楊巖敏

（東風(fēng)設(shè)計(jì)研究院有限公司）

1 引言

工業(yè)照明數(shù)字化、信息化和智能化是工業(yè)4.0智慧工廠(chǎng)的主要特征。每個(gè)燈具配備數(shù)字接口和具有雙向傳輸特性是實(shí)現(xiàn)工業(yè)照明“三化”的基礎(chǔ)。智能照明系統(tǒng)集成到IBMS（智能建筑管理系統(tǒng)）系統(tǒng)，做到智能控制每一套燈具和采集每一套燈具信息供管理決策使用，達(dá)到安全可靠、節(jié)能環(huán)保、健康舒適、智能高效、個(gè)性需求的目的。

2 智能照明控制系統(tǒng)篩選概況

智能照明控制系統(tǒng)是利用計(jì)算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)、傳感技術(shù)等現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)，通過(guò)對(duì)環(huán)境信息和用戶(hù)需求進(jìn)行分析和處理，實(shí)現(xiàn)對(duì)照明設(shè)備的整體控制和管理，以達(dá)到預(yù)期照明效果的控制系統(tǒng)[1]。

目前，國(guó)內(nèi)廣泛使用的智能照明控制系統(tǒng)有zigbee、Wi-Fi、Bluetooh無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和DMX、KNX、Dynet、DALI現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)，各有特點(diǎn)，適用不同領(lǐng)域。為保證系統(tǒng)設(shè)備具有良好的兼容性和互操作性，應(yīng)為標(biāo)準(zhǔn)通信協(xié)議，現(xiàn)分述如下。

①無(wú)線(xiàn)協(xié)議的技術(shù)比較簡(jiǎn)單，不需要設(shè)計(jì)布線(xiàn)及安裝成本，但存在通信不穩(wěn)定的現(xiàn)象，且Wi-Fi的功耗大、安全性低等，Bluetooh傳輸范圍受限，這些問(wèn)題制約了其在工業(yè)智能照明的應(yīng)用。

②DMX協(xié)議是一種燈光控制器與燈具設(shè)備之間數(shù)字調(diào)光的協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)。用于特效燈光控制，是舞臺(tái)燈光和景觀(guān)照明中燈光控制的主流技術(shù)。

③KNX協(xié)議是目前國(guó)內(nèi)外大量使用的樓宇自動(dòng)化和智能家居開(kāi)放標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議，系統(tǒng)規(guī)模較大。系統(tǒng)采用開(kāi)關(guān)或調(diào)光器控制照明回路，不能單燈控制。

④Dynet協(xié)議是Dynalite公司的照明控制封閉協(xié)議，系統(tǒng)規(guī)模較大。協(xié)議封閉，不同廠(chǎng)家的產(chǎn)品不兼容。

⑤DALI(Digital Addressable lighting interface)數(shù)字化可尋址照明接口，是一種照明控制開(kāi)放協(xié)議。DALI定義了照明裝置與控制器之間的通訊方式，數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，雙向傳輸。其最大特點(diǎn)是單個(gè)燈具（DALI電子控制裝置）具有獨(dú)立地址，通過(guò)DALI總線(xiàn)可以對(duì)單燈或燈組進(jìn)行調(diào)光和開(kāi)關(guān)控制，并能上傳燈具狀態(tài)和能耗信息，做到對(duì)每套燈具精確控制和精準(zhǔn)管理，實(shí)現(xiàn)了許多基于回路控制的智能照明控制系統(tǒng)無(wú)法實(shí)現(xiàn)的功能。DALI智能照明控制系統(tǒng)滿(mǎn)足數(shù)字化、信息化和智能化的工業(yè)照明基本要求。

3 DALI智能照明控制系統(tǒng)簡(jiǎn)介

國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)IEC62386系列《Digital Addressable lighting interface》（與 國(guó) 家 標(biāo) 準(zhǔn)GB/T30104系列《數(shù)字可尋址照明接口》等同，版本滯后）制定了DALI從物理傳輸?shù)娇刂泼罴霸O(shè)備行為統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)。最早的DALI協(xié)議只定義了燈電子控制裝置的功能接口標(biāo)準(zhǔn)。從2014年起的DALI-2標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)其進(jìn)行了改進(jìn)和增加，定義了控制設(shè)備的功能接口標(biāo)準(zhǔn)，增加了輸入設(shè)備與主控器的標(biāo)準(zhǔn)通信模式，并規(guī)定產(chǎn)品強(qiáng)制性認(rèn)證。

