基于总线控制的卷烟厂车间智能化照明系统的设计

邓晓菲

(河源技师学院，广东 河源 517000)

0 引言

智能照明是指利用计算机、无线通讯数据传输、扩频电力载波通讯技术、计算机智能化信息处理及节能型电器控制等技术组成的分布式无线遥测、遥控、遥讯控制系统，具有灯光亮度的强弱调节、灯光软启动、定时控制、场景设置等功能，并达到预定的特点，实现对照明系统的智能化控制。由于智能照明系统具有安全节能、智能控制及个性化强等特点，目前在工业、家居、办公、商务及公共设施领域均有较好的应用。本文设计了卷烟厂车间照明系统，依托继电模块、现场控制面板及网络总线技术来实现车间照明的精细化、模块化，以达到不仅可以提供照明控制，而且还可以最大限度地降低用电成本的目的。

1 卷烟厂车间传统照明控制系统存在的问题

目前，卷烟厂车间照明系统采用空气开关控制方式，将事先划分好的不同工段、机组区域上方的照明线路进行整合，采用空气开关对整合的照明线路进行统一或者分开的回路通断控制。车间根据实际生产需要，通过现场人员对照明箱内的空气开关进行操作来实现按需照明。卷烟厂车间传统照明控制系统如图1所示。

图1 卷烟厂车间传统照明控制系统

目前大部分卷烟厂车间照明使用节能灯或无极灯，存在如照度范围不足、灯具不能根据环境自动判断是否需要开启/关闭的问题。同时还存在控制范围小、可选模式固化、可控灯具类型不多、第三方设备兼容性低等问题。这样不但不能体现节能带来的好处，反而会加大维护成本，并且不能满足对照明的需要，影响了生产的效率。

由于传统的照明控制是通过开关直接开关照明回路的电力供给方式，因此需要在各回路与控制开关之间布置大量的电线电缆，从而大大增加了车间照明系统的复杂性。同时由于需要电工直接触碰操作照明强电空气开关，因此存在操作人员触电的安全隐患。

2 智能化照明系统的设计与实施

针对传统照明控制系统存在的问题，结合车间照明系统需求，本文采用计算机总线技术，以回路为单元，在照明配电箱内增加回路智能继电器，对现场照明的操控通过弱电信息面板的形式来触发继电器执行相应程序和功能；硬件均通过总线协议连接到系统主机，系统主机对车间照明进行精确到回路的程序编译，这样就实现了在计算机上灵活地根据生产需求进行各种照明模式的设置。

2.1 智能化照明系统的框架设计

智能化照明系统采用总线制、模块化、全分布式系统结构，通过一根五类数据通讯线(四对双绞线)将各个模块手牵手连接起来，组成一个智能照明控制网络，控制网络的规模可灵活地随照明系统的大小而改变，系统提供开放的通信协议，可无限扩展。智能照明系统结构框图如图2所示。

2.2 硬件选择

2.2.1 照明系统需求分析

大部分卷烟厂主要生产车间分为制丝车间和卷接包车间，制丝车间主要以工艺段为单元，而卷接包车间主要以卷接包机组为单元。根据车间的生产特点，首先通过模块化形式对车间的功能区域进行细分，对需要使用到的场景模式与对应灯带亮灯情况进行归类划分，制定智能照明程序底层技术文档。制丝车间和卷接包车间生产工段及照明模式个性化需求如表1、表2所示。

图2 卷烟厂车间智能照明控制系统

2.2.2 继电器及控制面板选择

根据车间照明功能需求，并通过查阅产品特性同时考虑到经济性和实用性，选择采用现场智能控制面板、智能继电器作为主要硬件。其中智能继电器采用飞利浦DDRC1220FR四路20 A智能继电器(自锁)，每个回路负载能力为20 A，可实现远程总线控制，并具有自锁功能，能够保障照明状态的稳定性。现场开关采用飞利浦Antumbra液晶中文显示可编程智能控制面板86型，该面板主要特点有:①可以随时编程控制，并通过液晶面板中文显示开关模式；②面板采用12 V弱电控制，具有红外感应自发光功能，安全便利。

表1 制丝车间生产工段及照明模式个性化需求

表2 卷接包车间生产工段及照明模式个性化需求

2.3 软件选择

2.3.1 总线选择

从易操作、易修改及稳定高效性考虑，本系统采用Dynalite总线控制系统，通过该系统可以将继电器、现场面板等终端通过以太网手拉手连接，同时提供开源扩展，可以随时随地增减终端设备，并通过中控计算机编制相应的程序实现个性化照明功能，其拓扑示意图如图3所示。

2.3.2 编程软件选择

通过对硬件配置特性了解，并对市场主流智能照明编程软件研究，决定采用Envision Project(邦奇调光软件)，该软件提供了一个全汉化的友好用户界面，类似Windows资源管理器的树形结构目录，可以方便地对系统各照明控制区域进行监控和管理，提供了逻辑区域、区域场景预设以及面板信息编程等功能。

2.4 硬件安装

2.4.1 照明配电箱内智能继电器安装

为了实现对每一回路照明的精确编程控制，因此需要对照明配电箱内的所有照明回路火线通过接入智能继电器的“IN”和“OUT”口，同时继电器接入超五类网线与智能照明主机连接。为了确保消防功能，原则上车间应急照明及疏散指示照明均不接入智能照明网络。智能继电器接线示意图如图4所示。

2.4.2 光照度控制的实现

(1) 光照度传感器：探测车间内光照度要用到光照度传感器，采用光敏探测器将光照强度转换为电流信号，再经过运算放大器转换为电压信号输出。为了便于系统的开发及提高可靠性，本设计选用市场上已有的光照度变送器。

(2) 光照度模数转换：ADC0809是带有8位A/D转换器、8路多路开关以及微处理机兼容的控制逻辑的CMOS组件，它是逐次逼近式A/D转换器，可以和单片机直接接口。

(3) 光强检测电路：由光照度传感器检测到光强信号，转化为相应的电压输出,通过模数转换器ADC0809采集相应的电压值，转换为数字信号由D0～D7口输出到系统主机。此外，在电源引脚处加一个0.1 μF的电容滤波去耦，减少外部电路对芯片的影响。

图3 Dynalite总线系统拓扑示意图

图4 智能继电器接线示意图

2.4.3 控制总线连接

智能继电器将强电与弱电分上下两端隔离，共提供16个端口用于接线，本系统所用主要端口功能如表3所示。

表3 四路智能继电器主要接线端口I/O分配

3 结束语

本系统的设计与实施成功实现了卷烟厂车间传统照明系统的智能化优化，改善了工作环境，提高了管理水平，节能效果达到40%以上。

参考文献：

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