厂房智能照明系统改造

周 勇

（上海宝钢节能环保技术有限公司，上海 201999）

0 引言

某厂房照明系统改造前灯具采用金卤灯，共292套，安装高度18 m。金卤灯功率大、功率因数低、能耗高。照明控制采用人工手动控制方式，效率低、容易出现人为的漏操作或误操作，无法及时获取现场环境及照度需求信息，照明系统适应性较差，且灯具无法调光，存在严重的电能浪费情况，因此车间立项进行了针对照明系统的节能改造。

1 厂房照明现状分析

1.1 能耗高

金卤灯照明系统现场分布情况如表1 所示，其电耗包括金卤灯具本身、整流器和线路损耗。以功率为400 W 的金卤灯为例，其实际功率为440 W 左右（包含整流器）。与LED 灯具（功率因数一般为0.95以上）相比，金卤灯功率因数低（功率因数一般为0.4～0.9），运行电流高，从而增加了线路损耗。在满足同样照度的情况下，LED 灯具比金卤灯的效率大大提高。

表1 现场灯具分布情况

1.2 控制方式落后

原厂房灯具通过6 个照明配电柜进行人工手动控制，照明配电柜面板设置按钮、柜内安装断路器和接触器，每个配电柜设置6～10 个照明回路，每个回路控制9～12 套灯具。照明开关只能通过配电柜面板进行人工手动操作控制，增加了现场日常运行管理的工作量。而且经常出现局部区域白天可以采用自然采光照明也未关闭照明系统的情况，不能实现照度控制和时间控制。综上所述，厂房原有照明系统运行效率低，且难以避免人为的漏操作或误操作，无法及时获取现场环境及照度需求情况信息，系统适应性较差，且灯具无法调光，控制手段十分落后，不能满足节能降耗、自动控制的需求。

2 智能照明系统改造

2.1 改造目标

（1）改造后厂房工作面平均照度不低于150 lx，满足运行要求，且光照均匀。

（2）选用LED 灯具功率因数不低于0.95。

（3）LED 灯具可按照预先设定，实现分回路定时自动开关及调光功能。

（4）采用独立智能照明控制系统，对各区域的灯具分回路进行控制。灯具可在0～100%额定功率范围内进行调节。灯具可长时间工作，不会造成灯具、电缆等元件的过热、烧损。

（5）智能照明系统配置照度感应器，当照度感应器监测到照度值小于设定值时，控制系统各分回路灯具执行预设的开关灯命令，对现场照度进行自动调节。

（6）自动执行预设的分回路灯具管理控制任务，手动/自动工作状态可按实际需要进行切换。

（7）智能照明控制系统具备数据存储、数据查询功能，可以存储系统运行情况的历史记录、实时电能等。

2.2 改造内容

2.2.1 更换灯具

采用新型节能LED 灯具更换原有的金卤灯具，改善厂房照度水平，详细配置如表2 所示。

表2 节能LED 灯具配置

灯具采用嵌入式软件控制，实现恒功率、电磁兼容、恒流等功能，确保灯具在85～300 V 的宽幅电压范围内稳定工作，功率因数可达0.95 以上。优化光学设计，光线柔和、配光均匀、反光效率高，对每盏灯具的配光可以灵活调整使用，以适应高大厂房25～40 m 高度照明的需要。采用LED 作为光源，光效高、光照均匀、显色性好、使用寿命达60 000 h 以上。灯具结构一体化、抗冲击、抗振动、密封防水等性能良好，适应振动、湿热、粉尘等工作环境。采用高强度合金外壳，其表面经高压静电喷塑处理，防腐等级WF2。采用吊环式、吊顶式安装。LED 灯具的详细参数见表3。

表3 LED 灯具参数

2.2.2 新增无线智能控制系统

新增厂房照明智能控制系统，可以对照明灯具进行智能监控，以提高照明系统的自动化水平，其结构原理如图1 所示。

图1 智能控制系统结构原理

2.2.2.1 控制功能

（1）单灯控制：所有灯具都加装了单灯控制器，以实现灯具单灯控制。控制系统可以实时监测所有灯具的电流、电压、功率状态。

（2）编组控制：能够对加装单灯控制器的灯具按照区域进行自定义编组，可以按小区域分组、也可以按大区域进行分组，还可以整编小区域后再组成大区域，以实现一键式组控。

（3）灯具调光：能够对加装单灯控制器的灯具进行系统设定调光，也可以进行手动调光控制。可以依照照明规律进行系统后台编程，实现自动控制调光，也可以通过系统后台对单灯/编组灯具进行手动控制调光。