DALI設(shè)備組成如下：

①控制裝置（Control Gear）一般指燈的控制裝置，如LED驅(qū)動(dòng)器；

②控制設(shè)備（Control Device）包含應(yīng)用控制器和輸入設(shè)備，如開(kāi)關(guān)、傳感器等；

（2）橋臺(tái)面縱向位置設(shè)置坡度較大時(shí)，應(yīng)該結(jié)合橋梁的具體方式來(lái)進(jìn)行挖方施工，確保橋臺(tái)穩(wěn)定性達(dá)標(biāo)，需要結(jié)合具體的施工情況，確定使用樁式臺(tái)或者是一字臺(tái)的方式[5]。

③總線(xiàn)電源（Bus Power Supply），這些設(shè)備掛接在DALI總線(xiàn)上。

DALI協(xié)議為主從結(jié)構(gòu)，具有數(shù)字通信和數(shù)字控制的能力。DALI設(shè)備的存儲(chǔ)器存儲(chǔ)模塊地址和燈光場(chǎng)景等信息，通過(guò)DALI總線(xiàn)、DALI控制器與其他DALI設(shè)備進(jìn)行數(shù)字通信、傳遞指令和狀態(tài)信息，可以獨(dú)立操作DALI總線(xiàn)上的任何一個(gè)燈光設(shè)備，實(shí)現(xiàn)燈的開(kāi)關(guān)、控制調(diào)光和系統(tǒng)設(shè)置等功能。

DALI總線(xiàn)是面向終端的單一系統(tǒng)，容量小，可通過(guò)DALI主機(jī)擴(kuò)展容量，也可將DALI作為子系統(tǒng)，集成到BMS系統(tǒng)中進(jìn)行控制和管理。

DALI協(xié)議基本技術(shù)參數(shù)見(jiàn)表1。

4 DALI智能照明控制系統(tǒng)在工業(yè)照明的應(yīng)用

筆者2013年負(fù)責(zé)設(shè)計(jì)了一家全球知名汽車(chē)公司設(shè)在我國(guó)的發(fā)動(dòng)機(jī)工廠(chǎng)電氣部分。該工廠(chǎng)的數(shù)字化、信息化和智能化程度高，要求照明也如此。權(quán)衡諸系統(tǒng)利弊，選用DALI智能照明控制系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)。

4.1 智能照明控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)

智能照明控制系統(tǒng)采用二層分布式結(jié)構(gòu)，分為現(xiàn)場(chǎng)控制層和監(jiān)控管理層，詳見(jiàn)圖1。采用DALI總線(xiàn)作為燈具末端信息傳輸節(jié)點(diǎn)，負(fù)責(zé)執(zhí)行每套燈具的控制和信息采集工作。通信線(xiàn)采用ZR-IIB-RⅤⅤ-2x1.5mm2導(dǎo)線(xiàn)。每條DALI總線(xiàn)通過(guò)DALI模塊接入到現(xiàn)場(chǎng)PLC。現(xiàn)場(chǎng)PLC通過(guò)工廠(chǎng)TCP/IP網(wǎng)絡(luò)集成到IBMS系統(tǒng)中，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制和管理。

表1 DALI協(xié)議基本技術(shù)參數(shù)

4.2 現(xiàn)場(chǎng)控制層

PLC主要由CPU模塊、DALI模塊、數(shù)字量輸入模塊、數(shù)字量輸出模塊和終端模塊組成。其中CPU模塊支持多任務(wù)功能，支持各種通信協(xié)議，具有網(wǎng)絡(luò)通信的功能。每個(gè)DALI模塊提供一條DALI線(xiàn)，每條DALI線(xiàn)最多接50個(gè)左右DALI驅(qū)動(dòng)器（燈具），預(yù)留了20%容量。這些燈具可以接不同的配電回路。現(xiàn)場(chǎng)按鈕開(kāi)關(guān)和人體紅外探測(cè)器接入輸入模塊。安裝高度8m以上的金鹵工礦燈及爆炸危險(xiǎn)場(chǎng)所的防爆燈具為非DALI燈具，其配電回路與DALI燈具分開(kāi)，由輸出模塊控制安裝在斷路器下端的電子繼電器開(kāi)關(guān)燈具，即回路控制。

