智能照明系統(tǒng)在工業(yè)廠房中的深度集成與能效管理策略研究

【摘要】:照明用電是工廠基本的電力需求，照明質量的好壞對生產(chǎn)安全、勞動生產(chǎn)率、產(chǎn)品質量都有直接的影響。為了強化對照明用電的管理，降低整個工廠的能源消耗總量，文章針對智能照明系統(tǒng)的應用進行了深度的探索。在工業(yè)廠房中引入智能照明系統(tǒng)，實施的管理方法，可實現(xiàn)對工業(yè)廠房照明的精細化控制，為員工提供明亮的工作環(huán)境，舒適的居住環(huán)境，同時可獲得較為可觀的節(jié)能效果。

【關鍵詞】:智能照明系統(tǒng)；工業(yè)廠房；節(jié)能設計

0引言

傳統(tǒng)照明系統(tǒng)的控制開關容量和負載直接相關，如果負載比較大，就需要對開關容量進行全面控制。如果開關距離負載的距離比較遠，需要加大電纜截面。傳統(tǒng)照明系統(tǒng)只進行了照明開關和配電箱的簡單配置，人工管理方式仍然占據(jù)著主要位置，沒有辦法對照明效果進行全面調控，照明只有開和關兩種狀態(tài)。隨著電子技術及計算機網(wǎng)絡技術的發(fā)展，照明系統(tǒng)的智能化和現(xiàn)代化屬性更為強烈，應用智能照明系統(tǒng)可以為廣大用戶主體營造良好的照明環(huán)境，不斷降低能源消耗總量。

1智能照明系統(tǒng)概述

1.1智能照明系統(tǒng)的組成

燈具及控制模塊是智能照明系統(tǒng)關鍵的組成要素，智能照明系統(tǒng)的主要組成模塊如下。

（1）在配電箱內安裝的模塊：開關驅動器、調光驅動器、IP協(xié)議轉換器、中繼器等。這些模塊均可通過標準導軌安裝。

（2）在控制現(xiàn)場安裝的模塊：傳感器和觸摸屏。其中傳感器作為自動控制感應模塊，嵌入式安裝在屋頂或墻面；面板和觸摸屏作為手動控制的主要載體，主要安裝在房間值班室、走道等控制現(xiàn)場。

（3）在中控室安裝的模塊：集中控制器、監(jiān)控主機等。

1.2智能照明系統(tǒng)的工作原理

在整個智能照明系統(tǒng)中，受控的負載直接和控制系統(tǒng)的驅動器相互關聯(lián)，每一個輸入模塊和驅動器都可以借助總線線纜進行高度的連接融合。智能面板一旦檢測到相關信號，便會通過總線線纜進行傳輸和發(fā)送。

1.3智能照明系統(tǒng)的主要控制方式

（1）手動控制：以具體的訴求為依據(jù)，對安裝在各個區(qū)域的智能面板及觸摸屏的亮度和開關情況等進行全面調控。

（2）自動控制：可以積極發(fā)揮功能不同的傳感器的作用，根據(jù)外界環(huán)境的變動對燈光進行自動調控。

（3）定時控制：根據(jù)之前已經(jīng)預設好的運行時間對燈光進行控制，這樣能夠在非正常工作時間內降低資源消耗量。

（4）控制：實時監(jiān)控所有的控制活動，并且能夠為整個區(qū)域提供照明服務，這種控制方式節(jié)約了大量的人力資源和電力資源。

（5）聯(lián)動控制：照明系統(tǒng)能夠和工廠的管理系統(tǒng)直接對接，進行聯(lián)動控制。

1.4智能照明系統(tǒng)的優(yōu)點

（1）技術成熟可靠：智能照明系統(tǒng)采用RS485總線技術，技術成熟可靠、安全穩(wěn)定，是目前市場上應用廣泛的現(xiàn)場控制總線技術；采用超六類屏蔽網(wǎng)線，并借鑒POE供電技術，在同一條線纜實現(xiàn)系統(tǒng)供電與通信，大大降低了施工成本以及接線、排障的勞動強度；采用分布式總線結構，不同模塊可以獨立完成工作。

