智能照明系统在选煤厂中的应用

智能照明系统在选煤厂中的应用

刘超

中煤科工集团北京华宇工程有限公司平顶山分公司  河南平顶山  467000

摘要：智能照明系统在选煤厂全域中的应用，可以实现照明的动态调节、自动控制，以及人员信息定位、电子围栏报警、人员历史轨迹记录、摄像头联动及录制、岗位考勤、签到，巡检任移确认等功能，对选煤厂安全管理具有很大提升，通过人员定位系统平台实现人员管理、保障安全生产、优化管理的目的。该系统利用基站对精确人员标志卡进行识别，照明控制器根据人员位置自主启停照明、调节灯光亮度，实现“人来灯亮、人走灯灭”的工作模式，有效实现了选煤厂节能降耗。

关键词：智能照明；选煤厂；精准人员定位；节能降耗；综合一体化管理

引言

中国是碳排放体量最大的国家，根据各国“碳达峰、碳中和”的承诺，中国将在2030年实现“碳达峰”，在2060年实现“碳中和”。而煤矿选煤厂采用传统的金卤灯，数量大、照明效果差、维护成本高、能耗较大，现场的照明系统由调度室工作人员手动控制，无法实现按需照明。有关文献认为照明质量提升可有效实现照明节能，进而推动绿色低碳发展，对隧道内照明系统进行了研究，设计了照明节能控制软件，在保障亮度均匀的前提下有效降低了照明能耗。相关对照明系统节能方式及照明控制器进行了研究，认为照明系统智能化是节能降耗的重要方式。为贯彻落实节能减排政策，本文采用智能照明控制(Intelligent Lighting Controls，ILC)技术对选煤厂照明系统进行智能化建设，根据精准人员定位信息对灯光亮度进行控制，在保证照明需求的前提下，实现“人来灯亮、人走灯灭”的工作模式，以保证煤矿节能降耗、降本增效。

1 选煤厂ILC技术

ILC技术以精准人员定位技术为核心，根据采集的人员定位信息，通过照明控制器对灯光进行智能管控。为实现精准人员定位，在选煤厂作业区域布置无线通信基站，工作人员持标志卡，采用UWB通信技术，通过发送和接收具有纳秒级或亚纳秒级的3.1～10.6 GHz带宽窄脉冲来传输数据，将真实位置与标签位置根据定位算法进行拟合，进而将定位精度提升至±30 cm。基站可同时识别区域人员标志卡和精确人员标志卡(区域人员标志卡在该基站下只能区域定位)，采用模块化、可插拔设计，一旦设备出现问题，不需要对设备进行整体更换；基站内设两光三电交换机，可就近接入井下工业以太环网，方便基站级联及大数据量传输，保证精确定位数据高效、准确上传至服务器；基站配有全向天线，可以延长馈线方式进行吊挂，方便井上下施工，通过算法进行位置判断。位置信息上传至服务器中，服务器判断使用场景进行分析决策，将决策信号通过无线方式传输至照明控制器，对灯光进行自动控制。

2 选煤厂ILC系统

当前选煤厂的自动化程度高，岗位人员少，厂区大，要求巡视人员离开巡视区域时灯具能自动调低亮度或关闭以到达节能。巡检人员随身携带的定位终端鲁发送人来消息给灯具，灯具接收到定位消息后，根据设定决定是否开灯，巡视人员离开后，灯具一定时间内检测不到终端，则灯具关闭或调暗。智能照明系统通过给每台灯内内置无线通讯天线，各灯具之间基于ZigBee技术组网。巡检人员随身佩戴有源定位卡，通过对各个区域预先人为定义，系统会统计各区域人数、轨迹回放，在实现智能照明的，实现人员定位。定位终端实时测算其与灯具的距离信息，并将距离数据传输给灯具，灯具通过无线网络将收到的数据上传至集中控制器。集中控制器将收集到的所有灯具定位数据通过光纤网络传输至服务器，服务器软件结合参考点的坐标与收到的定位数据，计算出人员位置。灯具在定位系统每一个都有固定坐标，定位终端实时扫描灯具，在最优的点集合进行距离测试。终端通过分析与处理测试结果选定最优的参考点，并将相关信息数据最终传送至服务器，软件系统根据终端与灯具的位置信息，结合选煤厂现有通信环境，搭建选煤厂ILC系统，结构如图1所示。利用KT615-F(A)矿用本安型无线通信基站对精确人员标志卡进行识别，并将识别信号上传至服务器实现精准人员定位；将人员位置数据发送至灯控服务端，灯控服务端得到请求后，立即开启照明，当人员离开作业区域后，随即关闭照明；每盏灯搭载KJ1383-KZ照明控制器，照明控制器具有接收无线信号功能，可实现与网关之间双向无线通信。该系统可实现灯光智能管控，确保照明系统稳定运行，根据需求对灯光进行启停自主调整，并根据基本亮度要求对灯光进行亮度调节，有效节约了照明用电量。

