任運業(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)，實現(xiàn)綜合管廊節(jié)能減排和綠色運行。闡述分析了綜合管廊照明的特點,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，進而實現(xiàn)綜合管廊的低碳運行。

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

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

1城市綜合管廊現(xiàn)狀照明設計

隨著人們對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)已在越來越多的行業(yè)中廣泛應用。照明系統(tǒng)是城市綜合管廊重要組成部分，也是整個管廊中電能消耗的，綜合管廊運營單位對于照明系統(tǒng)的控制和節(jié)能的需求越來越強烈図。綜合管廊照明系統(tǒng)包括普通照明和應急照明，應急照明在平常情況下兼做正常照明使用，普通照明和應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“人來手開，人走手關(guān)"的管理模式。管廊的分區(qū)和節(jié)點繁多，容易造成人為漏關(guān)燈的情況,中控室無法遠程控制，造成電能的浪費。因此，智能照明系統(tǒng)對于綜合管廊的安全、節(jié)能運行十分重要。

2智能照明控制系統(tǒng)設計

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)絡層和應用層組成。其中，感知層由led智能燈具和智能照明網(wǎng)關(guān)構(gòu)成，用來識別物體，采集信息來源；網(wǎng)絡層由局域網(wǎng)和中央服務器組成，負責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)出多普勒波來檢測人員運動，把收集的信號上傳至操作員站，操作員站發(fā)出信號對附近智能燈具進行點亮,再通過PWM調(diào)光技術(shù)對LED智能燈具進行調(diào)節(jié)，真正實現(xiàn)“人來燈開,人走燈熄"的管理方式。

2.2感應原理

(1)多普勒效應原理。根據(jù)多普勒效應原理,當有物體移動的時候，傳感器檢測到微波，并產(chǎn)生多普勒信號，再對輸出信號進行放大及濾波處理，通過控制單元點亮該燈具內(nèi)的LED光源，并通過網(wǎng)關(guān)聯(lián)動控制其他LED燈點亮，通過PWM調(diào)光技術(shù)對LED燈的亮度進行調(diào)節(jié)閃。多普勒效應MD控制系統(tǒng)由傳感器單元、處理單元及控制單元組成。傳感器單元主要對多普勒信號和光照進行收集。處理單元的作用是，對已經(jīng)采集的多普勒信號和光照信號進行放大及整形處理，并產(chǎn)生中斷信號，通知控制器對信號進行分析。控制單元對處理后的信號進行分析，并向LED智能燈具發(fā)出控制指令，點亮LED燈并對亮度進行調(diào)節(jié)。多普勒效應LED控制系統(tǒng)如圖2所示。

圖2多普勒效應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，傳感器不斷發(fā)射和接收微波,將微波的頻率信號轉(zhuǎn)換為電信號,當無物體的時候為高電平,當有物體通過時為低電平。在一段的時間內(nèi)產(chǎn)生幾個低脈沖信號時,判斷有人通過，再確定點亮LED燈，同時通知相鄰的控制單元點亮相近的LED燈。

1. 多普勒效應的優(yōu)點。隨著技術(shù)和科技的發(fā)展，燈具市場也緊跟著時代發(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、響應快等一系列優(yōu)點，倍受大眾喜愛。燈具和控制方式也隨著物聯(lián)網(wǎng)的快速發(fā)展,從以前鑄燈手動控制發(fā)展為雷達感應自動開啟的智能控制方式。

2.2.1燈具的優(yōu)點

現(xiàn)階段市場主要為節(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。各種燈具參數(shù)對比如表1所示。

經(jīng)過以上技術(shù)對比,LED智能燈具有以下優(yōu)點:（1）通過PWM調(diào)光技術(shù)控制,對燈具壽命

沒有影響;（2）反應速度靈敏，節(jié)能指標高，可按指令開啟任意一只或幾只燈具;（3）使用壽命長;（4）可按業(yè)務需求點亮，實現(xiàn)聯(lián)動控制設計需求;（5）自動調(diào)光，可以營造舒適的照明環(huán)境。

2.2.2工作原理

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

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

經(jīng)過以上技術(shù)對比,雷達式感應技術(shù)具有以下優(yōu)點：（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）自動化管理，管理成本更低。采用多普勒效應原理的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綜合管廊的綜合設計

綜合管廊要求以每個防火分區(qū)作為單獨控制區(qū)域，一個防火分區(qū)由配電間、通風口、逃生口、投料口和管廊標準段等區(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，可通過優(yōu)化照度來節(jié)能。所以又將綜合管廊的區(qū)域分為有光區(qū)域和無光區(qū)域。綜合管廊設計方案如表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)繁多而復雜，實現(xiàn)子系統(tǒng)有機統(tǒng)一使得統(tǒng)一管理平臺變得更加集成化。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)，實現(xiàn)人員定位,形成人員巡檢路徑。在非正常進入的情況下,ULD智能燈具把信號上傳至中控室，中控室發(fā)出報警，并聯(lián)動安防系統(tǒng)進行取證。

