智能化技術(shù)在工廠照明系統(tǒng)上的應(yīng)用

張立偉

（深蘭科技（上海）有限公司，上海200000）

在傳統(tǒng)工廠生產(chǎn)過程中，為了滿足車間照明需求，普遍安裝大功率照明燈具。一方面，大面積的排布燈具，在照明回路上安裝控制開關(guān)；多回路、多開關(guān)的大功率照明管理模式，給企業(yè)照明用電帶來巨大的電能消耗，產(chǎn)生浪費(fèi)資源的同時(shí)也存在著極大的用電安全隱患。另一方面，長(zhǎng)期光照強(qiáng)度的分布不均勻，給勞動(dòng)者視覺上會(huì)造成損傷，降低了企業(yè)的生產(chǎn)效率。這些傳統(tǒng)的照明方式已經(jīng)不能滿足當(dāng)今智慧工廠的發(fā)展需求。

現(xiàn)如今中國(guó)進(jìn)入了社會(huì)經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展的新時(shí)代，科技創(chuàng)新步伐不斷加快，智能化時(shí)代背景下基于信息化技術(shù)、大數(shù)據(jù)和人工智能的應(yīng)用越來越廣泛。隨著智能化技術(shù)的不斷發(fā)展，智能控制已經(jīng)應(yīng)用于各種領(lǐng)域，智能化技術(shù)在城市軌道交通、智慧城市、校園圖書館等場(chǎng)景已廣泛應(yīng)用。隨著產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)不斷升級(jí)，智能化技術(shù)應(yīng)用向更多的領(lǐng)域延伸，通過智能化技術(shù)應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)了工廠照明智能化、管理智能化，推動(dòng)了智慧工廠的建設(shè)。

我國(guó)工業(yè)照明用電占總發(fā)電量73.5%，當(dāng)今照明設(shè)計(jì)中主要選用的有金屬鹵化燈、高壓鈉燈、LED 燈等。LED 燈由于使用壽命長(zhǎng)，燈光亮度可調(diào)節(jié)等優(yōu)點(diǎn)，被市場(chǎng)廣泛應(yīng)用。相比于金屬鹵化燈，LED 燈穿透能力差，照射距離近，光線發(fā)散等缺點(diǎn)，并不適宜用于較為復(fù)雜的生產(chǎn)環(huán)境。所以如何在工業(yè)照明上提高照明質(zhì)量、節(jié)省能源消耗對(duì)于節(jié)能環(huán)保，建設(shè)智慧工廠，優(yōu)化企業(yè)成本投入，降本增效有著深遠(yuǎn)的意義。

以深蘭科技（常州）工廠為例，將智能化技術(shù)在照明系統(tǒng)中的應(yīng)用做一個(gè)簡(jiǎn)要概述。

1 工廠環(huán)境概況

工廠平面圖如下圖1 所示，主要分為四大功能區(qū)：成品庫(kù)、生產(chǎn)車間、生產(chǎn)辦公室、原材料庫(kù)。其中原材料庫(kù)、成品庫(kù)用于原材料的存放和產(chǎn)成品的臨時(shí)存放和運(yùn)轉(zhuǎn)，對(duì)于用光亮度比較單一。其中生產(chǎn)車間用光度相對(duì)比較復(fù)雜，由于每個(gè)車間的產(chǎn)品不同，生產(chǎn)工具不同，對(duì)于生產(chǎn)環(huán)境的需求也有所不同；圖中生產(chǎn)車間1、生產(chǎn)車間3 是工人手動(dòng)組裝產(chǎn)品，在日常運(yùn)營(yíng)中離不開光源，且對(duì)于外圍光源的依賴性比較強(qiáng)；生產(chǎn)車間2、生產(chǎn)車間4 均是自動(dòng)化車間，設(shè)備內(nèi)已經(jīng)具備滿足工作的光源需求，兩個(gè)車間對(duì)外圍光源要求不是很高；另外車間辦公室、車間會(huì)議室有人使用時(shí)才有用光需求，無(wú)人時(shí)關(guān)閉光源即可。正是由于以上功能塊布局對(duì)光源的需求各不相同，對(duì)于燈光亮度、燈光的控制要求較高。大型生產(chǎn)車間在基礎(chǔ)建設(shè)時(shí)，為更好的引用自然光來節(jié)省資源，都是用窗戶進(jìn)行自然補(bǔ)光，但是受天氣的影響，自然補(bǔ)光并不能及時(shí)滿足生產(chǎn)需求。

