智能照明在沖壓車間的應(yīng)用研究

王志忠

中國汽車工業(yè)工程有限公司

智能照明在沖壓車間的應(yīng)用研究

王志忠

中國汽車工業(yè)工程有限公司

在現(xiàn)代化沖壓車間中，為滿足照明光照強度的要求，普遍安裝大功率照明燈具。一方面，光照強度分布不均衡，長期強光照環(huán)境將對生產(chǎn)工人視覺造成一定程度損傷，降低工作效率；另一方面，大密度的燈具排布，多回路、多開關(guān)的照明管理模式，降低了燈具和開關(guān)的使用壽命，也必然帶來很大電能消耗，產(chǎn)生極大浪費，也不便于管理。工廠智能照明系統(tǒng)的開發(fā)應(yīng)用，極大改善了車間照明環(huán)境的均勻性，提升了車間管理水平，大幅降低能源消耗，促進關(guān)于機械工業(yè)節(jié)能減排目標的實現(xiàn)。

汽車工廠；智能照明；應(yīng)用

智能照明控制系統(tǒng)，其實就是根據(jù)某一區(qū)域的功能﹑不同的時間段﹑室外光亮度或該區(qū)域的用途來自控制照明。本文主要探討智能照明在現(xiàn)代工廠中應(yīng)用中應(yīng)該注意的幾個問題。

1 目前智能控制系統(tǒng)具有以下功能

1)智能系統(tǒng)設(shè)有中央監(jiān)控裝置，對整個系統(tǒng)實施中央監(jiān)控，以便隨時調(diào)節(jié)照明的現(xiàn)場效果，例如系統(tǒng)設(shè)置開燈方案模式，并在計算機屏幕上仿真照明燈具的布置情況，顯示各燈組的開燈模式和開/關(guān)狀態(tài)。

2)具有燈具異常啟動和自動保護的功能。

3)具有燈具啟動時間，累計記錄，和燈具使用壽命的統(tǒng)計功能。

4)在供電故障情況下，具有雙路受電柜自動切換并啟動應(yīng)急照明燈組的功能。

5)系統(tǒng)設(shè)有自動/手動轉(zhuǎn)換開關(guān)，以便必要時對各燈組的開﹑關(guān)進行手動操作。

6)系統(tǒng)設(shè)置與其他系統(tǒng)連接的接口，如建筑樓宇自控系統(tǒng)(BA系統(tǒng))，以提高綜合管理水平。

7)具有場景預(yù)設(shè)﹑亮度調(diào)節(jié)﹑定時﹑時序控制及軟啟動﹑軟關(guān)斷的功能。隨著智能系統(tǒng)的進一步開發(fā)與完善，其功能將進一步得到增強。

2 沖壓車間生產(chǎn)環(huán)境概況

圖1 某沖壓車間平面布局圖

某汽車制造企業(yè)沖壓車間主要包括兩大主功能區(qū)：沖壓件庫和生產(chǎn)區(qū)，其中倉庫區(qū)用于產(chǎn)品零件的臨時堆放和轉(zhuǎn)運；生產(chǎn)區(qū)相對復(fù)雜，包括三條不同的設(shè)備生產(chǎn)線區(qū)域﹑兩個彼此獨立的模具堆放區(qū)及模具維修區(qū)，一個高架倉庫區(qū)，一個自動線成品出料區(qū)，如圖1所示。在日常生產(chǎn)過程中，設(shè)備生產(chǎn)區(qū)設(shè)備的自動化程度較高，設(shè)備內(nèi)部部分區(qū)域已經(jīng)安裝照明設(shè)施，整條生產(chǎn)線外圍對光照強度要求較弱。此外，模具堆放區(qū)和高架倉庫區(qū)域相對于模具維修區(qū)﹑低跨區(qū)并不需要較強光照環(huán)境。正是由于車間各區(qū)域功能上存在較大差異，燈光控制要求較高，不便于人員管理。對于大型生產(chǎn)車間，為更好采集室外光源，最大限度節(jié)省能源，都通過安裝天窗進行補光。然而，這種方式僅局限于室外光線較好的天氣。

3 智能照明控制系統(tǒng)

