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孫志鵬   內(nèi)蒙古伊利實(shí)業(yè)集團(tuán)股份有限公司

李佳春  程 斌    中達(dá)電通股份有限公司

摘要：通過(guò)對(duì)聯(lián)合生產(chǎn)型工業(yè)廠(chǎng)房的照明需求分析，對(duì)智能照明控制進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，闡述了DALI智能照明系統(tǒng)在工廠(chǎng)中的應(yīng)用。實(shí)際效果證明，DALI技術(shù)可以有效提高廠(chǎng)內(nèi)照明燈具的自動(dòng)化程度，提高管理效率，降低能耗。完全滿(mǎn)足聯(lián)合生產(chǎn)型工業(yè)廠(chǎng)房對(duì)智能照明控制智能化、節(jié)能高效的需要。

關(guān)鍵詞：DALI  照度  智能控制

Design of Intelligent Lighting System for Dairy Industry Workshop

Sun Zhipeng   Inner Mongolia Yili Industrial Group Co., Ltd.

Li Jiachun, Cheng Bin    Delta Green Technology Co., Ltd.

Abstract: Based on the analysis of the lighting requirements of the joint production industrial plant, the intelligent lighting control is optimized, and the application of DALI intelligent lighting system in the plant is described. The actual results show that DALI technology can effectively improve the automation level of lighting fixtures in the plant, improve management efficiency and reduce energy consumption. It can fully meet the needs of intelligent lighting control, energy saving and high efficiency of joint production industrial plant.

Keywords: DALI, Illumination, Intelligent Control

聯(lián)合生產(chǎn)廠(chǎng)房普遍高度為15m左右的高大空間，且內(nèi)部設(shè)多個(gè)功能隔間，為了滿(mǎn)足工作、生產(chǎn)的需要，廠(chǎng)房?jī)?nèi)選用的燈具大多為大功率LED照明燈具。然而隨著工廠(chǎng)設(shè)備自動(dòng)化程度提高，自動(dòng)化產(chǎn)線(xiàn)所需的照明隨之減少，此時(shí)如果仍按照原有傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方式進(jìn)行設(shè)計(jì)，必然導(dǎo)致能耗的極大浪費(fèi)及設(shè)備的損耗。另外，工廠(chǎng)內(nèi)往往采用班倒的方式進(jìn)行作業(yè)，一成不變的長(zhǎng)期強(qiáng)光環(huán)境使得車(chē)間內(nèi)工作人員日夜顛倒，不分晝夜，影響員工身體健康。

隨著智能照明技術(shù)的快速發(fā)展，DALI數(shù)字可調(diào)光技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生，然而DALI可調(diào)光技術(shù)仍舊大規(guī)模使用在傳統(tǒng)樓宇、辦公室場(chǎng)所內(nèi)，在食品生產(chǎn)車(chē)間內(nèi)尚未得到推廣。主要在于食品生產(chǎn)車(chē)間對(duì)燈具的工藝要求較高，而同時(shí)能夠滿(mǎn)足食品車(chē)間工藝要求，又支持DALI協(xié)議的燈具市面上比較少。隨著DALI技術(shù)的不斷發(fā)展，以及在傳統(tǒng)辦公樓宇中的成功應(yīng)用，加之國(guó)家與企業(yè)愈發(fā)重視節(jié)能減排，DALI數(shù)字可調(diào)光技術(shù)在工廠(chǎng)車(chē)間內(nèi)的推廣勢(shì)在必行。

1 設(shè)計(jì)難點(diǎn)

乳制品工業(yè)廠(chǎng)房布局較復(fù)雜，其中聯(lián)合車(chē)間最具代表性，其具有面積大、吊頂高、功能間多、潔凈等級(jí)不同、照明應(yīng)用場(chǎng)景多等特點(diǎn)。

圖1 伊利某液態(tài)奶工廠(chǎng)的聯(lián)合車(chē)間前處理單元

以伊利某液態(tài)奶工廠(chǎng)的聯(lián)合車(chē)間灌裝單元為例，單個(gè)灌裝間建筑面積約900m2，吊頂高度為9～10m，如圖1所示。房間內(nèi)布置不同高度的設(shè)備及管架、橋架。為了盡可能利用自然光，節(jié)約能耗，側(cè)墻及頂部設(shè)置自然采光。設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)大致分為運(yùn)行、停止、清洗、檢修。考慮工廠(chǎng)的擴(kuò)建因素，一般還需在前處理單元不同工藝段設(shè)置預(yù)留空間，這些空間在工廠(chǎng)運(yùn)行前期是不擺放設(shè)備的。工廠(chǎng)7×24小時(shí)連續(xù)運(yùn)行。

