智能化技術在工廠照明系統上的應用

張立偉

（深蘭科技（上海）有限公司，上海200000）

在傳統工廠生產過程中，為了滿足車間照明需求，普遍安裝大功率照明燈具。一方面，大面積的排布燈具，在照明回路上安裝控制開關；多回路、多開關的大功率照明管理模式，給企業照明用電帶來巨大的電能消耗，產生浪費資源的同時也存在著極大的用電安全隱患。另一方面，長期光照強度的分布不均勻，給勞動者視覺上會造成損傷，降低了企業的生產效率。這些傳統的照明方式已經不能滿足當今智慧工廠的發展需求。

現如今中國進入了社會經濟高速發展的新時代，科技創新步伐不斷加快，智能化時代背景下基于信息化技術、大數據和人工智能的應用越來越廣泛。隨著智能化技術的不斷發展，智能控制已經應用于各種領域，智能化技術在城市軌道交通、智慧城市、校園圖書館等場景已廣泛應用。隨著產業結構不斷升級，智能化技術應用向更多的領域延伸，通過智能化技術應用，實現了工廠照明智能化、管理智能化，推動了智慧工廠的建設。

我國工業照明用電占總發電量73.5%，當今照明設計中主要選用的有金屬鹵化燈、高壓鈉燈、LED 燈等。LED 燈由于使用壽命長，燈光亮度可調節等優點，被市場廣泛應用。相比于金屬鹵化燈，LED 燈穿透能力差，照射距離近，光線發散等缺點，并不適宜用于較為復雜的生產環境。所以如何在工業照明上提高照明質量、節省能源消耗對于節能環保，建設智慧工廠，優化企業成本投入，降本增效有著深遠的意義。

以深蘭科技（常州）工廠為例，將智能化技術在照明系統中的應用做一個簡要概述。

1 工廠環境概況

工廠平面圖如下圖1 所示，主要分為四大功能區：成品庫、生產車間、生產辦公室、原材料庫。其中原材料庫、成品庫用于原材料的存放和產成品的臨時存放和運轉，對于用光亮度比較單一。其中生產車間用光度相對比較復雜，由于每個車間的產品不同，生產工具不同，對于生產環境的需求也有所不同；圖中生產車間1、生產車間3 是工人手動組裝產品，在日常運營中離不開光源，且對于外圍光源的依賴性比較強；生產車間2、生產車間4 均是自動化車間，設備內已經具備滿足工作的光源需求，兩個車間對外圍光源要求不是很高；另外車間辦公室、車間會議室有人使用時才有用光需求，無人時關閉光源即可。正是由于以上功能塊布局對光源的需求各不相同，對于燈光亮度、燈光的控制要求較高。大型生產車間在基礎建設時，為更好的引用自然光來節省資源，都是用窗戶進行自然補光，但是受天氣的影響，自然補光并不能及時滿足生產需求。

圖1 工廠平面布置圖

2 工廠照明系統控制要求

成品庫、原材料庫是車間產成品的存放和周轉場所，在平時工作時間對照明亮度要求相對不高，只有在工人提取物料，運轉物品時需要照明亮度，其余時間不需要照明亮度；所以需要實現不同時間段對庫房照明進行智能控制。

四個生產車間是整個制造工廠的核心區域，日常運用過程中根據每個車間的產品、產能不同對照明亮度及時間也各有差異；1 車間是手工組裝車間，工人工作量大，用眼強度高，此車間對照明強度較高；2 車間是工廠的自動化車間，開機運行后平時基本不需要工人在現場，完全是設備全自動運行；3 車間是手工組裝車間，但是產品的產能不高，平均每班只有2/3 的時間用來生產，其余時間該車間處于停用狀態；4 車間前工段是人工上料，后工段是自動化設備，在前工段上料時對燈光照明有明顯的需求，上料完成后，此區域無人工作，可以關閉照明燈具；后工段自動化設備運行時，除滿足設備生產需求外，還有工程、質量、相關人員在此工段進行工作，因此，對照明亮度有著極高的要求。

