基于總線控制的卷煙廠車間智能化照明系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

鄧曉菲

(河源技師學(xué)院，廣東 河源 517000)

0 引言

智能照明是指利用計(jì)算機(jī)、無線通訊數(shù)據(jù)傳輸、擴(kuò)頻電力載波通訊技術(shù)、計(jì)算機(jī)智能化信息處理及節(jié)能型電器控制等技術(shù)組成的分布式無線遙測(cè)、遙控、遙訊控制系統(tǒng)，具有燈光亮度的強(qiáng)弱調(diào)節(jié)、燈光軟啟動(dòng)、定時(shí)控制、場(chǎng)景設(shè)置等功能，并達(dá)到預(yù)定的特點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)對(duì)照明系統(tǒng)的智能化控制。由于智能照明系統(tǒng)具有安全節(jié)能、智能控制及個(gè)性化強(qiáng)等特點(diǎn)，目前在工業(yè)、家居、辦公、商務(wù)及公共設(shè)施領(lǐng)域均有較好的應(yīng)用。本文設(shè)計(jì)了卷煙廠車間照明系統(tǒng)，依托繼電模塊、現(xiàn)場(chǎng)控制面板及網(wǎng)絡(luò)總線技術(shù)來實(shí)現(xiàn)車間照明的精細(xì)化、模塊化，以達(dá)到不僅可以提供照明控制，而且還可以最大限度地降低用電成本的目的。

1 卷煙廠車間傳統(tǒng)照明控制系統(tǒng)存在的問題

目前，卷煙廠車間照明系統(tǒng)采用空氣開關(guān)控制方式，將事先劃分好的不同工段、機(jī)組區(qū)域上方的照明線路進(jìn)行整合，采用空氣開關(guān)對(duì)整合的照明線路進(jìn)行統(tǒng)一或者分開的回路通斷控制。車間根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)需要，通過現(xiàn)場(chǎng)人員對(duì)照明箱內(nèi)的空氣開關(guān)進(jìn)行操作來實(shí)現(xiàn)按需照明。卷煙廠車間傳統(tǒng)照明控制系統(tǒng)如圖1所示。

圖1 卷煙廠車間傳統(tǒng)照明控制系統(tǒng)

目前大部分卷煙廠車間照明使用節(jié)能燈或無極燈，存在如照度范圍不足、燈具不能根據(jù)環(huán)境自動(dòng)判斷是否需要開啟/關(guān)閉的問題。同時(shí)還存在控制范圍小、可選模式固化、可控?zé)艟哳愋筒欢唷⒌谌皆O(shè)備兼容性低等問題。這樣不但不能體現(xiàn)節(jié)能帶來的好處，反而會(huì)加大維護(hù)成本，并且不能滿足對(duì)照明的需要，影響了生產(chǎn)的效率。

由于傳統(tǒng)的照明控制是通過開關(guān)直接開關(guān)照明回路的電力供給方式，因此需要在各回路與控制開關(guān)之間布置大量的電線電纜，從而大大增加了車間照明系統(tǒng)的復(fù)雜性。同時(shí)由于需要電工直接觸碰操作照明強(qiáng)電空氣開關(guān)，因此存在操作人員觸電的安全隱患。

2 智能化照明系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)施

針對(duì)傳統(tǒng)照明控制系統(tǒng)存在的問題，結(jié)合車間照明系統(tǒng)需求，本文采用計(jì)算機(jī)總線技術(shù)，以回路為單元，在照明配電箱內(nèi)增加回路智能繼電器，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)照明的操控通過弱電信息面板的形式來觸發(fā)繼電器執(zhí)行相應(yīng)程序和功能；硬件均通過總線協(xié)議連接到系統(tǒng)主機(jī)，系統(tǒng)主機(jī)對(duì)車間照明進(jìn)行精確到回路的程序編譯，這樣就實(shí)現(xiàn)了在計(jì)算機(jī)上靈活地根據(jù)生產(chǎn)需求進(jìn)行各種照明模式的設(shè)置。

2.1 智能化照明系統(tǒng)的框架設(shè)計(jì)

智能化照明系統(tǒng)采用總線制、模塊化、全分布式系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，通過一根五類數(shù)據(jù)通訊線(四對(duì)雙絞線)將各個(gè)模塊手牽手連接起來，組成一個(gè)智能照明控制網(wǎng)絡(luò)，控制網(wǎng)絡(luò)的規(guī)?？伸`活地隨照明系統(tǒng)的大小而改變，系統(tǒng)提供開放的通信協(xié)議，可無限擴(kuò)展。智能照明系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如圖2所示。

2.2 硬件選擇

2.2.1 照明系統(tǒng)需求分析

大部分卷煙廠主要生產(chǎn)車間分為制絲車間和卷接包車間，制絲車間主要以工藝段為單元，而卷接包車間主要以卷接包機(jī)組為單元。根據(jù)車間的生產(chǎn)特點(diǎn)，首先通過模塊化形式對(duì)車間的功能區(qū)域進(jìn)行細(xì)分，對(duì)需要使用到的場(chǎng)景模式與對(duì)應(yīng)燈帶亮燈情況進(jìn)行歸類劃分，制定智能照明程序底層技術(shù)文檔。制絲車間和卷接包車間生產(chǎn)工段及照明模式個(gè)性化需求如表1、表2所示。

