新能源汽車工廠智能照明設計方案

申屠玉正

機械工業第九設計研究院股份有限公司，吉林 長春 130011

0 引言

智能照明控制系統利用計算機、網絡通信、自動控制、微電子等技術手段，自動采集系統各種信息并進行相應的邏輯分析、推理判斷、存儲傳輸以及反饋控制，以滿足環境變化、客戶需求等要求[1]。

智能照明控制系統一般具有以下功能：單回路開關、群組開關的控制；整體場景變化的控制；定時、傳感器感應及電腦管理多種控制方式；無人工管理邏輯功能；手動開關功能；反饋每一回路的運行與故障狀態。

智能照明控制系統一般采用三種總線控制方式：RS485、DALI、KNX。其中RS485和KNX控制方式可以照明回路為單位進行智能控制和調光，而DALI控制方式可以實現對單燈的智能控制和調光。從經濟性角度考慮，RS485和KNX控制系統造價低，而DALI控制系統造價高，但能夠精確控制調光以實現恒照度[2]。

1 智能照明控制系統組成和框架結構

以筆者設計的2020年吉林省“三早”建設工程項目之一的一汽某新能源汽車工廠項目為例。這一工程智能照明設計內容有各車間智能照明系統（含車間一般照明、生產線照明、物流區照明和輔助辦公照明等）、建筑物亮化照明系統（含建筑物外立面亮化照明、屋頂企業LOGO大字照明、涂裝車間煙囪亮化照明等）、廠區道路及綠化景觀照明系統等。

項目設置了照明綜合管控平臺，實現對各區域精準燈光節點的分組控制、多情景模式管理，采用平日模式、節假日模式及重大活動時刻模式，高效集中控制。

工廠控制管理平臺和物理場景系統是項目的關鍵內容，控制管理平臺設置在聯合動力站房的總控制中心，能夠對所有場景子系統進行統一管理，集成調度，維護工廠高效運行。系統提供開放式的集成能力，為不同的控制系統提供統一的控制界面，能實現場景系統遠程自動設置、運行狀態動態監控。全廠智能照明控制系統拓撲圖如圖1所示。

圖1 全廠智能照明控制系統拓撲圖

工程在聯合動力站房設置總控制中心，在沖焊車間、涂裝車間、總裝車間、電池電驅車間設置分控制中心，其中廠區道路及綠化景觀照明控制采用4G無線遠程智能控制，路燈可實現單燈控制，建筑物立面亮化照明控制利用廠區內計算機局域網。

各分控制中心智能照明管理系統由上位機管理軟件（中央管理層）、集中控制器（集中控制層）、終端控制器（終端控制層）組成。集中控制器安裝在配電柜內，終端控制器安裝在照明終端。集中控制器通過單模光纖與后臺監控服務器進行通信。集中控制器通過接收、執行、轉發上位機管理軟件的命令，對每個終端控制器進行控制，從而控制每盞燈具的亮滅及調光，節約電能。同時，集中控制器通過內置輸出端口在配電箱內可實現對路燈整條回路的控制，查詢每個終端控制器的信息，通過模擬量、數字量輸入端口，可以外接其他設備采集現場的光照、溫度等其他信息，反饋到上位機管理軟件，實現對現場的實時監控。

2 智能照明控制策略

2.1 控制方式

智能照明控制方式主要有以下幾種。

（1）中央控制：在主控中心對所有照明回路進行監控。

（2）模式控制：設置白天、傍晚、夜晚、節假日、維修、巡檢等模式。

（3）現場可編程開關控制：通過編程方式來確定每個開關按鍵所控制的燈光回路，可單回路控制也可以組合回路控制。

2.2 工廠各區域智能照明控制策略

（1）生產車間。汽車工廠廠房頂棚較高，一般采用大功率的LED照明燈具，由于涉及區域大、燈光照度要求穩定性較強，一般不采用調光控制，而采用場景定時控制方式，結合本地控制面板，預設各種場景，包括上班模式、加班模式、休息模式、假日模式等[3]。如沖壓車間空間高大，采用分區控制，照明區域包括沖壓件庫、模具存儲區域、板料存儲區域、模具調試區域、沖壓生產區域等。智能照明系統與生產中臺系統實時通信，實現生產管理系統對車間照明的實時控制。

總裝車間一般面積較大，除了高空照明，還設置了生產線工位照明，采用調光控制，受車間生產中臺系統綜合管理。

物流配送中心需根據工藝需求采用適合的照明策略。對于分揀配送區，在分揀貨物時有較高的照度需求，其他時間照度與本車間一致。設計時照明回路交叉布置，每個回路采用智能照明開關控制，經過編址便可在門口智能面板上實現燈具全開、半開、全閉等功能。

（2）辦公區。辦公區照明燈具采用非調光式LED燈具，分區控制。在辦公區出入口，配置相應的智能觸控面板，方便人員操作，實現在每個出入口都可以開啟或關閉整個辦公區所有的燈具。同時在一些特定區域，結合照度感應器對燈具進行分組開閉控制，對室內照度值按需進行調控。根據各個區域各種功能特點和不同的時間段，可預設多種照明場景，由時間管理器自動運行，同時工作人員也可進行手動編程進行選擇或修改照明場景[4]。

（3）廠區道路照明。光源方面取消傳統的高壓鈉燈方案，采用長壽命高顯色性的LED光源，燈具采用太陽能智慧路燈。在控制方式方面，取消簡單的時控、光控方案。智慧路燈通過傳感器、電力線載波、ZIGBEE通信技術和無線通信技術等，將路燈串聯起來，形成物聯網，并可根據車流、時間、光線變化情況等條件設定自動調節亮度方案，實現遠程照明控制與管理，讓道路照明達到智能狀態。

（4）建筑物亮化照明系統。近些年社會的發展使得城市夜景照明成為城市景觀中的重要元素，工業建筑照明作為其中之一，對于增強企業形象，助力美麗城市，具有獨特的作用。案例工程設計的建筑物亮化照明系統包括建筑物外立面亮化照明、屋頂企業LOGO大字照明、涂裝車間煙囪亮化照明等。其中在涂裝車間煙囪高處設置LED企業LOGO標志，形成夜晚區域地標，凸顯廣告效應。另外，在項目中心廣場草坪和花樹下，布設了草坪燈、線條燈和投光燈，將工業建筑外形與色彩多變的照明燈光完美結合，營造出溫馨的氛圍。

3 結論

新能源汽車工廠主要由沖壓、焊裝、涂裝、總裝、電池電機、物流配送中心等車間及聯合動力站房、配套庫房、廠區工程等組成，建筑物多、個別單體面積大、功能復雜。汽車工廠內眾多照明配電箱分布在建筑物多個區間，如果采用傳統由專人或班組進行就地分區控制的方式，存在耗時、低效、管理不便等缺點，也無法實現靈活控制、按需調光等功能。近年來我國汽車制造業尤其是新能源汽車保持了較快的發展勢頭，提出建設綠色工廠、智慧工廠的時代要求，智能照明控制系統作為其中重要一環，在汽車工廠的應用具有十分廣闊的前景，這對企業提高生產管理效率、節約能源、增加經濟效益、增強市場競爭力具有重要意義。