LED太陽能物聯(lián)網(wǎng)智慧照明系統(tǒng)在預(yù)制梁場的應(yīng)用

喬向偉 范文東

摘 要：鐵路預(yù)制梁場照明環(huán)境復(fù)雜、照明時(shí)間不固定且部分照明環(huán)境惡劣的，針對(duì)以上情況本文主要介紹了物聯(lián)網(wǎng)照明系統(tǒng)在鐵路預(yù)制梁場的應(yīng)用，它包括：照明環(huán)境描述、照明設(shè)備選型、照明系統(tǒng)節(jié)能及控制。利用LED太陽能物聯(lián)網(wǎng)智慧照明系統(tǒng)，優(yōu)化照明效果，實(shí)現(xiàn)場區(qū)照明自動(dòng)化管理，提高照明設(shè)備使用壽命與管理效率。

關(guān)鍵詞：智慧照明；物聯(lián)網(wǎng)；節(jié)能；預(yù)制梁場

1 引言

鐵路預(yù)制梁場作為高鐵施工過程中，預(yù)制箱梁集中預(yù)制場所，具有全面性、專業(yè)性等特點(diǎn)。整個(gè)場區(qū)根據(jù)功能不同分為多種區(qū)域，每個(gè)區(qū)域因工作面不同對(duì)照明環(huán)境提出不同的要求。傳統(tǒng)的照明設(shè)備多以金鹵燈和高壓鈉燈為主，傳統(tǒng)燈型一方面使用壽命短，另一方面色溫單一，不能廣泛適用于多種工作區(qū)域。控制方式為人為手動(dòng)控制，工人夜班離場時(shí)不能保證全部及時(shí)關(guān)閉電源，導(dǎo)致部分電能浪費(fèi)。

本文提出LED太陽能物聯(lián)網(wǎng)智慧照明系統(tǒng)，從光源上增加了色溫的可選性；從控制上實(shí)現(xiàn)了照明物聯(lián)網(wǎng)控制，增加了燈具的可操作性；從電能供給上用太陽能供電代替了市電供電，實(shí)現(xiàn)了真正的綠色照明。

2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

該控制系統(tǒng)基于LORA、GPRS、WSN等先進(jìn)的無線物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，運(yùn)用統(tǒng)一的B/S軟件監(jiān)控平臺(tái)，結(jié)合GIS地理信息系統(tǒng)遠(yuǎn)程控制場區(qū)內(nèi)各生產(chǎn)區(qū)域照明設(shè)備，具備開關(guān)、調(diào)光、組控、監(jiān)測、報(bào)警等單燈控制、回路控制、情景照明控制及信息采集功能，實(shí)現(xiàn)了照明節(jié)能化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化。

智慧照明控制系統(tǒng)由監(jiān)控平臺(tái)、集中管理器、單燈控制器、太陽能LED燈四部分組成。

3 系統(tǒng)優(yōu)勢(shì)

梁場開發(fā)使用物聯(lián)網(wǎng)智慧照明系統(tǒng)，提升了管理，優(yōu)化了照明環(huán)境并且達(dá)到了綠色、節(jié)能、環(huán)保工地的需求。

（1）通過控制平臺(tái)實(shí)現(xiàn)照明控制的精細(xì)化管理。夜班安排工作計(jì)劃時(shí)在系統(tǒng)內(nèi)輸入工作結(jié)束時(shí)間，系統(tǒng)在當(dāng)天工作結(jié)束后延遲15分鐘（時(shí)間自設(shè)定）自主關(guān)閉夜班下班區(qū)域照明。從源頭截止了因離崗未關(guān)燈導(dǎo)致的能源浪費(fèi)，不同工作區(qū)域照明計(jì)劃互不影響，同一工作區(qū)域不同工作地點(diǎn)可以獨(dú)立設(shè)置照明時(shí)間。該系統(tǒng)基于B/S設(shè)計(jì)，方便管理者隨時(shí)使用任意可上網(wǎng)的電腦進(jìn)行數(shù)據(jù)查看、設(shè)備管理。

（2）通過控制平臺(tái)實(shí)現(xiàn)照明能耗的數(shù)字化管理。系統(tǒng)可以根據(jù)使用需求，對(duì)任意區(qū)域按月/年能耗進(jìn)行統(tǒng)計(jì)并生成歷史記錄，同時(shí)生成同比環(huán)比數(shù)據(jù)，方便管理者對(duì)整個(gè)廠區(qū)照明能耗進(jìn)行數(shù)據(jù)分析。

