智能照明系統在工業廠房中的應用*

馬鵬宇，梁海權，林新建

（日立樓宇技術（廣州）有限公司，廣州 510660）

0 引言

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，只有開和關2種狀態。隨著電力電子技術、數字通信技術及計算機網絡技術的發展，在照明系統的控制上也日趨智能化，除了為使用者創造了良好的工作環境，也最大程度的降低能源消耗。

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控軟件采用B/S架構設計，監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域進行較為精細的劃分，造成部分區域即使無人工作，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域進行劃分，既能實現單獨區域的分布式控制，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控軟件即可開啟所需區域的照明系統，或關閉無人區域的照明燈具。

（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，自動分析判斷達到最佳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，最大限度的利用外界的自然光照，從而達到節能的目的。同時根據不同區域對光照強度的不同需求以及當前區域的照度數據，分別調整各自區域的燈具亮度，可提供一個不受外部環境因素影響的相對穩定的光照環境[4]。

（3）智能切換，實現柔性管理。

大型廠房會根據不同的作業工序將廠房空間劃分為不同的區域，可將劃分好的區域根據不同的作業要求組合為不同的場景。既可精確控制到個別工位，也可根據生產設備布局變更控制方式，柔性對應生產作業的變動。實現根據作業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域的燈具進行日程開?？刂?。當前一工位即將完成相關作業時，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日程運行在全自動化的狀態。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，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域進行作業人員探測，將無人區域的燈光緩慢調暗，直至完全關閉。同時將有人區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，節約了系統投入的整體成本。

（3）節約能源綠色環保。

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境信息，自動調節燈具的亮度，使得工作區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內的生產車間，建筑面積近1萬m2，共有燈具208盞，現場使用效果如圖3所示。每月可節約用電近3 000 kW·h，節能效果達20%。按工業用電0.98元/kW·h計算，每年可節約電費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 結束語

采用智能照明管理系統不僅實現了對控制區域內燈具便捷的自動控制功能，同時帶來了較為可觀的節能效果；在國家節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，可進一步優化工作環境，促進整體工作效率的提升。