王志忠

中國汽車工業(yè)工程有限公司

智能照明在沖壓車間的應用研究

王志忠

中國汽車工業(yè)工程有限公司

在現(xiàn)代化沖壓車間中，為滿足照明光照強度的要求，普遍安裝大功率照明燈具。一方面，光照強度分布不均衡，長期強光照環(huán)境將對生產工人視覺造成一定程度損傷，降低工作效率；另一方面，大密度的燈具排布，多回路、多開關的照明管理模式，降低了燈具和開關的使用壽命，也必然帶來很大電能消耗，產生極大浪費，也不便于管理。工廠智能照明系統(tǒng)的開發(fā)應用，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，促進關于機械工業(yè)節(jié)能減排目標的實現(xiàn)。

汽車工廠；智能照明；應用

智能照明控制系統(tǒng)，其實就是根據某一區(qū)域的功能﹑不同的時間段﹑室外光亮度或該區(qū)域的用途來自控制照明。本文主要探討智能照明在現(xiàn)代工廠中應用中應該注意的幾個問題。

1 目前智能控制系統(tǒng)具有以下功能

1)智能系統(tǒng)設有中央監(jiān)控裝置，對整個系統(tǒng)實施中央監(jiān)控，以便隨時調節(jié)照明的現(xiàn)場效果，例如系統(tǒng)設置開燈方案模式，并在計算機屏幕上仿真照明燈具的布置情況，顯示各燈組的開燈模式和開/關狀態(tài)。

2)具有燈具異常啟動和自動保護的功能。

3)具有燈具啟動時間，累計記錄，和燈具使用壽命的統(tǒng)計功能。

4)在供電故障情況下，具有雙路受電柜自動切換并啟動應急照明燈組的功能。

5)系統(tǒng)設有自動/手動轉換開關，以便必要時對各燈組的開﹑關進行手動操作。

6)系統(tǒng)設置與其他系統(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)具有場景預設﹑亮度調節(jié)﹑定時﹑時序控制及軟啟動﹑軟關斷的功能。隨著智能系統(tǒng)的進一步開發(fā)與完善，其功能將進一步得到增強。

2 沖壓車間生產環(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)：沖壓件庫和生產區(qū)，其中倉庫區(qū)用于產品零件的臨時堆放和轉運；生產區(qū)相對復雜，包括三條不同的設備生產線區(qū)域﹑兩個彼此獨立的模具堆放區(qū)及模具維修區(qū)，一個高架倉庫區(qū)，一個自動線成品出料區(qū)，如圖1所示。在日常生產過程中，設備生產區(qū)設備的自動化程度較高，設備內部部分區(qū)域已經安裝照明設施，整條生產線外圍對光照強度要求較弱。此外，模具堆放區(qū)和高架倉庫區(qū)域相對于模具維修區(qū)﹑低跨區(qū)并不需要較強光照環(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。對于大型生產車間，為更好采集室外光源，最大限度節(jié)省能源，都通過安裝天窗進行補光。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現(xiàn)都是一鍵式智能化操作，而且每個區(qū)域中四種功能的設置能夠通過上位機改變智能系統(tǒng)參數(shù)實現(xiàn)。倉庫區(qū)作為料片堆放和周轉運輸場地，空間范圍較大，但功能相對單一，燈光要求低，可整體看作一個功能區(qū)。生產區(qū)設備多，而且較為分散，工況復雜，燈光要求高。為實現(xiàn)生產區(qū)域照明系統(tǒng)高效﹑穩(wěn)定運行，每個功能區(qū)獨立控制調節(jié)，彼此互不干涉。一方面，在滿足高強度生產活動的同時，保證系統(tǒng)的穩(wěn)定性，且便于檢修維護；另一方面，能夠針對每個區(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)設計

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個繼電器和1個照度變送器。從而達到對工廠車間照明的智能控制。

3.3 軟件系統(tǒng)設計

軟件系統(tǒng)設計主要分為兩部分，一部分為上位機組態(tài)軟件的系統(tǒng)設計，一部分為下位機PLC程序的設計。

1)下位機PLC程序設計

PLC程序主要由1個主程序和3個子程序組成。其中，主程序主要完成子程序的調用和本地和遠程的啟停控制功能。子程序1主要完成對時間的調整，也就是上位機的時間與PLC的時間保持一致。子程序2主要完成根據工作班制控制照明燈的亮滅。子程序3主要完成AD轉換以及換算比較功能，最終目的完成根據外界光線的強弱來控制燈的亮滅的功能。

2)上位機組態(tài)軟件設計

上位機組態(tài)軟件采用Pcauto6.0為人機監(jiān)控操作系統(tǒng)，根據工作班制，班次及工廠照度特點。對車間每個部門照明燈進行智能控制。先進行畫面制作，制作好畫面后，進行變量的定義。三菱Q系列PLC與上位機進行變量定義時，本設計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由于定義的點數(shù)比較多，在這里就不再一一列舉了。上位機控制系統(tǒng)的主界面，品質部照明控制時間表，工裝部照明控制時間表，照度設定值和用戶解鎖。

