智能化技术在工厂照明系统上的应用

张立伟

（深兰科技（上海）有限公司，上海200000）

在传统工厂生产过程中，为了满足车间照明需求，普遍安装大功率照明灯具。一方面，大面积的排布灯具，在照明回路上安装控制开关；多回路、多开关的大功率照明管理模式，给企业照明用电带来巨大的电能消耗，产生浪费资源的同时也存在着极大的用电安全隐患。另一方面，长期光照强度的分布不均匀，给劳动者视觉上会造成损伤，降低了企业的生产效率。这些传统的照明方式已经不能满足当今智慧工厂的发展需求。

现如今中国进入了社会经济高速发展的新时代，科技创新步伐不断加快，智能化时代背景下基于信息化技术、大数据和人工智能的应用越来越广泛。随着智能化技术的不断发展，智能控制已经应用于各种领域，智能化技术在城市轨道交通、智慧城市、校园图书馆等场景已广泛应用。随着产业结构不断升级，智能化技术应用向更多的领域延伸，通过智能化技术应用，实现了工厂照明智能化、管理智能化，推动了智慧工厂的建设。

我国工业照明用电占总发电量73.5%，当今照明设计中主要选用的有金属卤化灯、高压钠灯、LED 灯等。LED 灯由于使用寿命长，灯光亮度可调节等优点，被市场广泛应用。相比于金属卤化灯，LED 灯穿透能力差，照射距离近，光线发散等缺点，并不适宜用于较为复杂的生产环境。所以如何在工业照明上提高照明质量、节省能源消耗对于节能环保，建设智慧工厂，优化企业成本投入，降本增效有着深远的意义。

以深兰科技（常州）工厂为例，将智能化技术在照明系统中的应用做一个简要概述。

1 工厂环境概况

工厂平面图如下图1 所示，主要分为四大功能区：成品库、生产车间、生产办公室、原材料库。其中原材料库、成品库用于原材料的存放和产成品的临时存放和运转，对于用光亮度比较单一。其中生产车间用光度相对比较复杂，由于每个车间的产品不同，生产工具不同，对于生产环境的需求也有所不同；图中生产车间1、生产车间3 是工人手动组装产品，在日常运营中离不开光源，且对于外围光源的依赖性比较强；生产车间2、生产车间4 均是自动化车间，设备内已经具备满足工作的光源需求，两个车间对外围光源要求不是很高；另外车间办公室、车间会议室有人使用时才有用光需求，无人时关闭光源即可。正是由于以上功能块布局对光源的需求各不相同，对于灯光亮度、灯光的控制要求较高。大型生产车间在基础建设时，为更好的引用自然光来节省资源，都是用窗户进行自然补光，但是受天气的影响，自然补光并不能及时满足生产需求。

图1 工厂平面布置图

2 工厂照明系统控制要求

成品库、原材料库是车间产成品的存放和周转场所，在平时工作时间对照明亮度要求相对不高，只有在工人提取物料，运转物品时需要照明亮度，其余时间不需要照明亮度；所以需要实现不同时间段对库房照明进行智能控制。

四个生产车间是整个制造工厂的核心区域，日常运用过程中根据每个车间的产品、产能不同对照明亮度及时间也各有差异；1 车间是手工组装车间，工人工作量大，用眼强度高，此车间对照明强度较高；2 车间是工厂的自动化车间，开机运行后平时基本不需要工人在现场，完全是设备全自动运行；3 车间是手工组装车间，但是产品的产能不高，平均每班只有2/3 的时间用来生产，其余时间该车间处于停用状态；4 车间前工段是人工上料，后工段是自动化设备，在前工段上料时对灯光照明有明显的需求，上料完成后，此区域无人工作，可以关闭照明灯具；后工段自动化设备运行时，除满足设备生产需求外，还有工程、质量、相关人员在此工段进行工作，因此，对照明亮度有着极高的要求。

综合上述要求，根据整个工厂各个功能车间的需求，分析出每个车间由于任务、产能的不同，对照明强度及时间有着不同要求；照明系统在满足生产运行要求的同时对每个功能区还要进行单独的回路控制。

3 系统控制方案及功能

针对整个工厂复杂的生产环境和不同的照明需求，通过对整个工厂的功能区域进行照明需求分析，设计出一套智能照明控制系统，对整个工厂的照明系统进行智能化管控。

结合工厂实际要求，对整个工厂照明系统应用智能电子仪表进行分布式管理；通过对智能电子仪表的参数化设置与上位机、自动化设备、光照度传感器等设备进行通讯；来实现工厂照明系统的两大控制模式：手动模式和智能模式。手动模式是在每个功能区域的照明回路上安装手动照明开关，工作人员可进行手动控制，该模式仅能对照明灯具进行开启和关闭操作。智能模式是通过电子智能仪表和上位机生产管理系统进行融合，对工厂照明系统进行数字化管理，实现照明亮度智能调节、照明启停智能管理、照明绿色节能、照明与自动化设备联动等功能，该模式是工厂运行时的主要模式。

4 电气原理与设备

电气原理：

图3 智能照明系统电气原理图

硬件设备：

4.1 智能电子仪表：

产品型号：ZE-T903ZI；

供电方式：24V DC；

工作温度范围：-30℃～70℃；

通讯方式：CAN 总线；波特率：9600；

调光精度：0.1%；

最大输出负载：1KΩ

安装方式：螺钉固定

（1）本产品为模拟量(电压型、电流型)输出调光模块；

（2）本产品使用标准Modbus 通讯协议可以与各种组态软件、人机界面（HMI）、PLC 等相连。

（3）本产品支持事件追忆功能，能做到各事件有据可查。

（4）本产品除了可以独立调光输出，也可以作为PLC、DCS扩展模块使用。

4.2 光照度传感器

供电电压：12VDC～30VDC

感光体：带滤光片的硅蓝光伏探测器；

波长测量范围：380nm～730nm；

温度特性：±0.5%/℃；

测量范围：0～200000Lux

光照度传感器采用对弱光也有较高灵敏度的硅兰光伏探测器作为传感器；具有测量范围宽、线形度好、防水性能好、使用方便、便于安装、传输距离远等特点，适用于各种工业场所,尤其适用于农业大棚、工厂照明等场所。根据不同的测量场所，配合不同的量程，线性度好、防水性能好、可靠性高、结构美观、安装使用方便、抗干扰能力强。

5 智能技术实施效果

通过应用智能化仪表对照明系统进行自动化控制，能够在保证工厂正常生产的同时，根据车间不同区域不同工作时间段对照明的需求，自动调节灯光照明场景，实现工厂照明控制的智能化。同时根据上位机生产管理系统，使场景的灯光灵活的适应生产的照明需求，同自动化设备进行联动，有效的延长了灯具的使用寿命并达到节能增效的效果。

目前智能化已经渗透到各行各业，并改变着我们的生活的。在智能化时代的今天，智慧城市、智能制造、智慧物流，智能化产品越来越贴近我们的生活，京东无人分拣中心、菜鸟网络无人机跨海送货、苏宁物流云仓等；人工智能大大节省了人力成本，提高了生产效率。

智能化技术是现代化工厂照明系统的一种智能管理模式，在满足不同功能需求，不同工作状态的同时，有效地改变了车间的光照均匀性，保证了正常的光照需求，减少了不必要的浪费，提升工厂的生产效率。智能化技术在工厂照明系统上的推广应用对于建设智慧工厂、绿色工厂、优化企业成本投入，节省人力资源等都有深远的意义。