聯(lián)合生產(chǎn)廠房普遍高度為15m左右的高大空間，且內(nèi)部設(shè)多個(gè)功能隔間，為了滿足工作、生產(chǎn)的需要，廠房?jī)?nèi)選用的燈具大多為大功率LED照明燈具。然而隨著工廠設(shè)備自動(dòng)化程度提高，自動(dòng)化產(chǎn)線所需的照明隨之減少，此時(shí)如果仍按照原有傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方式進(jìn)行設(shè)計(jì)，必然導(dǎo)致能耗的極大浪費(fèi)及設(shè)備的損耗。另外，工廠內(nèi)往往采用班倒的方式進(jìn)行作業(yè)，一成不變的長(zhǎng)期強(qiáng)光環(huán)境使得車間內(nèi)工作人員日夜顛倒，不分晝夜，影響員工身體健康。
隨著智能照明技術(shù)的快速發(fā)展，DALI數(shù)字可調(diào)光技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生，然而DALI可調(diào)光技術(shù)仍舊大規(guī)模使用在傳統(tǒng)樓宇、辦公室場(chǎng)所內(nèi)，在食品生產(chǎn)車間內(nèi)尚未得到推廣。主要在于食品生產(chǎn)車間對(duì)燈具的工藝要求較高，而同時(shí)能夠滿足食品車間工藝要求，又支持DALI協(xié)議的燈具市面上比較少。隨著DALI技術(shù)的不斷發(fā)展，以及在傳統(tǒng)辦公樓宇中的成功應(yīng)用，加之國(guó)家與企業(yè)愈發(fā)重視節(jié)能減排，DALI數(shù)字可調(diào)光技術(shù)在工廠車間內(nèi)的推廣勢(shì)在必行。
1 設(shè)計(jì)難點(diǎn)
乳制品工業(yè)廠房布局較復(fù)雜，其中聯(lián)合車間最具代表性，其具有面積大、吊頂高、功能間多、潔凈等級(jí)不同、照明應(yīng)用場(chǎng)景多等特點(diǎn)。
圖1 伊利某液態(tài)奶工廠的聯(lián)合車間前處理單元
以伊利某液態(tài)奶工廠的聯(lián)合車間灌裝單元為例，單個(gè)灌裝間建筑面積約900m2，吊頂高度為9～10m，如圖1所示。房間內(nèi)布置不同高度的設(shè)備及管架、橋架。為了盡可能利用自然光，節(jié)約能耗，側(cè)墻及頂部設(shè)置自然采光。設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)大致分為運(yùn)行、停止、清洗、檢修？紤]工廠的擴(kuò)建因素，一般還需在前處理單元不同工藝段設(shè)置預(yù)留空間，這些空間在工廠運(yùn)行前期是不擺放設(shè)備的。工廠7×24小時(shí)連續(xù)運(yùn)行。
基于以上的特點(diǎn)，導(dǎo)致我們利用傳統(tǒng)的回路控制、時(shí)間表控制、人員存在控制、照度控制、自動(dòng)結(jié)合手動(dòng)控制的方案均不再符合實(shí)際使用需求，也無(wú)法達(dá)到最理想的節(jié)能效果。這對(duì)方案設(shè)計(jì)帶來(lái)了挑戰(zhàn)，如何能夠利用有限的投資，滿足使用需求，且實(shí)現(xiàn)至少10%的節(jié)能，是我們?cè)诜桨冈O(shè)計(jì)階段解決的問(wèn)題。
2 設(shè)計(jì)原則
我們以前處理為例，該設(shè)備區(qū)域按照200Lux照度設(shè)計(jì)，選擇120W工況LED燈具130多盞。為保證照度均勻且可覆蓋設(shè)備、管架、橋架頂部，滿足檢修要求，燈具采用均布，部分作業(yè)面采用局部照明。然而在實(shí)際使用過(guò)程中，我們發(fā)現(xiàn)日常生產(chǎn)運(yùn)行期間，部分燈具并不需要點(diǎn)亮，或者不需要以最大亮度運(yùn)行。這樣就造成了能源的浪費(fèi)，也造成了燈具壽命的降低，且照度無(wú)法恒定。如果通過(guò)管理手段解決，那么需要工作人員經(jīng)常去開(kāi)關(guān)燈具，這樣的方式帶來(lái)諸多不變。
為了解決實(shí)際存在的問(wèn)題，我們將節(jié)能、照度、人性化作為設(shè)計(jì)原則。
3 軟硬件方案設(shè)計(jì)
方案設(shè)計(jì)時(shí)我們必須明確以下幾個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)：
。1） 單燈可控；
（2） 可調(diào)光；
。3） 具備集中管理功能；
。4） 可根據(jù)區(qū)域照度調(diào)光；
（5） 靈活的控制策略及手動(dòng)控制功能；
。6） 任意燈具可自由組合，燈具可隨設(shè)備布局調(diào)整、功能間的調(diào)整快速進(jìn)行分組。
基于以上幾個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)，通過(guò)對(duì)軟件功能、硬件性能的對(duì)比和測(cè)試，最終選擇臺(tái)達(dá)LOYTEC品牌DALI總線的智能照明軟硬件。系統(tǒng)架構(gòu)示意圖如圖2所示。
圖2 智能照明系統(tǒng)架構(gòu)示意圖
在中控室內(nèi)設(shè)置一臺(tái)照明服務(wù)器，用于將樓宇自控系統(tǒng)數(shù)據(jù)上傳至集中照明管理平臺(tái)。上層管理軟件平臺(tái)同時(shí)支持C/S（Client-Server）和B/S（Brower-Server）架構(gòu)，可通過(guò)瀏覽器或者安裝客戶端進(jìn)行訪問(wèn)。
