孙志鹏 内蒙古伊利实业集团股份有限公司
李佳春 程 斌 中达电通股份有限公司
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。
关键词：DALI 照度 智能控制
Design of Intelligent Lighting System for Dairy Industry Workshop
Sun Zhipeng Inner Mongolia Yili Industrial Group Co., Ltd.
Li Jiachun, Cheng Bin Delta Green Technology Co., Ltd.
Abstract: Based on the analysis of the lighting requirements of the joint production industrial plant, the intelligent lighting control is optimized, and the application of DALI intelligent lighting system in the plant is described. The actual results show that DALI technology can effectively improve the automation level of lighting fixtures in the plant, improve management efficiency and reduce energy consumption. It can fully meet the needs of intelligent lighting control, energy saving and high efficiency of joint production industrial plant.
Keywords: DALI, Illumination, Intelligent Control
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。
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。
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。
单位面积光照度计算如表3所示。
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。
未采用智能照明方案的工厂能耗统计如表5所示。
采用智能照明方案的工厂能耗统计如表6所示。
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。