生产照度智能控制的设计和应用

生产照度智能控制的设计和应用

 张成龙 程林峰通讯作者刘共田

山东中烟工业有限责任公司济南卷烟厂，济南市高新区科航路2006号 250104

摘  要：生产照度智能控制方面，行业企业大部分采用金属卤素灯照明方式，导致故障率高，寿命短，且均处于传统手动控制模式，针对行业生产环境中生产照度控制能耗高、不具备控制智能化等问题，结合企业自身需求提出了智能照度控制应用研究。通过该研究可以有效降低电能耗，实现生产场景的自动化和智能化照度控制，同时简化生产环境的监控方式。

关键词：生产照度；仿真分析；智能控制

The Design and Application of Intelligent Control for Production Illumination

Lin feng Cheng  Cheng long ZhangGong tian Liu

Jinan Cigarette Factory，China Tobacco Shandong Industrial Co., Ltd., Jinan 250104, China

Abstract: The intelligent control of production illumination, most industry enterprises use metal halide lamps for lighting, resulting in high failure rates, short lifespan, and being in traditional manual control mode. In response to issues such as high energy consumption and lack of intelligent control in production environments, intelligent illumination control application research has been proposed based on the needs of enterprises themselves.This study can effectively reduce electrical energy consumption, achieve automation and intelligent illumination control in production scenarios, and simplify the monitoring methods of the production environment.

Keywords: Production illumination; Simulation analysis; intelligent control

1. 引言

当前行业推行智能化和绿色工厂建设。生产线的照明依旧采用传统的高耗能、手动控制模式，造成运行成本高、维修及检查难度大，需要过多的人工干预等。现有照明灯具普遍存在寿命达不到要求、故障率高，光衰快的缺点，因此需要针对烟草企业生产环境设计新型高可靠智能照明灯具[1-3]。

2.目前行业照度智能控制系统存在的问题

2.1目前烟草行业生产照度灯具使用方面问题

烟草企业大部分采用金属卤素灯照明的方式，金属卤素灯由于自身照度转化率低,在使用过程中会散发大量的热量至生产区域，对生产环境温度和湿度变化造成不利影响。金属卤素灯的寿命一般在3000至4000小时之间，寿命短、故障率高，需要定期更换损坏的灯泡，烟草企业普遍采用高空照明（8米左右）人工维修和更换费时费力。金属卤素灯功率一般采用250W、400W两种方式，灯具的功率较高会导致能耗及维修更换费用过高；目前少部分企业采用无极灯照明方式，功率一般为150W左右，与金卤灯相比，功耗有所降低，但是无极灯的自发热相对较高，灯头部分长时间处于高温状态，对生产环境周围的湿度产生不利影响，同时自身散热性能不佳的问题存在一定的安全隐患。

2.2目前烟草行业生产照度控制方面的问题

目前企业生产照度控制不具备智能化，均处于传统控制模式。金卤灯控制一般采用墙壁开关，一路开关控制5-10盏灯，灯具的开启和关闭需要手动控制，极大耗时和费力，不符合智能化工厂的建设标准。生产模式下所有金卤灯均处于开启状态，无法智能精确控制某一区域，除非有人工干预，否则一直开启，照明能耗高，散热大。由于灯控开关的设计采用一拖五及以上方式，无法实现对每盏灯的单独控制，造成非生产区域的照明浪费。

3. 照明灯具的设计研究

3.1 照明灯具的选材和光照角

通过设计选用寿命为50000小时的碳化硅XPL灯珠，在寿命大幅度提高的同时，能降低灯头的散热温度；透镜选用耐高温光学级PC材料，增加灯光的通透度，减少炫光。通过配光曲线图对不同的光照角度进行分析对比，优化设计的光照角（120度），可以实现大范围高照度效果。

图1 照明灯具的设计

3.2灯头结构和热力学仿真设计

灯体结构采用3D设计的镂空铸铝散热模块，不易集聚灰尘，通过专业热力学仿真进行优化分析，确定散热能力优异的外形，同时保证外壳的强度。

图2.1 灯头正面热力学仿真图谱                图2.2 灯头背面热力学仿真图谱

通过热力学仿真软件分析，灯头正面最高温度不超过51.7℃，灯头背面是灯具散热最主要的位置，最高温度不超过65.4℃，温度远低于金属卤素灯照明产生的温度，表明灯体的镂空铸铝散热结构可以很好的散发的灯具照明产生的热量，减少对环境散热产生不利影响，同时消除散热过多造成的安全隐患。

4. 照度控制系统设计

4.1 照度控制系统的特点

烟草生产车间空间大，需要划分为几个不同区域的子网照度控制系统，不利于有线设备的铺设和使用；烟机设备零件和结构以铁制材料多，对电磁信号的传输和接收影响大，极易造成信号的干扰和延迟，因此需要设计一种满足穿透信号能力强，适合通讯距离远，且满足一对多通讯连接，抗干扰能力强、可靠性高、电磁兼容性强等全方面设计要求的照度控制系统设计。

4.2 照度控制系统的选用和设计

通过使用和设计基于LORA无线通讯技术和PLC的结合，设计专用程序软件，通过优化设计网络分段与物理界限，划分为几个不同地域的控制子网，集成多个LORA通讯单元，实现子网内的较快速率的通讯，满足在中控端可控制任意一盏灯的开启、关闭和灯的无级功率调节。

5. 效果分析

5.1照明灯具的设计对能耗的降低效果

通过优化设计的无级调光灯源，实现70%的节能效果，减少对环境散热产生不利影响，同时消除散热造成的安全隐患。

5.2基于LORA技术的实现智能照度控制系统的手动状态、自动状态的控制和能源数据分析。

5.2.1手动状态控制

在计算机端可以实现任意光源的光照度调节、灯源网络开关，并实时监控灯源的运行电流、运行电压、运行状态、运行功率灯数据。手机端APP，可以实现根据不同用户，有不同的权限分配，根据权限对相应的灯源进行控制。

5.2.2自动状态控制

在自动控制状态下,主控PLC根据生产线状态信息，根据预设定数值，直接下发灯源照度值，并监控实际运行值。根据时间延迟，判断灯源工作状态及故障状态。手机端APP，在生产休息阶段，按照优先级设定，可直接触发预设安全巡检模式，保持安全巡检路径灯源以适度照度进行最小控制，其它灯源远程关闭。

5.2.3能源数据分析

在计算机持续开机并运行状态下，计算机实时计算每一盏灯源的运行时间、累计运行功率、累计节能数据、故障状态在线分析及数据记录；同时可随灯源需要任意布置增加，具备极大的灵活性。

6. 结论与展望

生产照度智能控制技术的设计和研究，实现生产场景的自动照度控制，同时具备远程智能控制功能，可大幅度节省电能耗，简化生产环境的监控方式，有效降低智能化实施成本，实现较高程度的智能化、工业化应用，提高生产车间操作工的舒适性和便利性，消除了生产过程中安全风险隐患，有利促进烟草行业生产照度智能的发展。

7. 参考文献

[1] 金玉柱. 基于物联网技术的智慧楼宇照明无线智能控制方法. 光源与光明，2023(02).

[2] 刘永明. LED景观照明及其智能控制应用研究. 光源与光明，2021(09).

[3] 仇佩君. 建筑节能照明设计与智能控制. 光源与光明，2006(02).