3.1 系統(tǒng)要求

智能模式下四種功能的實現(xiàn)都是一鍵式智能化操作，而且每個區(qū)域中四種功能的設(shè)置能夠通過上位機改變智能系統(tǒng)參數(shù)實現(xiàn)。倉庫區(qū)作為料片堆放和周轉(zhuǎn)運輸場地，空間范圍較大，但功能相對單一，燈光要求低，可整體看作一個功能區(qū)。生產(chǎn)區(qū)設(shè)備多，而且較為分散，工況復(fù)雜，燈光要求高。為實現(xiàn)生產(chǎn)區(qū)域照明系統(tǒng)高效﹑穩(wěn)定運行，每個功能區(qū)獨立控制調(diào)節(jié)，彼此互不干涉。一方面，在滿足高強度生產(chǎn)活動的同時，保證系統(tǒng)的穩(wěn)定性，且便于檢修維護；另一方面，能夠針對每個區(qū)域的照度需求，最大限度地降低電能消耗。

3.2 硬件系統(tǒng)設(shè)計

硬件系統(tǒng)主要以三菱Q系列PLC為核心(具體模塊：QJ00CPU，QX42， QY41P， Q64AD)連接6個繼電器和1個照度變送器。從而達到對工廠車間照明的智能控制。

3.3 軟件系統(tǒng)設(shè)計

軟件系統(tǒng)設(shè)計主要分為兩部分，一部分為上位機組態(tài)軟件的系統(tǒng)設(shè)計，一部分為下位機PLC程序的設(shè)計。

1)下位機PLC程序設(shè)計

PLC程序主要由1個主程序和3個子程序組成。其中，主程序主要完成子程序的調(diào)用和本地和遠程的啟?？刂乒δ堋Ｗ映绦?主要完成對時間的調(diào)整，也就是上位機的時間與PLC的時間保持一致。子程序2主要完成根據(jù)工作班制控制照明燈的亮滅。子程序3主要完成AD轉(zhuǎn)換以及換算比較功能，最終目的完成根據(jù)外界光線的強弱來控制燈的亮滅的功能。

2)上位機組態(tài)軟件設(shè)計

上位機組態(tài)軟件采用Pcauto6.0為人機監(jiān)控操作系統(tǒng)，根據(jù)工作班制，班次及工廠照度特點。對車間每個部門照明燈進行智能控制。先進行畫面制作，制作好畫面后，進行變量的定義。三菱Q系列PLC與上位機進行變量定義時，本設(shè)計主要用到了中間繼電器M，通用寄存器D，鎖存器L及輸入輸出X，Y由于定義的點數(shù)比較多，在這里就不再一一列舉了。上位機控制系統(tǒng)的主界面，品質(zhì)部照明控制時間表，工裝部照明控制時間表，照度設(shè)定值和用戶解鎖。

其中，照度設(shè)定值是為了用戶對照度值進行設(shè)定而建立，用戶解鎖主要為密碼準入，當密碼連續(xù)輸錯3次以后，可由管理員進行解鎖控制。在這個程序中采樣平均數(shù)設(shè)定為4。這是由實驗得出來的。因為當采樣平均數(shù)過大時，會導(dǎo)致4AD送入PLC信號的實踐周期長，從而導(dǎo)致電機反映遲鈍，不能夠達到以實時跟蹤太陽方向的效果該系統(tǒng)經(jīng)過反復(fù)調(diào)試運行。

3.4 應(yīng)用效果

通過對所測得數(shù)據(jù)的分析，可以判斷出其精度達到了理想值。

其次，系統(tǒng)的實時性好，反應(yīng)時間短，工作穩(wěn)定，其他各項指標已達到設(shè)計要求。由于是采用PLC作控制器，系統(tǒng)具有很高的可靠性。

3.5 LED照明系統(tǒng)的應(yīng)用

節(jié)能省電是LED應(yīng)用于照明領(lǐng)域的最大優(yōu)勢，但LED燈具還是成本較高。省電不省錢成為了LED燈發(fā)展的最大障礙。但LED應(yīng)用于廠房照明卻有其獨特的優(yōu)勢。LED廠房燈的發(fā)展方向目前LED廠房燈的發(fā)展方向主要還是陣列排布式與集成式。陣列排布式的優(yōu)點是：散熱好﹑光效高﹑壽命長。缺點是：體積和重量較大﹑與傳統(tǒng)廠房的安裝方式不同。集成式LED廠房燈的優(yōu)點是：符合傳統(tǒng)廠房燈的外觀﹑重量輕﹑體積小。缺點是：散熱差﹑壽命短﹑光效低。所以，集成式LED廠房燈再如果不能很好地解決散熱問題，光效不能進一步提高，那么未來LED廠房燈的發(fā)展方向還主要是陣列的形式。但陣列形式的LED廠房燈也要積極尋找輕質(zhì)的散熱材料來作為殼體解決其體積和重量偏大的突出問題。

