廠房智能照明系統改造

周 勇

（上海寶鋼節能環保技術有限公司，上海 201999）

0 引言

某廠房照明系統改造前燈具采用金鹵燈，共292套，安裝高度18 m。金鹵燈功率大、功率因數低、能耗高。照明控制采用人工手動控制方式，效率低、容易出現人為的漏操作或誤操作，無法及時獲取現場環境及照度需求信息，照明系統適應性較差，且燈具無法調光，存在嚴重的電能浪費情況，因此車間立項進行了針對照明系統的節能改造。

1 廠房照明現狀分析

1.1 能耗高

金鹵燈照明系統現場分布情況如表1 所示，其電耗包括金鹵燈具本身、整流器和線路損耗。以功率為400 W 的金鹵燈為例，其實際功率為440 W 左右（包含整流器）。與LED 燈具（功率因數一般為0.95以上）相比，金鹵燈功率因數低（功率因數一般為0.4～0.9），運行電流高，從而增加了線路損耗。在滿足同樣照度的情況下，LED 燈具比金鹵燈的效率大大提高。

表1 現場燈具分布情況

1.2 控制方式落后

原廠房燈具通過6 個照明配電柜進行人工手動控制，照明配電柜面板設置按鈕、柜內安裝斷路器和接觸器，每個配電柜設置6～10 個照明回路，每個回路控制9～12 套燈具。照明開關只能通過配電柜面板進行人工手動操作控制，增加了現場日常運行管理的工作量。而且經常出現局部區域白天可以采用自然采光照明也未關閉照明系統的情況，不能實現照度控制和時間控制。綜上所述，廠房原有照明系統運行效率低，且難以避免人為的漏操作或誤操作，無法及時獲取現場環境及照度需求情況信息，系統適應性較差，且燈具無法調光，控制手段十分落后，不能滿足節能降耗、自動控制的需求。

2 智能照明系統改造

2.1 改造目標

（1）改造后廠房工作面平均照度不低于150 lx，滿足運行要求，且光照均勻。

（2）選用LED 燈具功率因數不低于0.95。

（3）LED 燈具可按照預先設定，實現分回路定時自動開關及調光功能。

（4）采用獨立智能照明控制系統，對各區域的燈具分回路進行控制。燈具可在0～100%額定功率范圍內進行調節。燈具可長時間工作，不會造成燈具、電纜等元件的過熱、燒損。

（5）智能照明系統配置照度感應器，當照度感應器監測到照度值小于設定值時，控制系統各分回路燈具執行預設的開關燈命令，對現場照度進行自動調節。

（6）自動執行預設的分回路燈具管理控制任務，手動/自動工作狀態可按實際需要進行切換。

（7）智能照明控制系統具備數據存儲、數據查詢功能，可以存儲系統運行情況的歷史記錄、實時電能等。

2.2 改造內容

2.2.1 更換燈具

采用新型節能LED 燈具更換原有的金鹵燈具，改善廠房照度水平，詳細配置如表2 所示。

表2 節能LED 燈具配置

燈具采用嵌入式軟件控制，實現恒功率、電磁兼容、恒流等功能，確保燈具在85～300 V 的寬幅電壓范圍內穩定工作，功率因數可達0.95 以上。優化光學設計，光線柔和、配光均勻、反光效率高，對每盞燈具的配光可以靈活調整使用，以適應高大廠房25～40 m 高度照明的需要。采用LED 作為光源，光效高、光照均勻、顯色性好、使用壽命達60 000 h 以上。燈具結構一體化、抗沖擊、抗振動、密封防水等性能良好，適應振動、濕熱、粉塵等工作環境。采用高強度合金外殼，其表面經高壓靜電噴塑處理，防腐等級WF2。采用吊環式、吊頂式安裝。LED 燈具的詳細參數見表3。

表3 LED 燈具參數

2.2.2 新增無線智能控制系統

新增廠房照明智能控制系統，可以對照明燈具進行智能監控，以提高照明系統的自動化水平，其結構原理如圖1 所示。

圖1 智能控制系統結構原理

2.2.2.1 控制功能

（1）單燈控制：所有燈具都加裝了單燈控制器，以實現燈具單燈控制。控制系統可以實時監測所有燈具的電流、電壓、功率狀態。

（2）編組控制：能夠對加裝單燈控制器的燈具按照區域進行自定義編組，可以按小區域分組、也可以按大區域進行分組，還可以整編小區域后再組成大區域，以實現一鍵式組控。

（3）燈具調光：能夠對加裝單燈控制器的燈具進行系統設定調光，也可以進行手動調光控制。可以依照照明規律進行系統后臺編程，實現自動控制調光，也可以通過系統后臺對單燈/編組燈具進行手動控制調光。

