基于廠房智能照明系統改造的研究

【摘要】：某廠房照明通過節能改造，實現了照明系統的智能控制，達到節能減排、經濟運行的目的。

【關鍵字】：智能照明；LED燈具；廠房照明

0引言

某廠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控制方式，效率低、容易出現人為的漏操作或誤操作，無法及時獲取現場環境及照度需求信息，照明系統適應性較差，且燈具無法調光，存在嚴重的電能浪費情況，因此車間立項進行了針對照明系統的節能改造。

1廠房照明現狀分析

1.1能耗高

金鹵燈照明系統現場分布情況如表1所示，其電耗包括金鹵燈具本身、整流器和線路損耗。以功率為400W的金鹵燈為例，其實際功率為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，從而增加了線路損耗。在滿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現場燈具分布情況

1.2控制方式落后

原廠房燈具通過6個照明配電柜進行人工手動控制，照明配電柜面板設置按鈕、柜內安裝斷路器和接觸器，每個配電柜設置6~10個照明回路，每個回路控制9~12套燈具。照明開關只能通過配電柜面板進行人工手動操作控制，增加了現場日常運行管理的工作量。而且經常出現局部區域白天可以采用自然采光照明也未關閉照明系統的情況，不能實現照度控制和時間控制。綜上所述，廠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，無法及時獲取現場環境及照度需求情況信息，系統適應性較差，且燈具無法調光，控制手段十分落后，不能滿足節能降耗、自動控制的需求。而采用改進后的乙二醇熱回收系統，由于再熱負荷的大幅降低和新風預處理能力的增加，使得該系統的節能率大大增加。冬季由于新、排風間的溫差較大，熱回收*要高于夏季，節能率十分可觀。

(2)采用乙二醇熱回收系統能較好地應用于甲類廠房，解決了傳統熱回收系統新排風交叉污染的問題，通過對乙二醇熱回收系統的改進，可以進一步降低甲類廠房空調系統的能耗。

2智能照明系統改造

2.1改造目標

(1)改造后廠房工作面平均照度不低150lx，滿足運行要求，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，實現分回路定時自動開關及調光功能。

(4)采用獨立智能照明控制系統，對各區域的燈具分回路進行控制。燈具可在0-全額定功率范圍內進行調節。燈具可長時間工作，不會造成燈具、電纜等元件的過熱、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，控制系統各分回路燈具執行預設的開關燈命令，對現場照度進行自動調節。

(6)自動執行預設的分回路燈具管理控制任務，手動/自動工作狀態可按實際需要進行切換。

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

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。優化光學設計，光線柔和、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、密封防水等性能良好，適應振動，濕熱、粉塵等工作環境。采用高強度合金外殼，其表面經高壓靜電噴塑處理，防腐等級WF2。采用吊環式、吊頂式安裝。LED燈具的詳細參數見表3。

表3 LED燈具參數

2.2.2新增無線智能控制系統

新增廠房照明智能控制系統，可以對照明燈具進行智能監控，以提高照明系統的自動化水平，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，以實現燈具單燈控制。控制系統可以實時監測所有燈具的電流、電壓、功率狀態。

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

(3)燈具調光：能夠對加裝單燈控制器的燈具進行系統設定調光，也可以進行手動調光控制。可以依照照明規律進行系統后臺編程，實現自動控制調光，也可以通過系統后臺對單燈/編組燈具進行手動控制調光。

(4)地圖顯示、實時監控：通過系統后臺地圖顯示功能，實時監測終端設備的運行狀態，

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

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

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

(8)數據存儲及導出：系統后臺可自動存儲系統設備執行任務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

采用基于擴頻技術的超遠距離無線智能控制系統其無線傳輸方案具有穿透性強、傳播距離遠、信號穩定、傳輸延時小的特點，下行通信采用433MHz頻段。

(1)操作簡便：在主控室通過后臺或手機對現場所有區域燈具進行集中控制、設置場景，能夠通過照度傳感器、雷達傳感器實現按需控制、實時控制。

(2)適應性強：系統采用BS架構，無需安裝客戶端軟件，可擴展性強，支持多種通信方式接人。可以兼容PC(PowerLineCarrier，電力載波)現場總線、2G3G/4G等不同的通信設備同時接人。系統支持擴展功能，且具備接人智慧工廠集控的擴展接口。

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

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

(5)安全性：智能照明系統具備當網絡通信異常時，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。原有電氣管線原則上利1日，對部分老舊線纜、鋼管進行更換。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、廣域網部署，各主控箱網關與系統后臺服務器通過光纖通信。各主控箱網關與燈具和智能開關模塊通信方式采用433MHz無線傳輸通信方式。

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照明燈具實現節能降耗通過多種智能控制方式，在滿足現場作業照明的前提下提高燈具利用效率，以實現節能降耗。采用單燈控制器，對燈具進行單獨調光控制，以實現節能降耗。系統自動控制、自動開關調光，無需人工操作，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、全滿功率運行。

改造前，廠房共有400W金鹵燈總數236套，單燈實際功率約440W；250W金鹵燈總數56套，單燈實際功率約280W，合計292套，總功率119.52kW。改造后，廠房共有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0.66元/千萬時計算可節約電費47.48萬元。

3安科瑞智能照明控制系統

3.1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。

3.2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。

3.3系統結構

3.4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%到全進行調光，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。

3.5設備選型

4結束語

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，實現了照明系統的節能智能控制。

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