基于廠(chǎng)房智能照明系統改造的研究

【摘要】：某廠(chǎng)房照明通過(guò)節能改造，實(shí)現了照明系統的智能控制，達到節能減排、經(jīng)濟運行的目的。

【關(guān)鍵字】：智能照明；LED燈具；廠(chǎng)房照明

0引言

某廠(chǎng)房照明系統改造前燈具采用金鹵燈，共292套，安裝高度18m。金鹵燈功率大、功率因數低、能耗高。照明控制采用人工手動(dòng)控制方式，效率低、容易出現人為的漏操作或誤操作，無(wú)法及時(shí)獲取現場(chǎng)環(huán)境及照度需求信息，照明系統適應性較差，且燈具無(wú)法調光，存在嚴重的電能浪費情況，因此車(chē)間立項進(jìn)行了針對照明系統的節能改造。

1廠(chǎng)房照明現狀分析

1.1能耗高

金鹵燈照明系統現場(chǎng)分布情況如表1所示，其電耗包括金鹵燈具本身、整流器和線(xiàn)路損耗。以功率為400W的金鹵燈為例，其實(shí)際功率為440W左右(包含整流器)。與LED燈具(功率因數一般為0.95以上)相比，金鹵燈功率因數低(功率因數一般為0.4~0.9)，運行電流高，從而增加了線(xiàn)路損耗。在滿(mǎn)足同樣照度的情況下，IED燈具比金鹵燈的效率大大提高。

表1現場(chǎng)燈具分布情況

1.2控制方式落后

原廠(chǎng)房燈具通過(guò)6個(gè)照明配電柜進(jìn)行人工手動(dòng)控制，照明配電柜面板設置按鈕、柜內安裝斷路器和接觸器，每個(gè)配電柜設置6~10個(gè)照明回路，每個(gè)回路控制9~12套燈具。照明開(kāi)關(guān)只能通過(guò)配電柜面板進(jìn)行人工手動(dòng)操作控制，增加了現場(chǎng)日常運行管理的工作量。而且經(jīng)常出現局部區域白天可以采用自然采光照明也未關(guān)閉照明系統的情況，不能實(shí)現照度控制和時(shí)間控制。綜上所述，廠(chǎng)房原有照明系統運行效率低，且難以避免人為的漏操作或誤操作，無(wú)法及時(shí)獲取現場(chǎng)環(huán)境及照度需求情況信息，系統適應性較差，且燈具無(wú)法調光，控制手段十分落后，不能滿(mǎn)足節能降耗、自動(dòng)控制的需求。而采用改進(jìn)后的乙二醇熱回收系統，由于再熱負荷的大幅降低和新風(fēng)預處理能力的增加，使得該系統的節能率大大增加。冬季由于新、排風(fēng)間的溫差較大，熱回收*要高于夏季，節能率十分可觀(guān)。

(2)采用乙二醇熱回收系統能較好地應用于甲類(lèi)廠(chǎng)房，解決了傳統熱回收系統新排風(fēng)交叉污染的問(wèn)題，通過(guò)對乙二醇熱回收系統的改進(jìn)，可以進(jìn)一步降低甲類(lèi)廠(chǎng)房空調系統的能耗。

2智能照明系統改造

2.1改造目標

(1)改造后廠(chǎng)房工作面平均照度不低150lx，滿(mǎn)足運行要求，且光照均勻。

(2)選用LED燈具功率因數不低于0.95。

(3)LED燈具可按照預先設定，實(shí)現分回路定時(shí)自動(dòng)開(kāi)關(guān)及調光功能。

(4)采用獨立智能照明控制系統，對各區域的燈具分回路進(jìn)行控制。燈具可在0-全額定功率范圍內進(jìn)行調節。燈具可長(cháng)時(shí)間工作，不會(huì )造成燈具、電纜等元件的過(guò)熱、燒損。

(5)智能照明系統配置照度感應器，當照度感應器監測到照度值小于設定值時(shí)，控制系統各分回路燈具執行預設的開(kāi)關(guān)燈命令，對現場(chǎng)照度進(jìn)行自動(dòng)調節。

