智能照明系统在工厂厂房中的应用研究

任运业

安科瑞电气股份有限公司 上海嘉定 201801

【摘要】:照明用电是工厂基本的电力需求，照明质量的好坏对生产安全、劳动生产率、产品质量都有直接的影响。为了强化对照明用电的管理，降低整个工厂的能源消耗总量，文章针对智能照明系统的应用进行了深度的探索。在工业厂房中引入智能照明系统，实施的管理方法，可实现对工业厂房照明的精细化控制，为员工提供明亮的工作环境，舒适的居住环境，同时可获得较为可观的节能效果。

【关键词】:智能照明系统；工业厂房；节能设计

0引言

传统照明系统的控制开关容量和负载直接相关，如果负载比较大，就需要对开关容量进行全面控制。如果开关距离负载的距离比较远，需要加大电缆截面。传统照明系统只进行了照明开关和配电箱的简单配置，人工管理方式仍然占据着主要位置，没有办法对照明效果进行全面调控，照明只有开和关两种状态。随着电子技术及计算机网络技术的发展，照明系统的智能化和现代化属性更为强烈，应用智能照明系统可以为广大用户主体营造良好的照明环境，不断降低能源消耗总量。

1智能照明系统概述

1.1智能照明系统的组成

灯具及控制模块是智能照明系统关键的组成要素，智能照明系统的主要组成模块如下。

（1）在配电箱内安装的模块：开关驱动器、调光驱动器、IP协议转换器、中继器等。这些模块均可通过标准导轨安装。

（2）在控制现场安装的模块：传感器和触摸屏。其中传感器作为自动控制感应模块，嵌入式安装在屋顶或墙面；面板和触摸屏作为手动控制的主要载体，主要安装在房间值班室、走道等控制现场。

（3）在中控室安装的模块：集中控制器、监控主机等。

1.2智能照明系统的工作原理

在整个智能照明系统中，受控的负载直接和控制系统的驱动器相互关联，每一个输入模块和驱动器都可以借助总线线缆进行高度的连接融合。智能面板一旦检测到相关信号，便会通过总线线缆进行传输和发送。

1.3智能照明系统的主要控制方式

（1）手动控制：以具体的诉求为依据，对安装在各个区域的智能面板及触摸屏的亮度和开关情况等进行全面调控。

（2）自动控制：可以积极发挥功能不同的传感器的作用，根据外界环境的变动对灯光进行自动调控。

（3）定时控制：根据之前已经预设好的运行时间对灯光进行控制，这样能够在非正常工作时间内降低资源消耗量。

（4）控制：实时监控所有的控制活动，并且能够为整个区域提供照明服务，这种控制方式节约了大量的人力资源和电力资源。

（5）联动控制：照明系统能够和工厂的管理系统直接对接，进行联动控制。

1.4智能照明系统的优点

（1）技术成熟可靠：智能照明系统采用RS485总线技术，技术成熟可靠、安全稳定，是目前市场上应用广泛的现场控制总线技术；采用超六类屏蔽网线，并借鉴POE供电技术，在同一条线缆实现系统供电与通信，大大降低了施工成本以及接线、排障的劳动强度；采用分布式总线结构，不同模块可以独立完成工作。

（2）操作安全：总线元件及现场控制面板运行在DC24v的安全低电压下，手动操作更加安全。

（3）维护方便：升级系统内元件或者更新系统功能时，不需要重新布线，不需要关闭整个系统，维护十分方便。

（4）操作简单：要实现多点控制时，无须增加连接线，只需更改设备参数，操作简单。

（5）控制方式多样：拥有本地控制和定时控制等可供选择的控制方式。也可以和消防系统进行对接，在出现消防报警时，能够强制性地打开应急回路，为人员的疏散打下基础。

2工业厂房各区域智能照明系统的应用

2.1工业车间

2.1.1大操作间

正常工作期间，照度不够时，系统能自动开灯；当白天正午照度充足时，系统自动关闭部分临窗区域的灯具。在靠窗位置安装照度传感器，照度传感器可检测当前照度值是否在國值范围内，还可检测当前区域是否有人，然后经过逻辑判断，确定开启或关闭当前区域的照明。在阴天或者夜晚照度不够用时，传感器可检测到照度低于國值下限，当传感器检测到该区域有人时，受控回路的灯会自动亮起；当检测到该区域无人时，受控回路的灯不会亮。在晴天正午照度足够时，传感器会检测到照度在正常國值范围内，此时受控回路的灯会自动关闭。