綜合上述要求，根據整個工廠各個功能車間的需求，分析出每個車間由于任務、產能的不同，對照明強度及時間有著不同要求；照明系統在滿足生產運行要求的同時對每個功能區還要進行單獨的回路控制。

3 系統控制方案及功能

針對整個工廠復雜的生產環境和不同的照明需求，通過對整個工廠的功能區域進行照明需求分析，設計出一套智能照明控制系統，對整個工廠的照明系統進行智能化管控。

結合工廠實際要求，對整個工廠照明系統應用智能電子儀表進行分布式管理；通過對智能電子儀表的參數化設置與上位機、自動化設備、光照度傳感器等設備進行通訊；來實現工廠照明系統的兩大控制模式：手動模式和智能模式。手動模式是在每個功能區域的照明回路上安裝手動照明開關，工作人員可進行手動控制，該模式僅能對照明燈具進行開啟和關閉操作。智能模式是通過電子智能儀表和上位機生產管理系統進行融合，對工廠照明系統進行數字化管理，實現照明亮度智能調節、照明啟停智能管理、照明綠色節能、照明與自動化設備聯動等功能，該模式是工廠運行時的主要模式。

4 電氣原理與設備

電氣原理：

圖3 智能照明系統電氣原理圖

硬件設備：

4.1 智能電子儀表：

產品型號：ZE-T903ZI；

供電方式：24V DC；

工作溫度范圍：-30℃～70℃；

通訊方式：CAN 總線；波特率：9600；

調光精度：0.1%；

最大輸出負載：1KΩ

安裝方式：螺釘固定

（1）本產品為模擬量(電壓型、電流型)輸出調光模塊；

（2）本產品使用標準Modbus 通訊協議可以與各種組態軟件、人機界面（HMI）、PLC 等相連。

（3）本產品支持事件追憶功能，能做到各事件有據可查。

（4）本產品除了可以獨立調光輸出，也可以作為PLC、DCS擴展模塊使用。

4.2 光照度傳感器

供電電壓：12VDC～30VDC

感光體：帶濾光片的硅藍光伏探測器；

波長測量范圍：380nm～730nm；

溫度特性：±0.5%/℃；

測量范圍：0～200000Lux

光照度傳感器采用對弱光也有較高靈敏度的硅蘭光伏探測器作為傳感器；具有測量范圍寬、線形度好、防水性能好、使用方便、便于安裝、傳輸距離遠等特點，適用于各種工業場所,尤其適用于農業大棚、工廠照明等場所。根據不同的測量場所，配合不同的量程，線性度好、防水性能好、可靠性高、結構美觀、安裝使用方便、抗干擾能力強。

5 智能技術實施效果

通過應用智能化儀表對照明系統進行自動化控制，能夠在保證工廠正常生產的同時，根據車間不同區域不同工作時間段對照明的需求，自動調節燈光照明場景，實現工廠照明控制的智能化。同時根據上位機生產管理系統，使場景的燈光靈活的適應生產的照明需求，同自動化設備進行聯動，有效的延長了燈具的使用壽命并達到節能增效的效果。

目前智能化已經滲透到各行各業，并改變著我們的生活的。在智能化時代的今天，智慧城市、智能制造、智慧物流，智能化產品越來越貼近我們的生活，京東無人分揀中心、菜鳥網絡無人機跨海送貨、蘇寧物流云倉等；人工智能大大節省了人力成本，提高了生產效率。

智能化技術是現代化工廠照明系統的一種智能管理模式，在滿足不同功能需求，不同工作狀態的同時，有效地改變了車間的光照均勻性，保證了正常的光照需求，減少了不必要的浪費，提升工廠的生產效率。智能化技術在工廠照明系統上的推廣應用對于建設智慧工廠、綠色工廠、優化企業成本投入，節省人力資源等都有深遠的意義。