智能照明在冲压车间的应用研究

王志忠

中国汽车工业工程有限公司

智能照明在冲压车间的应用研究

王志忠

中国汽车工业工程有限公司

在现代化冲压车间中，为满足照明光照强度的要求，普遍安装大功率照明灯具。一方面，光照强度分布不均衡，长期强光照环境将对生产工人视觉造成一定程度损伤，降低工作效率；另一方面，大密度的灯具排布，多回路、多开关的照明管理模式，降低了灯具和开关的使用寿命，也必然带来很大电能消耗，产生极大浪费，也不便于管理。工厂智能照明系统的开发应用，极大改善了车间照明环境的均匀性，提升了车间管理水平，大幅降低能源消耗，促进关于机械工业节能减排目标的实现。

汽车工厂；智能照明；应用

智能照明控制系统，其实就是根据某一区域的功能﹑不同的时间段﹑室外光亮度或该区域的用途来自控制照明。本文主要探讨智能照明在现代工厂中应用中应该注意的几个问题。

1 目前智能控制系统具有以下功能

1)智能系统设有中央监控装置，对整个系统实施中央监控，以便随时调节照明的现场效果，例如系统设置开灯方案模式，并在计算机屏幕上仿真照明灯具的布置情况，显示各灯组的开灯模式和开/关状态。

2)具有灯具异常启动和自动保护的功能。

3)具有灯具启动时间，累计记录，和灯具使用寿命的统计功能。

4)在供电故障情况下，具有双路受电柜自动切换并启动应急照明灯组的功能。

5)系统设有自动/手动转换开关，以便必要时对各灯组的开﹑关进行手动操作。

6)系统设置与其他系统连接的接口，如建筑楼宇自控系统(BA系统)，以提高综合管理水平。

7)具有场景预设﹑亮度调节﹑定时﹑时序控制及软启动﹑软关断的功能。随着智能系统的进一步开发与完善，其功能将进一步得到增强。

2 冲压车间生产环境概况

图1 某冲压车间平面布局图

某汽车制造企业冲压车间主要包括两大主功能区：冲压件库和生产区，其中仓库区用于产品零件的临时堆放和转运；生产区相对复杂，包括三条不同的设备生产线区域﹑两个彼此独立的模具堆放区及模具维修区，一个高架仓库区，一个自动线成品出料区，如图1所示。在日常生产过程中，设备生产区设备的自动化程度较高，设备内部部分区域已经安装照明设施，整条生产线外围对光照强度要求较弱。此外，模具堆放区和高架仓库区域相对于模具维修区﹑低跨区并不需要较强光照环境。正是由于车间各区域功能上存在较大差异，灯光控制要求较高，不便于人员管理。对于大型生产车间，为更好采集室外光源，最大限度节省能源，都通过安装天窗进行补光。然而，这种方式仅局限于室外光线较好的天气。

3 智能照明控制系统

3.1 系统要求

智能模式下四种功能的实现都是一键式智能化操作，而且每个区域中四种功能的设置能够通过上位机改变智能系统参数实现。仓库区作为料片堆放和周转运输场地，空间范围较大，但功能相对单一，灯光要求低，可整体看作一个功能区。生产区设备多，而且较为分散，工况复杂，灯光要求高。为实现生产区域照明系统高效﹑稳定运行，每个功能区独立控制调节，彼此互不干涉。一方面，在满足高强度生产活动的同时，保证系统的稳定性，且便于检修维护；另一方面，能够针对每个区域的照度需求，最大限度地降低电能消耗。

3.2 硬件系统设计

硬件系统主要以三菱Q系列PLC为核心(具体模块：QJ00CPU，QX42， QY41P， Q64AD)连接6个继电器和1个照度变送器。从而达到对工厂车间照明的智能控制。

3.3 软件系统设计

软件系统设计主要分为两部分，一部分为上位机组态软件的系统设计，一部分为下位机PLC程序的设计。

1)下位机PLC程序设计

PLC程序主要由1个主程序和3个子程序组成。其中，主程序主要完成子程序的调用和本地和远程的启停控制功能。子程序1主要完成对时间的调整，也就是上位机的时间与PLC的时间保持一致。子程序2主要完成根据工作班制控制照明灯的亮灭。子程序3主要完成AD转换以及换算比较功能，最终目的完成根据外界光线的强弱来控制灯的亮灭的功能。

2)上位机组态软件设计

上位机组态软件采用Pcauto6.0为人机监控操作系统，根据工作班制，班次及工厂照度特点。对车间每个部门照明灯进行智能控制。先进行画面制作，制作好画面后，进行变量的定义。三菱Q系列PLC与上位机进行变量定义时，本设计主要用到了中间继电器M，通用寄存器D，锁存器L及输入输出X，Y由于定义的点数比较多，在这里就不再一一列举了。上位机控制系统的主界面，品质部照明控制时间表，工装部照明控制时间表，照度设定值和用户解锁。

