×104kWh，節(jié)約電費(fèi)11.6萬元；改造后每年材料費(fèi)為4.5萬元，與改造前材料費(fèi)9.5萬元相比節(jié)約5.0萬元。照明系統(tǒng)改造后，每年節(jié)約成本共計(jì)16.6萬元，產(chǎn)生了很大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

5 結(jié)論

用計(jì)算機(jī)與現(xiàn)場(chǎng)數(shù)字控制器聯(lián)接，形成一套完善的照明智能自動(dòng)集散控制系統(tǒng)；同時(shí)，通過對(duì)高壓汞燈、鈉燈、LED燈以及氙燈的優(yōu)選，最終優(yōu)選出氙燈作為照明光源，有效解決高壓汞燈和鈉燈發(fā)光效率低、能耗高、光污染嚴(yán)重、維護(hù)和運(yùn)行成本高、電工維護(hù)工作量大等問題。通過對(duì)裝置區(qū)照明控制系統(tǒng)的改造，可以達(dá)到降低燈具耗量，延長燈的使用壽命，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)合理控制，節(jié)能降耗，降低維護(hù)人員勞動(dòng)強(qiáng)度的目的，該系統(tǒng)具有廣闊的推廣應(yīng)用價(jià)值。

[1]劉介才.工廠供電[M].3版.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2015：258-282.

[2]姚錫祿.工廠供電[M].2版.北京：電子工業(yè)出版社，2007：182-201.

[3]郭福雁.電氣照明[M].天津：天津大學(xué)出版社，2011：27-71.

[4]田瑞庭.可編程序控制器應(yīng)用技術(shù)[M].第一版.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1994：3-80.

[5]廣東電網(wǎng)公司廣州供電局.企業(yè)照明與節(jié)能[M].北京：中國電力出版社有限公司，2011：101-152.

[6]董愛華.可編程控制器原理及應(yīng)用[M].北京：中國電力出版社，2014-12：226-258.

10.3969/j.issn.2095-1493.2017.06.012

2017-03-10

（編輯 張興平）

王觀宇，2012年畢業(yè)于黑龍江科技大學(xué)（電氣專業(yè)），從事電氣管理工作，E-mail：trq5wanggy@petrochina.com.cn，地址：黑龍江省大慶市讓胡路區(qū)天然氣分公司油氣加工五大隊(duì)，163000。