DALI燈具、傳感器和燈控面板均通過(guò)手拉手串聯(lián)或自由拓?fù)湫问竭B接，DALI總線采用RVSP2×1.5，最長(zhǎng)距離不超過(guò)300m，最終連接到DALI照明控制器上？刂破魍ㄟ^(guò)以太網(wǎng)線接入工廠控制專網(wǎng)，由中控室統(tǒng)一管理。觸控屏通過(guò)以太網(wǎng)線直接接入控制網(wǎng)絡(luò)。
DALI智能照明可實(shí)現(xiàn)每盞燈具的調(diào)光，同時(shí)可以實(shí)現(xiàn)任意組合區(qū)域的燈具控制，后期可以自由組合回路，不需要更改現(xiàn)場(chǎng)硬件。向上可通過(guò)OPC、BACnet/IP、LON-IP852等網(wǎng)絡(luò)協(xié)議直接接入上層監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)或者第三方平臺(tái)實(shí)現(xiàn)整合。采用這種方式可使得照明控制架構(gòu)更為簡(jiǎn)潔，且數(shù)字信號(hào)不易受干擾，DALI信號(hào)不分極性，可以與強(qiáng)電共管，施工布線更加方便。
4 控制策略設(shè)計(jì)
詳見(jiàn)表1。
表1 控制策略
5 實(shí)際應(yīng)用效果
通過(guò)引入臺(tái)達(dá)LOYTEC的DALI數(shù)字可調(diào)光智能照明技術(shù)，工廠的照明管理更加便捷，通過(guò)上位機(jī)照明控制系統(tǒng)軟件平臺(tái)，可以實(shí)現(xiàn)定時(shí)控制、場(chǎng)景控制和自動(dòng)感應(yīng)控制。為了便于控制，本地各個(gè)區(qū)域的入口處均安裝了多功能控制面板，大空間的車間或者辦公空間則安裝嵌入式觸控屏。結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)使用需求，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)觸控屏和本地面板進(jìn)行設(shè)置，通過(guò)設(shè)定后可在多功能面板上實(shí)現(xiàn)對(duì)照明燈具的開(kāi)光、調(diào)光以及場(chǎng)景的切換控制。而在本地觸控屏幕上，除了開(kāi)光、調(diào)光和場(chǎng)景切換外，還能具備排程設(shè)定、密碼保護(hù)等高階功能。
對(duì)于更衣室、走廊、樓梯間、男女廁等區(qū)域，為了滿足日常使用，且提高節(jié)能率，則采用人體感應(yīng)和照度結(jié)合的方式進(jìn)行控制。
圖3 請(qǐng)加圖注
6 節(jié)能計(jì)算
經(jīng)過(guò)計(jì)算，現(xiàn)場(chǎng)能耗使用大大降低，以一個(gè)車間為例，現(xiàn)場(chǎng)使用的燈具參數(shù)如表2所示。
表2 燈具參數(shù)表
單位面積光照度計(jì)算如表3所示。
表3 單位面積光照度
根據(jù)設(shè)計(jì)規(guī)范要求，每平方的光照度達(dá)到200Lux即可完成滿足生產(chǎn)作業(yè)需要。因此，原設(shè)計(jì)中的燈具完成滿足規(guī)范要求，且部分區(qū)域遠(yuǎn)超過(guò)規(guī)范要求，屬于可優(yōu)化能耗部分。表4所示為實(shí)際使用場(chǎng)景分析。
表4 實(shí)際使用場(chǎng)景分析
未采用智能照明方案的工廠能耗統(tǒng)計(jì)如表5所示。
表5 未采用智能照明方案的工廠能耗統(tǒng)計(jì)表
采用智能照明方案的工廠能耗統(tǒng)計(jì)如表6所示。
表6 采用智能照明方案的工廠能耗統(tǒng)計(jì)表
根據(jù)對(duì)比數(shù)據(jù)可以看到，未采用使用智能照明時(shí)合計(jì)使用的年用電量為1,937,624度電（kW·h），合計(jì)電費(fèi)1,646,981元；而在使用DALI智能照明系統(tǒng)后合計(jì)使用的年用電量為1,114,134度電（kW·h），合計(jì)電費(fèi)947,014元。通過(guò)對(duì)比可得，每年節(jié)約用電826,490度（kW·h）,節(jié)省電費(fèi)699,967元，節(jié)能率達(dá)40%，節(jié)能效果顯著。
除顯著的節(jié)能效果外，我們還可通過(guò)系統(tǒng)平臺(tái)軟件的記錄、分析、報(bào)警功能實(shí)現(xiàn)燈具運(yùn)行時(shí)間記錄、燈具理論功耗計(jì)算、燈具預(yù)防性維護(hù)、故障報(bào)警等功能，為管理提供了極大的便利性。因采用單燈調(diào)光的模式，實(shí)測(cè)燈具并不需要運(yùn)行在100%照度，間接地提高了燈具的壽命，延長(zhǎng)了燈具的更換周期，為工廠節(jié)約一定的維修費(fèi)用。未來(lái)，隨著產(chǎn)線的調(diào)整，我們可以通過(guò)軟件分組的形式很快完成燈具的部署。
7 結(jié)論
將DALI數(shù)字可調(diào)光技術(shù)應(yīng)用于工業(yè)廠房?jī)?nèi)，實(shí)現(xiàn)了照明控制自動(dòng)化、智能化運(yùn)行。通過(guò)定制化的時(shí)間表控制、模式控制、人體感應(yīng)控制、光照度控制等節(jié)能優(yōu)化控制措施，取得了良好的節(jié)能效益，對(duì)于其他廠房智能照明設(shè)計(jì)與實(shí)施具有較高的推廣價(jià)值。