基于廠房智能照明系統(tǒng)改造的研究

安科瑞 陳聰

【摘要】：某廠房照明通過節(jié)能改造，實(shí)現(xiàn)了照明系統(tǒng)的智能控制，達(dá)到節(jié)能減排、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的目的。

【關(guān)鍵字】：智能照明；LED燈具；廠房照明

0引言

某廠房照明系統(tǒng)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(shù)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(xiàn)人為的漏操作或誤操作，無法及時(shí)獲取現(xiàn)場環(huán)境及照度需求信息，照明系統(tǒng)適應(yīng)性較差，且燈具無法調(diào)光，存在嚴(yán)重的電能浪費(fèi)情況，因此車間立項(xiàng)進(jìn)行了針對照明系統(tǒng)的節(jié)能改造。

1廠房照明現(xiàn)狀分析

1.1能耗高

金鹵燈照明系統(tǒng)現(xiàn)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(shí)際功率為440W左右(包含整流器)。與LED燈具(功率因數(shù)一般為0.95以上)相比，金鹵燈功率因數(shù)低(功率因數(shù)一般為0.4~0.9)，運(yùn)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(xiàn)場燈具分布情況

1.2控制方式落后

原廠房燈具通過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(shè)置按鈕、柜內(nèi)安裝斷路器和接觸器，每個(gè)配電柜設(shè)置6~10個(gè)照明回路，每個(gè)回路控制9~12套燈具。照明開關(guān)只能通過配電柜面板進(jìn)行人工手動(dòng)操作控制，增加了現(xiàn)場日常運(yùn)行管理的工作量。而且經(jīng)常出現(xiàn)局部區(qū)域白天可以采用自然采光照明也未關(guān)閉照明系統(tǒng)的情況，不能實(shí)現(xiàn)照度控制和時(shí)間控制。綜上所述，廠房原有照明系統(tǒng)運(yùn)行效率低，且難以避免人為的漏操作或誤操作，無法及時(shí)獲取現(xiàn)場環(huán)境及照度需求情況信息，系統(tǒng)適應(yīng)性較差，且燈具無法調(diào)光，控制手段十分落后，不能滿足節(jié)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(tǒng)，由于再熱負(fù)荷的大幅降低和新風(fēng)預(yù)處理能力的增加，使得該系統(tǒng)的節(jié)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(jié)能率十分可觀。

(2)采用乙二醇熱回收系統(tǒng)能較好地應(yīng)用于甲類廠房，解決了傳統(tǒng)熱回收系統(tǒng)新排風(fēng)交叉污染的問題，通過對乙二醇熱回收系統(tǒng)的改進(jìn)，可以進(jìn)一步降低甲類廠房空調(diào)系統(tǒng)的能耗。

2智能照明系統(tǒng)改造

2.1改造目標(biāo)

(1)改造后廠房工作面平均照度不低150lx，滿足運(yùn)行要求，且光照均勻。

(2)選用LED燈具功率因數(shù)不低于0.95。

(3)LED燈具可按照預(yù)先設(shè)定，實(shí)現(xiàn)分回路定時(shí)自動(dòng)開關(guān)及調(diào)光功能。

(4)采用獨(dú)立智能照明控制系統(tǒng)，對各區(qū)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(nèi)進(jìn)行調(diào)節(jié)。燈具可長時(shí)間工作，不會(huì)造成燈具、電纜等元件的過熱、燒損。

(5)智能照明系統(tǒng)配置照度感應(yīng)器，當(dāng)照度感應(yīng)器監(jiān)測到照度值小于設(shè)定值時(shí)，控制系統(tǒng)各分回路燈具執(zhí)行預(yù)設(shè)的開關(guān)燈命令，對現(xiàn)場照度進(jìn)行自動(dòng)調(diào)節(jié)。

(6)自動(dòng)執(zhí)行預(yù)設(shè)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(tǒng)具備數(shù)據(jù)存儲、數(shù)據(jù)查詢功能，可以存儲系統(tǒng)運(yùn)行情況的歷史記錄、實(shí)時(shí)電能等。

