基于厂房智能照明系统改造的研究

【摘要】：某厂房照明通过节能改造，实现了照明系统的智能控制，达到节能减排、经济运行的目的。

【关键字】：智能照明；LED灯具；厂房照明

0引言

某厂房照明系统改造前灯具采用金卤灯，共292套，安装高度18m。金卤灯功率大、功率因数低、能耗高。照明控制采用人工手动控制方式，效率低、容易出现人为的漏操作或误操作，无法及时获取现场环境及照度需求信息，照明系统适应性较差，且灯具无法调光，存在严重的电能浪费情况，因此车间立项进行了针对照明系统的节能改造。

1厂房照明现状分析

1.1能耗高

金卤灯照明系统现场分布情况如表1所示，其电耗包括金卤灯具本身、整流器和线路损耗。以功率为400W的金卤灯为例，其实际功率为440W左右(包含整流器)。与LED灯具(功率因数一般为0.95以上)相比，金卤灯功率因数低(功率因数一般为0.4~0.9)，运行电流高，从而增加了线路损耗。在满足同样照度的情况下，IED灯具比金卤灯的效率大大提高。

表1现场灯具分布情况

1.2控制方式落后

原厂房灯具通过6个照明配电柜进行人工手动控制，照明配电柜面板设置按钮、柜内安装断路器和接触器，每个配电柜设置6~10个照明回路，每个回路控制9~12套灯具。照明开关只能通过配电柜面板进行人工手动操作控制，增加了现场日常运行管理的工作量。而且经常出现局部区域白天可以采用自然采光照明也未关闭照明系统的情况，不能实现照度控制和时间控制。综上所述，厂房原有照明系统运行效率低，且难以避免人为的漏操作或误操作，无法及时获取现场环境及照度需求情况信息，系统适应性较差，且灯具无法调光，控制手段十分落后，不能满足节能降耗、自动控制的需求。而采用改进后的乙二醇热回收系统，由于再热负荷的大幅降低和新风预处理能力的增加，使得该系统的节能率大大增加。冬季由于新、排风间的温差较大，热回收*要高于夏季，节能率十分可观。

(2)采用乙二醇热回收系统能较好地应用于甲类厂房，解决了传统热回收系统新排风交叉污染的问题，通过对乙二醇热回收系统的改进，可以进一步降低甲类厂房空调系统的能耗。

2智能照明系统改造

2.1改造目标

(1)改造后厂房工作面平均照度不低150lx，满足运行要求，且光照均匀。

(2)选用LED灯具功率因数不低于0.95。

(3)LED灯具可按照预先设定，实现分回路定时自动开关及调光功能。

(4)采用独立智能照明控制系统，对各区域的灯具分回路进行控制。灯具可在0-全额定功率范围内进行调节。灯具可长时间工作，不会造成灯具、电缆等元件的过热、烧损。

(5)智能照明系统配置照度感应器，当照度感应器监测到照度值小于设定值时，控制系统各分回路灯具执行预设的开关灯命令，对现场照度进行自动调节。

(6)自动执行预设的分回路灯具管理控制任务，手动/自动工作状态可按实际需要进行切换。

(7)智能照明控制系统具备数据存储、数据查询功能，可以存储系统运行情况的历史记录、实时电能等。

2.2改造内容

2.2.1更换灯具

控采用新型节能LED灯具更换原有的金卤灯具，改善厂房照度水平，详细配置如表2所示。

表2节能LED灯具配置

灯具采用嵌入式软件控制，实现恒功率、电磁兼容、恒流等功能，确保灯具在85~300V的宽幅电压范围内稳定工作，功率因数可达0.95以上。优化光学设计，光线柔和、配光均匀、反光效率高，对每盏灯具的配光可以灵活调整使用，以适应高大厂房25~40m高度照明的需要。采用LED作为光源，光效高、光照均匀、显色性好、使用寿命达60000h以上。灯具结构一体化、抗冲击、抗振动、密封防水等性能良好，适应振动，湿热、粉尘等工作环境。采用高强度合金外壳，其表面经高压静电喷塑处理，防腐等级WF2。采用吊环式、吊顶式安装。LED灯具的详细参数见表3。