(6)自動(dòng)執行預設的分回路燈具管理控制任務(wù)，手動(dòng)/自動(dòng)工作狀態(tài)可按實(shí)際需要進(jìn)行切換。

(7)智能照明控制系統具備數據存儲、數據查詢(xún)功能，可以存儲系統運行情況的歷史記錄、實(shí)時(shí)電能等。

2.2改造內容

2.2.1更換燈具

控采用新型節能LED燈具更換原有的金鹵燈具，改善廠(chǎng)房照度水平，詳細配置如表2所示。

表2節能LED燈具配置

燈具采用嵌入式軟件控制，實(shí)現恒功率、電磁兼容、恒流等功能，確保燈具在85~300V的寬幅電壓范圍內穩定工作，功率因數可達0.95以上。優(yōu)化光學(xué)設計，光線(xiàn)柔和、配光均勻、反光效率高，對每盞燈具的配光可以靈活調整使用，以適應高大廠(chǎng)房25~40m高度照明的需要。采用LED作為光源，光效高、光照均勻、顯色性好、使用壽命達60000h以上。燈具結構一體化、抗沖擊、抗振動(dòng)、密封防水等性能良好，適應振動(dòng)，濕熱、粉塵等工作環(huán)境。采用高強度合金外殼，其表面經(jīng)高壓靜電噴塑處理，防腐等級WF2。采用吊環(huán)式、吊頂式安裝。LED燈具的詳細參數見(jiàn)表3。

表3 LED燈具參數

2.2.2新增無(wú)線(xiàn)智能控制系統

新增廠(chǎng)房照明智能控制系統，可以對照明燈具進(jìn)行智能監控，以提高照明系統的自動(dòng)化水平，其結構原理如圖1所示。

圖1鄉智能控制系統結構原理

2.2.2.1控制功能

(1)單燈控制：所有燈具都加裝了單燈控制器，以實(shí)現燈具單燈控制?？刂葡到y可以實(shí)時(shí)監測所有燈具的電流、電壓、功率狀態(tài)。

(2)編組控制：能夠對加裝單燈控制器的燈具按照區域進(jìn)行自定義編組，可以按小區域分組、也可以按大區域進(jìn)行分組，還可以整編小區域后再組成大區域，以實(shí)現一鍵式組控。

(3)燈具調光：能夠對加裝單燈控制器的燈具進(jìn)行系統設定調光，也可以進(jìn)行手動(dòng)調光控制?？梢砸勒照彰饕幝蛇M(jìn)行系統后臺編程，實(shí)現自動(dòng)控制調光，也可以通過(guò)系統后臺對單燈/編組燈具進(jìn)行手動(dòng)控制調光。

(4)地圖顯示、實(shí)時(shí)監控：通過(guò)系統后臺地圖顯示功能，實(shí)時(shí)監測終端設備的運行狀態(tài)，

(5)故障報警：通過(guò)在系統后臺預設報警閾值，實(shí)現燈具故障報警。通過(guò)地圖顯示功能，可以直接顯示故障燈具位置，減少人員查找故障燈具的時(shí)間，提高維護效率。

(6)遠程操作及遠程監控：可以通過(guò)PC端或手機APp遠程控制燈具，查看現場(chǎng)燈具工作狀態(tài)的功能接口。系統支持互聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò )監控功能，可以通過(guò)PC機、智能終端等設備，通過(guò)身份及密碼認證，監測及遠程控制區域內的照明系統(手機App僅廣域網(wǎng)組網(wǎng)可用)。

(7)能耗分析：通過(guò)加裝數字智能電表，能夠對區域內燈具的能耗進(jìn)行統計、記錄及分析。

(8)數據存儲及導出：系統后臺可自動(dòng)存儲系統設備執行任務(wù)記錄和控制事件日志，支持數據導出和保存

2.2.2.2系統特點(diǎn)

