張立偉

（深蘭科技（上海）有限公司，上海200000）

在傳統(tǒng)工廠生產(chǎn)過程中，為了滿足車間照明需求，普遍安裝大功率照明燈具。一方面，大面積的排布燈具，在照明回路上安裝控制開關(guān)；多回路、多開關(guān)的大功率照明管理模式，給企業(yè)照明用電帶來巨大的電能消耗，產(chǎn)生浪費資源的同時也存在著極大的用電安全隱患。另一方面，長期光照強度的分布不均勻，給勞動者視覺上會造成損傷，降低了企業(yè)的生產(chǎn)效率。這些傳統(tǒng)的照明方式已經(jīng)不能滿足當(dāng)今智慧工廠的發(fā)展需求。

現(xiàn)如今中國進(jìn)入了社會經(jīng)濟高速發(fā)展的新時代，科技創(chuàng)新步伐不斷加快，智能化時代背景下基于信息化技術(shù)、大數(shù)據(jù)和人工智能的應(yīng)用越來越廣泛。隨著智能化技術(shù)的不斷發(fā)展，智能控制已經(jīng)應(yīng)用于各種領(lǐng)域，智能化技術(shù)在城市軌道交通、智慧城市、校園圖書館等場景已廣泛應(yīng)用。隨著產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)不斷升級，智能化技術(shù)應(yīng)用向更多的領(lǐng)域延伸，通過智能化技術(shù)應(yīng)用，實現(xiàn)了工廠照明智能化、管理智能化，推動了智慧工廠的建設(shè)。

我國工業(yè)照明用電占總發(fā)電量73.5%，當(dāng)今照明設(shè)計中主要選用的有金屬鹵化燈、高壓鈉燈、LED 燈等。LED 燈由于使用壽命長，燈光亮度可調(diào)節(jié)等優(yōu)點，被市場廣泛應(yīng)用。相比于金屬鹵化燈，LED 燈穿透能力差，照射距離近，光線發(fā)散等缺點，并不適宜用于較為復(fù)雜的生產(chǎn)環(huán)境。所以如何在工業(yè)照明上提高照明質(zhì)量、節(jié)省能源消耗對于節(jié)能環(huán)保，建設(shè)智慧工廠，優(yōu)化企業(yè)成本投入，降本增效有著深遠(yuǎn)的意義。

以深蘭科技（常州）工廠為例，將智能化技術(shù)在照明系統(tǒng)中的應(yīng)用做一個簡要概述。

1 工廠環(huán)境概況

工廠平面圖如下圖1 所示，主要分為四大功能區(qū)：成品庫、生產(chǎn)車間、生產(chǎn)辦公室、原材料庫。其中原材料庫、成品庫用于原材料的存放和產(chǎn)成品的臨時存放和運轉(zhuǎn)，對于用光亮度比較單一。其中生產(chǎn)車間用光度相對比較復(fù)雜，由于每個車間的產(chǎn)品不同，生產(chǎn)工具不同，對于生產(chǎn)環(huán)境的需求也有所不同；圖中生產(chǎn)車間1、生產(chǎn)車間3 是工人手動組裝產(chǎn)品，在日常運營中離不開光源，且對于外圍光源的依賴性比較強；生產(chǎn)車間2、生產(chǎn)車間4 均是自動化車間，設(shè)備內(nèi)已經(jīng)具備滿足工作的光源需求，兩個車間對外圍光源要求不是很高；另外車間辦公室、車間會議室有人使用時才有用光需求，無人時關(guān)閉光源即可。正是由于以上功能塊布局對光源的需求各不相同，對于燈光亮度、燈光的控制要求較高。大型生產(chǎn)車間在基礎(chǔ)建設(shè)時，為更好的引用自然光來節(jié)省資源，都是用窗戶進(jìn)行自然補光，但是受天氣的影響，自然補光并不能及時滿足生產(chǎn)需求。

圖1 工廠平面布置圖

2 工廠照明系統(tǒng)控制要求

成品庫、原材料庫是車間產(chǎn)成品的存放和周轉(zhuǎn)場所，在平時工作時間對照明亮度要求相對不高，只有在工人提取物料，運轉(zhuǎn)物品時需要照明亮度，其余時間不需要照明亮度；所以需要實現(xiàn)不同時間段對庫房照明進(jìn)行智能控制。

四個生產(chǎn)車間是整個制造工廠的核心區(qū)域，日常運用過程中根據(jù)每個車間的產(chǎn)品、產(chǎn)能不同對照明亮度及時間也各有差異；1 車間是手工組裝車間，工人工作量大，用眼強度高，此車間對照明強度較高；2 車間是工廠的自動化車間，開機運行后平時基本不需要工人在現(xiàn)場，完全是設(shè)備全自動運行；3 車間是手工組裝車間，但是產(chǎn)品的產(chǎn)能不高，平均每班只有2/3 的時間用來生產(chǎn)，其余時間該車間處于停用狀態(tài)；4 車間前工段是人工上料，后工段是自動化設(shè)備，在前工段上料時對燈光照明有明顯的需求，上料完成后，此區(qū)域無人工作，可以關(guān)閉照明燈具；后工段自動化設(shè)備運行時，除滿足設(shè)備生產(chǎn)需求外，還有工程、質(zhì)量、相關(guān)人員在此工段進(jìn)行工作，因此，對照明亮度有著極高的要求。

