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乳制品工业厂房智能照明设计

作者: 发布时间:2020-05-14

摘要: 通过对联合生产型工业厂房的照明需求分析,对智能照明控制进行优化设计,阐述了DALI智能照明系统在工厂中的应用。实际效果证明,DALI技术可以有效提高厂内照明灯具的自动化程度,提高管理效率,降低能耗。完全满足联合生产型工业厂房对智能照明控制智能化、节能高效的需要。

  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。

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