其中，照度設定值是為了用戶對照度值進行設定而建立，用戶解鎖主要為密碼準入，當密碼連續(xù)輸錯3次以后，可由管理員進行解鎖控制。在這個程序中采樣平均數(shù)設定為4。這是由實驗得出來的。因為當采樣平均數(shù)過大時，會導致4AD送入PLC信號的實踐周期長，從而導致電機反映遲鈍，不能夠達到以實時跟蹤太陽方向的效果該系統(tǒng)經過反復調試運行。

3.4 應用效果

通過對所測得數(shù)據的分析，可以判斷出其精度達到了理想值。

其次，系統(tǒng)的實時性好，反應時間短，工作穩(wěn)定，其他各項指標已達到設計要求。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)的應用

節(jié)能省電是LED應用于照明領域的最大優(yōu)勢，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應用于廠房照明卻有其獨特的優(yōu)勢。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)點是：散熱好﹑光效高﹑壽命長。缺點是：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)點是：符合傳統(tǒng)廠房燈的外觀﹑重量輕﹑體積小。缺點是：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題，光效不能進一步提高，那么未來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的散熱材料來作為殼體解決其體積和重量偏大的突出問題。

4 廠房智能照明控制系統(tǒng)建設

4.1 物聯(lián)網技術的運用

通過調研各大工廠照明系統(tǒng)設計的初衷，將互聯(lián)網技術應用到工廠照明系統(tǒng)中，其主要是為了實現(xiàn)以下功能：一是滿足工廠日常生產工作的需要。工廠如若24小時生產過程中，因此需要照明系統(tǒng)及時為工作人員以及車輛通行等提供照明，以此保證安全生產的要求。二是實現(xiàn)對照明系統(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開關的方式，此種方式存在管理難度大﹑故障發(fā)生率高的問題，尤其是不能及時根據實際情況對照明系統(tǒng)進行自動控制，而互聯(lián)網技術的照明系統(tǒng)能夠根據外界的環(huán)境及時對照明系統(tǒng)進行調控。三是降低了工廠的費用支出。降低費用實現(xiàn)盈利是工廠的首要目的，而通過互聯(lián)網照明系統(tǒng)控制則是通過設計與安裝無線收發(fā)模塊的方式對每個照明系統(tǒng)進行自動控制，實現(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行費用。其中最為關鍵的是保障了安全生產。

4.2 系統(tǒng)控制模式

廠房的燈光照明系統(tǒng)通過智能控制系統(tǒng)設定的模式運行，可減少不必要的耗電開支，同時可降低運行維護費用；通過自動調節(jié)廠房內燈光打開的先后順序，可有意識的避免燈光同時點亮造成的啟動電流過大，并可限制金鹵燈再啟動的間隔時間，大大增加燈具的壽命；這些都可為用戶節(jié)約開支，盡快收回成本創(chuàng)造了條件。廠房內本身線路繁多，功能復雜，通過采用燈光智能控制系統(tǒng)可簡化線路，節(jié)省導線和電纜的消耗量，從而降低投資，縮短工期，并減少維修管理費用，給施工帶來了極大的方便。因此，在設計中采用智能控制系統(tǒng)，其優(yōu)點綜述如下：

①運用先進的電力電子技術，進行集中監(jiān)控與遙控任務，且優(yōu)化能源的利用，節(jié)約能源并降低運行費用。

②根據用戶要求和照明區(qū)域擴大，只需要修改軟件設置，毋須對已有線路進行改造，即可調整照明布局和擴充功能。這將降低擴建費用和改造工期。

③斷電狀態(tài)結束恢復供電，系統(tǒng)將按預設定狀態(tài)恢復正常工作，實現(xiàn)無人值班，提高管理水平。

④照明最佳運行方式的設定，使燈具使用壽命延長，從而減少維修工作量和設備費用。

⑤控制回路與負載回路分開，控制回路采用低電壓，使得人身安全得到確保。

⑥系統(tǒng)在保持本身獨立性的同時可通過網關與廠區(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)。

經過實踐，采取基于智能的照明系統(tǒng)不僅有助于優(yōu)化工廠的生產環(huán)境，而且還可以節(jié)省工廠生產成本，實現(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)相關問題進行了改進，其主要是采取智能控制技術，根據工廠不同的照明需求，采取不同性能的傳感器對信號進行檢測與感應，以此實現(xiàn)對整個工廠的智能化照明管理。

[1]孫晶.基于物聯(lián)網技術的工廠智能照明系統(tǒng)的設計[D].成都理工大學，2012.

[2]黃干將.基于物聯(lián)網技術的工廠照明控制系統(tǒng)[J].中小企業(yè)管理與科技(下旬刊)，2015，11：251.

[3]雷遠宏，范勇，袁帥，李成.智能照明系統(tǒng)在汽車制造沖壓車間的應用[J].鍛壓裝備與制造技術，2015，05：55-58.