在自动控制的同时，也可手动控制开启或关闭某些回路。在适当位置可以安装智能面板，在自动控制关闭部分回路的灯后，如果工人感觉照度不是特别合理，可以借助面板手动打开某一个照明回路。面板控制可实现单灯控制、分区控制、整个区域全开全关控制，控制方式多样化，布线简单不烦琐。手动控制和自动控制结合，使得控制体验更加人性化。

如果工人长时间离开当前工作区，而忘了关闭该区的照明灯时，因为整个车间比较大，可由车间值班人员（或其他管理专人）在中控室远程控制关灯。就地控制和远程控制相结合的控制方式，让控制方式更加智能化。

总之，通过面板就地控制、后台远程控制、在靠窗位置用照度传感器实现自动感应控制三种控制方式的相互配合，可以完成大操作间的照明控制。

2.1.2小操作间

小操作间包括原料间、干燥间、车间辅房等小房间，人员去的次数较少，相比车间大厅待的时间也比较短，

灯不需要长亮。在该区域可以安装智能面板，实现就地控制功能。工人到房间时，手动开灯；工人离开时，延时关灯。也可以安装人体运动感应传感器，实现灯具的自动控制。当工作人员进入操作间后，传感器感应到人体活动，发出指令自动点亮灯具；待人员离开后，延迟一小段时间，灯具自动熄灭。

2.2办公区

2.2.1公共办公区

在公共办公区，可以将室内照明回路按部门、班组划分为若干个小的回路，以便更灵活地控制室内照明，按需开灯、合理用电。在门口、墙面等合适位置安装智能照明控制面板，可以手动开关控制一组、几组或所有照明，相关控制逻辑策略可以随时通过软件编程灵活调整，办公室重新布置、划分时无须对原有线路进行调整和重新布线。

靠窗部位加装日光照度传感器，白天日照充足的情况下，可以自动关闭临窗的灯具，避免能源浪费。室内工位上方加装微动传感器，可以检测员工手臂与身体的细微动作，从而判断相关区域是否有人正在伏案工作，可以实现工作时自动开灯，人员离去后延时自动熄灯的效果。

除了以上手动与自动控制相结合的就地控制策略，还可以在监控室对整个厂区的办公照明进行集中远程管理与控制。

2.2.2会议室

会议室可以根据不同的用途预设若干种照明场景模式，如会议讨论模式、视频播放模式、演讲模式、迎宾模式、打扫模式等。以上模式可以通过墙上的面板或触摸屏实现一键切换。

2.2.3高管办公室

在高管办公室，除了预设类似于会议室的若干种场景模式（办公场景、会客场景、休息场景等），用智能面板与触摸屏实现一键切换外，还可以将灯具改造为具备调光调色温功能的灯具，配套调色驱动器，通过对照明灯光亮度的控制，为高级管理人员提供更舒适的工作环境，保持管理人员的心情愉悦，提升其工作效率。

2.2.4走廊、茶水间、洗手间

办公区的走廊、茶水间、洗手间等区域的控制策略类似于车间的相关区域，在此不再赘述，主要是通过技术手段避免非必要的照明能耗，提升照明管理水平，尽可能地节能减排。

2.3宿舍

2.3.1走廊

宿舍走廊与过道与车间内走廊类似，可考虑在过道上方安装传感器，在走廊尽头两端安装面板，在传感器出现故障时，进行应急手动控制。

2.3.2寝室

对于寝室照明，可以根据员工的日常工作作息与排班情况，预设定时控制计划，确定开灯和熄灯休息时间，保障员工可以得到充分的休息。同时还可以利用照明控制系统，对寝室内的热水器、插座等非照明负载采取类似的定时控制策略，以提高管理水平、提升节能效果、保障用电安全。