（4）地图显示、实时监控：通过系统后台地图显示功能，实时监测终端设备的运行状态。

（5）故障报警：通过在系统后台预设报警阈值，实现灯具故障报警。通过地图显示功能，可以直接显示故障灯具位置，减少人员查找故障灯具的时间，提高维护效率。

（6）远程操作及远程监控：可以通过PC 端或手机App 远程控制灯具，查看现场灯具工作状态的功能接口。系统支持互联网网络监控功能，可以通过PC 机、智能终端等设备，通过身份及密码认证，监测及远程控制区域内的照明系统（手机App 仅限广域网组网可用）。

（7）能耗分析：通过加装数字智能电表，能够对区域内灯具的能耗进行统计、记录及分析。

（8）数据存储及导出：系统后台可自动存储系统设备执行任务记录和控制事件日志，支持数据导出和保存。

2.2.2.2 系统特点

采用基于扩频技术的超远距离无线智能控制系统，其无线传输方案具有穿透性强、传播距离远、信号稳定、传输延时小的特点，下行通信采用433 MHz 频段。

（1）操作简便：在主控室通过后台或手机对现场所有区域灯具进行集中控制、设置场景，能够通过照度传感器、雷达传感器实现按需控制、实时控制。

（2）适应性强：系统采用BS 架构，无需安装客户端软件，可扩展性强，支持多种通信方式接入。可以兼容PLC（Power Line Carrier，电力载波）、现场总线、2G/3G/4G 等不同的通信设备同时接入。系统支持扩展功能，且具备接入智慧工厂集控中心的扩展接口。

（3）GIS 地图：支持2D/3D 地图切换、地图矢量缩放功能，支持用户地图导入系统，可以显示经纬度坐标。

（4）权限设置：系统具有合理的用户分级权限设定，可在同一服务器上为不同用户划分不同的权限和角色。角色所具有的权限可以动态修改分配，包括用户的浏览、添加、删除、修改等操作权限，支持禁用用户功能，以防止误操作。

（5）安全性：智能照明系统具备当网络通信异常时，保证灯具常亮的功能。

2.2.2.3 智能照明控制箱

在原有照明配电柜旁新增3 台智能照明控制箱。原有电气管线原则上利旧，对部分老旧线缆、钢管进行更换。施工中应做好保护接地，施工完毕后恢复防火封堵。

2.2.2.4 系统通信

系统可以采用局域网、广域网部署。各主控箱网关与系统后台服务器通过光纤通信。各主控箱网关与灯具和智能开关模块通信方式采用433 MHz 无线传输通信方式。

2.3 照度效果

所有区域平均照度均不小于150 lx，部分区域照度模拟效果如图2 所示。

图2 照度模拟效果

2.4 节能分析

采用高效、节能的LED 照明灯具实现节能降耗，通过多种智能控制方式，在满足现场作业照明的前提下提高灯具利用效率，以实现节能降耗。采用单灯控制器，对灯具进行单独调光控制，以实现节能降耗。系统自动控制、自动开关调光，无需人工操作，可以精准控制能耗。智能调光按照白天14 h、平均50%功率运行，夜间10 h、100%满功率运行。

改造前，厂房共有400 W 金卤灯总数236 套，单灯实际功率约440 W；250 W 金卤灯总数56 套，单灯实际功率约280 W，合计292 套，总功率119.52 kW。改造后，厂房共有200 W LED 灯具260 套，25 W LED 灯具32 套，合计292 套，总功率52.8 kW，较改造前下降66.72 kW。智能照明亮灯时间按每日14 h 50%功率，10 h 100%功率计算，每年可节约电能119.52×24×365-52.8×（14×50%+10×100%）×365=719 371.2 kW·h，按电价0.66 元/千万时计算可节约电费47.48 万元。

3 结束语

LED 灯具在同等照度条件下消耗的功率比传统灯具大幅降低。本文使用高效、节能的LED 照明灯具替代高耗能的金卤灯具，并增设智能照明控制系统，大大提高了照明利用效率，实现了照明系统的节能智能控制。