2.2改造內(nèi)容

2.2.1更換燈具

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

表2節(jié)能LED燈具配置

燈具采用嵌入式軟件控制，實(shí)現(xiàn)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(nèi)穩(wěn)定工作，功率因數(shù)可達(dá)0.95以上。優(yōu)化光學(xué)設(shè)計(jì)，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(diào)整使用，以適應(yīng)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(dá)60000h以上。燈具結(jié)構(gòu)一體化、抗沖擊、抗振動(dòng)、密封防水等性能良好，適應(yīng)振動(dòng)，濕熱、粉塵等工作環(huán)境。采用高強(qiáng)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(xì)參數(shù)見表3。

表3 LED燈具參數(shù)

2.2.2新增無線智能控制系統(tǒng)

新增廠房照明智能控制系統(tǒng)，可以對照明燈具進(jìn)行智能監(jiān)控，以提高照明系統(tǒng)的自動(dòng)化水平，其結(jié)構(gòu)原理如圖1所示。

圖1鄉(xiāng)智能控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)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(xiàn)燈具單燈控制。控制系統(tǒng)可以實(shí)時(shí)監(jiān)測所有燈具的電流、電壓、功率狀態(tài)。

(2)編組控制：能夠?qū)友b單燈控制器的燈具按照區(qū)域進(jìn)行自定義編組，可以按小區(qū)域分組、也可以按大區(qū)域進(jìn)行分組，還可以整編小區(qū)域后再組成大區(qū)域，以實(shí)現(xiàn)一鍵式組控。

(3)燈具調(diào)光：能夠?qū)友b單燈控制器的燈具進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)定調(diào)光，也可以進(jìn)行手動(dòng)調(diào)光控制。可以依照照明規(guī)律進(jìn)行系統(tǒng)后臺編程，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制調(diào)光，也可以通過系統(tǒng)后臺對單燈/編組燈具進(jìn)行手動(dòng)控制調(diào)光。

(4)地圖顯示、實(shí)時(shí)監(jiān)控：通過系統(tǒng)后臺地圖顯示功能，實(shí)時(shí)監(jiān)測終端設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，

(5)故障報(bào)警：通過在系統(tǒng)后臺預(yù)設(shè)報(bào)警閾值，實(shí)現(xiàn)燈具故障報(bào)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(shí)間，提高維護(hù)效率。

(6)遠(yuǎn)程操作及遠(yuǎn)程監(jiān)控：可以通過PC端或手機(jī)APp遠(yuǎn)程控制燈具，查看現(xiàn)場燈具工作狀態(tài)的功能接口。系統(tǒng)支持互聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控功能，可以通過PC機(jī)、智能終端等設(shè)備，通過身份及密碼認(rèn)證，監(jiān)測及遠(yuǎn)程控制區(qū)域內(nèi)的照明系統(tǒng)(手機(jī)App僅廣域網(wǎng)組網(wǎng)可用)。

(7)能耗分析：通過加裝數(shù)字智能電表，能夠?qū)^(qū)域內(nèi)燈具的能耗進(jìn)行統(tǒng)計(jì)、記錄及分析。

(8)數(shù)據(jù)存儲及導(dǎo)出：系統(tǒng)后臺可自動(dòng)存儲系統(tǒng)設(shè)備執(zhí)行任務(wù)記錄和控制事件日志，支持?jǐn)?shù)據(jù)導(dǎo)出和保存

2.2.2.2系統(tǒng)特點(diǎn)

采用基于擴(kuò)頻技術(shù)的超遠(yuǎn)距離無線智能控制系統(tǒng)其無線傳輸方案具有穿透性強(qiáng)、傳播距離遠(yuǎn)、信號穩(wěn)定、傳輸延時(shí)小的特點(diǎn)，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(jī)對現(xiàn)場所有區(qū)域燈具進(jìn)行集中控制、設(shè)置場景，能夠通過照度傳感器、雷達(dá)傳感器實(shí)現(xiàn)按需控制、實(shí)時(shí)控制。

(2)適應(yīng)性強(qiáng)：系統(tǒng)采用BS架構(gòu)，無需安裝客戶端軟件，可擴(kuò)展性強(qiáng)，支持多種通信方式接人?？梢约嫒軵C(PowerLineCarrier，電力載波)現(xiàn)場總線、2G3G/4G等不同的通信設(shè)備同時(shí)接人。系統(tǒng)支持?jǐn)U展功能，且具備接人智慧工廠集控的擴(kuò)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(dǎo)人系統(tǒng)，可以顯示經(jīng)緯度坐標(biāo)。