綜合上述要求，根據(jù)整個工廠各個功能車間的需求，分析出每個車間由于任務(wù)、產(chǎn)能的不同，對照明強度及時間有著不同要求；照明系統(tǒng)在滿足生產(chǎn)運行要求的同時對每個功能區(qū)還要進(jìn)行單獨的回路控制。

3 系統(tǒng)控制方案及功能

針對整個工廠復(fù)雜的生產(chǎn)環(huán)境和不同的照明需求，通過對整個工廠的功能區(qū)域進(jìn)行照明需求分析，設(shè)計出一套智能照明控制系統(tǒng)，對整個工廠的照明系統(tǒng)進(jìn)行智能化管控。

結(jié)合工廠實際要求，對整個工廠照明系統(tǒng)應(yīng)用智能電子儀表進(jìn)行分布式管理；通過對智能電子儀表的參數(shù)化設(shè)置與上位機、自動化設(shè)備、光照度傳感器等設(shè)備進(jìn)行通訊；來實現(xiàn)工廠照明系統(tǒng)的兩大控制模式：手動模式和智能模式。手動模式是在每個功能區(qū)域的照明回路上安裝手動照明開關(guān)，工作人員可進(jìn)行手動控制，該模式僅能對照明燈具進(jìn)行開啟和關(guān)閉操作。智能模式是通過電子智能儀表和上位機生產(chǎn)管理系統(tǒng)進(jìn)行融合，對工廠照明系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)字化管理，實現(xiàn)照明亮度智能調(diào)節(jié)、照明啟停智能管理、照明綠色節(jié)能、照明與自動化設(shè)備聯(lián)動等功能，該模式是工廠運行時的主要模式。

4 電氣原理與設(shè)備

電氣原理：

圖3 智能照明系統(tǒng)電氣原理圖

硬件設(shè)備：

4.1 智能電子儀表：

產(chǎn)品型號：ZE-T903ZI；

供電方式：24V DC；

工作溫度范圍：-30℃～70℃；

通訊方式：CAN 總線；波特率：9600；

調(diào)光精度：0.1%；

最大輸出負(fù)載：1KΩ

安裝方式：螺釘固定

（1）本產(chǎn)品為模擬量(電壓型、電流型)輸出調(diào)光模塊；

（2）本產(chǎn)品使用標(biāo)準(zhǔn)Modbus 通訊協(xié)議可以與各種組態(tài)軟件、人機界面（HMI）、PLC 等相連。

（3）本產(chǎn)品支持事件追憶功能，能做到各事件有據(jù)可查。

（4）本產(chǎn)品除了可以獨立調(diào)光輸出，也可以作為PLC、DCS擴展模塊使用。

4.2 光照度傳感器

供電電壓：12VDC～30VDC

感光體：帶濾光片的硅藍(lán)光伏探測器；

波長測量范圍：380nm～730nm；

溫度特性：±0.5%/℃；

測量范圍：0～200000Lux

光照度傳感器采用對弱光也有較高靈敏度的硅蘭光伏探測器作為傳感器；具有測量范圍寬、線形度好、防水性能好、使用方便、便于安裝、傳輸距離遠(yuǎn)等特點，適用于各種工業(yè)場所,尤其適用于農(nóng)業(yè)大棚、工廠照明等場所。根據(jù)不同的測量場所，配合不同的量程，線性度好、防水性能好、可靠性高、結(jié)構(gòu)美觀、安裝使用方便、抗干擾能力強。

5 智能技術(shù)實施效果

通過應(yīng)用智能化儀表對照明系統(tǒng)進(jìn)行自動化控制，能夠在保證工廠正常生產(chǎn)的同時，根據(jù)車間不同區(qū)域不同工作時間段對照明的需求，自動調(diào)節(jié)燈光照明場景，實現(xiàn)工廠照明控制的智能化。同時根據(jù)上位機生產(chǎn)管理系統(tǒng)，使場景的燈光靈活的適應(yīng)生產(chǎn)的照明需求，同自動化設(shè)備進(jìn)行聯(lián)動，有效的延長了燈具的使用壽命并達(dá)到節(jié)能增效的效果。

目前智能化已經(jīng)滲透到各行各業(yè)，并改變著我們的生活的。在智能化時代的今天，智慧城市、智能制造、智慧物流，智能化產(chǎn)品越來越貼近我們的生活，京東無人分揀中心、菜鳥網(wǎng)絡(luò)無人機跨海送貨、蘇寧物流云倉等；人工智能大大節(jié)省了人力成本，提高了生產(chǎn)效率。

智能化技術(shù)是現(xiàn)代化工廠照明系統(tǒng)的一種智能管理模式，在滿足不同功能需求，不同工作狀態(tài)的同時，有效地改變了車間的光照均勻性，保證了正常的光照需求，減少了不必要的浪費，提升工廠的生產(chǎn)效率。智能化技術(shù)在工廠照明系統(tǒng)上的推廣應(yīng)用對于建設(shè)智慧工廠、綠色工廠、優(yōu)化企業(yè)成本投入，節(jié)省人力資源等都有深遠(yuǎn)的意義。