采用基于擴頻技術(shù)的超遠距離無(wú)線(xiàn)智能控制系統其無(wú)線(xiàn)傳輸方案具有穿透性強、傳播距離遠、信號穩定、傳輸延時(shí)小的特點(diǎn)，下行通信采用433MHz頻段。

(1)操作簡(jiǎn)便：在主控室通過(guò)后臺或手機對現場(chǎng)所有區域燈具進(jìn)行集中控制、設置場(chǎng)景，能夠通過(guò)照度傳感器、雷達傳感器實(shí)現按需控制、實(shí)時(shí)控制。

(2)適應性強：系統采用BS架構，無(wú)需安裝客戶(hù)端軟件，可擴展性強，支持多種通信方式接人?？梢约嫒軵C(PowerLineCarrier，電力載波)現場(chǎng)總線(xiàn)、2G3G/4G等不同的通信設備同時(shí)接人。系統支持擴展功能，且具備接人智慧工廠(chǎng)集控中心的擴展接口。

(3)GIS地圖：支持2D/3D地圖切換、地圖矢量縮放功能，支持用戶(hù)地圖導人系統，可以顯示經(jīng)緯度坐標。

(4)權限設置：系統具有合理的用戶(hù)分級權限設定，可在同一服務(wù)器上為不同用戶(hù)劃分不同的權限和角色。角色所具有的權限可以動(dòng)態(tài)修改分配，包括用戶(hù)的瀏覽、添加、刪除、修改等操作權限，支持禁用用戶(hù)功能，以防止誤操作。

(5)安全性：智能照明系統具備當網(wǎng)絡(luò )通信異常時(shí)，保證燈具常亮的功能。

2.2.2.3智能照明控制箱

在原有照明配電柜旁新增3臺智能照明控制箱。原有電氣管線(xiàn)原則上利1日，對部分老舊線(xiàn)纜、鋼管進(jìn)行更換。施工中應做好保護接地，施工完畢后恢復防火封堵。

2.2.2.4系統通信

系統可以采用局域網(wǎng)、廣域網(wǎng)部署，各主控箱網(wǎng)關(guān)與系統后臺服務(wù)器通過(guò)光纖通信。各主控箱網(wǎng)關(guān)與燈具和智能開(kāi)關(guān)模塊通信方式采用433MHz無(wú)線(xiàn)傳輸通信方式。

2.3照度效果

所有區域平均照度均不小于150lx，部分區域照度模擬效果如圖2所示。

圖2照度模擬效果

2.4節能分析

采用有效、節能的LED照明燈具實(shí)現節能降耗通過(guò)多種智能控制方式，在滿(mǎn)足現場(chǎng)作業(yè)照明的前提下提高燈具利用效率，以實(shí)現節能降耗。采用單燈控制器，對燈具進(jìn)行單獨調光控制，以實(shí)現節能降耗。系統自動(dòng)控制、自動(dòng)開(kāi)關(guān)調光，無(wú)需人工操作，可以控制能耗。智能調光按照白天14h、平均50%功率運行夜間10h、全滿(mǎn)功率運行。

改造前，廠(chǎng)房共有400W金鹵燈總數236套，單燈實(shí)際功率約440W；250W金鹵燈總數56套，單燈實(shí)際功率約280W，合計292套，總功率119.52kW。改造后，廠(chǎng)房共有200WLED燈具260套，25WLED燈具32套，合計292套，總功率52.8kw，較改造前下降66.72kW。智能照明亮燈時(shí)間按每日14h50%功率10h全功率計算，每年可節約電能119.52x24x365-52.8x(14x50%+10x全)x365=719371.2kw·h，按電價(jià)0.66元/千萬(wàn)時(shí)計算可節約電費47.48萬(wàn)元。

3安科瑞智能照明控制系統

3.1概述

ALIBUS智能照明產(chǎn)品采用RS485總線(xiàn)技術(shù)，技術(shù)成熟可靠，安全穩定。開(kāi)關(guān)驅動(dòng)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(shí)預留I/O口以及Modbus接口，還可以滿(mǎn)足與AcrelEMS企業(yè)微電網(wǎng)管理云平臺進(jìn)行數據交換。