基于以上的特點(diǎn)，導(dǎo)致我們利用傳統(tǒng)的回路控制、時(shí)間表控制、人員存在控制、照度控制、自動(dòng)結(jié)合手動(dòng)控制的方案均不再符合實(shí)際使用需求，也無(wú)法達(dá)到最理想的節(jié)能效果。這對(duì)方案設(shè)計(jì)帶來(lái)了挑戰(zhàn)，如何能夠利用有限的投資，滿(mǎn)足使用需求，且實(shí)現(xiàn)至少10%的節(jié)能，是我們?cè)诜桨冈O(shè)計(jì)階段解決的問(wèn)題。

2 設(shè)計(jì)原則

我們以前處理為例，該設(shè)備區(qū)域按照200Lux照度設(shè)計(jì)，選擇120W工況LED燈具130多盞。為保證照度均勻且可覆蓋設(shè)備、管架、橋架頂部，滿(mǎn)足檢修要求，燈具采用均布，部分作業(yè)面采用局部照明。然而在實(shí)際使用過(guò)程中，我們發(fā)現(xiàn)日常生產(chǎn)運(yùn)行期間，部分燈具并不需要點(diǎn)亮，或者不需要以最大亮度運(yùn)行。這樣就造成了能源的浪費(fèi)，也造成了燈具壽命的降低，且照度無(wú)法恒定。如果通過(guò)管理手段解決，那么需要工作人員經(jīng)常去開(kāi)關(guān)燈具，這樣的方式帶來(lái)諸多不變。

為了解決實(shí)際存在的問(wèn)題，我們將節(jié)能、照度、人性化作為設(shè)計(jì)原則。

3 軟硬件方案設(shè)計(jì)

方案設(shè)計(jì)時(shí)我們必須明確以下幾個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)：

（1） 單燈可控；

（2） 可調(diào)光；

（3） 具備集中管理功能；

（4） 可根據(jù)區(qū)域照度調(diào)光；

（5） 靈活的控制策略及手動(dòng)控制功能；

（6） 任意燈具可自由組合，燈具可隨設(shè)備布局調(diào)整、功能間的調(diào)整快速進(jìn)行分組。

基于以上幾個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)，通過(guò)對(duì)軟件功能、硬件性能的對(duì)比和測(cè)試，最終選擇臺(tái)達(dá)LOYTEC品牌DALI總線(xiàn)的智能照明軟硬件。系統(tǒng)架構(gòu)示意圖如圖2所示。

圖2 智能照明系統(tǒng)架構(gòu)示意圖

在中控室內(nèi)設(shè)置一臺(tái)照明服務(wù)器，用于將樓宇自控系統(tǒng)數(shù)據(jù)上傳至集中照明管理平臺(tái)。上層管理軟件平臺(tái)同時(shí)支持C/S（Client-Server）和B/S（Brower-Server）架構(gòu)，可通過(guò)瀏覽器或者安裝客戶(hù)端進(jìn)行訪(fǎng)問(wèn)。

DALI燈具、傳感器和燈控面板均通過(guò)手拉手串聯(lián)或自由拓?fù)湫问竭B接，DALI總線(xiàn)采用RVSP2×1.5，最長(zhǎng)距離不超過(guò)300m，最終連接到DALI照明控制器上。控制器通過(guò)以太網(wǎng)線(xiàn)接入工廠(chǎng)控制專(zhuān)網(wǎng)，由中控室統(tǒng)一管理。觸控屏通過(guò)以太網(wǎng)線(xiàn)直接接入控制網(wǎng)絡(luò)。

DALI智能照明可實(shí)現(xiàn)每盞燈具的調(diào)光，同時(shí)可以實(shí)現(xiàn)任意組合區(qū)域的燈具控制，后期可以自由組合回路，不需要更改現(xiàn)場(chǎng)硬件。向上可通過(guò)OPC、BACnet/IP、LON-IP852等網(wǎng)絡(luò)協(xié)議直接接入上層監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)或者第三方平臺(tái)實(shí)現(xiàn)整合。采用這種方式可使得照明控制架構(gòu)更為簡(jiǎn)潔，且數(shù)字信號(hào)不易受干擾，DALI信號(hào)不分極性，可以與強(qiáng)電共管，施工布線(xiàn)更加方便。

4 控制策略設(shè)計(jì)