（3）通過控制平臺(tái)實(shí)現(xiàn)照明設(shè)備維修智能化。系統(tǒng)自動(dòng)對(duì)各照明設(shè)備開燈時(shí)間進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，達(dá)到預(yù)設(shè)壽命警示值后進(jìn)行備品準(zhǔn)備提醒。在照明設(shè)備運(yùn)行期間進(jìn)行自主巡檢，一旦有設(shè)備出現(xiàn)異常首先進(jìn)行平臺(tái)報(bào)警，如未及時(shí)處理，將會(huì)上報(bào)報(bào)警至指定手機(jī)。保證管理者及時(shí)了解故障設(shè)備情況，第一時(shí)間處理保證正常生產(chǎn)工作。

（4）本系統(tǒng)采用長壽命高光效LED照明設(shè)備替代傳統(tǒng)金鹵燈和高壓鈉燈，從多方面優(yōu)化了照明環(huán)境。

首先，傳統(tǒng)設(shè)計(jì)燈具為金鹵燈或高壓鈉燈，該燈型從照明及使用效果上遠(yuǎn)低于依據(jù)現(xiàn)場設(shè)計(jì)的LED燈。具體差異見表1。

其中顯色指數(shù)、頻閃、眩光參數(shù)對(duì)于夜間長時(shí)工作尤其重要，顯色指數(shù)低、頻閃嚴(yán)重、眩光極易引起視疲勞進(jìn)而產(chǎn)生視模糊，這也是夜間工作安全隱患之一；金鹵燈及鈉燈的標(biāo)稱光效大約在100lm/w～120lm/w，由于此類燈具為360°發(fā)光，實(shí)際上應(yīng)用到照射方向上的光很少，大約只有30%左右。所以傳統(tǒng)燈具必須通過燈具內(nèi)的反射罩將非照射方向上的光反射，以實(shí)現(xiàn)更高光的利用的目的。由于燈具的設(shè)計(jì)和成本問題，鈉燈燈具效率只有40%～45%，再加上電源損耗，實(shí)際光效只能達(dá)到40lm/w～60lm/w。這也是LED燈比傳統(tǒng)燈具更加節(jié)能的原因之一；傳統(tǒng)燈具含有的紫外線在夏天夜間會(huì)吸引各類蟲蛾而LED燈卻避免了此類現(xiàn)象；另外金鹵燈和高壓鈉燈很高的啟動(dòng)電流也不能被忽視，尤其是燈具數(shù)量很大并且同時(shí)啟動(dòng)的情況，這種情況極易引起電網(wǎng)電壓大幅度波動(dòng)，進(jìn)而影響其他運(yùn)行設(shè)備的壽命及安全。

其次，高壓鈉燈色溫很低基本在1800k～2200k左右，這個(gè)范圍的色溫具有良好的透霧性，所以通常用在道路照明，但是顯色性會(huì)很差，并不適用于工作場所，而金鹵燈常用色溫基本在6000k～6500k左右，這個(gè)范圍的色溫視覺效果很冷，長時(shí)間使用容易引起情緒不穩(wěn)定，也不適用于長時(shí)工作場所。LED照明設(shè)備具有寬泛的色溫，目前最低能做到2000最高超過8000k，設(shè)計(jì)者可以根據(jù)使用環(huán)境合理選擇色溫。本次建設(shè)之初制梁場充分考慮了各處照明環(huán)境，合理的選擇了不同色溫的燈具。

（5）本系統(tǒng)通過使用太陽能LED照明設(shè)備及合理使用策略管理，大大降低了同等工況下的照明能耗，壽命周期內(nèi)達(dá)到了節(jié)能增效的目的。

傳統(tǒng)設(shè)計(jì)為保證照明效果增大了燈具功率冗余，按上表舉例說明，整體鋼筋綁扎胎具區(qū)初始設(shè)計(jì)為1kw投光燈，經(jīng)實(shí)驗(yàn)測試現(xiàn)場照度遠(yuǎn)高于國家標(biāo)準(zhǔn)，甚至產(chǎn)生了光污染，極易引起視疲勞及視傷害。通過前期采集數(shù)據(jù)及專業(yè)照明軟件DIALux模擬，本次LED照明設(shè)備功率選擇力求滿足合理照度的情況下保證工人的視覺舒適度，同時(shí)也極大的降低的燈具的功率。

通過實(shí)際使用和前期理論計(jì)算，梁場假定存續(xù)周期為3年，周期內(nèi)本系統(tǒng)將直接節(jié)省29萬元，隨使用周期延長節(jié)省費(fèi)用將會(huì)增加。在實(shí)際使用過程中考慮到龍門吊移動(dòng)屬性，其上安裝電池板可能影響使用壽命，以及其他小功率燈具，并不適合統(tǒng)一使用太陽能供電，所以實(shí)際使用市電供電。

4 總結(jié)

不論從設(shè)計(jì)之初的理論數(shù)據(jù)分析還是最終的實(shí)際使用效果，經(jīng)現(xiàn)場使用反饋，本系統(tǒng)切實(shí)達(dá)到了最初的設(shè)計(jì)目標(biāo)，并且具有一定的推廣性。