王志忠

中國(guó)汽車工業(yè)工程有限公司

智能照明在沖壓車間的應(yīng)用研究

王志忠

中國(guó)汽車工業(yè)工程有限公司

在現(xiàn)代化沖壓車間中，為滿足照明光照強(qiáng)度的要求，普遍安裝大功率照明燈具。一方面，光照強(qiáng)度分布不均衡，長(zhǎng)期強(qiáng)光照環(huán)境將對(duì)生產(chǎn)工人視覺(jué)造成一定程度損傷，降低工作效率；另一方面，大密度的燈具排布，多回路、多開(kāi)關(guān)的照明管理模式，降低了燈具和開(kāi)關(guān)的使用壽命，也必然帶來(lái)很大電能消耗，產(chǎn)生極大浪費(fèi)，也不便于管理。工廠智能照明系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)應(yīng)用，極大改善了車間照明環(huán)境的均勻性，提升了車間管理水平，大幅降低能源消耗，促進(jìn)關(guān)于機(jī)械工業(yè)節(jié)能減排目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)。

汽車工廠；智能照明；應(yīng)用

智能照明控制系統(tǒng)，其實(shí)就是根據(jù)某一區(qū)域的功能﹑不同的時(shí)間段﹑室外光亮度或該區(qū)域的用途來(lái)自控制照明。本文主要探討智能照明在現(xiàn)代工廠中應(yīng)用中應(yīng)該注意的幾個(gè)問(wèn)題。

1 目前智能控制系統(tǒng)具有以下功能

1)智能系統(tǒng)設(shè)有中央監(jiān)控裝置，對(duì)整個(gè)系統(tǒng)實(shí)施中央監(jiān)控，以便隨時(shí)調(diào)節(jié)照明的現(xiàn)場(chǎng)效果，例如系統(tǒng)設(shè)置開(kāi)燈方案模式，并在計(jì)算機(jī)屏幕上仿真照明燈具的布置情況，顯示各燈組的開(kāi)燈模式和開(kāi)/關(guān)狀態(tài)。

2)具有燈具異常啟動(dòng)和自動(dòng)保護(hù)的功能。

3)具有燈具啟動(dòng)時(shí)間，累計(jì)記錄，和燈具使用壽命的統(tǒng)計(jì)功能。

4)在供電故障情況下，具有雙路受電柜自動(dòng)切換并啟動(dòng)應(yīng)急照明燈組的功能。

5)系統(tǒng)設(shè)有自動(dòng)/手動(dòng)轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)，以便必要時(shí)對(duì)各燈組的開(kāi)﹑關(guān)進(jìn)行手動(dòng)操作。

6)系統(tǒng)設(shè)置與其他系統(tǒng)連接的接口，如建筑樓宇自控系統(tǒng)(BA系統(tǒng))，以提高綜合管理水平。

7)具有場(chǎng)景預(yù)設(shè)﹑亮度調(diào)節(jié)﹑定時(shí)﹑時(shí)序控制及軟啟動(dòng)﹑軟關(guān)斷的功能。隨著智能系統(tǒng)的進(jìn)一步開(kāi)發(fā)與完善，其功能將進(jìn)一步得到增強(qiáng)。