图1 选煤厂ILC系统结构

3 选煤厂ILC综合一体化管理平台

将选煤厂ILC系统功能进行拓展，建立选煤厂ILC综合一体化管理平台。该平台是一个集矿井人员管理、跟踪定位、灯光管控等功能为一体的数字化信息管理平台，可与煤矿原系统稳定接入，实现全范围覆盖。选煤厂ILC综合一体化管理平台界面包含人员信息、GIS地图、轨迹查询、区域管理、设备管理、照明管理及系统管理7个部分，显示整体的照明灯具数量、使用量及灯具的状态、现场分布等信息，并对用电量进行统计。平台具备安全及隐私功能，设置多级别登录、多级别操控，可实现分级控制及分级监察，系统对每次操作进行记录，以确保系统稳定且安全运行；平台可实现对灯具的远程操控，包括灯具的统一启停或对单一灯具进行控制，并且可实时调取灯具运行状态等参数，实现实时监测，若某一灯具显示离线，平台会自动进行声光报警，并将上传灯具位置信息；平台可对人员信息(包括人员名称、号码、级别等)进行实时管理及设置，同时可对系统名称等信息进行修改和保存；平台可对人员数量及任一人员位置进行实时监测，实现对人员活动轨迹的溯源查询，并可将详细信息进行分类统计并存储，根据时间进行事件查询及事故溯源，同时将有关数据传至各级管理部门，为指挥决策提供重要依据。

4 应用效果

选煤厂ILC综合一体化管理平台在六家煤矿选煤厂进行了工程应用，一方面实现了灯光智能管控，保证了照明需求与节能降耗，另一方面基于精准人员定位技术，将作业人员轨迹查询、位置查询及设备状态查询等功能融入平台，实现了综合一体化管控。应用结果表明，该平台运行稳定，由于照明控制器与定位基站采用无线自组网相连，无需布置大量硬件设备；具有人员精准定位功能，可对工作人员位置及情况进行实时监测监控，保障了安全生产；可接入原有调度系统，对所有设备及工况进行监测监控，在实现智能照明管控的同时，实现各大系统统一管控；具有独立的操作系统，可在脱离监控中心的情况下对命令进行执行及存储，在突发情况(如停电、断网等)下，可独立执行预设的各种定时任务；照明系统可实现智能单灯操控、分组操控和区域操控，满足各工作状态下的照明需求，也可通过手动设置照明强度来进行时间自动调控，根据场景需求进行灵活操控。平台应用前，每盏灯1 d的耗电量为2.4 kW·h，1 a总计灯光耗电量为74 460 kW·h；平台应用后，每盏灯1 d的照明时长为2.5 h，总计年节约电量为66 703.75 kW·h，有效实现了照明节能的目标。

5 结语

本文针对选煤厂照明系统能耗大的问题，基于UWB精准人员定位技术设计了ILC系统，并建立了ILC综合一体化管理平台。现场应用结果表明，平台在满足各种现场场景照明需求的同时，大大降低了照明能耗，人员定位精度达±0.3 m，有效融合多系统，实现了选煤厂一体化综合管控。

参考文献：

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