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  • 2020.05.14

    乳制品工業廠房智能照明設計

    孫志鵬 內蒙古伊利實業集團股份有限公司
    李佳春 程 斌 中達電通股份有限公司

      摘要:通過對聯合生產型工業廠房的照明需求分析,對智能照明控制進行優化設計,闡述了DALI智能照明系統在工廠中的應用。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。完全滿足聯合生產型工業廠房對智能照明控制智能化、節能高效的需要。

      關鍵詞: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,一成不變的長期強光環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展,DALI數字可調光技術應運而生,然而DALI可調光技術仍舊大規模使用在傳統樓宇、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協議的燈具市面上比較少。隨著DALI技術的不斷發展,以及在傳統辦公樓宇中的成功應用,加之國家與企業愈發重視節能減排,DALI數字可調光技術在工廠車間內的推廣勢在必行。

      1 設計難點

      乳制品工業廠房布局較復雜,其中聯合車間最具代表性,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 伊利某液態奶工廠的聯合車間前處理單元

      以伊利某液態奶工廠的聯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,節約能耗,側墻及頂部設置自然采光。設備運行狀態大致分為運行、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小時連續運行。

      基于以上的特點,導致我們利用傳統的回路控制、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能效果。這對方案設計帶來了挑戰,如何能夠利用有限的投資,滿足使用需求,且實現至少10%的節能,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,部分作業面采用局部照明。然而在實際使用過程中,我們發現日常生產運行期間,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;

     ?。?) 可根據區域照度調光;

     ?。?) 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。系統架構示意圖如圖2所示。

              圖2 智能照明系統架構示意圖

      在中控室內設置一臺照明服務器,用于將樓宇自控系統數據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??刂破魍ㄟ^以太網線接入工廠控制專網,由中控室統一管理。觸控屏通過以太網線直接接入控制網絡。

      DALI智能照明可實現每盞燈具的調光,同時可以實現任意組合區域的燈具控制,后期可以自由組合回路,不需要更改現場硬件。向上可通過OPC、BACnet/IP、LON-IP852等網絡協議直接接入上層監控網絡或者第三方平臺實現整合。采用這種方式可使得照明控制架構更為簡潔,且數字信號不易受干擾,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。


      5 實際應用效果

      通過引入臺達LOYTEC的DALI數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軟件平臺,可以實現定時控制、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。結合現場使用需求,對現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、男女廁等區域,為了滿足日常使用,且提高節能率,則采用人體感應和照度結合的方式進行控制。


      6 節能計算

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


      單位面積光照度計算如表3所示。

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

      未采用智能照明方案的工廠能耗統計如表5所示。

      采用智能照明方案的工廠能耗統計如表6所示。

      根據對比數據可以看到,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,每年節約用電826,490度(kW·h),節省電費699,967元,節能率達40%,節能效果顯著。

      除顯著的節能效果外,我們還可通過系統平臺軟件的記錄、分析、報警功能實現燈具運行時間記錄、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數字可調光技術應用于工業廠房內,實現了照明控制自動化、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、光照度控制等節能優化控制措施,取得了良好的節能效益,對于其他廠房智能照明設計與實施具有較高的推廣價值。

    新聞來源:中達電通股份有限公司

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