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(zhì)量的好壞對生產(chǎn)安全、勞動生產(chǎn)率、產(chǎn)品質(zhì)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(yīng)用進(jìn)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(xì)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(guān)鍵詞】:智能照明系統(tǒng)；工業(yè)廠房；節(jié)能設(shè)計

0引言

傳統(tǒng)照明系統(tǒng)的控制開關(guān)容量和負(fù)載直接相關(guān)，如果負(fù)載比較大，就需要對開關(guān)容量進(jìn)行全面控制。如果開關(guān)距離負(fù)載的距離比較遠(yuǎn)，需要加大電纜截面。傳統(tǒng)照明系統(tǒng)只進(jìn)行了照明開關(guān)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(jìn)行全面調(diào)控，照明只有開和關(guān)兩種狀態(tài)。隨著電子技術(shù)及計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)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(yīng)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(guān)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(nèi)安裝的模塊：開關(guān)驅(qū)動器、調(diào)光驅(qū)動器、IP協(xié)議轉(zhuǎn)換器、中繼器等。這些模塊均可通過標(biāo)準(zhǔn)導(dǎo)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(yīng)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(fù)載直接和控制系統(tǒng)的驅(qū)動器相互關(guān)聯(lián)，每一個輸入模塊和驅(qū)動器都可以借助總線線纜進(jìn)行高度的連接融合。智能面板一旦檢測到相關(guān)信號，便會通過總線線纜進(jìn)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(guān)情況等進(jìn)行全面調(diào)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(jìn)行自動調(diào)控。

（3）定時控制：根據(jù)之前已經(jīng)預(yù)設(shè)好的運行時間對燈光進(jìn)行控制，這樣能夠在非正常工作時間內(nèi)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(wù)，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(jìn)行聯(lián)動控制。

1.4智能照明系統(tǒng)的優(yōu)點

（1）技術(shù)成熟可靠：智能照明系統(tǒng)采用RS485總線技術(shù)，技術(shù)成熟可靠、安全穩(wěn)定，是目前市場上應(yīng)用廣泛的現(xiàn)場控制總線技術(shù)；采用超六類屏蔽網(wǎng)線，并借鑒POE供電技術(shù)，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(jié)構(gòu)，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(hù)方便：升級系統(tǒng)內(nèi)元件或者更新系統(tǒng)功能時，不需要重新布線，不需要關(guān)閉整個系統(tǒng)，維護(hù)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(shè)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(jìn)行對接，在出現(xiàn)消防報警時，能夠強制性地打開應(yīng)急回路，為人員的疏散打下基礎(chǔ)。

2工業(yè)廠房各區(qū)域智能照明系統(tǒng)的應(yīng)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(dāng)白天正午照度充足時，系統(tǒng)自動關(guān)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(dāng)前照度值是否在國值范圍內(nèi)，還可檢測當(dāng)前區(qū)域是否有人，然后經(jīng)過邏輯判斷，確定開啟或關(guān)閉當(dāng)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(dāng)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(dāng)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(nèi)，此時受控回路的燈會自動關(guān)閉。

在自動控制的同時，也可手動控制開啟或關(guān)閉某些回路。在適當(dāng)位置可以安裝智能面板，在自動控制關(guān)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(guān)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(jié)合，使得控制體驗更加人性化。

如果工人長時間離開當(dāng)前工作區(qū)，而忘了關(guān)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(yuǎn)程控制關(guān)燈。就地控制和遠(yuǎn)程控制相結(jié)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(yuǎn)程控制、在靠窗位置用照度傳感器實現(xiàn)自動感應(yīng)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(guān)燈。也可以安裝人體運動感應(yīng)傳感器，實現(xiàn)燈具的自動控制。當(dāng)工作人員進(jìn)入操作間后，傳感器感應(yīng)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(nèi)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(nèi)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(guān)控制一組、幾組或所有照明，相關(guān)控制邏輯策略可以隨時通過軟件編程靈活調(diào)整，辦公室重新布置、劃分時無須對原有線路進(jìn)行調(diào)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(guān)閉臨窗的燈具，避免能源浪費。室內(nèi)工位上方加裝微動傳感器，可以檢測員工手臂與身體的細(xì)微動作，從而判斷相關(guān)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(jié)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(jìn)行集中遠(yuǎn)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(yù)設(shè)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(yù)設(shè)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(diào)光調(diào)色溫功能的燈具，配套調(diào)色驅(qū)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(guān)區(qū)域，在此不再贅述，主要是通過技術(shù)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(nèi)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(jìn)行應(yīng)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(yù)設(shè)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(nèi)的熱水器、插座等非照明負(fù)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(jìn)行自動控制。微波傳感器具有探測距離遠(yuǎn)、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(yīng)，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(dāng)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(guān)燈；夜晚來臨或重陰天日光照度不夠時，如果有人或車輛進(jìn)入裝卸區(qū)開始作業(yè)，可以自動開燈，待裝卸作業(yè)結(jié)束、人員車輛離開后，延遲一小段時間自動關(guān)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(shè)定開關(guān)燈計劃，上班時間開燈，下班后自動關(guān)燈。在倉庫出入口等適當(dāng)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(guān)控制，用于臨時加班操作。加班結(jié)束，既可以通過輸入口的控制面板手動關(guān)燈，也可以延時自動熄燈，或在值班室遠(yuǎn)程操作關(guān)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(jìn)入倉庫時，手動開燈，工人離開時，延時關(guān)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(yīng)傳感器，實現(xiàn)燈具的自動控制，當(dāng)有工作人員進(jìn)入操作間后，傳感器感應(yīng)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(dāng)?shù)厝粘鋈章鋾r間進(jìn)行開關(guān)燈操作，做到天亮關(guān)燈，天黑開燈，節(jié)約能源?？梢栽陂_關(guān)驅(qū)動器上設(shè)置天文時鐘定時功能，到點執(zhí)行開關(guān)燈任務(wù)。