2 沖壓車間生產(chǎn)環(huán)境概況

圖1 某沖壓車間平面布局圖

某汽車制造企業(yè)沖壓車間主要包括兩大主功能區(qū)：沖壓件庫(kù)和生產(chǎn)區(qū)，其中倉(cāng)庫(kù)區(qū)用于產(chǎn)品零件的臨時(shí)堆放和轉(zhuǎn)運(yùn)；生產(chǎn)區(qū)相對(duì)復(fù)雜，包括三條不同的設(shè)備生產(chǎn)線區(qū)域﹑兩個(gè)彼此獨(dú)立的模具堆放區(qū)及模具維修區(qū)，一個(gè)高架倉(cāng)庫(kù)區(qū)，一個(gè)自動(dòng)線成品出料區(qū)，如圖1所示。在日常生產(chǎn)過(guò)程中，設(shè)備生產(chǎn)區(qū)設(shè)備的自動(dòng)化程度較高，設(shè)備內(nèi)部部分區(qū)域已經(jīng)安裝照明設(shè)施，整條生產(chǎn)線外圍對(duì)光照強(qiáng)度要求較弱。此外，模具堆放區(qū)和高架倉(cāng)庫(kù)區(qū)域相對(duì)于模具維修區(qū)﹑低跨區(qū)并不需要較強(qiáng)光照環(huán)境。正是由于車間各區(qū)域功能上存在較大差異，燈光控制要求較高，不便于人員管理。對(duì)于大型生產(chǎn)車間，為更好采集室外光源，最大限度節(jié)省能源，都通過(guò)安裝天窗進(jìn)行補(bǔ)光。然而，這種方式僅局限于室外光線較好的天氣。

3 智能照明控制系統(tǒng)

3.1 系統(tǒng)要求

智能模式下四種功能的實(shí)現(xiàn)都是一鍵式智能化操作，而且每個(gè)區(qū)域中四種功能的設(shè)置能夠通過(guò)上位機(jī)改變智能系統(tǒng)參數(shù)實(shí)現(xiàn)。倉(cāng)庫(kù)區(qū)作為料片堆放和周轉(zhuǎn)運(yùn)輸場(chǎng)地，空間范圍較大，但功能相對(duì)單一，燈光要求低，可整體看作一個(gè)功能區(qū)。生產(chǎn)區(qū)設(shè)備多，而且較為分散，工況復(fù)雜，燈光要求高。為實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)區(qū)域照明系統(tǒng)高效﹑穩(wěn)定運(yùn)行，每個(gè)功能區(qū)獨(dú)立控制調(diào)節(jié)，彼此互不干涉。一方面，在滿足高強(qiáng)度生產(chǎn)活動(dòng)的同時(shí)，保證系統(tǒng)的穩(wěn)定性，且便于檢修維護(hù)；另一方面，能夠針對(duì)每個(gè)區(qū)域的照度需求，最大限度地降低電能消耗。

3.2 硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)

硬件系統(tǒng)主要以三菱Q系列PLC為核心(具體模塊：QJ00CPU，QX42， QY41P， Q64AD)連接6個(gè)繼電器和1個(gè)照度變送器。從而達(dá)到對(duì)工廠車間照明的智能控制。

3.3 軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)

軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)主要分為兩部分，一部分為上位機(jī)組態(tài)軟件的系統(tǒng)設(shè)計(jì)，一部分為下位機(jī)PLC程序的設(shè)計(jì)。

1)下位機(jī)PLC程序設(shè)計(jì)

PLC程序主要由1個(gè)主程序和3個(gè)子程序組成。其中，主程序主要完成子程序的調(diào)用和本地和遠(yuǎn)程的啟?？刂乒δ?。子程序1主要完成對(duì)時(shí)間的調(diào)整，也就是上位機(jī)的時(shí)間與PLC的時(shí)間保持一致。子程序2主要完成根據(jù)工作班制控制照明燈的亮滅。子程序3主要完成AD轉(zhuǎn)換以及換算比較功能，最終目的完成根據(jù)外界光線的強(qiáng)弱來(lái)控制燈的亮滅的功能。

2)上位機(jī)組態(tài)軟件設(shè)計(jì)

上位機(jī)組態(tài)軟件采用Pcauto6.0為人機(jī)監(jiān)控操作系統(tǒng)，根據(jù)工作班制，班次及工廠照度特點(diǎn)。對(duì)車間每個(gè)部門照明燈進(jìn)行智能控制。先進(jìn)行畫面制作，制作好畫面后，進(jìn)行變量的定義。三菱Q系列PLC與上位機(jī)進(jìn)行變量定義時(shí)，本設(shè)計(jì)主要用到了中間繼電器M，通用寄存器D，鎖存器L及輸入輸出X，Y由于定義的點(diǎn)數(shù)比較多，在這里就不再一一列舉了。上位機(jī)控制系統(tǒng)的主界面，品質(zhì)部照明控制時(shí)間表，工裝部照明控制時(shí)間表，照度設(shè)定值和用戶解鎖。