4 廠房智能照明控制系統(tǒng)建設(shè)

4.1 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的運用

通過調(diào)研各大工廠照明系統(tǒng)設(shè)計的初衷，將互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用到工廠照明系統(tǒng)中，其主要是為了實現(xiàn)以下功能：一是滿足工廠日常生產(chǎn)工作的需要。工廠如若24小時生產(chǎn)過程中，因此需要照明系統(tǒng)及時為工作人員以及車輛通行等提供照明，以此保證安全生產(chǎn)的要求。二是實現(xiàn)對照明系統(tǒng)的智能化控制。傳統(tǒng)的照明系統(tǒng)主要是由人工控制或者采取定時開關(guān)的方式，此種方式存在管理難度大﹑故障發(fā)生率高的問題，尤其是不能及時根據(jù)實際情況對照明系統(tǒng)進行自動控制，而互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的照明系統(tǒng)能夠根據(jù)外界的環(huán)境及時對照明系統(tǒng)進行調(diào)控。三是降低了工廠的費用支出。降低費用實現(xiàn)盈利是工廠的首要目的，而通過互聯(lián)網(wǎng)照明系統(tǒng)控制則是通過設(shè)計與安裝無線收發(fā)模塊的方式對每個照明系統(tǒng)進行自動控制，實現(xiàn)了照明系統(tǒng)的智能化管控，從而減少了工廠的用電量降低了運行費用。其中最為關(guān)鍵的是保障了安全生產(chǎn)。

4.2 系統(tǒng)控制模式

廠房的燈光照明系統(tǒng)通過智能控制系統(tǒng)設(shè)定的模式運行，可減少不必要的耗電開支，同時可降低運行維護費用；通過自動調(diào)節(jié)廠房內(nèi)燈光打開的先后順序，可有意識的避免燈光同時點亮造成的啟動電流過大，并可限制金鹵燈再啟動的間隔時間，大大增加燈具的壽命；這些都可為用戶節(jié)約開支，盡快收回成本創(chuàng)造了條件。廠房內(nèi)本身線路繁多，功能復(fù)雜，通過采用燈光智能控制系統(tǒng)可簡化線路，節(jié)省導(dǎo)線和電纜的消耗量，從而降低投資，縮短工期，并減少維修管理費用，給施工帶來了極大的方便。因此，在設(shè)計中采用智能控制系統(tǒng)，其優(yōu)點綜述如下：

①運用先進的電力電子技術(shù)，進行集中監(jiān)控與遙控任務(wù)，且優(yōu)化能源的利用，節(jié)約能源并降低運行費用。

②根據(jù)用戶要求和照明區(qū)域擴大，只需要修改軟件設(shè)置，毋須對已有線路進行改造，即可調(diào)整照明布局和擴充功能。這將降低擴建費用和改造工期。

③斷電狀態(tài)結(jié)束恢復(fù)供電，系統(tǒng)將按預(yù)設(shè)定狀態(tài)恢復(fù)正常工作，實現(xiàn)無人值班，提高管理水平。

④照明最佳運行方式的設(shè)定，使燈具使用壽命延長，從而減少維修工作量和設(shè)備費用。

⑤控制回路與負載回路分開，控制回路采用低電壓，使得人身安全得到確保。

⑥系統(tǒng)在保持本身獨立性的同時可通過網(wǎng)關(guān)與廠區(qū)BA控制中心或照明控制中心相連，并入廠區(qū)能源管理系統(tǒng)。

經(jīng)過實踐，采取基于智能的照明系統(tǒng)不僅有助于優(yōu)化工廠的生產(chǎn)環(huán)境，而且還可以節(jié)省工廠生產(chǎn)成本，實現(xiàn)工廠的能源生態(tài)發(fā)展。本系統(tǒng)主要是基于工廠智能照明系統(tǒng)相關(guān)問題進行了改進，其主要是采取智能控制技術(shù)，根據(jù)工廠不同的照明需求，采取不同性能的傳感器對信號進行檢測與感應(yīng)，以此實現(xiàn)對整個工廠的智能化照明管理。

[1]孫晶.基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的工廠智能照明系統(tǒng)的設(shè)計[D].成都理工大學(xué)，2012.

[2]黃干將.基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的工廠照明控制系統(tǒng)[J].中小企業(yè)管理與科技(下旬刊)，2015，11：251.

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