（2）操作安全：總線元件及現(xiàn)場控制面板運行在DC24v的安全低電壓下，手動操作更加安全。

（3）維護方便：升級系統(tǒng)內元件或者更新系統(tǒng)功能時，不需要重新布線，不需要關閉整個系統(tǒng)，維護十分方便。

（4）操作簡單：要實現(xiàn)多點控制時，無須增加連接線，只需更改設備參數(shù)，操作簡單。

（5）控制方式多樣：擁有本地控制和定時控制等可供選擇的控制方式。也可以和消防系統(tǒng)進行對接，在出現(xiàn)消防報警時，能夠強制性地打開應急回路，為人員的疏散打下基礎。

2工業(yè)廠房各區(qū)域智能照明系統(tǒng)的應用

2.1工業(yè)車間

2.1.1大操作間

正常工作期間，照度不夠時，系統(tǒng)能自動開燈；當白天正午照度充足時，系統(tǒng)自動關閉部分臨窗區(qū)域的燈具。在靠窗位置安裝照度傳感器，照度傳感器可檢測當前照度值是否在國值范圍內，還可檢測當前區(qū)域是否有人，然后經(jīng)過邏輯判斷，確定開啟或關閉當前區(qū)域的照明。在陰天或者夜晚照度不夠用時，傳感器可檢測到照度低于國值下限，當傳感器檢測到該區(qū)域有人時，受控回路的燈會自動亮起；當檢測到該區(qū)域無人時，受控回路的燈不會亮。在晴天正午照度足夠時，傳感器會檢測到照度在正常國值范圍內，此時受控回路的燈會自動關閉。

在自動控制的同時，也可手動控制開啟或關閉某些回路。在適當位置可以安裝智能面板，在自動控制關閉部分回路的燈后，如果工人感覺照度不是特別合理，可以借助面板手動打開某一個照明回路。面板控制可實現(xiàn)單燈控制、分區(qū)控制、整個區(qū)域全開全關控制，控制方式多樣化，布線簡單不煩瑣。手動控制和自動控制結合，使得控制體驗更加人性化。

如果工人長時間離開當前工作區(qū)，而忘了關閉該區(qū)的照明燈時，因為整個車間比較大，可由車間值班人員（或其他管理專人）在中控室遠程控制關燈。就地控制和遠程控制相結合的控制方式，讓控制方式更加智能化。

總之，通過面板就地控制、后臺遠程控制、在靠窗位置用照度傳感器實現(xiàn)自動感應控制三種控制方式的相互配合，可以完成大操作間的照明控制。

2.1.2小操作間

小操作間包括原料間、干燥間、車間輔房等小房間，人員去的次數(shù)較少，相比車間大廳待的時間也比較短，

燈不需要長亮。在該區(qū)域可以安裝智能面板，實現(xiàn)就地控制功能。工人到房間時，手動開燈；工人離開時，延時關燈。也可以安裝人體運動感應傳感器，實現(xiàn)燈具的自動控制。當工作人員進入操作間后，傳感器感應到人體活動，發(fā)出指令自動點亮燈具；待人員離開后，延遲一小段時間，燈具自動熄滅。

2.2辦公區(qū)

2.2.1公共辦公區(qū)

在公共辦公區(qū)，可以將室內照明回路按部門、班組劃分為若干個小的回路，以便更靈活地控制室內照明，按需開燈、合理用電。在門口、墻面等合適位置安裝智能照明控制面板，可以手動開關控制一組、幾組或所有照明，相關控制邏輯策略可以隨時通過軟件編程靈活調整，辦公室重新布置、劃分時無須對原有線路進行調整和重新布線。

靠窗部位加裝日光照度傳感器，白天日照充足的情況下，可以自動關閉臨窗的燈具，避免能源浪費。室內工位上方加裝微動傳感器，可以檢測員工手臂與身體的細微動作，從而判斷相關區(qū)域是否有人正在伏案工作，可以實現(xiàn)工作時自動開燈，人員離去后延時自動熄燈的效果。

除了以上手動與自動控制相結合的就地控制策略，還可以在監(jiān)控室對整個廠區(qū)的辦公照明進行集中遠程管理與控制。

2.2.2會議室

會議室可以根據(jù)不同的用途預設若干種照明場景模式，如會議討論模式、視頻播放模式、演講模式、迎賓模式、打掃模式等。以上模式可以通過墻上的面板或觸摸屏實現(xiàn)一鍵切換。