3.2應用場(chǎng)所

適合于各類(lèi)智能小區、醫院、學(xué)校、酒店，以及體育場(chǎng)所、機場(chǎng)、隧道、車(chē)站等大型公建項目的照明控制需求。

3.3系統結構

3.4系統功能

1）實(shí)時(shí)檢測并顯示各個(gè)模塊的在線(xiàn)狀態(tài)，反饋現場(chǎng)受控回路的開(kāi)關(guān)狀態(tài)，監控界面按照樓層各分區的布局和回路列表來(lái)瀏覽。

2）當發(fā)生模塊離線(xiàn)、網(wǎng)關(guān)設備掉線(xiàn)或者狀態(tài)反饋和下發(fā)控制命令不一致時(shí)會(huì )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(gè)照明回路實(shí)現開(kāi)關(guān)控制；每個(gè)模塊、樓層都有相應的模塊控制開(kāi)關(guān)和樓層控制開(kāi)關(guān)，也可以一個(gè)模塊或者整個(gè)樓層實(shí)現開(kāi)關(guān)控制。

4）開(kāi)關(guān)驅動(dòng)器支持過(guò)零觸發(fā)功能，負載（燈具）的分合操作僅在交流電過(guò)零時(shí)進(jìn)行；可有效減少電磁干擾以及對電網(wǎng)的沖擊，延長(cháng)燈具與控制裝置的壽命。

5）對每個(gè)照明回路可以預設掉電狀態(tài)，當照明電源掉電時(shí)，開(kāi)關(guān)驅動(dòng)器會(huì )自動(dòng)切換到預設的掉電狀態(tài)；確保重新上電時(shí)燈具的開(kāi)關(guān)狀態(tài)是確定與可控的。

6）拖動(dòng)調光控件，照明設備從0%到全進(jìn)行調光，可以對單個(gè)照明回路實(shí)現調光控制，調光總控可以對一個(gè)模塊的照明回路實(shí)現調光控制，也可以對多個(gè)照明回路實(shí)現調光控制，通過(guò)圖標的亮滅狀態(tài)反饋現場(chǎng)開(kāi)關(guān)的狀態(tài)。

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

8）設置定時(shí)時(shí)間，確認時(shí)間點(diǎn)后，對該事件點(diǎn)執行的動(dòng)作進(jìn)行設置，設置燈在設定的時(shí)間點(diǎn)亮或者滅。

9）系統可以通過(guò)預設的當地經(jīng)緯度信息，自動(dòng)計算每天的日升日落時(shí)間；根據天文時(shí)鐘控制照明開(kāi)關(guān)，實(shí)現日落開(kāi)燈、日出關(guān)燈的功能。

10）所有定時(shí)控制計劃均可下發(fā)保存至驅動(dòng)模塊；當上位機系統故障或模塊離線(xiàn)時(shí)，驅動(dòng)模塊可以利用自帶的RTC時(shí)鐘維持定時(shí)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(xiàn)結構；系統內各元件不依賴(lài)于其他元件而能夠獨立工作；系統內各元件可以通過(guò)程序的設定實(shí)現功能的多樣性。

12）預留BA或第三方集成平臺接口，采用modbus、opc等方式。

3.5設備選型

4結束語(yǔ)

LED燈具在同等照度條件下消耗的功率比傳統燈具大幅降低。本文使用有效、節能的LED照明燈具替代高耗能的金鹵燈具，并增設智能照明控制系統，大大提高了照明利用效率，實(shí)現了照明系統的節能智能控制。

參考文獻：

[1]周勇.廠(chǎng)房智能照明系統改造[J]．設備管理與維修.2024(3):129-131

[2]賈正松.基于單片機實(shí)現智能照明控制系統設計[J].現代電子技術(shù)，2009(17):105-107

[3]竇林平.國內LED照明應用探討[J].照明工程學(xué)報，2011，22(6):51-59

[4]肖輝.電氣照明技術(shù)[M].北京:機械工業(yè)出版社，2009

[5]安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設計與應用手冊.2022年05版

安科瑞唐曉娟13774431042