圖2 卷煙廠車間智能照明控制系統(tǒng)

2.2.2 繼電器及控制面板選擇

根據(jù)車間照明功能需求，并通過查閱產(chǎn)品特性同時(shí)考慮到經(jīng)濟(jì)性和實(shí)用性，選擇采用現(xiàn)場(chǎng)智能控制面板、智能繼電器作為主要硬件。其中智能繼電器采用飛利浦DDRC1220FR四路20 A智能繼電器(自鎖)，每個(gè)回路負(fù)載能力為20 A，可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程總線控制，并具有自鎖功能，能夠保障照明狀態(tài)的穩(wěn)定性。現(xiàn)場(chǎng)開關(guān)采用飛利浦Antumbra液晶中文顯示可編程智能控制面板86型，該面板主要特點(diǎn)有:①可以隨時(shí)編程控制，并通過液晶面板中文顯示開關(guān)模式；②面板采用12 V弱電控制，具有紅外感應(yīng)自發(fā)光功能，安全便利。

表1 制絲車間生產(chǎn)工段及照明模式個(gè)性化需求

表2 卷接包車間生產(chǎn)工段及照明模式個(gè)性化需求

2.3 軟件選擇

2.3.1 總線選擇

從易操作、易修改及穩(wěn)定高效性考慮，本系統(tǒng)采用Dynalite總線控制系統(tǒng)，通過該系統(tǒng)可以將繼電器、現(xiàn)場(chǎng)面板等終端通過以太網(wǎng)手拉手連接，同時(shí)提供開源擴(kuò)展，可以隨時(shí)隨地增減終端設(shè)備，并通過中控計(jì)算機(jī)編制相應(yīng)的程序?qū)崿F(xiàn)個(gè)性化照明功能，其拓?fù)涫疽鈭D如圖3所示。

2.3.2 編程軟件選擇

通過對(duì)硬件配置特性了解，并對(duì)市場(chǎng)主流智能照明編程軟件研究，決定采用Envision Project(邦奇調(diào)光軟件)，該軟件提供了一個(gè)全漢化的友好用戶界面，類似Windows資源管理器的樹形結(jié)構(gòu)目錄，可以方便地對(duì)系統(tǒng)各照明控制區(qū)域進(jìn)行監(jiān)控和管理，提供了邏輯區(qū)域、區(qū)域場(chǎng)景預(yù)設(shè)以及面板信息編程等功能。

2.4 硬件安裝

2.4.1 照明配電箱內(nèi)智能繼電器安裝

為了實(shí)現(xiàn)對(duì)每一回路照明的精確編程控制，因此需要對(duì)照明配電箱內(nèi)的所有照明回路火線通過接入智能繼電器的“IN”和“OUT”口，同時(shí)繼電器接入超五類網(wǎng)線與智能照明主機(jī)連接。為了確保消防功能，原則上車間應(yīng)急照明及疏散指示照明均不接入智能照明網(wǎng)絡(luò)。智能繼電器接線示意圖如圖4所示。

2.4.2 光照度控制的實(shí)現(xiàn)

(1) 光照度傳感器：探測(cè)車間內(nèi)光照度要用到光照度傳感器，采用光敏探測(cè)器將光照強(qiáng)度轉(zhuǎn)換為電流信號(hào)，再經(jīng)過運(yùn)算放大器轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)輸出。為了便于系統(tǒng)的開發(fā)及提高可靠性，本設(shè)計(jì)選用市場(chǎng)上已有的光照度變送器。

(2) 光照度模數(shù)轉(zhuǎn)換：ADC0809是帶有8位A/D轉(zhuǎn)換器、8路多路開關(guān)以及微處理機(jī)兼容的控制邏輯的CMOS組件，它是逐次逼近式A/D轉(zhuǎn)換器，可以和單片機(jī)直接接口。

(3) 光強(qiáng)檢測(cè)電路：由光照度傳感器檢測(cè)到光強(qiáng)信號(hào)，轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的電壓輸出,通過模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADC0809采集相應(yīng)的電壓值，轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)由D0～D7口輸出到系統(tǒng)主機(jī)。此外，在電源引腳處加一個(gè)0.1 μF的電容濾波去耦，減少外部電路對(duì)芯片的影響。

圖3 Dynalite總線系統(tǒng)拓?fù)涫疽鈭D

圖4 智能繼電器接線示意圖

2.4.3 控制總線連接

智能繼電器將強(qiáng)電與弱電分上下兩端隔離，共提供16個(gè)端口用于接線，本系統(tǒng)所用主要端口功能如表3所示。

表3 四路智能繼電器主要接線端口I/O分配

3 結(jié)束語

本系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)施成功實(shí)現(xiàn)了卷煙廠車間傳統(tǒng)照明系統(tǒng)的智能化優(yōu)化，改善了工作環(huán)境，提高了管理水平，節(jié)能效果達(dá)到40%以上。

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