孫志鵬  內蒙古伊利實業(yè)集團股份有限公司

李佳春  程斌     中達電通股份有限公司

摘要：通過對聯(lián)合生產型工業(yè)廠房的照明需求分析，對智能照明控制進行優(yōu)化設計，闡述了DALI智能照明系統(tǒng)在工廠中的應用。實際效果證明，DALI技術可以有效提高廠內照明燈具的自動化程度，提高管理效率，降低能耗。完全滿足聯(lián)合生產型工業(yè)廠房對智能照明控制智能化、節(jié)能高效的需要。

聯(lián)合生產廠房普遍高度為15m左右的高大空間，且內部設多個功能隔間，為了滿足工作、生產的需要，廠房內選用的燈具大多為大功率LED照明燈具。然而隨著工廠設備自動化程度提高，自動化產線所需的照明隨之減少，此時如果仍按照原有傳統(tǒng)設計方式進行設計，必然導致能耗的極大浪費及設備的損耗。另外，工廠內往往采用班倒的方式進行作業(yè)，一成不變的長期強光環(huán)境使得車間內工作人員日夜顛倒，不分晝夜，影響員工身體健康。

隨著智能照明技術的快速發(fā)展，DALI數(shù)字可調光技術應運而生，然而DALI可調光技術仍舊大規(guī)模使用在傳統(tǒng)樓宇、辦公室場所內，在食品生產車間內尚未得到推廣。主要在于食品生產車間對燈具的工藝要求較高，而同時能夠滿足食品車間工藝要求，又支持DALI協(xié)議的燈具市面上比較少。隨著DALI技術的不斷發(fā)展，以及在傳統(tǒng)辦公樓宇中的成功應用，加之國家與企業(yè)愈發(fā)重視節(jié)能減排，DALI數(shù)字可調光技術在工廠車間內的推廣勢在必行。

1 設計難點

乳制品工業(yè)廠房布局較復雜，其中聯(lián)合車間最具代表性，其具有面積大、吊頂高、功能間多、潔凈等級不同、照明應用場景多等特點。

圖1 伊利某液態(tài)奶工廠的聯(lián)合車間前處理單元

以伊利某液態(tài)奶工廠的聯(lián)合車間灌裝單元為例，單個灌裝間建筑面積約900m2，吊頂高度為9～10m，如圖1所示。房間內布置不同高度的設備及管架、橋架。為了盡可能利用自然光，節(jié)約能耗，側墻及頂部設置自然采光。設備運行狀態(tài)大致分為運行、停止、清洗、檢修?？紤]工廠的擴建因素，一般還需在前處理單元不同工藝段設置預留空間，這些空間在工廠運行前期是不擺放設備的。工廠7×24小時連續(xù)運行。

基于以上的特點，導致我們利用傳統(tǒng)的回路控制、時間表控制、人員存在控制、照度控制、自動結合手動控制的方案均不再符合實際使用需求，也無法達到最理想的節(jié)能效果。這對方案設計帶來了挑戰(zhàn)，如何能夠利用有限的投資，滿足使用需求，且實現(xiàn)至少10%的節(jié)能，是我們在方案設計階段解決的問題。

2 設計原則

我們以前處理為例，該設備區(qū)域按照200Lux照度設計，選擇120W工況LED燈具130多盞。為保證照度均勻且可覆蓋設備、管架、橋架頂部，滿足檢修要求，燈具采用均布，部分作業(yè)面采用局部照明。然而在實際使用過程中，我們發(fā)現(xiàn)日常生產運行期間，部分燈具并不需要點亮，或者不需要以最大亮度運行。這樣就造成了能源的浪費，也造成了燈具壽命的降低，且照度無法恒定。如果通過管理手段解決，那么需要工作人員經常去開關燈具，這樣的方式帶來諸多不變。