2.2.3高管辦公室

在高管辦公室，除了預設類似于會議室的若干種場景模式（辦公場景、會客場景、休息場景等），用智能面板與觸摸屏實現(xiàn)一鍵切換外，還可以將燈具改造為具備調光調色溫功能的燈具，配套調色驅動器，通過對照明燈光亮度的控制，為高級管理人員提供更舒適的工作環(huán)境，保持管理人員的心情愉悅，提升其工作效率。

2.2.4走廊、茶水間、洗手間

辦公區(qū)的走廊、茶水間、洗手間等區(qū)域的控制策略類似于車間的相關區(qū)域，在此不再贅述，主要是通過技術手段避免非必要的照明能耗，提升照明管理水平，盡可能地節(jié)能減排。

2.3宿舍

2.3.1走廊

宿舍走廊與過道與車間內走廊類似，可考慮在過道上方安裝傳感器，在走廊盡頭兩端安裝面板，在傳感器出現(xiàn)故障時，進行應急手動控制。

2.3.2寢室

對于寢室照明，可以根據(jù)員工的日常工作作息與排班情況，預設定時控制計劃，確定開燈和熄燈休息時間，保障員工可以得到充分的休息。同時還可以利用照明控制系統(tǒng)，對寢室內的熱水器、插座等非照明負載采取類似的定時控制策略，以提高管理水平、提升節(jié)能效果、保障用電安全。

2.4倉庫

2.4.1裝卸區(qū)

針對裝卸區(qū)，采用微波與照度二合一傳感器進行自動控制。微波傳感器具有探測距離遠、探測物體無溫差要求的特點，不但可以對運動人體作出響應，也可以偵測車輛等運動物體，特別適合安裝在安裝高度較高的裝卸區(qū)。照度傳感器可同步檢測當前區(qū)域照度是否在國值范圍，白天日光充足的情況下可以自動關燈；夜晚來臨或重陰天日光照度不夠時，如果有人或車輛進入裝卸區(qū)開始作業(yè)，可以自動開燈，待裝卸作業(yè)結束、人員車輛離開后，延遲一小段時間自動關燈。

2.4.2倉儲區(qū)

倉儲區(qū)視其平時的工作繁忙程度可采取不同的控制策略。對于非常繁忙的倉儲區(qū)，可采用定時控制的策略，依據(jù)日常的排班表設定開關燈計劃，上班時間開燈，下班后自動關燈。在倉庫出入口等適當位置安裝智能面板，通過面板控制可實現(xiàn)分區(qū)控制或整個區(qū)域全開全關控制，用于臨時加班操作。加班結束，既可以通過輸入口的控制面板手動關燈，也可以延時自動熄燈，或在值班室遠程操作關燈。

對于人流稀少的倉儲區(qū)域，可以采用類似于車間小操作間的控制策略。工人進入倉庫時，手動開燈，工人離開時，延時關燈。在該區(qū)域安裝智能面板，可以實現(xiàn)就地控制功能?；蛲ㄟ^安裝人體運動感應傳感器，實現(xiàn)燈具的自動控制，當有工作人員進入操作間后，傳感器感應到人體活動后發(fā)出指令自動點亮燈具；待人員離開后，延遲一小段時間，燈具自動熄滅。

2.5廠區(qū)道路及戶外空間

2.5.1廠區(qū)道路

廠區(qū)所有道路可根據(jù)當?shù)厝粘鋈章鋾r間進行開關燈操作，做到天亮關燈，天黑開燈，節(jié)約能源?？梢栽陂_關驅動器上設置天文時鐘定時功能，到點執(zhí)行開關燈任務。

2.5.2戶外空間

戶外球場等區(qū)域可以依據(jù)工廠的作息制度設定開關燈時間，例如，日落下班后開燈，晚上10：00熄燈休息，或者由管理人員在監(jiān)控室遠程操作開關。如有需要的話，還可以與園區(qū)一卡通等系統(tǒng)做深入的集成與綁定。例如，在球場入口處設定門禁，員工刷卡后進入球場，同時自動打開球場燈光照明，開始計費；結束后，人員刷卡離開球場，結算費用并自動關燈。

2.6食堂及餐廳

2.6.1食堂

員工集體就餐的大食堂可以預設若干種照明場景模式（就餐模式、打掃模式、備餐模式、休息模式等)，然后通過墻上的面板、觸摸屏手動或者定時自動一鍵切換照明模式，既可以提升照明的管理水平，也可以盡可能節(jié)約能耗，為早日達成“雙碳"目標作出貢獻。