（4）地圖顯示、實時監控：通過系統后臺地圖顯示功能，實時監測終端設備的運行狀態。

（5）故障報警：通過在系統后臺預設報警閾值，實現燈具故障報警。通過地圖顯示功能，可以直接顯示故障燈具位置，減少人員查找故障燈具的時間，提高維護效率。

（6）遠程操作及遠程監控：可以通過PC 端或手機App 遠程控制燈具，查看現場燈具工作狀態的功能接口。系統支持互聯網網絡監控功能，可以通過PC 機、智能終端等設備，通過身份及密碼認證，監測及遠程控制區域內的照明系統（手機App 僅限廣域網組網可用）。

（7）能耗分析：通過加裝數字智能電表，能夠對區域內燈具的能耗進行統計、記錄及分析。

（8）數據存儲及導出：系統后臺可自動存儲系統設備執行任務記錄和控制事件日志，支持數據導出和保存。

2.2.2.2 系統特點

采用基于擴頻技術的超遠距離無線智能控制系統，其無線傳輸方案具有穿透性強、傳播距離遠、信號穩定、傳輸延時小的特點，下行通信采用433 MHz 頻段。

（1）操作簡便：在主控室通過后臺或手機對現場所有區域燈具進行集中控制、設置場景，能夠通過照度傳感器、雷達傳感器實現按需控制、實時控制。

（2）適應性強：系統采用BS 架構，無需安裝客戶端軟件，可擴展性強，支持多種通信方式接入。可以兼容PLC（Power Line Carrier，電力載波）、現場總線、2G/3G/4G 等不同的通信設備同時接入。系統支持擴展功能，且具備接入智慧工廠集控中心的擴展接口。

（3）GIS 地圖：支持2D/3D 地圖切換、地圖矢量縮放功能，支持用戶地圖導入系統，可以顯示經緯度坐標。

（4）權限設置：系統具有合理的用戶分級權限設定，可在同一服務器上為不同用戶劃分不同的權限和角色。角色所具有的權限可以動態修改分配，包括用戶的瀏覽、添加、刪除、修改等操作權限，支持禁用用戶功能，以防止誤操作。

（5）安全性：智能照明系統具備當網絡通信異常時，保證燈具常亮的功能。

2.2.2.3 智能照明控制箱

在原有照明配電柜旁新增3 臺智能照明控制箱。原有電氣管線原則上利舊，對部分老舊線纜、鋼管進行更換。施工中應做好保護接地，施工完畢后恢復防火封堵。

2.2.2.4 系統通信

系統可以采用局域網、廣域網部署。各主控箱網關與系統后臺服務器通過光纖通信。各主控箱網關與燈具和智能開關模塊通信方式采用433 MHz 無線傳輸通信方式。

2.3 照度效果

所有區域平均照度均不小于150 lx，部分區域照度模擬效果如圖2 所示。

圖2 照度模擬效果

2.4 節能分析

采用高效、節能的LED 照明燈具實現節能降耗，通過多種智能控制方式，在滿足現場作業照明的前提下提高燈具利用效率，以實現節能降耗。采用單燈控制器，對燈具進行單獨調光控制，以實現節能降耗。系統自動控制、自動開關調光，無需人工操作，可以精準控制能耗。智能調光按照白天14 h、平均50%功率運行，夜間10 h、100%滿功率運行。

改造前，廠房共有400 W 金鹵燈總數236 套，單燈實際功率約440 W；250 W 金鹵燈總數56 套，單燈實際功率約280 W，合計292 套，總功率119.52 kW。改造后，廠房共有200 W LED 燈具260 套，25 W LED 燈具32 套，合計292 套，總功率52.8 kW，較改造前下降66.72 kW。智能照明亮燈時間按每日14 h 50%功率，10 h 100%功率計算，每年可節約電能119.52×24×365-52.8×（14×50%+10×100%）×365=719 371.2 kW·h，按電價0.66 元/千萬時計算可節約電費47.48 萬元。

3 結束語

LED 燈具在同等照度條件下消耗的功率比傳統燈具大幅降低。本文使用高效、節能的LED 照明燈具替代高耗能的金鹵燈具，并增設智能照明控制系統，大大提高了照明利用效率，實現了照明系統的節能智能控制。