其中，照度设定值是为了用户对照度值进行设定而建立，用户解锁主要为密码准入，当密码连续输错3次以后，可由管理员进行解锁控制。在这个程序中采样平均数设定为4。这是由实验得出来的。因为当采样平均数过大时，会导致4AD送入PLC信号的实践周期长，从而导致电机反映迟钝，不能够达到以实时跟踪太阳方向的效果该系统经过反复调试运行。

3.4 应用效果

通过对所测得数据的分析，可以判断出其精度达到了理想值。

其次，系统的实时性好，反应时间短，工作稳定，其他各项指标已达到设计要求。由于是采用PLC作控制器，系统具有很高的可靠性。

3.5 LED照明系统的应用

节能省电是LED应用于照明领域的最大优势，但LED灯具还是成本较高。省电不省钱成为了LED灯发展的最大障碍。但LED应用于厂房照明却有其独特的优势。LED厂房灯的发展方向目前LED厂房灯的发展方向主要还是阵列排布式与集成式。阵列排布式的优点是：散热好﹑光效高﹑寿命长。缺点是：体积和重量较大﹑与传统厂房的安装方式不同。集成式LED厂房灯的优点是：符合传统厂房灯的外观﹑重量轻﹑体积小。缺点是：散热差﹑寿命短﹑光效低。所以，集成式LED厂房灯再如果不能很好地解决散热问题，光效不能进一步提高，那么未来LED厂房灯的发展方向还主要是阵列的形式。但阵列形式的LED厂房灯也要积极寻找轻质的散热材料来作为壳体解决其体积和重量偏大的突出问题。

4 厂房智能照明控制系统建设

4.1 物联网技术的运用

通过调研各大工厂照明系统设计的初衷，将互联网技术应用到工厂照明系统中，其主要是为了实现以下功能：一是满足工厂日常生产工作的需要。工厂如若24小时生产过程中，因此需要照明系统及时为工作人员以及车辆通行等提供照明，以此保证安全生产的要求。二是实现对照明系统的智能化控制。传统的照明系统主要是由人工控制或者采取定时开关的方式，此种方式存在管理难度大﹑故障发生率高的问题，尤其是不能及时根据实际情况对照明系统进行自动控制，而互联网技术的照明系统能够根据外界的环境及时对照明系统进行调控。三是降低了工厂的费用支出。降低费用实现盈利是工厂的首要目的，而通过互联网照明系统控制则是通过设计与安装无线收发模块的方式对每个照明系统进行自动控制，实现了照明系统的智能化管控，从而减少了工厂的用电量降低了运行费用。其中最为关键的是保障了安全生产。

4.2 系统控制模式

厂房的灯光照明系统通过智能控制系统设定的模式运行，可减少不必要的耗电开支，同时可降低运行维护费用；通过自动调节厂房内灯光打开的先后顺序，可有意识的避免灯光同时点亮造成的启动电流过大，并可限制金卤灯再启动的间隔时间，大大增加灯具的寿命；这些都可为用户节约开支，尽快收回成本创造了条件。厂房内本身线路繁多，功能复杂，通过采用灯光智能控制系统可简化线路，节省导线和电缆的消耗量，从而降低投资，缩短工期，并减少维修管理费用，给施工带来了极大的方便。因此，在设计中采用智能控制系统，其优点综述如下：

①运用先进的电力电子技术，进行集中监控与遥控任务，且优化能源的利用，节约能源并降低运行费用。

②根据用户要求和照明区域扩大，只需要修改软件设置，毋须对已有线路进行改造，即可调整照明布局和扩充功能。这将降低扩建费用和改造工期。

③断电状态结束恢复供电，系统将按预设定状态恢复正常工作，实现无人值班，提高管理水平。

④照明最佳运行方式的设定，使灯具使用寿命延长，从而减少维修工作量和设备费用。

⑤控制回路与负载回路分开，控制回路采用低电压，使得人身安全得到确保。

⑥系统在保持本身独立性的同时可通过网关与厂区BA控制中心或照明控制中心相连，并入厂区能源管理系统。

经过实践，采取基于智能的照明系统不仅有助于优化工厂的生产环境，而且还可以节省工厂生产成本，实现工厂的能源生态发展。本系统主要是基于工厂智能照明系统相关问题进行了改进，其主要是采取智能控制技术，根据工厂不同的照明需求，采取不同性能的传感器对信号进行检测与感应，以此实现对整个工厂的智能化照明管理。

[1]孙晶.基于物联网技术的工厂智能照明系统的设计[D].成都理工大学，2012.

[2]黄干将.基于物联网技术的工厂照明控制系统[J].中小企业管理与科技(下旬刊)，2015，11：251.

[3]雷远宏，范勇，袁帅，李成.智能照明系统在汽车制造冲压车间的应用[J].锻压装备与制造技术，2015，05：55-58.