PLC和電子繼電器等硬件與配電系統(tǒng)元器件一同安裝在照明控制柜內(nèi)。柜內(nèi)還設(shè)計(jì)了多種安全回路，可以在CPU“失控”的情況下，將DALI燈具和非DALI燈具回路控制的燈具全部打開(kāi)。

圖1 智能照明控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)圖

4.3 智能照明控制方式

照度計(jì)算考慮了光衰以及燈具和房間表面污染的影響（即維護(hù)系數(shù)），在燈具壽命期內(nèi)，存在照明場(chǎng)所的實(shí)際照度值超過(guò)需求值的問(wèn)題，縮短了其壽命。本設(shè)計(jì)采用光衰補(bǔ)償控制，通過(guò)軟件調(diào)整調(diào)光值。先降低燈具的起始調(diào)光值（一般在60%到80%之間），之后控制系統(tǒng)自動(dòng)根據(jù)工作時(shí)間逐漸提高，保持照度需求值不變，從而抵消光衰產(chǎn)生的影響。

生產(chǎn)區(qū)、倉(cāng)儲(chǔ)區(qū)、維修區(qū)、辦公場(chǎng)所等，針對(duì)不同功能區(qū)域設(shè)計(jì)不同燈具和控制方式，滿(mǎn)足不同需要，達(dá)到節(jié)能、舒適的目的。如功能改變，只需在軟件中修改參數(shù)即可。不同應(yīng)用場(chǎng)所智能照明控制方式見(jiàn)表2。

5 智能照明控制系統(tǒng)應(yīng)用分析

該工廠(chǎng)采用DALI智能照明控制系統(tǒng)正式運(yùn)行6年多，系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定、安全可靠、操作管理方便、控制靈活、節(jié)能高效，基本實(shí)現(xiàn)了工廠(chǎng)照明的數(shù)字化、信息化和智能化。

5.1 DALI系統(tǒng)可以適應(yīng)建安設(shè)計(jì)與工藝設(shè)計(jì)同步進(jìn)行

DALI智能照明控制系統(tǒng)控制靈活，可以快速調(diào)整照明方案，能夠適應(yīng)建安設(shè)計(jì)與工藝設(shè)計(jì)同步進(jìn)行。設(shè)計(jì)階段存在工藝方案不斷調(diào)整，甚至施工階段還有修改的問(wèn)題，若采用以往的回路控制，會(huì)反復(fù)修改設(shè)計(jì)，影響設(shè)計(jì)進(jìn)度。

5.2 DALI系統(tǒng)可以滿(mǎn)足工藝不斷變化的需要

該工廠(chǎng)自投入運(yùn)行后曾多次進(jìn)行工藝改造，生產(chǎn)布局調(diào)整，通過(guò)調(diào)整軟件的設(shè)置，進(jìn)行燈具重新分組，滿(mǎn)足新工藝布局的照明需求，既縮短了工藝改造時(shí)間，又沒(méi)增加費(fèi)用。

5.3 DALI系統(tǒng)可以進(jìn)行預(yù)防性維護(hù)管理

該工廠(chǎng)數(shù)十萬(wàn)平方米廠(chǎng)房，燈具數(shù)萬(wàn)套，多安裝在高處。DALI智能照明控制系統(tǒng)的每套燈具信息均可上傳，在中控室可以監(jiān)視每套燈具的故障、開(kāi)關(guān)等狀態(tài)。當(dāng)燈具、驅(qū)動(dòng)器等出現(xiàn)故障時(shí)系統(tǒng)能及時(shí)發(fā)出報(bào)警信號(hào)，提醒運(yùn)維人員及時(shí)更換。燈具運(yùn)行到壽命期，發(fā)出維護(hù)報(bào)警，提醒處理。與傳統(tǒng)照明相比，減少了運(yùn)維人員，降低了維修費(fèi)用。

5.4 DALI系統(tǒng)可以單燈監(jiān)控，節(jié)能高效

系統(tǒng)采用單燈能耗監(jiān)控，確保企業(yè)掌握照明能耗數(shù)據(jù)及實(shí)際節(jié)能效果，為照明維護(hù)及節(jié)能方式提供調(diào)整依據(jù)，并為企業(yè)管理提供信息。經(jīng)測(cè)算，應(yīng)用該系統(tǒng)照明，節(jié)能達(dá)到30%以上。

