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浅谈智能照明控制系统在工业厂房中的应用

点击次数:149发布时间:2022-01-05

安科瑞 于洋

对比了传统照明系统的不足,介绍了智能照明管理系统的架构和照明管理方式,分析了智能照明管理系统的使用效果。提出在工业厂房中引入智能照明管理系统,实施先进的管理方法,可实现对厂房照明的精细化控制,为员工提供明亮的工作环境,同时可获得较为可观的节能效果

关键词:工业厂房;智能照明控制系统

0.前言

传统照明电路的控制开关直接连接在负载回路中,当负载较大时,需要相应的增加控制开关的容量;如果开关距离负载较远时,大截面电缆的原理也需要同步增加,而且上述连接方式决定了只能实现简单的开关功能,即只能按照既定的照明布线回路进行一路一路的开关控制。另外,由于传统照明系统仅设置了照明开关或配电箱,因此管理方式仅可能是人为的手动管理,并且无法进行光照效果的调节,只有开和关2种状态。随着电力电子技术、数字通信技术及计算机网络技术的发展,在照明系统的控制上也日趋智能化,除了为使用者创造了良好的工作环境,也降低能源消耗。  

1.智能照明系统的构成

智能照明系统由灯具(包括白炽灯、日光灯、LED灯等,为达到良好的照明和节能效果,推荐使用LED灯具)、控制模块、无线传输模块、智能网关、集中控制器及监控主机等组成。灯具只需要将控制模块与其供电电源连接即可轻松实现控制安装,无需外部设备。无线传输模块实现了控制模块与智能网关间的数据通信。各个智能网关通过以太网与集中控制器和监控主机组成了完整的智能照明系统,既能够实现同一网关下的灯具控制,也可以协调在同一集中控制器下的跨网关的控制  [1-2]。

智能照明管理系统的监控软件采用B/S架构设计,监控主机可以是用户的PC、笔记本计算机或者是平板。同时可以为第三方BMS系统提供建筑物内的照明管理权限及接口服务 [3]。系统架构如图1所示。

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1 智能照明管理系统架构

2. 智能照明系统的控制方式

1)集中控制,减少人为浪费。

现有使用传统照明方式的工业厂房中,由于人为疏忽而造成的照明能源浪费的现象仍然非常严重,无论相应区域是否有人员工作,在下班前经常是灯火长明。出于照明灯具安装复杂度的考虑,传统照明系统无法对照明区域进行较为精细的划分,造成部分区域即使无人工作,也无法单独关闭照明。

引入智能照明系统,可按实际需要对照明区域进行划分,既能实现单独区域的分布式控制,又能实现平台软件的远程集中管理。管理人员通过操作智能照明系统监控软件即可开启所需区域的照明系统,或关闭无人区域的照明灯具。

2)自动调光,充分利用自然光。

智能照明系统中的控制模块,通过采集光照传感器的照度数据,自动分析判断达到光照效果所需要的灯具数量及光照强度,从而自动调整灯具的亮度值,利用外界的自然光照,从而达到节能的目的。同时根据不同区域对光照强度的不同需求以及当前区域的照度数据,分别调整各自区域的灯具亮度,可提供一个不受外部环境因素影响的相对稳定的光照环境 [4] 。

3)智能切换,实现柔性管理。

大型厂房会根据不同的作业工序将厂房空间划分为不同的区域,可将划分好的区域根据不同的作业要求组合为不同的场景。既可控制到个别工位,也可根据生产设备布局变更控制方式,柔性对应生产作业的变动。实现根据作业情况进行精细的分组控制功能。

比如,以单个工位或工位群组为控制对象,在智能照明系统的管理平台录入每日的生产计划所对应的照明需求,集中控制器可根据上述计划对所在区域的灯具进行日程开停控制。当前一工位即将完成相关作业时,提前开启下一工位的照明系统,同时延时关闭当前工位的照明系统,减少无人状态下照明能源的浪费。

3. 智能照明系统的应用效果

1)实现照明的智能化管理。

采用智能照明管理系统,可以使得厂房的照明系统按照生产计划和作业日程运行在全自动化的状态。照明系统按照预先设定的日程及当前的采光条件进行自主调节,无需外部手动干预。

例如,在1个工作日结束前,系统将自动对控制区域进行作业人员探测,将无人区域的灯光缓慢调暗,直至完全关闭。同时将有人区域的灯光调至夜间工作模式,以自动适应晚间工作所需的光照强度。