表3 LED灯具参数

2.2.2新增无线智能控制系统

新增厂房照明智能控制系统，可以对照明灯具进行智能监控，以提高照明系统的自动化水平，其结构原理如图1所示。

图1乡智能控制系统结构原理

2.2.2.1控制功能

(1)单灯控制：所有灯具都加装了单灯控制器，以实现灯具单灯控制。控制系统可以实时监测所有灯具的电流、电压、功率状态。

(2)编组控制：能够对加装单灯控制器的灯具按照区域进行自定义编组，可以按小区域分组、也可以按大区域进行分组，还可以整编小区域后再组成大区域，以实现一键式组控。

(3)灯具调光：能够对加装单灯控制器的灯具进行系统设定调光，也可以进行手动调光控制。可以依照照明规律进行系统后台编程，实现自动控制调光，也可以通过系统后台对单灯/编组灯具进行手动控制调光。

(4)地图显示、实时监控：通过系统后台地图显示功能，实时监测终端设备的运行状态，

(5)故障报警：通过在系统后台预设报警阈值，实现灯具故障报警。通过地图显示功能，可以直接显示故障灯具位置，减少人员查找故障灯具的时间，提高维护效率。

(6)远程操作及远程监控：可以通过PC端或手机APp远程控制灯具，查看现场灯具工作状态的功能接口。系统支持互联网网络监控功能，可以通过PC机、智能终端等设备，通过身份及密码认证，监测及远程控制区域内的照明系统(手机App仅广域网组网可用)。

(7)能耗分析：通过加装数字智能电表，能够对区域内灯具的能耗进行统计、记录及分析。

(8)数据存储及导出：系统后台可自动存储系统设备执行任务记录和控制事件日志，支持数据导出和保存

2.2.2.2系统特点

采用基于扩频技术的超远距离无线智能控制系统其无线传输方案具有穿透性强、传播距离远、信号稳定、传输延时小的特点，下行通信采用433MHz频段。

(1)操作简便：在主控室通过后台或手机对现场所有区域灯具进行集中控制、设置场景，能够通过照度传感器、雷达传感器实现按需控制、实时控制。

(2)适应性强：系统采用BS架构，无需安装客户端软件，可扩展性强，支持多种通信方式接人。可以兼容PC(PowerLineCarrier，电力载波)现场总线、2G3G/4G等不同的通信设备同时接人。系统支持扩展功能，且具备接人智慧工厂集控的扩展接口。

(3)GIS地图：支持2D/3D地图切换、地图矢量缩放功能，支持用户地图导人系统，可以显示经纬度坐标。

(4)权限设置：系统具有合理的用户分级权限设定，可在同一服务器上为不同用户划分不同的权限和角色。角色所具有的权限可以动态修改分配，包括用户的浏览、添加、删除、修改等操作权限，支持禁用用户功能，以防止误操作。

(5)安全性：智能照明系统具备当网络通信异常时，保证灯具常亮的功能。

2.2.2.3智能照明控制箱

在原有照明配电柜旁新增3台智能照明控制箱。原有电气管线原则上利1日，对部分老旧线缆、钢管进行更换。施工中应做好保护接地，施工完毕后恢复防火封堵。

2.2.2.4系统通信

系统可以采用局域网、广域网部署，各主控箱网关与系统后台服务器通过光纤通信。各主控箱网关与灯具和智能开关模块通信方式采用433MHz无线传输通信方式。

2.3照度效果

所有区域平均照度均不小于150lx，部分区域照度模拟效果如图2所示。

图2照度模拟效果

2.4节能分析

采用有效、节能的LED照明灯具实现节能降耗通过多种智能控制方式，在满足现场作业照明的前提下提高灯具利用效率，以实现节能降耗。采用单灯控制器，对灯具进行单独调光控制，以实现节能降耗。系统自动控制、自动开关调光，无需人工操作，可以控制能耗。智能调光按照白天14h、平均50%功率运行夜间10h、全满功率运行。

