智能照明系統在工廠廠房中的應用研究

任運業

安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定 201801

【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安全、勞動生產率、產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的應用進行了深度的探索。在工業廠房中引入智能照明系統，實施的管理方法，可實現對工業廠房照明的精細化控制，為員工提供明亮的工作環境，舒適的居住環境，同時可獲得較為可觀的節能效果。

【關鍵詞】:智能照明系統；工業廠房；節能設計

0引言

傳統照明系統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。傳統照明系統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。隨著電子技術及計算機網絡技術的發展，照明系統的智能化和現代化屬性更為強烈，應用智能照明系統可以為廣大用戶主體營造良好的照明環境，不斷降低能源消耗總量。

1智能照明系統概述

1.1智能照明系統的組成

燈具及控制模塊是智能照明系統關鍵的組成要素，智能照明系統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、走道等控制現場。

（3）在中控室安裝的模塊：集中控制器、監控主機等。

1.2智能照明系統的工作原理

在整個智能照明系統中，受控的負載直接和控制系統的驅動器相互關聯，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送。

1.3智能照明系統的主要控制方式

（1）手動控制：以具體的訴求為依據，對安裝在各個區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：可以積極發揮功能不同的傳感器的作用，根據外界環境的變動對燈光進行自動調控。

（3）定時控制：根據之前已經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：實時監控所有的控制活動，并且能夠為整個區域提供照明服務，這種控制方式節約了大量的人力資源和電力資源。

（5）聯動控制：照明系統能夠和工廠的管理系統直接對接，進行聯動控制。

1.4智能照明系統的優點

（1）技術成熟可靠：智能照明系統采用RS485總線技術，技術成熟可靠、安全穩定，是目前市場上應用廣泛的現場控制總線技術；采用超六類屏蔽網線，并借鑒POE供電技術，在同一條線纜實現系統供電與通信，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：升級系統內元件或者更新系統功能時，不需要重新布線，不需要關閉整個系統，維護十分方便。

（4）操作簡單：要實現多點控制時，無須增加連接線，只需更改設備參數，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。也可以和消防系統進行對接，在出現消防報警時，能夠強制性地打開應急回路，為人員的疏散打下基礎。

2工業廠房各區域智能照明系統的應用

2.1工業車間

2.1.1大操作間

正常工作期間，照度不夠時，系統能自動開燈；當白天正午照度充足時，系統自動關閉部分臨窗區域的燈具。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，還可檢測當前區域是否有人，然后經過邏輯判斷，確定開啟或關閉當前區域的照明。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域有人時，受控回路的燈會自動亮起；當檢測到該區域無人時，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。面板控制可實現單燈控制、分區控制、整個區域全開全關控制，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，而忘了關閉該區的照明燈時，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。在該區域可以安裝智能面板，實現就地控制功能。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

2.2.1公共辦公區

在公共辦公區，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，從而判斷相關區域是否有人正在伏案工作，可以實現工作時自動開燈，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，還可以在監控室對整個廠區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

辦公區的走廊、茶水間、洗手間等區域的控制策略類似于車間的相關區域，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，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、提升節能效果、保障用電安全。

2.4倉庫

2.4.1裝卸區

針對裝卸區，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。照度傳感器可同步檢測當前區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開始作業，可以自動開燈，待裝卸作業結束、人員車輛離開后，延遲一小段時間自動關燈。

2.4.2倉儲區

倉儲區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，可采用定時控制的策略，依據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分區控制或整個區域全開全關控制，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。在該區域安裝智能面板，可以實現就地控制功能。或通過安裝人體運動感應傳感器，實現燈具的自動控制，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廠區道路及戶外空間

2.5.1廠區道路

廠區所有道路可根據當地日出日落時間進行開關燈操作，做到天亮關燈，天黑開燈，節約能源。可以在開關驅動器上設置天文時鐘定時功能，到點執行開關燈任務。

2.5.2戶外空間

戶外球場等區域可以依據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控室遠程操作開關。如有需要的話，還可以與園區一卡通等系統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境。

3智能照明系統在工廠的應用效果

3.1實現照明的智能化管理

有了智能照明系統的支撐，能夠對整個廠房的照明系統根據生產計劃或者作業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，系統會對整個控制區域內部的作業人員進行自動化的探測，無人區域的燈光會逐漸變暗，甚至是wan全關閉；有人區域的燈光會逐漸調節到夜間工作的狀態，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，線路不需要經過多次開關，這樣延長了設備的壽命。在系統安裝完成之后，可以通過集中控制建立相應的控制關系。相比于傳統的照明模式，可以節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節約能源

智能照明系統的網絡性和可視化特征都相當明顯，可以為后續的可視化管理提供更良好的環境氛圍。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，可以根據外部環境的表現，對燈具亮度進行自動調節，進而讓燈具光線達到自然光的狀態，實現節能減排的終目標。

3.4延長燈具壽命

智能照明系統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避電網對燈具所產生的不良影響。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，具有十分重要的現實作用。

3.5提高精細化管理水平

智能照明系統可以使原有的人工作業模式朝著自動化作業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，形成數據報表，可以為后續的精細化管理打下基礎。

4安科瑞智能照明控制系統

4.1概述

ALIBUS智能照明產品采用RS485總線技術，技術成熟可靠，安全穩定。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企業微電網管理云平臺進行數據交換。

4.2應用場所

適合于各類智能小區、醫院、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系統結構

4.4系統功能

1）實時檢測并顯示各個模塊的在線狀態，反饋現場受控回路的開關狀態，監控界面按照樓層各分區的布局和回路列表來瀏覽。

2）當發生模塊離線、網關設備掉線或者狀態反饋和下發控制命令不一致時會發生故障報警，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開關控制。

4）開關驅動器支持過零觸發功能，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，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；確保重新上電時燈具的開關狀態是確定與可控的。

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調光控制，調光總控可以對一個模塊的照明回路實現調光控制，也可以對多個照明回路實現調光控制，通過圖標的亮滅狀態反饋現場開關的狀態。

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）系統可以通過預設的當地經緯度信息，自動計算每天的日升日落時間；根據天文時鐘控制照明開關，實現日落開燈、日出關燈的功能。

10）所有定時控制計劃均可下發保存至驅動模塊；當上位機系統故障或模塊離線時，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行，不影響日常的照明控制效果。

11）系統結構是分布式總線結構；系統內各元件不依賴于其他元件而能夠獨立工作；系統內各元件可以通過程序的設定實現功能的多樣性。

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，能夠對整個工業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能效果。如此一來，可以提升整個廠區的能源管理質量，智能照明系統的全面引入對于工作環境的優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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[4].帥品格.地鐵車站照明系統節能研究與應用[D].南昌:南昌大學,2022.

[5].安科瑞企業微電網設計與應用手冊.2022年05版

[6].董俊峰,工廠廠房智能照明系統應用研究

作者簡介：任運業，男，現任職于安科瑞電氣股份有限公司。