乳制品工业厂房智能照明设计

孙志鹏   内蒙古伊利实业集团股份有限公司

李佳春  程 斌    中达电通股份有限公司

联合生产厂房普遍高度为15m左右的高大空间，且内部设多个功能隔间，为了满足工作、生产的需要，厂房内选用的灯具大多为大功率LED照明灯具。然而随着工厂设备自动化程度提高，自动化产线所需的照明随之减少，此时如果仍按照原有传统设计方式进行设计，必然导致能耗的极大浪费及设备的损耗。另外，工厂内往往采用班倒的方式进行作业，一成不变的长期强光环境使得车间内工作人员日夜颠倒，不分昼夜，影响员工身体健康。

随着智能照明技术的快速发展，DALI数字可调光技术应运而生，然而DALI可调光技术仍旧大规模使用在传统楼宇、办公室场所内，在食品生产车间内尚未得到推广。主要在于食品生产车间对灯具的工艺要求较高，而同时能够满足食品车间工艺要求，又支持DALI协议的灯具市面上比较少。随着DALI技术的不断发展，以及在传统办公楼宇中的成功应用，加之国家与企业愈发重视节能减排，DALI数字可调光技术在工厂车间内的推广势在必行。

1 设计难点

乳制品工业厂房布局较复杂，其中联合车间最具代表性，其具有面积大、吊顶高、功能间多、洁净等级不同、照明应用场景多等特点。

图1 伊利某液态奶工厂的联合车间前处理单元

以伊利某液态奶工厂的联合车间灌装单元为例，单个灌装间建筑面积约900m2，吊顶高度为9～10m，如图1所示。房间内布置不同高度的设备及管架、桥架。为了尽可能利用自然光，节约能耗，侧墙及顶部设置自然采光。设备运行状态大致分为运行、停止、清洗、检修。考虑工厂的扩建因素，一般还需在前处理单元不同工艺段设置预留空间，这些空间在工厂运行前期是不摆放设备的。工厂7×24小时连续运行。

基于以上的特点，导致我们利用传统的回路控制、时间表控制、人员存在控制、照度控制、自动结合手动控制的方案均不再符合实际使用需求，也无法达到最理想的节能效果。这对方案设计带来了挑战，如何能够利用有限的投资，满足使用需求，且实现至少10%的节能，是我们在方案设计阶段解决的问题。

2 设计原则

我们以前处理为例，该设备区域按照200Lux照度设计，选择120W工况LED灯具130多盏。为保证照度均匀且可覆盖设备、管架、桥架顶部，满足检修要求，灯具采用均布，部分作业面采用局部照明。然而在实际使用过程中，我们发现日常生产运行期间，部分灯具并不需要点亮，或者不需要以最大亮度运行。这样就造成了能源的浪费，也造成了灯具寿命的降低，且照度无法恒定。如果通过管理手段解决，那么需要工作人员经常去开关灯具，这样的方式带来诸多不变。

为了解决实际存在的问题，我们将节能、照度、人性化作为设计原则。

3 软硬件方案设计

方案设计时我们必须明确以下几个关键点：

（1）单灯可控；

（2）可调光；

（3）具备集中管理功能；

（4）可根据区域照度调光；

（5）灵活的控制策略及手动控制功能；

（6）任意灯具可自由组合，灯具可随设备布局调整、功能间的调整快速进行分组。

基于以上几个关键点，通过对软件功能、硬件性能的对比和测试，最终选择台达LOYTEC品牌DALI总线的智能照明软硬件。系统架构示意图如图2所示。

图2 智能照明系统架构示意图

在中控室内设置一台照明服务器，用于将楼宇自控系统数据上传至集中照明管理平台。上层管理软件平台同时支持C/S（Client-Server）和B/S（Brower-Server）架构，可通过浏览器或者安装客户端进行访问。

DALI灯具、传感器和灯控面板均通过手拉手串联或自由拓扑形式连接，DALI总线采用RVSP2×1.5，最长距离不超过300m，最终连接到DALI照明控制器上。控制器通过以太网线接入工厂控制专网，由中控室统一管理。触控屏通过以太网线直接接入控制网络。

DALI智能照明可实现每盏灯具的调光，同时可以实现任意组合区域的灯具控制，后期可以自由组合回路，不需要更改现场硬件。向上可通过OPC、BACnet/IP、LON-IP852等网络协议直接接入上层监控网络或者第三方平台实现整合。采用这种方式可使得照明控制架构更为简洁，且数字信号不易受干扰，DALI信号不分极性，可以与强电共管，施工布线更加方便。

4 控制策略设计

详见表1。

表1 控制策略

5 实际应用效果

通过引入台达LOYTEC的DALI数字可调光智能照明技术，工厂的照明管理更加便捷，通过上位机照明控制系统软件平台，可以实现定时控制、场景控制和自动感应控制。为了便于控制，本地各个区域的入口处均安装了多功能控制面板，大空间的车间或者办公空间则安装嵌入式触控屏。结合现场使用需求，对现场触控屏和本地面板进行设置，通过设定后可在多功能面板上实现对照明灯具的开光、调光以及场景的切换控制。而在本地触控屏幕上，除了开光、调光和场景切换外，还能具备排程设定、密码保护等高阶功能。

对于更衣室、走廊、楼梯间、男女厕等区域，为了满足日常使用，且提高节能率，则采用人体感应和照度结合的方式进行控制。

图3 请加图注

6 节能计算

经过计算，现场能耗使用大大降低，以一个车间为例，现场使用的灯具参数如表2所示。

表2 灯具参数表

单位面积光照度计算如表3所示。

表3 单位面积光照度

根据设计规范要求，每平方的光照度达到200Lux即可完成满足生产作业需要。因此，原设计中的灯具完成满足规范要求，且部分区域远超过规范要求，属于可优化能耗部分。表4所示为实际使用场景分析。

表4 实际使用场景分析

未采用智能照明方案的工厂能耗统计如表5所示。

表5 未采用智能照明方案的工厂能耗统计表

采用智能照明方案的工厂能耗统计如表6所示。

表6 采用智能照明方案的工厂能耗统计表

根据对比数据可以看到，未采用使用智能照明时合计使用的年用电量为1,937,624度电（kW•h），合计电费1,646,981元；而在使用DALI智能照明系统后合计使用的年用电量为1,114,134度电（kW•h），合计电费947,014元。通过对比可得，每年节约用电826,490度（kW•h）,节省电费699,967元，节能率达40%，节能效果显著。

除显著的节能效果外，我们还可通过系统平台软件的记录、分析、报警功能实现灯具运行时间记录、灯具理论功耗计算、灯具预防性维护、故障报警等功能，为管理提供了极大的便利性。因采用单灯调光的模式，实测灯具并不需要运行在100%照度，间接地提高了灯具的寿命，延长了灯具的更换周期，为工厂节约一定的维修费用。未来，随着产线的调整，我们可以通过软件分组的形式很快完成灯具的部署。

7 结论

将DALI数字可调光技术应用于工业厂房内，实现了照明控制自动化、智能化运行。通过定制化的时间表控制、模式控制、人体感应控制、光照度控制等节能优化控制措施，取得了良好的节能效益，对于其他厂房智能照明设计与实施具有较高的推广价值。