照明节能控制系统改造

王观宇（大庆油田有限责任公司天然气分公司）

照明节能控制系统改造

王观宇（大庆油田有限责任公司天然气分公司）

针对天然气分公司油气加工五大队装置区照明设备能耗高、维修量大等问题，通过优选，采用发光效率等同原来钠灯和汞灯的氙灯来代替，氙灯寿命长、功率小，相对价格便宜，氙灯具有很大的经济优势；同时，通过可编程序设计，采用由计算机与现场数字控制器联接，形成一套完善的可编程序集散控制系统。实现无极平滑调节、自动分时控制、远程即时监控、延长灯具使用寿命，达到控制灵活、便于维修、操作简单、高效节能的效果，每年可节电12.38×104kWh。

装置；照明；节能；控制系统；改造

节能减排是国家“十二五”期间提出的一项重要国策，节能是企业的一项重要任务。照明能耗在石油企业总成本构成中所占比例不是很大，但是，降低装置照明能耗对企业节能仍然有重要意义。通过可编程序设计，优选照明用灯来解决照明高耗能、维修费用高的问题。

1 装置照明现状

油气加工五大队共有3套生产装置，采用由汞灯和钠灯组成的混光光源，这些光源能耗较高，而对控制方面又有严格的要求，但装置照明都是采用手动开关控制，没有自控系统，造成灯具更换频繁且大量损坏；同时，由于照明控制不合理，造成能源的大量浪费［1］。

装置照明采用防爆灯具，由高压汞灯和高压钠灯组成混光光源，共有270盏灯，每盏灯功率为250 W，总功率为67 kW，每年照明用电就达24.7×104kWh。由于采用人为控制，不能很好地实现定时轮换，造成运行时间较长，温度过高，元器件损坏率高，每年材料费需要9.5万元

均匀分布的照明系统不能满足装置区对重点监控的设备达到良好照明的需要，生产时照明灯全部打开也不能获得很好的照明效果，其中有很大一部分照明并没有发挥应有的作用，白白浪费了电能。在检修期，不能按照需要提供安全照明，导致能源浪费较大，这就有必要有针对性地对灯的类型进行优选。

2 氙灯和其他灯具的特点

2.1 其他灯具

高压汞灯平均寿命为3000 h，高压钠灯平均寿命为6000 h。高压钠灯或金卤灯光污染严重，50%的光为无用光；配件镇流器连续运行时间不能超过14 h，环境温度不能超过40℃；5年内需要更换两次灯泡。LED灯结构复杂，发生故障维护时只能将整灯更换，维护费用非常昂贵，并且其光衰非常严重。LED灯的实际寿命在3年左右，在实际使用中，5年需要全部更换一次灯具[2]。

2.2 氙灯

氙灯光谱最为接近日光光谱，是目前显色性最好的点光源。

节电率高，寿命长。氙灯可以比高压钠灯、普通金卤灯节能70%以上。在要求达到同等光照度下，100 W氙灯可代替250 W高压钠灯和金卤灯，氙灯的灯管寿命可超过20 000 h。

氙气灯成本低，光衰小，年光衰低于5%，支持热启动。目前的钠灯、金卤灯等都不支持热启动，需要双电路保护或者UPS保护，使用成本比较高。氙灯成本低，可以持续多次热启动，在同等节能照明设备中，氙灯比LED灯成本能降低50%以上[3]。

3 节能自动控制系统构成

本方案针对油气加工五大队装置照明采用艾科瓦自控（ECOA）公司产品，通过优化设计照明自控系统，由计算机与现场数字控制器联接，形成一套完善的集散控制系统[4]。该智能照明控制系统是针对大队装置大功率照明电路电耗高，灯具和附件损耗量大而开发的。

通过自动化优化设计进行集中监控，照明配电箱装有导轨式智能照明模块，在每套装置区域装有智能照明场景操作面板。

系统利用“WEB崁入式网页伺服控制器”连接各灯光回路工作站，通过网络实现对系统中所有设备的工作情况的监测、设置、记录和故障预警功能；并结合WLAN无线局域网，使用TCP/IP标准通讯，传输速率快。灯光控制器采用RS485 MODBUS RTU协议与“WEB崁入式网页伺服控制器”进行通讯，具有运行稳定可靠、传输距离远等特点[5]。

3.1 系统主要功能

实现无极平滑调节、自动分时控制、远程即时监控。

1）场景控制：通过编程，设定场景选择，可通过网络进入灯光控制系统，通过点击按钮，实现开关灯和调光。

2）定时开关：通过系统日历设定特定的场景，定时对灯光进行开关。

3）选择性控制：可自定义设定，实现对每盏灯、部分灯、所有灯的控制。

4）远程控制：通过本地计算机或者INTERNET上的1台计算机，以及智能手机即可远程控制灯光状态，在任何地方的终端均可控制不同地方的灯，或者是在不同地方的终端可以控制同一盏灯。

5）亮度渐变控制：既有场景的淡入淡出预设功能，又有亮度渐变过程，从而保护灯具。

3.2 系统主要产品配置

3.2.1 智能照明控制模块

产品特性：独立型的可编程数控制器ECL2626441（图1），具有传送、自我诊断、记忆功能，可储存所有操作程序以防止断电时数据遗失。

产品规格：电源220 V，保护装置2 A保险丝；微处理器，PIC系列单片微机；通讯速率，9600 bit/s；最大通讯距离,1.2 km；通讯方式，RS485 1/2 DUPLEX(通用接口)/MODBUS RTU PROTOCOL(通讯协议)。