圖1 工廠平面布置圖

2 工廠照明系統(tǒng)控制要求

成品庫(kù)、原材料庫(kù)是車間產(chǎn)成品的存放和周轉(zhuǎn)場(chǎng)所，在平時(shí)工作時(shí)間對(duì)照明亮度要求相對(duì)不高，只有在工人提取物料，運(yùn)轉(zhuǎn)物品時(shí)需要照明亮度，其余時(shí)間不需要照明亮度；所以需要實(shí)現(xiàn)不同時(shí)間段對(duì)庫(kù)房照明進(jìn)行智能控制。

四個(gè)生產(chǎn)車間是整個(gè)制造工廠的核心區(qū)域，日常運(yùn)用過程中根據(jù)每個(gè)車間的產(chǎn)品、產(chǎn)能不同對(duì)照明亮度及時(shí)間也各有差異；1 車間是手工組裝車間，工人工作量大，用眼強(qiáng)度高，此車間對(duì)照明強(qiáng)度較高；2 車間是工廠的自動(dòng)化車間，開機(jī)運(yùn)行后平時(shí)基本不需要工人在現(xiàn)場(chǎng)，完全是設(shè)備全自動(dòng)運(yùn)行；3 車間是手工組裝車間，但是產(chǎn)品的產(chǎn)能不高，平均每班只有2/3 的時(shí)間用來生產(chǎn)，其余時(shí)間該車間處于停用狀態(tài)；4 車間前工段是人工上料，后工段是自動(dòng)化設(shè)備，在前工段上料時(shí)對(duì)燈光照明有明顯的需求，上料完成后，此區(qū)域無(wú)人工作，可以關(guān)閉照明燈具；后工段自動(dòng)化設(shè)備運(yùn)行時(shí)，除滿足設(shè)備生產(chǎn)需求外，還有工程、質(zhì)量、相關(guān)人員在此工段進(jìn)行工作，因此，對(duì)照明亮度有著極高的要求。

綜合上述要求，根據(jù)整個(gè)工廠各個(gè)功能車間的需求，分析出每個(gè)車間由于任務(wù)、產(chǎn)能的不同，對(duì)照明強(qiáng)度及時(shí)間有著不同要求；照明系統(tǒng)在滿足生產(chǎn)運(yùn)行要求的同時(shí)對(duì)每個(gè)功能區(qū)還要進(jìn)行單獨(dú)的回路控制。

3 系統(tǒng)控制方案及功能

針對(duì)整個(gè)工廠復(fù)雜的生產(chǎn)環(huán)境和不同的照明需求，通過對(duì)整個(gè)工廠的功能區(qū)域進(jìn)行照明需求分析，設(shè)計(jì)出一套智能照明控制系統(tǒng)，對(duì)整個(gè)工廠的照明系統(tǒng)進(jìn)行智能化管控。

結(jié)合工廠實(shí)際要求，對(duì)整個(gè)工廠照明系統(tǒng)應(yīng)用智能電子儀表進(jìn)行分布式管理；通過對(duì)智能電子儀表的參數(shù)化設(shè)置與上位機(jī)、自動(dòng)化設(shè)備、光照度傳感器等設(shè)備進(jìn)行通訊；來實(shí)現(xiàn)工廠照明系統(tǒng)的兩大控制模式：手動(dòng)模式和智能模式。手動(dòng)模式是在每個(gè)功能區(qū)域的照明回路上安裝手動(dòng)照明開關(guān)，工作人員可進(jìn)行手動(dòng)控制，該模式僅能對(duì)照明燈具進(jìn)行開啟和關(guān)閉操作。智能模式是通過電子智能儀表和上位機(jī)生產(chǎn)管理系統(tǒng)進(jìn)行融合，對(duì)工廠照明系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)字化管理，實(shí)現(xiàn)照明亮度智能調(diào)節(jié)、照明啟停智能管理、照明綠色節(jié)能、照明與自動(dòng)化設(shè)備聯(lián)動(dòng)等功能，該模式是工廠運(yùn)行時(shí)的主要模式。

