基于WAGO照明管理方案的工厂智能照明系统设计

丁 敬 保

[万可电子(天津)有限公司, 天津 301700]

0 引 言

现代的工厂车间为满足光照强度的要求,普遍安装大功率照明灯具。同时,为节能降耗,生产车间大多通过天窗来利用自然光,实行自然光照明与人工照明相结合的方式,因此仅依靠传统的回路控制照明无法满足高质量照明以及节能环保的要求。

工厂不同区域对照明策略的需求差异较大,同时为了快速满足市场多样化的需求,车间的生产布局应在特定时间进行调整,这要求照明控制方案有较高的灵活性。车间面积一般较大,现场安装的灯具较多,这对维护人员造成很大的压力,也对照明控制方案提出更高的要求[1-2]。

本文结合某机械照明项目,介绍了基于WAGO照明管理方案设计的智能照明系统设计,其无需编程,只需要根据客户的控制策略要求对现场的传感器以及灯具通过Web进行简单的配置,即可实现智能照明控制。

1 项目概况

某工厂新建机械车间的生产区域面积大约为60 000 m2,放置2 600余盏带数字可寻址照明接口(Digital Addressable Lighting Interface,DALI)镇流器的工矿灯。车间通过天窗引入自然光。业主希望通过安装照度传感器能够对该车间实现日光控制,即根据外部自然光的强度变化,自动调整车间内灯光照度,在满足生产需要的同时也可以节约能源。根据生产现场的排班要求,特定的功能区须能根据时间表实现自动控制,同时为了现场控制的方便,现场也可以使用开关进行手动控制。

该车间除生产区域外,还包括物流区域、办公区域、会议室、过道及厕所等,也需要进行智能照明控制。因此,智能照明系统设计中采用WAGO照明管理方案将智能控制、计算机、网络和通信等技术应用于照明的控制和管理中,既满足业主对功能的要求,又可以实现控制灵活、节能降耗以及维护方便的目的。

2 WAGO照明管理方案

DALI作为标准的照明接口协议,已成为国际电子电工协会标准(IEC 62386),控制方式灵活,价格低,在照明控制领域备受青睐。

WAGO照明管理方案的控制对象包括DALI接口灯具和传统回路控制灯具。以仓库、生产车间和办公楼的不同照明需求为基础的WAGO照明管理方案基于预定义的硬件和预配置的软件,可以实现开闭、调光、恒照度、集中控制和场景等多种智能控制方式。同时,该方案还具有开放的接口,数据可经Modbus/TCP传输至楼宇控制系统,便于组网控制,可大大简化规划、调试与运营工作。

WAGO照明管理方案引入虚拟房间的概念,每个控制器最多可以配置60个虚拟房间。在虚拟房间内,可以根据需求自由地选择输入信号和输出信号,并配置相应的功能,如调光和恒照度等。例如,根据照明控制工艺需求,一个仓储车间可以被划分为多个虚拟房间,每个虚拟房间都可独立配置照明工艺。当车间改造或者照明工艺需求改变时,通过重新配置Web界面,即可实现灵活控制。

WAGO照明管理方案的硬件范围定义模块种类、数量,现场实际应用时可根据硬件范围灵活选择,其可连接的现场输入信号包括DALI Multi-Mensors、DALI开关、Enocean开关、EIB开关、开关量输入、外部房间输入、Modbus开关、日历表和时间表等,输出信号包括DALI接口灯具以及普通的回路控制灯具。配置软件页面通过Web打开,界面简洁友好,易于操作。软件控制工艺包括开闭控制、调光控制、恒照度控制、日光控制、时间表控制以及主从控制等。

为了避免多重输入信号之间的相互影响,WAGO照明管理方案定义4种不同的优先级,当高优先级事件发生时,系统将自动忽略较低的优先级事件。优先级从高到低依次是主键控制、Modbus(GLT)优先、本地时间表优先、普通Modbus事件/普通时间表事件/普通开关。

3 智能照明系统的工程实施

3.1 控制系统拓扑结构

该项目智能照明系统设计采用集散式控制方式,即根据现场的灯具布局和安装要求,设计8个带配电功能的照明控制柜,各个控制柜通过以太网与中控室Scada软件通信。各控制柜控制的灯具既可以相互独立、互不干扰,又可以通过主从通信的方式实现跨控制柜控制。如控制柜A连接的开关,可以对控制柜B连接的灯具进行控制。智能照明控制方案拓扑结构如图1所示,在照明控制柜中CPU是整个系统的核心,现场的多种开关和灯具通过相应的IO模块与CPU通信。

图1 智能照明控制方案拓扑结构

3.2 控制策略实施

智能照明控制系统的应用范围包括生产区、物流区、办公区、会议室、公共区(厕所、楼梯和过道等),控制策略如表1所示。

表1 控制策略

控制策略如下:

(1) 开关控制。通过手动开关,如普通自复位开关、EnOcean无线开关等进行手动开闭控制或者手动调光控制。

(2) 时间表控制。灯具可随设定的时间表实现自动开闭,并支持关灯动作执行之前进行闪烁提醒。

(3) 日光控制。充分利用自然光,照度传感器指向天窗,相应区域灯具照度根据一个或多个传感器值自动调节。

(4) 恒照度控制。充分利用自然光,照度传感器正对工位,相应区域灯具照度根据传感器值自动调节。

(5) 场景控制。适用于会议室等场所,如在会议室中灯光可设置会议场景、演讲场景、休息场景、投影场景等多种场景。

(6) 人体智能感应控制。与传统的“人来灯亮,人走灯灭”不同,该策略通过人体感应开关可以实现“人来灯亮,人走灯分阶段灭”。人体智能感应模式软件配置界面如图2所示。

图2 人体智能感应模式软件配置界面

如当有人进入感应区,则该区域灯立即点亮至L1亮度(如100%);人离开后灯会保持原亮度T1时间(如5 min),然后亮度降低至L2(如50%);再过T2时间(如10 min),无人进入,则灯关闭。L1、L2、T1、T2参数可以在Web界面进行配置。

4 结 语

以WAGO照明管理方案为基础,介绍某机械生产车间的智能照明系统设计。该照明系统的虚拟房间配置具有非常高的灵活性,通过智能调光和人体感应控制来实现节能降耗,灯具状态诊断功能可以降低运维人员的工作强度。同时,该系统支持Modbus/TCP标准的工业以太网接口,可以与上位Scada软件实现集中控制,简化规划、调试与运营工作,为类似工厂的智能照明系统设计提供参考。

收稿日期：2018-05-23