2.6.2小餐廳及包間

對于小餐廳、包房等空間，除了可以采取類似大食堂的方案預設照明場景來做到一鍵切換，還可以將室內部分燈具替換為可調光的燈具，并配套調光驅動器，通過對室內燈光照明輸出亮度的控制，為來賓營造更舒適溫警的用餐與會談環(huán)境。

3智能照明系統(tǒng)在工廠的應用效果

3.1實現(xiàn)照明的智能化管理

有了智能照明系統(tǒng)的支撐，能夠對整個廠房的照明系統(tǒng)根據(jù)生產(chǎn)計劃或者作業(yè)日程進行全自動化的管理，不需要外界的手動干預，便可以取得良好的照明效果。例如，在一個工作日正式結束之前，系統(tǒng)會對整個控制區(qū)域內部的作業(yè)人員進行自動化的探測，無人區(qū)域的燈光會逐漸變暗，甚至是關閉；有人區(qū)域的燈光會逐漸調節(jié)到夜間工作的狀態(tài)，這樣能夠讓工作人員更好地適應光照強度的變化。

3.2安裝及施工便捷

有了智能照明系統(tǒng)作為支撐，線路僅需要從控制模板連接到照明燈具上，線路不需要經(jīng)過多次開關，這樣延長了設備的壽命。在系統(tǒng)安裝完成之后，可以通過集中控制建立相應的控制關系。相比于傳統(tǒng)的照明模式，可以節(jié)約更多的資源和成本，也能夠大大地降低安裝的難度，減少施工的時間[3]。

3.3節(jié)約能源

智能照明系統(tǒng)的網(wǎng)絡性和可視化特征都相當明顯，可以為后續(xù)的可視化管理提供更良好的環(huán)境氛圍。后臺管理軟件可以自動獲取每個燈具的開關情況和實際的耗能情況，可以根據(jù)外部環(huán)境的表現(xiàn)，對燈具亮度進行自動調節(jié)，進而讓燈具光線達到自然光的狀態(tài)，實現(xiàn)節(jié)能減排的終目標。

3.4延長燈具壽命

智能照明系統(tǒng)的控制模塊可以對燈具進行軟啟動控制活動，這樣可以盡可能地規(guī)避電網(wǎng)對燈具所產(chǎn)生的不良影響。除此之外，對燈具的開關進行自動化的控制，也能夠不斷減少無效照明時間，延長燈具的使用時間。這可以節(jié)約更多的成本，而且對于大量使用燈具并且安裝困難的大型廠房而言，具有十分重要的現(xiàn)實作用。

3.5提高精細化管理水平

智能照明系統(tǒng)可以使原有的人工作業(yè)模式朝著自動化作業(yè)模式的方向不斷地轉化，如此一來，為高素質管理人員的科學管理搭建了堅實的平臺。對照明設備的能源消耗情況進行全面采集，形成數(shù)據(jù)報表，可以為后續(xù)的精細化管理打下基礎。

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，技術成熟可靠，安全穩(wěn)定。開關驅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)結構

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)開關控制；每個模塊、樓層都有相應的模塊控制開關和樓層控制開關，也可以一個模塊或者整個樓層實現(xiàn)開關控制。

4）開關驅動器支持過零觸發(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，開關驅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狀態(tài)是確定與可控的。

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

7）點擊場景控件，打開或者關閉對應場景設置，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，實現(xiàn)日落開燈、日出關燈的功能。

10）所有定時控制計劃均可下發(fā)保存至驅動模塊；當上位機系統(tǒng)故障或模塊離線時，驅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)結構是分布式總線結構；系統(tǒng)內各元件不依賴于其他元件而能夠獨立工作；系統(tǒng)內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或三方集成平臺接口，采用modbus、opc等方式。

4.5設備選型

5結束語

借助智能照明系統(tǒng)，能夠對整個工業(yè)廠房的燈具進行更為便捷的自動化控制活動，可以取得更為良好的節(jié)能效果。如此一來，可以提升整個廠區(qū)的能源管理質量，智能照明系統(tǒng)的全面引入對于工作環(huán)境的優(yōu)化及工作效率的提升也具有十分重要的作用。

參考文獻

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