詳見(jiàn)表1。

表1 控制策略

5 實(shí)際應(yīng)用效果

通過(guò)引入臺(tái)達(dá)LOYTEC的DALI數(shù)字可調(diào)光智能照明技術(shù)，工廠(chǎng)的照明管理更加便捷，通過(guò)上位機(jī)照明控制系統(tǒng)軟件平臺(tái)，可以實(shí)現(xiàn)定時(shí)控制、場(chǎng)景控制和自動(dòng)感應(yīng)控制。為了便于控制，本地各個(gè)區(qū)域的入口處均安裝了多功能控制面板，大空間的車(chē)間或者辦公空間則安裝嵌入式觸控屏。結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)使用需求，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)觸控屏和本地面板進(jìn)行設(shè)置，通過(guò)設(shè)定后可在多功能面板上實(shí)現(xiàn)對(duì)照明燈具的開(kāi)光、調(diào)光以及場(chǎng)景的切換控制。而在本地觸控屏幕上，除了開(kāi)光、調(diào)光和場(chǎng)景切換外，還能具備排程設(shè)定、密碼保護(hù)等高階功能。

對(duì)于更衣室、走廊、樓梯間、男女廁等區(qū)域，為了滿(mǎn)足日常使用，且提高節(jié)能率，則采用人體感應(yīng)和照度結(jié)合的方式進(jìn)行控制。

圖3 請(qǐng)加圖注

6 節(jié)能計(jì)算

經(jīng)過(guò)計(jì)算，現(xiàn)場(chǎng)能耗使用大大降低，以一個(gè)車(chē)間為例，現(xiàn)場(chǎng)使用的燈具參數(shù)如表2所示。

表2 燈具參數(shù)表

單位面積光照度計(jì)算如表3所示。

表3 單位面積光照度

根據(jù)設(shè)計(jì)規(guī)范要求，每平方的光照度達(dá)到200Lux即可完成滿(mǎn)足生產(chǎn)作業(yè)需要。因此，原設(shè)計(jì)中的燈具完成滿(mǎn)足規(guī)范要求，且部分區(qū)域遠(yuǎn)超過(guò)規(guī)范要求，屬于可優(yōu)化能耗部分。表4所示為實(shí)際使用場(chǎng)景分析。

表4 實(shí)際使用場(chǎng)景分析

未采用智能照明方案的工廠(chǎng)能耗統(tǒng)計(jì)如表5所示。

表5 未采用智能照明方案的工廠(chǎng)能耗統(tǒng)計(jì)表

采用智能照明方案的工廠(chǎng)能耗統(tǒng)計(jì)如表6所示。

表6 采用智能照明方案的工廠(chǎng)能耗統(tǒng)計(jì)表

根據(jù)對(duì)比數(shù)據(jù)可以看到，未采用使用智能照明時(shí)合計(jì)使用的年用電量為1,937,624度電（kW·h），合計(jì)電費(fèi)1,646,981元；而在使用DALI智能照明系統(tǒng)后合計(jì)使用的年用電量為1,114,134度電（kW·h），合計(jì)電費(fèi)947,014元。通過(guò)對(duì)比可得，每年節(jié)約用電826,490度（kW·h）,節(jié)省電費(fèi)699,967元，節(jié)能率達(dá)40%，節(jié)能效果顯著。

除顯著的節(jié)能效果外，我們還可通過(guò)系統(tǒng)平臺(tái)軟件的記錄、分析、報(bào)警功能實(shí)現(xiàn)燈具運(yùn)行時(shí)間記錄、燈具理論功耗計(jì)算、燈具預(yù)防性維護(hù)、故障報(bào)警等功能，為管理提供了極大的便利性。因采用單燈調(diào)光的模式，實(shí)測(cè)燈具并不需要運(yùn)行在100%照度，間接地提高了燈具的壽命，延長(zhǎng)了燈具的更換周期，為工廠(chǎng)節(jié)約一定的維修費(fèi)用。未來(lái)，隨著產(chǎn)線(xiàn)的調(diào)整，我們可以通過(guò)軟件分組的形式很快完成燈具的部署。

7 結(jié)論

將DALI數(shù)字可調(diào)光技術(shù)應(yīng)用于工業(yè)廠(chǎng)房?jī)?nèi)，實(shí)現(xiàn)了照明控制自動(dòng)化、智能化運(yùn)行。通過(guò)定制化的時(shí)間表控制、模式控制、人體感應(yīng)控制、光照度控制等節(jié)能優(yōu)化控制措施，取得了良好的節(jié)能效益，對(duì)于其他廠(chǎng)房智能照明設(shè)計(jì)與實(shí)施具有較高的推廣價(jià)值。