安科瑞 繆凱倫

摘要：對比了傳統照明系統的不足，介紹了智能照明管理系統的架構和照明管理方式，分析了智能照明管理系統的使用效果。提出在工業(yè)廠房中引入智能照明管理系統，實施*管理方法，可實現對廠房照明的精細化控制，為員工提供明亮的工作環(huán)境，同時可獲得較為可觀的節(jié)能效果。

關鍵詞：工業(yè)廠房；智能照明控制系統

0.前言

傳統照明電路的控制開關直接連接在負載回路中，當負載較大時，需要相應的增加控制開關的容量；如果開關距離負載較遠時，大截面電纜的原理也需要同步增加，而且上述連接方式決定了只能實現簡單的開關功能，即只能按照既定的照明布線回路進行一路一路的開關控制。另外，由于傳統照明系統僅設置了照明開關或配電箱，因此管理方式僅可能是人為的手動管理，并且無法進行光照效果的調節(jié)，只有開和關2種狀態(tài)。隨著電力電子技術、數字通信技術及計算機網絡技術的發(fā)展，在照明系統的控制上也日趨智能化，除了為使用者創(chuàng)造了良好的工作環(huán)境，也降低能源消耗。

1.智能照明系統的構成

智能照明系統由燈具（包括白熾燈、日光燈、LED燈等，為達到良好的照明和節(jié)能效果，推薦使用LED燈具）、控制模塊、無線傳輸模塊、智能網關、集中控制器及監(jiān)控主機等組成。燈具只需要將控制模塊與其供電電源連接即可輕松實現控制安裝，無需外部設備。無線傳輸模塊實現了控制模塊與智能網關間的數據通信。各個智能網關通過以太網與集中控制器和監(jiān)控主機組成了完整的智能照明系統，既能夠實現同一網關下的燈具控制，也可以協調在同一集中控制器下的跨網關的控制  [1-2]。

智能照明管理系統的監(jiān)控軟件采用B/S架構設計，監(jiān)控主機可以是用戶的PC、筆記本計算機或者是平板。同時可以為第三方BMS系統提供建筑物內的照明管理權限及接口服務 [3]。系統架構如圖1所示。

圖1 智能照明管理系統架構

2. 智能照明系統的控制方式

（1）集中控制，減少人為浪費。

現有使用傳統照明方式的工業(yè)廠房中，由于人為疏忽而造成的照明能源浪費的現象仍然非常嚴重，無論相應區(qū)域是否有人員工作，在下班前經常是燈火長明。出于照明燈具安裝復雜度的考慮，傳統照明系統無法對照明區(qū)域進行較為精細的劃分，造成部分區(qū)域即使無人工作，也無法單獨關閉照明。

引入智能照明系統，可按實際需要對照明區(qū)域進行劃分，既能實現單獨區(qū)域的分布式控制，又能實現平臺軟件的遠程集中管理。管理人員通過操作智能照明系統監(jiān)控軟件即可開啟所需區(qū)域的照明系統，或關閉無人區(qū)域的照明燈具。

（2）自動調光，充分利用自然光。

智能照明系統中的控制模塊，通過采集光照傳感器的照度數據，自動分析判斷達到光照效果所需要的燈具數量及光照強度，從而自動調整燈具的亮度值，利用外界的自然光照，從而達到節(jié)能的目的。同時根據不同區(qū)域對光照強度的不同需求以及當前區(qū)域的照度數據，分別調整各自區(qū)域的燈具亮度，可提供一個不受外部環(huán)境因素影響的相對穩(wěn)定的光照環(huán)境 [4] 。

（3）智能切換，實現柔性管理。

大型廠房會根據不同的作業(yè)工序將廠房空間劃分為不同的區(qū)域，可將劃分好的區(qū)域根據不同的作業(yè)要求組合為不同的場景。既可控制到個別工位，也可根據生產設備布局變更控制方式，柔性對應生產作業(yè)的變動。實現根據作業(yè)情況進行精細的分組控制功能。

比如，以單個工位或工位群組為控制對象，在智能照明系統的管理平臺錄入每日的生產計劃所對應的照明需求，集中控制器可根據上述計劃對所在區(qū)域的燈具進行日程開停控制。當前一工位即將完成相關作業(yè)時，提前開啟下一工位的照明系統，同時延時關閉當前工位的照明系統，減少無人狀態(tài)下照明能源的浪費。

3. 智能照明系統的應用效果

（1）實現照明的智能化管理。

采用智能照明管理系統，可以使得廠房的照明系統按照生產計劃和作業(yè)日程運行在全自動化的狀態(tài)。照明系統按照預先設定的日程及當前的采光條件進行自主調節(jié)，無需外部手動干預。

例如，在1個工作日結束前，系統將自動對控制區(qū)域進行作業(yè)人員探測，將無人區(qū)域的燈光緩慢調暗，直至*關閉。同時將有人區(qū)域的燈光調至夜間工作模式，以自動適應晚間工作所需的光照強度。

（2）安裝便捷、施工便利。

采用智能照明系統后，供電線路僅從控制模塊連接至照明燈具上，線路無需再經過開關，減少了大截面負載線纜的使用數量。系統安裝完成后，通過集中控制器對整個系統中的各智能網關進行配置，從而建立對應的控制關系，與傳統的照明系統相比，節(jié)省了原本需要連接至開關的線纜，也降低了安裝難度，縮短了施工時間，節(jié)約了系統投入的整體成本。