2)安装便捷、施工便利。

采用智能照明系统后,供电线路仅从控制模块连接至照明灯具上,线路无需再经过开关,减少了大截面负载线缆的使用数量。系统安装完成后,通过集中控制器对整个系统中的各智能网关进行配置,从而建立对应的控制关系,与传统的照明系统相比,节省了原本需要连接至开关的线缆,也降低了安装难度,缩短了施工时间,节约了系统投入的整体成本。

3)节约能源绿色环保。

智能照明系统采用无线通信技术、计算机网络技术,实现照明系统的可视化管理。后台管理软件可获取每个灯具的开关情况、实时亮度、整体能耗等信息,通过结合所获取的外部环境信息,自动调节灯具的亮度,使得工作区域的照度始终保持在预先的设定值附近,从而充分利用自然光达到节能减排的目的[5-6] 。

4)延长灯具寿命。

智能照明管理系统的控制模块对灯具采用软启动控制,减少电网对灯具的冲击,避免灯具的异常损坏。另外,通过对灯具的开关的自动化控制,可以大大缩短无效的照明时长,延长了灯具的使用时间,降低了更换灯具的工作量,有效降低了照明系统的运行费用,对于大量使用灯具,并且安装困难的大型工业厂房具有特殊的意义。

5)提高精细化管理水平。

智能化照明系统将原有人工进行的手动开关工作转换为管理系统的自动化控制,为管理人员的高素质的管理方法提供了可实现的硬件平台。通过对照明设备的能耗数据进行采集和统计,获得可视化的能源使用数据,数据统计报表如图2所示,从而对照明工作进行更为精细化的管理,进一步降低能源消耗的费用[7] 。

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2 能耗数据统计报表

笔者将上述智能照明管理系统应用于厂区内的生产车间,建筑面积近1平方,共有灯具208盏,现场使用效果如图3所示。每月可节约用电近3000kWh,节能效果达20%。按工业用电0.98元/kWh计算,每年可节约电费3.5万元。采用智能照明管理系统,前期约投入支出28万元,约8年可收回成本。

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3 智能照明管理系统运行现场

4.安科瑞为工厂智能照明控制提供解决方案

4.1安科瑞智能照明监控系统采用分层分布式结构,即站控层,通讯层与间隔层; 如图(1)所示: 

 

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图(1)网络拓扑图

 

间隔设备层主要为:开关驱动器,这些装置分别对应相应的一次设备安装在电气柜内,这些装置均通过现场KNX总线组网通讯,实现数据现场采集。 

网络通讯层主要为:智能照明网关,其主要功能为把分散在现场采集装置集中控制,同时远传至站控层,完成现场层和站控层之间的数据交互。 

站控管理层:设有高性能工业计算机、显示器、UPS电源、打印机等设备。监控系统安装在计算机上,集中采集显示现场设备运行状况,以人机交互的形式显示给用户。 以上开关模块均采用KNX总线传输,一般都采用4根连线,接线简单方便,传输距离可达1.2km。

4.2安科瑞智能照明系统组成

1. 定时控制 

通过时钟管理器,实现整个系统的有关区域照明的定时和自动管理功能,实现公共通道、景观照明、泛光照明、车库照明定时控制。如百叶窗定时升降、集中供热定时调节、节假日照明定时关闭、定时通知等。 

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2. 场景控制 

智能照明控制系统根据各个部门的需求,设定不同种类的场景模式,进行各种照明灯光的组合,达到美化工作环境的效果;结合人体感应传感器,当人员离开时,关闭所有该会议室照明。 

3. 实时监控 

中控室,配置一台中控主机,所有照明控制设备,通过KNX网关,接入监控系统,操作管理人员,可以通过中控电脑,实时监视总线、区域、楼层、楼栋等照明状态,并可根据需求进行控制调整。系统绘图工具支持向量图和多层页面,图形页面缩放方便,切换简单,支持DXF、WMF、BMP、JPG、ICON等图形对象的嵌入、支持二维、三维图元的绘制,增加可视化的空间效果。 

 