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(shè)定開關(guān)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(yuǎn)程操作開關(guān)。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(shè)定門禁，員工刷卡后進(jìn)入球場，同時自動打開球場燈光照明，開始計費；結(jié)束后，人員刷卡離開球場，結(jié)算費用并自動關(guān)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(yù)設(shè)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(dá)成“雙碳"目標(biāo)作出貢獻(xiàn)。

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(yù)設(shè)照明場景來做到一鍵切換，還可以將室內(nèi)部分燈具替換為可調(diào)光的燈具，并配套調(diào)光驅(qū)動器，通過對室內(nèi)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(yīng)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?qū)φ麄€廠房的照明系統(tǒng)根據(jù)生產(chǎn)計劃或者作業(yè)日程進(jìn)行全自動化的管理，不需要外界的手動干預(yù)，便可以取得良好的照明效果。例如，在一個工作日正式結(jié)束之前，系統(tǒng)會對整個控制區(qū)域內(nèi)部的作業(yè)人員進(jìn)行自動化的探測，無人區(qū)域的燈光會逐漸變暗，甚至是關(guān)閉；有人區(qū)域的燈光會逐漸調(diào)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(yīng)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(guān)，這樣延長了設(shè)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(yīng)的控制關(guān)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(luò)性和可視化特征都相當(dāng)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(guān)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(jìn)行自動調(diào)節(jié)，進(jìn)而讓燈具光線達(dá)到自然光的狀態(tài)，實現(xiàn)節(jié)能減排的終目標(biāo)。

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(jìn)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(guān)進(jìn)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(xì)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(zhuǎn)化，如此一來，為高素質(zhì)管理人員的科學(xué)管理搭建了堅實的平臺。對照明設(shè)備的能源消耗情況進(jìn)行全面采集，形成數(shù)據(jù)報表，可以為后續(xù)的精細(xì)化管理打下基礎(chǔ)。

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(shè)計，可以任意拼接擴展，同時預(yù)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(jìn)行數(shù)據(jù)交換。

4.2應(yīng)用場所

適合于各類智能小區(qū)、醫(yī)院、學(xué)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(dāng)發(fā)生模塊離線、網(wǎng)關(guān)設(shè)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(yīng)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(fù)載（燈具）的分合操作僅在交流電過零時進(jìn)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(yù)設(shè)掉電狀態(tài)，當(dāng)照明電源掉電時，開關(guān)驅(qū)動器會自動切換到預(yù)設(shè)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(shè)備從0%到100%進(jìn)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(biāo)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(yīng)場景設(shè)置，軟件界面上顯示不同的場景模式和場景功能，通過圖標(biāo)的亮滅顯示對應(yīng)的場景狀態(tài)是打開還是關(guān)閉。

8）設(shè)置定時時間，確認(rèn)時間點后，對該事件點執(zhí)行的動作進(jìn)行設(shè)置，設(shè)置燈在設(shè)定的時間點亮或者滅。

9）系統(tǒng)可以通過預(yù)設(shè)的當(dāng)?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(dāng)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(shè)定實現(xiàn)功能的多樣性。

12）預(yù)留BA或三方集成平臺接口，采用modbus、opc等方式。

4.5設(shè)備選型

5結(jié)束語

借助智能照明系統(tǒng)，能夠?qū)φ麄€工業(yè)廠房的燈具進(jìn)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(zhì)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(xiàn)

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