樂　凱,　姬永紅

[上海市政工程設(shè)計研究總院(集團(tuán))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(fā)展火熱的新型市政基礎(chǔ)措施,相對傳統(tǒng)的管線敷設(shè)方式,能夠?qū)⑹姓?、電力、通信、燃?xì)?、給排水等各種管線集于一體,包含供電照明、消防、通風(fēng)、監(jiān)控管理等子系統(tǒng),是實現(xiàn)集約型現(xiàn)代化城市發(fā)展理念的有效途徑[1-2]。

1　綜合管廊照明系統(tǒng)現(xiàn)狀

現(xiàn)階段,管廊照明缺乏較為完善的智能照明控制系統(tǒng),很難做到“按需照明”。例如,目前已建的綜合管廊照明系統(tǒng)多為手動控制,照明開關(guān)設(shè)置在管廊內(nèi)的各個設(shè)備房、區(qū)間防火分區(qū)等?？紤]到管廊區(qū)間長度較長,現(xiàn)場的照明開關(guān)數(shù)量布置較多,容易出現(xiàn)人為漏關(guān)燈的現(xiàn)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(tǒng)對保證城市“生命線”長期、合理、穩(wěn)定的運行十分重要。

2　智能照明控制系統(tǒng)概述

智能照明控制系統(tǒng)的主要原理是利用計算機(jī)技術(shù)、通訊技術(shù)、照明調(diào)光技術(shù)、自控技術(shù)等將照明線路中的光源進(jìn)行智能化的控制,在商場、學(xué)校、辦公室等場所應(yīng)用廣泛。

相比于傳統(tǒng)照明控制,智能照明控制具有如下優(yōu)點:

(1) 具有更加靈活的控制調(diào)節(jié)方式。

(2) 根據(jù)功能區(qū)域的需要增設(shè)不同傳感器,達(dá)到不同的場景控制。

(3) 防止人為漏關(guān)燈的情況,更加節(jié)能,延長燈具使用壽命。

(4) 自動調(diào)光,可以營造體感最為舒適的照明環(huán)境。

(5) 自動化管理,管理成本更低。

3　智能照明控制系統(tǒng)設(shè)計

3.1　系統(tǒng)組成

智能照明控制系統(tǒng)主要分為三級,分別是現(xiàn)場檢測級、中央處理級、現(xiàn)場控制級。其中,中央處理級由智能照明主機(jī)、通信網(wǎng)絡(luò)、網(wǎng)關(guān)、智能控制模塊、調(diào)光模塊、應(yīng)用軟件等組成,現(xiàn)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(wǎng)絡(luò)的信號,控制相應(yīng)回路的輸出以實現(xiàn)實時控制。智能照明控制系統(tǒng)原理如圖1所示。

圖1　智能照明控制系統(tǒng)原理

3.2　整體設(shè)計思路

綜合管廊以防火分區(qū)為一個控制區(qū)域,包含人員出入口、投料口、通風(fēng)口、變電所、消防泵房等功能區(qū)域。因此,智能照明控制系統(tǒng)需分析不同功能區(qū)域具體光照條件,作優(yōu)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(shè)有天窗,因此可以利用自然光優(yōu)化照度控制。設(shè)計思路如下:

① 采用光線感應(yīng)控制和人體感應(yīng)控制。

② 當(dāng)檢測到人員進(jìn)入該區(qū)域時開燈,人離開時關(guān)燈。

③ 燈具照度可以根據(jù)自然光照度進(jìn)行調(diào)整。

④ 現(xiàn)場具有手動開關(guān),可與智能控制互相切換。

⑤ 上位機(jī)能實時顯示現(xiàn)場照度值。

⑥ 與監(jiān)控系統(tǒng)聯(lián)動,發(fā)生安防報警時開啟燈光。

(2) 通風(fēng)口、變電所、消防泵房。通風(fēng)口、變電所、消防泵房等可根據(jù)巡檢計劃,采用定時控制與人體感應(yīng)控制相結(jié)合的方式,設(shè)計思路如下:

① 按巡檢計劃,當(dāng)有巡檢安排時自動開燈,巡檢結(jié)束后關(guān)燈,采用定時控制和人體感應(yīng)控制相結(jié)合的方式。

② 可僅做人體感應(yīng)控制,當(dāng)檢測到人員進(jìn)入該區(qū)域時開燈,人離開時關(guān)燈。

③ 現(xiàn)場具有手動開關(guān),可與智能控制互相切換。

④ 與監(jiān)控系統(tǒng)聯(lián)動,發(fā)生安防報警時開啟燈光。

(3) 管廊標(biāo)準(zhǔn)段。管廊標(biāo)準(zhǔn)段可根據(jù)巡檢計劃,采用定時控制和人體感應(yīng)控制相結(jié)合的方式,設(shè)計思路如下:

① 按巡檢計劃,當(dāng)有巡檢安排時自動開燈,巡檢結(jié)束后關(guān)燈,采用定時控制和人體感應(yīng)控制相結(jié)合的方式。

② 可僅做人體感應(yīng)控制,當(dāng)檢測到人員進(jìn)入該區(qū)域時開燈,人離開時關(guān)燈。

③ 現(xiàn)場具有手動開關(guān),可與智能控制互相切換。

④ 與監(jiān)控系統(tǒng)聯(lián)動,發(fā)生安防報警時開啟燈光。

3.3　現(xiàn)場檢測系統(tǒng)