改造前，厂房共有400W金卤灯总数236套，单灯实际功率约440W；250W金卤灯总数56套，单灯实际功率约280W，合计292套，总功率119.52kW。改造后，厂房共有200WLED灯具260套，25WLED灯具32套，合计292套，总功率52.8kw，较改造前下降66.72kW。智能照明亮灯时间按每日14h50%功率10h全功率计算，每年可节约电能119.52x24x365-52.8x(14x50%+10x全)x365=719371.2kw·h，按电价0.66元/千万时计算可节约电费47.48万元。

3安科瑞智能照明控制系统

3.1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。

3.2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。

3.3系统结构

3.4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%到全进行调光，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。

3.5设备选型

 

名称	型号	功能	备注
安科瑞智能照明控制系统	ALIBUS	可通过控制面板、人体感应、照度感应、微波感应、上位机系统、触摸屏、手机、平板端等多种控制终端实现灵活多样的智能化控制
名称	型号	上行	下行	外形尺寸	备注
智能通信管理机	Anet-1E1S1	1路以太网	1路RS485	140*90*50
智能通信管理机	Anet-1E2S1	1路以太网	1路RS485	140*90*50
智能通信管理机	Anet-2E4S1	2路以太网	4路RS485	168*113*54
智能通信管理机	Anet-2E8S1	2路以太网	8路RS485	168*113*54

名称	型号	负载电流	安装方式	外形尺寸	备注
4路开关驱动器	ASL220Z-S4/16	16A	导轨式	144*90*70	1.控制火线 2.每回路额定电流16A 3.磁保持继电器 4.延时控制 5.电流检测 6.定时控制
8路开关驱动器	AS220Z-S8/16	16A	导轨式	216*90*70	1.控制火线 2.每回路额定电流16A 3.磁保持继电器 4.延时控制 5.电流检测 6.定时控制
12路开关驱动器	ASL220Z-S12/16	16A	导轨式	288*90*70	1.控制火线 2.每回路额定电流16A 3.磁保持继电器 4.延时控制 5.电流检测 6.定时控制
16路开关驱动器	ASL220Z-S16/16	16A	导轨式	360*90*70	1.控制火线 2.每回路额定电流16A 3.磁保持继电器 4.延时控制 5.电流检测 6.定时控制
8路调光驱动器	ASL220Z-SD8/16	16A	导轨式	360*90*70	1.控制火线 2.每回路额定电流16A 3.磁保持继电器 4.延时控制 5.0-10V调光

名称	型号	性能	安装方式	外形尺寸	备注
红外感应传感器	ASL220-PM/T	3-5m 120°	嵌入式吸顶	φ80	开孔55mm
微波感应传感器	ASL220-RM/T	5-7m 120°	嵌入式吸顶	φ80	开孔55mm
微动感应传感器	ASL220-PR/T	5-7m 120°	嵌入式吸顶	φ80	开孔55mm
IP网关	ASL200-485-IP	ALIBUSnet/IP	导轨式	14*28*39	系统组网元件 监控软件接口设备
1联2键智能面板	ASL220-F1/2	2组控制指令	86盒	86*24*86	开关 调光 场景
2联4键智能面板	ASL220-F2/4	4组控制指令	86盒	86*24*86
3联6键智能面板	ASL220-F3/6	6组控制指令	86盒	86*24*86
4联8键智能面板	ASL220-F4/8	8组控制指令	86盒	86*24*86

 

4结束语

LED灯具在同等照度条件下消耗的功率比传统灯具大幅降低。本文使用有效、节能的LED照明灯具替代高耗能的金卤灯具，并增设智能照明控制系统，大大提高了照明利用效率，实现了照明系统的节能智能控制。

参考文献：

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[2]贾正松.基于单片机实现智能照明控制系统设计[J].现代电子技术，2009(17):105-107

[3]窦林平.国内LED照明应用探讨[J].照明工程学报，2011，22(6):51-59

[4]肖辉.电气照明技术[M].北京:机械工业出版社，2009

[4]安科瑞企业微电网设计与应用手册.2022年05版

作者简介：闻什益  手机：[phone]  （微信同号）

审核编辑 黄宇