（3）節(jié)約能源綠色環(huán)保。

智能照明系統采用無線通信技術、計算機網絡技術，實現照明系統的可視化管理。后臺管理軟件可獲取每個燈具的開關情況、實時亮度、整體能耗等信息，通過結合所獲取的外部環(huán)境信息，自動調節(jié)燈具的亮度，使得工作區(qū)域的照度始終保持在預先的設定值附近，從而充分利用自然光達到節(jié)能減排的目的[5-6] 。

（4）延長燈具壽命。

智能照明管理系統的控制模塊對燈具采用軟啟動控制，減少電網對燈具的沖擊，避免燈具的異常損壞。另外，通過對燈具的開關的自動化控制，可以大大縮短無效的照明時長，延長了燈具的使用時間，降低了更換燈具的工作量，有效降低了照明系統的運行費用，對于大量使用燈具，并且安裝困難的大型工業(yè)廠房具有特殊的意義。

（5）提高精細化管理水平。

智能化照明系統將原有人工進行的手動開關工作轉換為管理系統的自動化控制，為管理人員的高素質的管理方法提供了可實現的硬件平臺。通過對照明設備的能耗數據進行采集和統計，獲得可視化的能源使用數據，數據統計報表如圖2所示，從而對照明工作進行更為精細化的管理，進一步降低能源消耗的費用[7] 。

圖2 能耗數據統計報表

筆者將上述智能照明管理系統應用于廠區(qū)內的生產車間，建筑面積近1萬平方，共有燈具208盞，現場使用效果如圖3所示。每月可節(jié)約用電近3000kWh，節(jié)能效果達20%。按工業(yè)用電0.98元/kWh計算，每年可節(jié)約電費3.5萬元。采用智能照明管理系統，前期約投入支出28萬元，約8年可收回成本。

圖3 智能照明管理系統運行現場

4.安科瑞為工廠智能照明控制提供解決方案

4.1安科瑞智能照明監(jiān)控系統采用分層分布式結構，即站控層，通訊層與間隔層； 如圖（1）所示：

圖（1）網絡拓撲圖

間隔設備層主要為：開關驅動器，這些裝置分別對應相應的一次設備安裝在電氣柜內，這些裝置均通過現場KNX總線組網通訊，實現數據現場采集。

網絡通訊層主要為：智能照明網關，其主要功能為把分散在現場采集裝置集中控制，同時遠傳至站控層，完成現場層和站控層之間的數據交互。

站控管理層：設有高性能工業(yè)計算機、顯示器、UPS電源、打印機等設備。監(jiān)控系統安裝在計算機上，集中采集顯示現場設備運行狀況，以人機交互的形式顯示給用戶。 以上開關模塊均采用KNX總線傳輸，一般都采用4根連線，接線簡單方便，傳輸距離可達1.2km。

4.2安科瑞智能照明系統組成

1. 定時控制

通過時鐘管理器，實現整個系統的有關區(qū)域照明的定時和自動管理功能，實現公共通道、景觀照明、泛光照明、車庫照明定時控制。如百葉窗定時升降、集中供熱定時調節(jié)、節(jié)假日照明定時關閉、定時通知等。

2. 場景控制

智能照明控制系統根據各個部門的需求，設定不同種類的場景模式，進行各種照明燈光的組合，達到美化工作環(huán)境的效果；結合人體感應傳感器，當人員離開時，關閉所有該會議室照明。

3. 實時監(jiān)控

中控室，配置一臺中控主機，所有照明控制設備，通過KNX網關，接入監(jiān)控系統，操作管理人員，可以通過中控電腦，實時監(jiān)視總線、區(qū)域、樓層、樓棟等照明狀態(tài)，并可根據需求進行控制調整。系統繪圖工具支持向量圖和多層頁面，圖形頁面縮放方便，切換簡單，支持DXF、WMF、BMP、JPG、ICON等圖形對象的嵌入、支持二維、三維圖元的繪制，增加可視化的空間效果。

4. 報警處理

系統提供了警報處理能力，用戶可采用編程來完成不同的任務，當某種警報條件出現時應做什么，可由用戶自行確定。

5.事件通報 系統提供了事件通報功能，支持郵件通報、文本輸出以及事件驅動打印，可按照用戶預先設置的條件，觸發(fā)事件通報功能。

4.3設備選型

5.結束語

采用智能照明管理系統不僅實現了對控制區(qū)域內燈具便捷的自動控制功能，同時帶來了較為可觀的節(jié)能效果；在國家節(jié)能減排的政策的要求下，通過采用智能照明管理系統，提高廠區(qū)的能源管理水平，達成既定的能源管理目標。此外，使用智能照明管理系統，可進一步優(yōu)化工作環(huán)境，促進整體工作效率的提升。

參考文獻：

[1]  張岳軍，吳明光.智能照明系統控制網絡的研究[J].照明工程學報，2004，15（04）：17-19.

[2] 企業(yè)微電網設計與應用手冊.2020.06版.

[3] 智能照明控制系統.2020.08版.

[4] 馬鵬宇，梁海權，林新建.智能照明系統在工業(yè)廠房中的應用.