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

對于投料口、人員出入口等管廊節(jié)點,一般結(jié)構(gòu)上設(shè)有天窗,白天會有日光進(jìn)入管廊,因此可以考慮采用照度傳感器和人體感應(yīng)器相結(jié)合的方式。當(dāng)人體感應(yīng)器檢測到有人員進(jìn)入該照明區(qū)域時,主控系統(tǒng)打開該區(qū)域的照明設(shè)備,同時根據(jù)現(xiàn)場照度傳感器檢測到的照度值調(diào)節(jié)設(shè)備亮度,當(dāng)現(xiàn)場照度達(dá)到管廊設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)或人員離開時,熄滅區(qū)域內(nèi)的照明設(shè)備。

通風(fēng)口、變電所、消防泵房等管廊節(jié)點常作設(shè)備間。為了滿足檢修需要,可以在設(shè)計上適當(dāng)提高照度?？紤]定時控制和人體感應(yīng)控制相結(jié)合的方式,在該照明區(qū)域設(shè)置人體感應(yīng)器。

對于管廊標(biāo)準(zhǔn)段,可以考慮與人體定位系統(tǒng)相結(jié)合的方式,即利用ZigBee探測器作為感應(yīng)裝置。ZigBee傳感器具有探測范圍廣、無線傳輸?shù)葍?yōu)點,多用于管廊中的人員定位系統(tǒng)。若利用現(xiàn)有的ZigBee人員定位系統(tǒng)作為智能照明控制系統(tǒng)的檢測系統(tǒng),可以極大地節(jié)省建設(shè)成本,避免資源浪費,且達(dá)到良好的探測效果。ZigBee讀卡器的探測范圍約為50 m。ZigBee節(jié)點布置示意如圖2所示。

圖2　ZigBee節(jié)點布置示意

3.4　照明分區(qū)及回路設(shè)計

一級照明分區(qū)按防火分區(qū)劃分,每個分區(qū)設(shè)置一個照明配電箱,在每個一級照明分區(qū)中細(xì)分二級照明分區(qū),其中除管廊標(biāo)準(zhǔn)段外,管廊關(guān)鍵節(jié)點部位可作為獨立的二級照明分區(qū)。

根據(jù)ZigBee人員定位系統(tǒng)檢測數(shù)據(jù),能夠?qū)⑷藛T所在位置縮小到50 m以內(nèi),因此可以考慮將50 m范圍作為一個二級照明分區(qū),由該分區(qū)內(nèi)的ZigBee信號檢測到人員進(jìn)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(yīng)區(qū)域的配電箱內(nèi),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(wǎng)通信連接至每個防火分區(qū)的弱電交換機(jī)。考慮到管廊的傳輸距離一般較長,弱電交換機(jī)需具有光口,通過單模光纜連接至中控室照明控制主機(jī),從而有效地實現(xiàn)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(diào)制(PWM)控制。利用占空比調(diào)節(jié)輸出電流,實現(xiàn)對燈具亮度的控制,具有驅(qū)動電源價格低、安裝簡單等優(yōu)點;缺點是只能回路調(diào)光,無法實現(xiàn)單燈調(diào)光。

(2) DALI總線控制。利用DALI電源,每個燈具對應(yīng)獨立的DALI電源,且有各自的地址編碼,可實現(xiàn)單燈的調(diào)光控制以及參數(shù)反饋。優(yōu)點是目前DALI協(xié)議是公開的,相對較為成熟,適合用于小規(guī)模的照明控制;缺點是通信速度慢,若大規(guī)模應(yīng)用,則需大量的區(qū)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(qū)動電源和地址編碼,與DALI類似,可以實現(xiàn)單燈調(diào)光控制及參數(shù)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(shè)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(shù)進(jìn)行數(shù)字信號的傳遞,每個燈具具有獨立的驅(qū)動電源和地址編碼,可以實現(xiàn)單燈調(diào)光和參數(shù)反饋。優(yōu)點是無需敷設(shè)大量的線纜,缺點是對于長距離的管廊,需要較多數(shù)量的區(qū)域控制器(無線發(fā)射器),意味著投入增加,且區(qū)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(jìn)行設(shè)計,能夠清楚地顯示不同照明分區(qū)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(shè)備的開關(guān),并調(diào)節(jié)亮度,實現(xiàn)照明的自動控制和節(jié)能降耗[3-4]。

4　結(jié)　語

綜合管廊的運行維護(hù)過程中采用智能照明控制系統(tǒng)能夠合理規(guī)劃照明場景模式,實現(xiàn)定時控制、分區(qū)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(dá)到經(jīng)濟(jì)、高效的照明控制模式,節(jié)約人力成本和能源消耗,具有良好的社會效益和經(jīng)濟(jì)效益,是建設(shè)節(jié)能環(huán)保綠色管廊必不可少的環(huán)節(jié)。