4 電氣原理與設(shè)備

電氣原理：

圖3 智能照明系統(tǒng)電氣原理圖

硬件設(shè)備：

4.1 智能電子儀表：

產(chǎn)品型號(hào)：ZE-T903ZI；

供電方式：24V DC；

工作溫度范圍：-30℃～70℃；

通訊方式：CAN 總線；波特率：9600；

調(diào)光精度：0.1%；

最大輸出負(fù)載：1KΩ

安裝方式：螺釘固定

（1）本產(chǎn)品為模擬量(電壓型、電流型)輸出調(diào)光模塊；

（2）本產(chǎn)品使用標(biāo)準(zhǔn)Modbus 通訊協(xié)議可以與各種組態(tài)軟件、人機(jī)界面（HMI）、PLC 等相連。

（3）本產(chǎn)品支持事件追憶功能，能做到各事件有據(jù)可查。

（4）本產(chǎn)品除了可以獨(dú)立調(diào)光輸出，也可以作為PLC、DCS擴(kuò)展模塊使用。

4.2 光照度傳感器

供電電壓：12VDC～30VDC

感光體：帶濾光片的硅藍(lán)光伏探測(cè)器；

波長(zhǎng)測(cè)量范圍：380nm～730nm；

溫度特性：±0.5%/℃；

測(cè)量范圍：0～200000Lux

光照度傳感器采用對(duì)弱光也有較高靈敏度的硅蘭光伏探測(cè)器作為傳感器；具有測(cè)量范圍寬、線形度好、防水性能好、使用方便、便于安裝、傳輸距離遠(yuǎn)等特點(diǎn)，適用于各種工業(yè)場(chǎng)所,尤其適用于農(nóng)業(yè)大棚、工廠照明等場(chǎng)所。根據(jù)不同的測(cè)量場(chǎng)所，配合不同的量程，線性度好、防水性能好、可靠性高、結(jié)構(gòu)美觀、安裝使用方便、抗干擾能力強(qiáng)。

5 智能技術(shù)實(shí)施效果

通過應(yīng)用智能化儀表對(duì)照明系統(tǒng)進(jìn)行自動(dòng)化控制，能夠在保證工廠正常生產(chǎn)的同時(shí)，根據(jù)車間不同區(qū)域不同工作時(shí)間段對(duì)照明的需求，自動(dòng)調(diào)節(jié)燈光照明場(chǎng)景，實(shí)現(xiàn)工廠照明控制的智能化。同時(shí)根據(jù)上位機(jī)生產(chǎn)管理系統(tǒng)，使場(chǎng)景的燈光靈活的適應(yīng)生產(chǎn)的照明需求，同自動(dòng)化設(shè)備進(jìn)行聯(lián)動(dòng)，有效的延長(zhǎng)了燈具的使用壽命并達(dá)到節(jié)能增效的效果。

目前智能化已經(jīng)滲透到各行各業(yè)，并改變著我們的生活的。在智能化時(shí)代的今天，智慧城市、智能制造、智慧物流，智能化產(chǎn)品越來越貼近我們的生活，京東無(wú)人分揀中心、菜鳥網(wǎng)絡(luò)無(wú)人機(jī)跨海送貨、蘇寧物流云倉(cāng)等；人工智能大大節(jié)省了人力成本，提高了生產(chǎn)效率。

智能化技術(shù)是現(xiàn)代化工廠照明系統(tǒng)的一種智能管理模式，在滿足不同功能需求，不同工作狀態(tài)的同時(shí)，有效地改變了車間的光照均勻性，保證了正常的光照需求，減少了不必要的浪費(fèi)，提升工廠的生產(chǎn)效率。智能化技術(shù)在工廠照明系統(tǒng)上的推廣應(yīng)用對(duì)于建設(shè)智慧工廠、綠色工廠、優(yōu)化企業(yè)成本投入，節(jié)省人力資源等都有深遠(yuǎn)的意義。