图1 ECL2626441

3.2.2 智能照明触控屏EDL4320012

触摸屏具有直观、简单、十分醒目的特点。

图2 智能照明触控屏EDL4320012

EDL4320012型触控屏（图2）给照明系统提供智能化控制的操作面板，与安装在配电箱内的照明控制模块，及其他各类传感器、网络网页伺服器等组合起来构成一个完整的智能照明控制系统。

LCD屏TFT3.2′真彩屏，分辨率为320×240，操作界面直观。采用两组RS485通讯线，可实现与上级主控的通讯及与下位机控制器设备通讯，最多可下接16个灯光控制器。对下挂每个灯光控制器的各个开关回路实现单独开、关或全开、全关，也能实现下挂所有的灯光控制器的全开与全关。可实现时序设定与调用，4个用户可自定义时序。对下位控制器的光照度进行控制，调光输出，0～100%可调。可接收下位控制器上传的各类信息，并可显示/查看相关的状态；当系统有异常时，可自我故障诊断，显示并报警。在屏幕上能方便地更改界面，实现对不同控制器的控制。

产品规格及特性：使用电源/消耗功率，DC 12V—24V/1VA；微处理器，ARM系列单片微机；通讯速率，9600 bit/s；最大通讯距离，1.2 km；灯光控制页面，左侧显示现场灯光状态，右侧是各路灯光的场景设定（即80%、60%、15%和关闭4个场景）及各路灯光启停设定[6]。

3.2.3 WEB崁入式网页伺服控制器（图3）

伺服控制器运用以太网络技术，与客户端采用TCP/IP标准通讯协议连接；与下端控制器ECL2626441以RS485串口连结，达到双向监控的目的。32位WEB崁入式网页伺服控制器联接到高速以太网络上后，可与局域网上其他系统共享同一个以太网络。32位WEB崁入式网页伺服控制器（RB）可设定IP地址，于网内任一客户端通过电脑内建浏览器键入客户端IP地址，即可启动图控软件，对其进行系统设定及编辑，进行灯光控制。

特点：无需安装专用软件直接接入以太网，即插即用，便于整合网络。接口丰富，数据存储及表格下载。外接电脑浏览器(BROWSER)即可查看控制这个系统。

接口形式：RS485*3及10/100 MBPS以太网络（ETHERNET）X1。

图3 WEB崁入式网页伺服控制器

3.2.4 系统架构连接（图4）

拟对装置区照明系统进行立项改进，采用新型125 W的氙灯，灯具不用更换，对装置区原来的照明灯位置以及线路重新进行调整，需要重点监控的设备及岗位设置专门回路使之得到良好的照明。用可编程序控制器对装置照明系统按安全照明和生产照明所需照度进行设计改造，制作照明节能自动控制系统解决了镇流器连续运行不能超过14 h的问题，减少了元器件的损坏，降低了电能消耗。

图4 系统架构连接

4 改造前后效益分析

氙灯和高压钠灯、金卤灯的灯口是同一标准（E40）。由于灯口尺寸相同，改成氙灯，其灯具是不用换的，这可以节省一笔费用。氙灯结构简单高效，后期在维护过程中可以简单地更换部件即可，维护费用非常低，5年内只需要更换一次灯泡。

氙灯、金卤灯、LED灯价格对比见表1。

表1 氙灯、金卤灯、LED灯价格对比

在发光效果一样的情况下（氙灯功率最低），按照以上几种灯的寿命和价格比较，氙灯具有很好的经济优势。

该自动控制系统稳定性好，系统控制方便灵活，便于维修，改造总费用6万元。改造后年用电量为12.32×104kWh，与改造前年用电量24.7× 104kWh相比，年节电达12.38×104kWh，节约电费11.6万元；改造后每年材料费为4.5万元，与改造前材料费9.5万元相比节约5.0万元。照明系统改造后，每年节约成本共计16.6万元，产生了很大的经济效益和社会效益。

5 结论

用计算机与现场数字控制器联接，形成一套完善的照明智能自动集散控制系统；同时，通过对高压汞灯、钠灯、LED灯以及氙灯的优选，最终优选出氙灯作为照明光源，有效解决高压汞灯和钠灯发光效率低、能耗高、光污染严重、维护和运行成本高、电工维护工作量大等问题。通过对装置区照明控制系统的改造，可以达到降低灯具耗量，延长灯的使用寿命，实现自动合理控制，节能降耗，降低维护人员劳动强度的目的，该系统具有广阔的推广应用价值。

[1]刘介才.工厂供电[M].3版.北京：机械工业出版社，2015：258-282.

[2]姚锡禄.工厂供电[M].2版.北京：电子工业出版社，2007：182-201.

[3]郭福雁.电气照明[M].天津：天津大学出版社，2011：27-71.

[4]田瑞庭.可编程序控制器应用技术[M].第一版.北京：机械工业出版社，1994：3-80.

[5]广东电网公司广州供电局.企业照明与节能[M].北京：中国电力出版社有限公司，2011：101-152.

[6]董爱华.可编程控制器原理及应用[M].北京：中国电力出版社，2014-12：226-258.

10.3969/j.issn.2095-1493.2017.06.012

2017-03-10

（编辑 张兴平）

王观宇，2012年毕业于黑龙江科技大学（电气专业），从事电气管理工作，E-mail：trq5wanggy@petrochina.com.cn，地址：黑龙江省大庆市让胡路区天然气分公司油气加工五大队，163000。