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4. 报警处理 

系统提供了警报处理能力,用户可采用编程来完成不同的任务,当某种警报条件出现时应做什么,可由用户自行确定。 

5.事件通报 系统提供了事件通报功能,支持邮件通报、文本输出以及事件驱动打印,可按照用户预先设置的条件,触发事件通报功能。 

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4.3设备选型

序号

产品名称及型号

主要功能

说明

1

总线电源

ASL100-P640/30

总线电源,不仅为总线模块提供电压,耦合总线信号。还会提供一个30V的辅助直流电压端子,为其他的外设(如触摸屏幕、IP网关等)提供电压。

电源模块是系统选型的*元件,具体数量按实际情况而定。

2

2路开关驱动器

ASL100-S2/16

开关驱动器,有四路、八路、十二路三种型号可选择。

适用于只需要开关控制场合,如办公室、车库、教室、厂房、走道梯厅等

4路开关驱动器

ASL100-S4/16

主要实现对负载的开关控制。具有手动操作开关、开关延时设定、状态反馈、场景控制、阈值开关等功能。

8路开关驱动器

ASL100-S8/16

12路开关驱动器

ASL100-S12/16

3

2路带电流反馈开关驱动器

ASL100-S2I/16

带电流反馈开关驱动器,有四路、八路、十二路三种型号可选择。

    相比较开关驱动器外,可实现电流检测、故障判断的功能。一般用于大型商场、机场等项目

4路带电流反馈开关驱动器

ASL100-S4I/16

主要实现对负载的开关控制。具有手动操作开关、开关延时设定、状态反馈、场景控制、阈值开关、电流检测、回路故障判断等功能。

8路带电流反馈开关驱动器

ASL100-S8I/16

12路带电流反馈开关驱动器

ASL100-S12I/16

4

2路0-10v调光驱动器

ASL100-SD2/16

0—10V调光驱动器,有两路、四路两种型号可选择。

适用于需要调光控制的场合,如会议室等

4路0-10v调光驱动器

ASL100-SD4/16

该模块既可以对负载进行开关控制,还可以输出0—10V调光信号对具有0-10V调光接口的灯具进行调光,此外该模块还可实现预设控制、场景控制功能。

5

2路可控硅调光驱动器

ASL100-TD2/5

可控硅调光驱动器,既可以对负载进行开关控制,还可以对支持可控硅调光的灯具进行调光此外该模块还可实现预设控制、场景控制功能。

适用于需要调光控制的场合,如会议室等

6

窗帘驱动器

ASL100-C4/6

窗帘控制驱动器,主要实现窗帘电机控制。具有手动控制、场景控制、时间设置、步进控制、场景功能。

7

一联两键 智能面板

ASL100-F1/2

智能面板有一联两键、两联四键、四联八键三种选择。

主要用于控制回路较少或者需要区域控、总控的小房间、值班室等区域

两联四键 智能面板

ASL100-F2/4

可通过区分按键短按长按并结合不同参数设置实现开关控制、调光控制、百叶窗控制、场景控制、数值发送控制等功能。

四联八键 智能面板

ASL100-F4/8


8

照度和人体移动二合一传感器

ASL100-T2/BM

该系列两通道传感器,分别探测人体移动(物体移动)和光照度,将感应的信号处理后传递给其他控制模块(如调光驱动器、开关驱动器等)并实现相应的自动控制功能。

主要用于走道、楼梯等公共区域。根据当前照度及有人无人情况自动开灯或者关灯。

照度和微波二合一传感器

ASL100-T2/BR

9

干接点输入模块

ASL100-DI4/20

干接点输入模块,通过外部输入或()手动操作按键来控制驱动器的动作。模块自带20VDC输入信号,无需外部电压输入。当检测到外部干接点信号输入时,模块可实现开关、调光、窗帘控制等功能。

一般在应急照明箱内,做消防联动用。

当消防信号是有源信号时,选用湿接点模块。

湿接点输入模块

ASL100-WI4/230

湿接点模块通过外部输入或()手动操作按键来控制驱动器的动作。该湿接点模块支持24V~230V AC DC电压输入。当系统检测到外部有源信号输入时,模块可实现开关、调光、窗帘控制等功能。

 

5.结束语

采用智能照明管理系统不仅实现了对控制区域内灯具便捷的自动控制功能,同时带来了较为可观的节能效果;在国家节能减排的政策的要求下,通过采用智能照明管理系统,提高厂区的能源管理水平,达成既定的能源管理目标。此外,使用智能照明管理系统,可进一步优化工作环境,促进整体工作效率的提升。

参考文献:

[1]  张岳军,吴明光.智能照明系统控制网络的研究[J].照明工程学报,2004,15(04):17-19.

[2] 企业微电网设计与应用手册.2020.06版.

[3] 智能照明控制系统.2020.08版.

[4] 马鹏宇,梁海权,林新建.智能照明系统在工业厂房中的应用.



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