其中，照度設(shè)定值是為了用戶對(duì)照度值進(jìn)行設(shè)定而建立，用戶解鎖主要為密碼準(zhǔn)入，當(dāng)密碼連續(xù)輸錯(cuò)3次以后，可由管理員進(jìn)行解鎖控制。在這個(gè)程序中采樣平均數(shù)設(shè)定為4。這是由實(shí)驗(yàn)得出來(lái)的。因?yàn)楫?dāng)采樣平均數(shù)過(guò)大時(shí)，會(huì)導(dǎo)致4AD送入PLC信號(hào)的實(shí)踐周期長(zhǎng)，從而導(dǎo)致電機(jī)反映遲鈍，不能夠達(dá)到以實(shí)時(shí)跟蹤太陽(yáng)方向的效果該系統(tǒng)經(jīng)過(guò)反復(fù)調(diào)試運(yùn)行。

3.4 應(yīng)用效果

通過(guò)對(duì)所測(cè)得數(shù)據(jù)的分析，可以判斷出其精度達(dá)到了理想值。

其次，系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性好，反應(yīng)時(shí)間短，工作穩(wěn)定，其他各項(xiàng)指標(biāo)已達(dá)到設(shè)計(jì)要求。由于是采用PLC作控制器，系統(tǒng)具有很高的可靠性。

3.5 LED照明系統(tǒng)的應(yīng)用

節(jié)能省電是LED應(yīng)用于照明領(lǐng)域的最大優(yōu)勢(shì)，但LED燈具還是成本較高。省電不省錢成為了LED燈發(fā)展的最大障礙。但LED應(yīng)用于廠房照明卻有其獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。LED廠房燈的發(fā)展方向目前LED廠房燈的發(fā)展方向主要還是陣列排布式與集成式。陣列排布式的優(yōu)點(diǎn)是：散熱好﹑光效高﹑壽命長(zhǎng)。缺點(diǎn)是：體積和重量較大﹑與傳統(tǒng)廠房的安裝方式不同。集成式LED廠房燈的優(yōu)點(diǎn)是：符合傳統(tǒng)廠房燈的外觀﹑重量輕﹑體積小。缺點(diǎn)是：散熱差﹑壽命短﹑光效低。所以，集成式LED廠房燈再如果不能很好地解決散熱問(wèn)題，光效不能進(jìn)一步提高，那么未來(lái)LED廠房燈的發(fā)展方向還主要是陣列的形式。但陣列形式的LED廠房燈也要積極尋找輕質(zhì)的散熱材料來(lái)作為殼體解決其體積和重量偏大的突出問(wèn)題。

4 廠房智能照明控制系統(tǒng)建設(shè)

4.1 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的運(yùn)用

通過(guò)調(diào)研各大工廠照明系統(tǒng)設(shè)計(jì)的初衷，將互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用到工廠照明系統(tǒng)中，其主要是為了實(shí)現(xiàn)以下功能：一是滿足工廠日常生產(chǎn)工作的需要。工廠如若24小時(shí)生產(chǎn)過(guò)程中，因此需要照明系統(tǒng)及時(shí)為工作人員以及車輛通行等提供照明，以此保證安全生產(chǎn)的要求。二是實(shí)現(xiàn)對(duì)照明系統(tǒng)的智能化控制。傳統(tǒng)的照明系統(tǒng)主要是由人工控制或者采取定時(shí)開(kāi)關(guān)的方式，此種方式存在管理難度大﹑故障發(fā)生率高的問(wèn)題，尤其是不能及時(shí)根據(jù)實(shí)際情況對(duì)照明系統(tǒng)進(jìn)行自動(dòng)控制，而互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的照明系統(tǒng)能夠根據(jù)外界的環(huán)境及時(shí)對(duì)照明系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)控。三是降低了工廠的費(fèi)用支出。降低費(fèi)用實(shí)現(xiàn)盈利是工廠的首要目的，而通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)照明系統(tǒng)控制則是通過(guò)設(shè)計(jì)與安裝無(wú)線收發(fā)模塊的方式對(duì)每個(gè)照明系統(tǒng)進(jìn)行自動(dòng)控制，實(shí)現(xiàn)了照明系統(tǒng)的智能化管控，從而減少了工廠的用電量降低了運(yùn)行費(fèi)用。其中最為關(guān)鍵的是保障了安全生產(chǎn)。