(4)權(quán)限設(shè)置：系統(tǒng)具有合理的用戶分級權(quán)限設(shè)定，可在同一服務(wù)器上為不同用戶劃分不同的權(quán)限和角色。角色所具有的權(quán)限可以動(dòng)態(tài)修改分配，包括用戶的瀏覽、添加、刪除、修改等操作權(quán)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(tǒng)具備當(dāng)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。原有電氣管線原則上利1日，對部分老舊線纜、鋼管進(jìn)行更換。施工中應(yīng)做好保護(hù)接地，施工完畢后恢復(fù)防火封堵。

2.2.2.4系統(tǒng)通信

系統(tǒng)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(tǒng)后臺服務(wù)器通過光纖通信。各主控箱網(wǎng)關(guān)與燈具和智能開關(guān)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(qū)域平均照度均不小于150lx，部分區(qū)域照度模擬效果如圖2所示。

圖2照度模擬效果

2.4節(jié)能分析

采用有效、節(jié)能的LED照明燈具實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗通過多種智能控制方式，在滿足現(xiàn)場作業(yè)照明的前提下提高燈具利用效率，以實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗。采用單燈控制器，對燈具進(jìn)行單獨(dú)調(diào)光控制，以實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗。系統(tǒng)自動(dòng)控制、自動(dòng)開關(guān)調(diào)光，無需人工操作，可以控制能耗。智能調(diào)光按照白天14h、平均50%功率運(yùn)行夜間10h、全滿功率運(yùn)行。

改造前，廠房共有400W金鹵燈總數(shù)236套，單燈實(shí)際功率約440W；250W金鹵燈總數(shù)56套，單燈實(shí)際功率約280W，合計(jì)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(jì)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(jì)算，每年可節(jié)約電能119.52x24x365-52.8x(14x50%+10x全)x365=719371.2kw·h，按電價(jià)0.66元/千萬時(shí)計(jì)算可節(jié)約電費(fèi)47.48萬元。

3安科瑞智能照明控制系統(tǒng)

3.1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(dòng)器具備獨(dú)立工作的能力，適用于一些中小型的項(xiàng)目；模塊化設(shè)計(jì)，可以任意拼接擴(kuò)展，同時(shí)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。

3.2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(jī)場、隧道、車站等大型公建項(xiàng)目的照明控制需求。

3.3系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

3.4系統(tǒng)功能

1）實(shí)時(shí)檢測并顯示各個(gè)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(shí)會(huì)發(fā)生故障報(bào)警，并將故障報(bào)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(xiàn)開關(guān)控制；每個(gè)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(gè)模塊或者整個(gè)樓層實(shí)現(xiàn)開關(guān)控制。

4）開關(guān)驅(qū)動(dòng)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(shí)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(gè)照明回路可以預(yù)設(shè)掉電狀態(tài)，當(dāng)照明電源掉電時(shí)，開關(guān)驅(qū)動(dòng)器會(huì)自動(dòng)切換到預(yù)設(shè)的掉電狀態(tài)；確保重新上電時(shí)燈具的開關(guān)狀態(tài)是確定與可控的。

6）拖動(dòng)調(diào)光控件，照明設(shè)備從0%到全進(jìn)行調(diào)光，可以對單個(gè)照明回路實(shí)現(xiàn)調(diào)光控制，調(diào)光總控可以對一個(gè)模塊的照明回路實(shí)現(xiàn)調(diào)光控制，也可以對多個(gè)照明回路實(shí)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(diǎn)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(shí)時(shí)間，確認(rèn)時(shí)間點(diǎn)后，對該事件點(diǎn)執(zhí)行的動(dòng)作進(jìn)行設(shè)置，設(shè)置燈在設(shè)定的時(shí)間點(diǎn)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(dòng)計(jì)算每天的日升日落時(shí)間；根據(jù)天文時(shí)鐘控制照明開關(guān)，實(shí)現(xiàn)日落開燈、日出關(guān)燈的功能。

10）所有定時(shí)控制計(jì)劃均可下發(fā)保存至驅(qū)動(dòng)模塊；當(dāng)上位機(jī)系統(tǒng)故障或模塊離線時(shí)，驅(qū)動(dòng)模塊可以利用自帶的RTC時(shí)鐘維持定時(shí)控制計(jì)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(dú)立工作；系統(tǒng)內(nèi)各元件可以通過程序的設(shè)定實(shí)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。

3.5設(shè)備選型

4結(jié)束語

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

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