5.5 DALI系統(tǒng)可以對(duì)照明資產(chǎn)進(jìn)行數(shù)字化管控

該工廠(chǎng)有一套建筑、設(shè)施等資產(chǎn)的編碼體系，每個(gè)資產(chǎn)有唯一的編碼。系統(tǒng)可以對(duì)照明資產(chǎn)進(jìn)行數(shù)字化管控，最終實(shí)現(xiàn)照明系統(tǒng)與其他工業(yè)系統(tǒng)之間的有效聯(lián)動(dòng)、實(shí)現(xiàn)工廠(chǎng)數(shù)據(jù)交融整合、實(shí)現(xiàn)工廠(chǎng)生產(chǎn)的大數(shù)據(jù)管理。

5.6 充分發(fā)揮智能照明控制系統(tǒng)功能的四個(gè)環(huán)節(jié)

設(shè)計(jì)者必須貫徹執(zhí)行國(guó)家相關(guān)政策、標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范，要不懈地再學(xué)習(xí)，適應(yīng)信息化、智能化時(shí)代。承擔(dān)設(shè)計(jì)任務(wù)時(shí)，應(yīng)根據(jù)工廠(chǎng)建設(shè)規(guī)模和需求及發(fā)展遠(yuǎn)景等提出智能照明設(shè)計(jì)設(shè)想，同建設(shè)方、用戶(hù)等反復(fù)酌商，確定設(shè)計(jì)方案。重視與系統(tǒng)承包方的溝通和技術(shù)交底，認(rèn)真審查承包方的深化設(shè)計(jì)圖。現(xiàn)場(chǎng)服務(wù)人員應(yīng)參與安裝、調(diào)試和驗(yàn)收的各個(gè)環(huán)節(jié)。重視投產(chǎn)后的設(shè)計(jì)回訪(fǎng)，檢驗(yàn)設(shè)計(jì)成果，總結(jié)經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)。

表2 不同應(yīng)用場(chǎng)所智能照明控制方式

在施工階段，企業(yè)維保等有關(guān)人員應(yīng)提前介入，了解系統(tǒng)功能、熟悉安裝狀況等，有利于后期運(yùn)行維修。

企業(yè)應(yīng)重視竣工驗(yàn)收前的培訓(xùn)。企業(yè)應(yīng)配齊運(yùn)行維修、操作人員，由承包方等單位負(fù)責(zé)培訓(xùn)，達(dá)到熟悉系統(tǒng)、熟練操作和維修，具備正確處理突發(fā)事故的能力。

職業(yè)教育應(yīng)加強(qiáng)培養(yǎng)施工、維護(hù)、調(diào)控人員，使其具備通信、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)、自動(dòng)化和建筑電氣等相關(guān)知識(shí)，以適應(yīng)工業(yè)4.0時(shí)代的企業(yè)需求。

5.7 事實(shí)證明選用DALI系統(tǒng)正確

由于DALI智能照明控制系統(tǒng)在該工廠(chǎng)成功應(yīng)用6年多，2019年在設(shè)計(jì)該公司另一新工廠(chǎng)時(shí)，繼續(xù)采用DALI系統(tǒng)。此時(shí)已是DALI-2時(shí)代，DALI-2的開(kāi)關(guān)和傳感器直接接入DALI總線(xiàn)，接線(xiàn)更加簡(jiǎn)單，控制更加便捷。市場(chǎng)已有200W大功率LED天棚燈取代400W金鹵工礦燈，采用DALI-2的LED驅(qū)動(dòng)器直接接入DALI總線(xiàn)，控制更加靈活，每一套燈具都處于監(jiān)控之中。采用高光效、高性能、低功耗的LED天棚燈更加節(jié)能。

智能照明應(yīng)用效果良好，但至今沒(méi)有數(shù)字接口防爆燈具等，呼吁加快研發(fā)，補(bǔ)上短板。智能照明制造業(yè)和系統(tǒng)集成商應(yīng)開(kāi)發(fā)、生產(chǎn)實(shí)用、質(zhì)量可靠、價(jià)格合理的新產(chǎn)品，以便設(shè)計(jì)人員和用戶(hù)選用，多方共同推動(dòng)智能照明發(fā)展。