廠房智能照明系統(tǒng)改造

周 勇

（上海寶鋼節(jié)能環(huán)保技術(shù)有限公司，上海 201999）

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18 m。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)重的電能浪費情況，因此車間立項進(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400 W 的金鹵燈為例，其實際功率為440 W 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），運行電流高，從而增加了線路損耗。在滿足同樣照度的情況下，LED 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 個照明配電柜進(jìn)行人工手動控制，照明配電柜面板設(shè)置按鈕、柜內(nèi)安裝斷路器和接觸器，每個配電柜設(shè)置6～10 個照明回路，每個回路控制9～12 套燈具。照明開關(guān)只能通過配電柜面板進(jìn)行人工手動操作控制，增加了現(xiàn)場日常運行管理的工作量。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，不能實現(xiàn)照度控制和時間控制。綜上所述，廠房原有照明系統(tǒng)運行效率低，且難以避免人為的漏操作或誤操作，無法及時獲取現(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、自動控制的需求。

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于150 lx，滿足運行要求，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，實現(xiàn)分回路定時自動開關(guān)及調(diào)光功能。

（4）采用獨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0～100%額定功率范圍內(nèi)進(jìn)行調(diào)節(jié)。燈具可長時間工作，不會造成燈具、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，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)行自動調(diào)節(jié)。

（6）自動執(zhí)行預(yù)設(shè)的分回路燈具管理控制任務(wù)，手動/自動工作狀態(tài)可按實際需要進(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)運行情況的歷史記錄、實時電能等。

2.2 改造內(nèi)容

2.2.1 更換燈具

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，實現(xiàn)恒功率、電磁兼容、恒流等功能，確保燈具在85～300 V 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，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25～40 m 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)60 000 h 以上。燈具結(jié)構(gòu)一體化、抗沖擊、抗振動、密封防水等性能良好，適應(yīng)振動、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)的自動化水平，其結(jié)構(gòu)原理如圖1 所示。

圖1 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，以實現(xiàn)燈具單燈控制。控制系統(tǒng)可以實時監(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)行手動調(diào)光控制?？梢砸勒照彰饕?guī)律進(jìn)行系統(tǒng)后臺編程，實現(xiàn)自動控制調(diào)光，也可以通過系統(tǒng)后臺對單燈/編組燈具進(jìn)行手動控制調(diào)光。

（4）地圖顯示、實時監(jiān)控：通過系統(tǒng)后臺地圖顯示功能，實時監(jiān)測終端設(shè)備的運行狀態(tài)。

（5）故障報警：通過在系統(tǒng)后臺預(yù)設(shè)報警閾值，實現(xiàn)燈具故障報警。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 僅限廣域網(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、記錄及分析。

（8）數(shù)據(jù)存儲及導(dǎo)出：系統(tǒng)后臺可自動存儲系統(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

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、傳輸延時小的特點，下行通信采用433 MHz 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)傳感器實現(xiàn)按需控制、實時控制。

（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入。可以兼容PLC（Power Line Carrier，電力載波）、現(xiàn)場總線、2G/3G/4G 等不同的通信設(shè)備同時接入。系統(tǒng)支持?jǐn)U展功能，且具備接入智慧工廠集控中心的擴(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)入系統(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，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舊，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433 MHz 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150 lx，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

采用高效、節(jié)能的LED 照明燈具實現(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，以實現(xiàn)節(jié)能降耗。采用單燈控制器，對燈具進(jìn)行單獨調(diào)光控制，以實現(xiàn)節(jié)能降耗。系統(tǒng)自動控制、自動開關(guān)調(diào)光，無需人工操作，可以精準(zhǔn)控制能耗。智能調(diào)光按照白天14 h、平均50%功率運行，夜間10 h、100%滿功率運行。

改造前，廠房共有400 W 金鹵燈總數(shù)236 套，單燈實際功率約440 W；250 W 金鹵燈總數(shù)56 套，單燈實際功率約280 W，合計292 套，總功率119.52 kW。改造后，廠房共有200 W LED 燈具260 套，25 W LED 燈具32 套，合計292 套，總功率52.8 kW，較改造前下降66.72 kW。智能照明亮燈時間按每日14 h 50%功率，10 h 100%功率計算，每年可節(jié)約電能119.52×24×365-52.8×（14×50%+10×100%）×365=719 371.2 kW·h，按電價0.66 元/千萬時計算可節(jié)約電費47.48 萬元。

3 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。本文使用高效、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，實現(xiàn)了照明系統(tǒng)的節(jié)能智能控制。