4.2 系統(tǒng)控制模式

廠房的燈光照明系統(tǒng)通過(guò)智能控制系統(tǒng)設(shè)定的模式運(yùn)行，可減少不必要的耗電開(kāi)支，同時(shí)可降低運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用；通過(guò)自動(dòng)調(diào)節(jié)廠房?jī)?nèi)燈光打開(kāi)的先后順序，可有意識(shí)的避免燈光同時(shí)點(diǎn)亮造成的啟動(dòng)電流過(guò)大，并可限制金鹵燈再啟動(dòng)的間隔時(shí)間，大大增加燈具的壽命；這些都可為用戶節(jié)約開(kāi)支，盡快收回成本創(chuàng)造了條件。廠房?jī)?nèi)本身線路繁多，功能復(fù)雜，通過(guò)采用燈光智能控制系統(tǒng)可簡(jiǎn)化線路，節(jié)省導(dǎo)線和電纜的消耗量，從而降低投資，縮短工期，并減少維修管理費(fèi)用，給施工帶來(lái)了極大的方便。因此，在設(shè)計(jì)中采用智能控制系統(tǒng)，其優(yōu)點(diǎn)綜述如下：

①運(yùn)用先進(jìn)的電力電子技術(shù)，進(jìn)行集中監(jiān)控與遙控任務(wù)，且優(yōu)化能源的利用，節(jié)約能源并降低運(yùn)行費(fèi)用。

②根據(jù)用戶要求和照明區(qū)域擴(kuò)大，只需要修改軟件設(shè)置，毋須對(duì)已有線路進(jìn)行改造，即可調(diào)整照明布局和擴(kuò)充功能。這將降低擴(kuò)建費(fèi)用和改造工期。

③斷電狀態(tài)結(jié)束恢復(fù)供電，系統(tǒng)將按預(yù)設(shè)定狀態(tài)恢復(fù)正常工作，實(shí)現(xiàn)無(wú)人值班，提高管理水平。

④照明最佳運(yùn)行方式的設(shè)定，使燈具使用壽命延長(zhǎng)，從而減少維修工作量和設(shè)備費(fèi)用。

⑤控制回路與負(fù)載回路分開(kāi)，控制回路采用低電壓，使得人身安全得到確保。

⑥系統(tǒng)在保持本身獨(dú)立性的同時(shí)可通過(guò)網(wǎng)關(guān)與廠區(qū)BA控制中心或照明控制中心相連，并入廠區(qū)能源管理系統(tǒng)。

經(jīng)過(guò)實(shí)踐，采取基于智能的照明系統(tǒng)不僅有助于優(yōu)化工廠的生產(chǎn)環(huán)境，而且還可以節(jié)省工廠生產(chǎn)成本，實(shí)現(xiàn)工廠的能源生態(tài)發(fā)展。本系統(tǒng)主要是基于工廠智能照明系統(tǒng)相關(guān)問(wèn)題進(jìn)行了改進(jìn)，其主要是采取智能控制技術(shù)，根據(jù)工廠不同的照明需求，采取不同性能的傳感器對(duì)信號(hào)進(jìn)行檢測(cè)與感應(yīng)，以此實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)工廠的智能化照明管理。

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