2.4仓库

2.4.1装卸区

针对装卸区，采用微波与照度二合一传感器进行自动控制。微波传感器具有探测距离远、探测物体无温差要求的特点，不但可以对运动人体作出响应，也可以侦测车辆等运动物体，特别适合安装在安装高度较高的装卸区。照度传感器可同步检测当前区域照度是否在國值范围，白天日光充足的情况下可以自动关灯；夜晚来临或重阴天日光照度不够时，如果有人或车辆进入装卸区开始作业，可以自动开灯，待装卸作业结束、人员车辆离开后，延迟一小段时间自动关灯。

2.4.2仓储区

仓储区视其平时的工作繁忙程度可采取不同的控制策略。对于非常繁忙的仓储区，可采用定时控制的策略，依据日常的排班表设定开关灯计划，上班时间开灯，下班后自动关灯。在仓库出入口等适当位置安装智能面板，通过面板控制可实现分区控制或整个区域全开全关控制，用于临时加班操作。加班结束，既可以通过输入口的控制面板手动关灯，也可以延时自动熄灯，或在值班室远程操作关灯。

对于人流稀少的仓储区域，可以采用类似于车间小操作间的控制策略。工人进入仓库时，手动开灯，工人离开时，延时关灯。在该区域安装智能面板，可以实现就地控制功能。或通过安装人体运动感应传感器，实现灯具的自动控制，当有工作人员进入操作间后，传感器感应到人体活动后发出指令自动点亮灯具；待人员离开后，延迟一小段时间，灯具自动熄灭。

2.5厂区道路及户外空间

2.5.1厂区道路

厂区所有道路可根据当地日出日落时间进行开关灯操作，做到天亮关灯，天黑开灯，节约能源。可以在开关驱动器上设置天文时钟定时功能，到点执行开关灯任务。

2.5.2户外空间

户外球场等区域可以依据工厂的作息制度设定开关灯时间，例如，日落下班后开灯，晚上10：00熄灯休息，或者由管理人员在监控室远程操作开关。如有需要的话，还可以与园区一卡通等系统做深入的集成与绑定。例如，在球场入口处设定门禁，员工刷卡后进入球场，同时自动打开球场灯光照明，开始计费；结束后，人员刷卡离开球场，结算费用并自动关灯。

2.6食堂及餐厅

2.6.1食堂

员工集体就餐的大食堂可以预设若干种照明场景模式（就餐模式、打扫模式、备餐模式、休息模式等)，然后通过墙上的面板、触摸屏手动或者定时自动一键切换照明模式，既可以提升照明的管理水平，也可以尽可能节约能耗，为早日达成“双碳"目标作出贡献。

2.6.2小餐厅及包间

对于小餐厅、包房等空间，除了可以采取类似大食堂的方案预设照明场景来做到一键切换，还可以将室内部分灯具替换为可调光的灯具，并配套调光驱动器，通过对室内灯光照明输出亮度的控制，为来宾营造更舒适温警的用餐与会谈环境。

3智能照明系统在工厂的应用效果

3.1实现照明的智能化管理

有了智能照明系统的支撑，能够对整个厂房的照明系统根据生产计划或者作业日程进行全自动化的管理，不需要外界的手动干预，便可以取得良好的照明效果。例如，在一个工作日正式结束之前，系统会对整个控制区域内部的作业人员进行自动化的探测，无人区域的灯光会逐渐变暗，甚至是wan全关闭；有人区域的灯光会逐渐调节到夜间工作的状态，这样能够让工作人员更好地适应光照强度的变化。

3.2安装及施工便捷

有了智能照明系统作为支撑，线路仅需要从控制模板连接到照明灯具上，线路不需要经过多次开关，这样延长了设备的寿命。在系统安装完成之后，可以通过集中控制建立相应的控制关系。相比于传统的照明模式，可以节约更多的资源和成本，也能够大大地降低安装的难度，减少施工的时间[3]。

3.3节约能源

智能照明系统的网络性和可视化特征都相当明显，可以为后续的可视化管理提供更良好的环境氛围。后台管理软件可以自动获取每个灯具的开关情况和实际的耗能情况，可以根据外部环境的表现，对灯具亮度进行自动调节，进而让灯具光线达到自然光的状态，实现节能减排的终目标。