為了解決實際存在的問題，我們將節(jié)能、照度、人性化作為設計原則。

3 軟硬件方案設計

方案設計時我們必須明確以下幾個關鍵點：

單燈可控；

可調光；

具備集中管理功能；

可根據(jù)區(qū)域照度調光；

靈活的控制策略及手動控制功能；

任意燈具可自由組合，燈具可隨設備布局調整、功能間的調整快速進行分組。

基于以上幾個關鍵點，通過對軟件功能、硬件性能的對比和測試，最終選擇臺達LOYTEC品牌DALI總線的智能照明軟硬件。系統(tǒng)架構示意圖如圖2所示。

圖2 智能照明系統(tǒng)架構示意圖

在中控室內設置一臺照明服務器，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。上層管理軟件平臺同時支持C/S（Client-Server）和B/S（Brower-Server）架構，可通過瀏覽器或者安裝客戶端進行訪問。

DALI燈具、傳感器和燈控面板均通過手拉手串聯(lián)或自由拓撲形式連接，DALI總線采用RVSP2×1.5，最長距離不超過300m，最終連接到DALI照明控制器上。控制器通過以太網(wǎng)線接入工廠控制專網(wǎng)，由中控室統(tǒng)一管理。觸控屏通過以太網(wǎng)線直接接入控制網(wǎng)絡。

DALI智能照明可實現(xiàn)每盞燈具的調光，同時可以實現(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)場硬件。向上可通過OPC、BACnet/IP、LON-IP852等網(wǎng)絡協(xié)議直接接入上層監(jiān)控網(wǎng)絡或者第三方平臺實現(xiàn)整合。采用這種方式可使得照明控制架構更為簡潔，且數(shù)字信號不易受干擾，DALI信號不分極性，可以與強電共管，施工布線更加方便。

4 控制策略設計

詳見表1。

表1 控制策略

5 實際應用效果

通過引入臺達LOYTEC的DALI數(shù)字可調光智能照明技術，工廠的照明管理更加便捷，通過上位機照明控制系統(tǒng)軟件平臺，可以實現(xiàn)定時控制、場景控制和自動感應控制。為了便于控制，本地各個區(qū)域的入口處均安裝了多功能控制面板，大空間的車間或者辦公空間則安裝嵌入式觸控屏。結合現(xiàn)場使用需求，對現(xiàn)場觸控屏和本地面板進行設置，通過設定后可在多功能面板上實現(xiàn)對照明燈具的開光、調光以及場景的切換控制。而在本地觸控屏幕上，除了開光、調光和場景切換外，還能具備排程設定、密碼保護等高階功能。

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

圖3 請加圖注

6 節(jié)能計算

經過計算，現(xiàn)場能耗使用大大降低，以一個車間為例，現(xiàn)場使用的燈具參數(shù)如表2所示。

表2 燈具參數(shù)表

單位面積光照度計算如表3所示。

表3 單位面積光照度

根據(jù)設計規(guī)范要求，每平方的光照度達到200Lux即可完成滿足生產作業(yè)需要。因此，原設計中的燈具完成滿足規(guī)范要求，且部分區(qū)域遠超過規(guī)范要求，屬于可優(yōu)化能耗部分。表4所示為實際使用場景分析。

表4 實際使用場景分析

未采用智能照明方案的工廠能耗統(tǒng)計如表5所示。

表5 未采用智能照明方案的工廠能耗統(tǒng)計表

采用智能照明方案的工廠能耗統(tǒng)計如表6所示。

表6 采用智能照明方案的工廠能耗統(tǒng)計表

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

除顯著的節(jié)能效果外，我們還可通過系統(tǒng)平臺軟件的記錄、分析、報警功能實現(xiàn)燈具運行時間記錄、燈具理論功耗計算、燈具預防性維護、故障報警等功能，為管理提供了極大的便利性。因采用單燈調光的模式，實測燈具并不需要運行在100%照度，間接地提高了燈具的壽命，延長了燈具的更換周期，為工廠節(jié)約一定的維修費用。未來，隨著產線的調整，我們可以通過軟件分組的形式很快完成燈具的部署。

7 結論

將DALI數(shù)字可調光技術應用于工業(yè)廠房內，實現(xiàn)了照明控制自動化、智能化運行。通過定制化的時間表控制、模式控制、人體感應控制、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，對于其他廠房智能照明設計與實施具有較高的推廣價值。