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)加強前端設備和數(shù)據(jù)采集功能，弱化巡檢的需求。通過安裝接近傳感器和人員定位系統(tǒng)，檢測入侵和非正常事件。實現(xiàn)準確定位人員位置和精確報警入侵檢測,提供具體入侵位置,并自動上傳報警位置視頻信息。

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。開關(guān)驅(qū)動器具備獨立工作的能力，適用于一些中小型的項目；模塊化設計，可以任意拼接擴展，同時預留I/O口以及Modbus接口，還可以滿足與AcrelEMS企業(yè)微電網(wǎng)管理云平臺進行數(shù)據(jù)交換。

4.2應用場所

適合于各類智能小區(qū)、醫(yī)院、學校、酒店，以及體育場所、機場、隧道、車站等大型公建項目的照明控制需求。

4.3系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

4.4系統(tǒng)功能

1）實時檢測并顯示各個模塊的在線狀態(tài)，反饋現(xiàn)場受控回路的開關(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瀏覽。

2）當發(fā)生模塊離線、網(wǎng)關(guān)設備掉線或者狀態(tài)反饋和下發(fā)控制命令不一致時會發(fā)生故障報警，并將故障報警信息記錄并顯示在界面中。

3）可以對單個照明回路實現(xiàn)開關(guān)控制；每個模塊、樓層都有相應的模塊控制開關(guān)和樓層控制開關(guān)，也可以一個模塊或者整個樓層實現(xiàn)開關(guān)控制。

4）開關(guān)驅(qū)動器支持過零觸發(fā)功能，負載（燈具）的分合操作僅在交流電過零時進行；可有效減少電磁干擾以及對電網(wǎng)的沖擊，延長燈具與控制裝置的壽命。

5）對每個照明回路可以預設掉電狀態(tài)，當照明電源掉電時，開關(guān)驅(qū)動器會自動切換到預設的掉電狀態(tài)；確保重新上電時燈具的開關(guān)狀態(tài)是確定與可控的。

6）拖動調(diào)光控件，照明設備從0%到100%進行調(diào)光，可以對單個照明回路實現(xiàn)調(diào)光控制，調(diào)光總控可以對一個模塊的照明回路實現(xiàn)調(diào)光控制，也可以對多個照明回路實現(xiàn)調(diào)光控制，通過圖標的亮滅狀態(tài)反饋現(xiàn)場開關(guān)的狀態(tài)。

7）點擊場景控件，打開或者關(guān)閉對應場景設置，軟件界面上顯示不同的場景模式和場景功能，通過圖標的亮滅顯示對應的場景狀態(tài)是打開還是關(guān)閉。

8）設置定時時間，確認時間點后，對該事件點執(zhí)行的動作進行設置，設置燈在設定的時間點亮或者滅。

9）系統(tǒng)可以通過預設的當?shù)亟?jīng)緯度信息，自動計算每天的日升日落時間；根據(jù)天文時鐘控制照明開關(guān)，實現(xiàn)日落開燈、日出關(guān)燈的功能。

10）所有定時控制計劃均可下發(fā)保存至驅(qū)動模塊；當上位機系統(tǒng)故障或模塊離線時，驅(qū)動模塊可以利用自帶的RTC時鐘維持定時控制計劃的正常執(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立工作；系統(tǒng)內(nèi)各元件可以通過程序的設定實現(xiàn)功能的多樣性。

12）預留BA或第三方集成平臺接口，采用modbus、opc等方式。

4.5設備選型

5結(jié)語

城市綜合管廊智能照明系統(tǒng)可以實現(xiàn)“人來燈開，人走燈熄"的管理模式，通過集中管理的方式，達到經(jīng)濟、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)帶來良好的社會效益和經(jīng)濟效益，是市政工程響應國家綠色照明號召的典型，也是建設綠色節(jié)能管廊的必然需求。

參考文獻：

[1]羅剛.城市綜合管廊智能照明設計

[2]上海市政工程設計研究總院（集團）有限公司，同濟大學.城市綜合管廊工程技術(shù)規(guī)范:GB50838—2015[S].北京：中國計劃出版社,2015.

[3]孟子雄.智能照明控制系統(tǒng)在城市綜合管廊中的應用研究[J].城市建筑,2017（8）：400,

[4]安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設計與應用手冊.2022.06版

作者簡介

任運業(yè)，男，現(xiàn)任職于安科瑞電氣股份有限公司，主要研究方向為智能照明控制系統(tǒng)領(lǐng)域。