3.4延长灯具寿命

智能照明系统的控制模块可以对灯具进行软启动控制活动，这样可以尽可能地规避电网对灯具所产生的不良影响。除此之外，对灯具的开关进行自动化的控制，也能够不断减少无效照明时间，延长灯具的使用时间。这可以节约更多的成本，而且对于大量使用灯具并且安装困难的大型厂房而言，具有十分重要的现实作用。

3.5提高精细化管理水平

智能照明系统可以使原有的人工作业模式朝着自动化作业模式的方向不断地转化，如此一来，为高素质管理人员的科学管理搭建了坚实的平台。对照明设备的能源消耗情况进行全面采集，形成数据报表，可以为后续的精细化管理打下基础。

4安科瑞智能照明控制系统

4.1概述

ALIBUS智能照明产品采用RS485总线技术，技术成熟可靠，安全稳定。开关驱动器具备独立工作的能力，适用于一些中小型的项目；模块化设计，可以任意拼接扩展，同时预留I/O口以及Modbus接口，还可以满足与AcrelEMS企业微电网管理云平台进行数据交换。

4.2应用场所

适合于各类智能小区、医院、学校、酒店，以及体育场所、机场、隧道、车站等大型公建项目的照明控制需求。

4.3系统结构

4.4系统功能

1）实时检测并显示各个模块的在线状态，反馈现场受控回路的开关状态，监控界面按照楼层各分区的布局和回路列表来浏览。

2）当发生模块离线、网关设备掉线或者状态反馈和下发控制命令不一致时会发生故障报警，并将故障报警信息记录并显示在界面中。

3）可以对单个照明回路实现开关控制；每个模块、楼层都有相应的模块控制开关和楼层控制开关，也可以一个模块或者整个楼层实现开关控制。

4）开关驱动器支持过零触发功能，负载（灯具）的分合操作仅在交流电过零时进行；可有效减少电磁干扰以及对电网的冲击，延长灯具与控制装置的寿命。

5）对每个照明回路可以预设掉电状态，当照明电源掉电时，开关驱动器会自动切换到预设的掉电状态；确保重新上电时灯具的开关状态是确定与可控的。

6）拖动调光控件，照明设备从0%到100%进行调光，可以对单个照明回路实现调光控制，调光总控可以对一个模块的照明回路实现调光控制，也可以对多个照明回路实现调光控制，通过图标的亮灭状态反馈现场开关的状态。

7）点击场景控件，打开或者关闭对应场景设置，软件界面上显示不同的场景模式和场景功能，通过图标的亮灭显示对应的场景状态是打开还是关闭。

8）设置定时时间，确认时间点后，对该事件点执行的动作进行设置，设置灯在设定的时间点亮或者灭。

9）系统可以通过预设的当地经纬度信息，自动计算每天的日升日落时间；根据天文时钟控制照明开关，实现日落开灯、日出关灯的功能。

10）所有定时控制计划均可下发保存至驱动模块；当上位机系统故障或模块离线时，驱动模块可以利用自带的RTC时钟维持定时控制计划的正常执行，不影响日常的照明控制效果。

11）系统结构是分布式总线结构；系统内各元件不依赖于其他元件而能够独立工作；系统内各元件可以通过程序的设定实现功能的多样性。

12）预留BA或三方集成平台接口，采用modbus、opc等方式。

4.5设备选型

5结束语

借助智能照明系统，能够对整个工业厂房的灯具进行更为便捷的自动化控制活动，可以取得更为良好的节能效果。如此一来，可以提升整个厂区的能源管理质量，智能照明系统的全面引入对于工作环境的优化及工作效率的提升也具有十分重要的作用。

参考文献

[1].刘会兵.基于KNX总线的智能家居照明控制系统设计[J].智能建筑与智慧城市,2017(7):76-78.

[2].杨错.办公楼智能照明控制系统设计[J].现代建筑电气,2018,9(1):55-57.

[3].管读刚,秦少雷,魏飞龙.智能照明系统在智能建筑中的应用[J].光源与照明,2023(1):66-68.

[4].帅品格.地铁车站照明系统节能研究与应用[D].南昌:南昌大学,2022.

[5].安科瑞企业微电网设计与应用手册.2022年05版

[6].董俊峰,工厂厂房智能照明系统应用研究

作者简介：任运业，男，现任职于安科瑞电气股份有限公司。