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自动化技术在工业照明系统中的应用研究

2025-03-04 57 上传者：管理员

摘要：在城市总能耗中，工业照明系统的能耗占比越来越高。为解决这一问题，推动照明系统升级，文章引入电气自动化技术，指出该技术的应用目标；然后阐述了工业照明系统中电气自动化技术的具体应用，包括软开关、数字镇流器、物联网、智能传感器、光纤照明等；最后对电气自动化控制系统的应用实例展开分析，并指出工业照明系统的未来发展趋势。通过本文，为工业领域照明系统的设计、安装和运维管理提供参考，充分发挥电气自动化技术的功能和优势，更好地满足生产需求。

关键词：
工业照明
控制算法
智能传感器
物联网
电气自动化
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电气自动化是现代工业的组成部分，它的发展与应用受到国家的高度重视。《中国制造2025》、“十四五”规划，均明确提出要加快电气自动化的发展，提升我国工业制造水平，增强产业竞争力。近年来，随着大数据、物联网、人工智能等新技术的应用，电气自动化技术正在与这些技术有机融合，逐渐形成新的技术体系，为行业生产中的各种问题提供了有效的解决方案[1]。

1、电气自动化技术在工业照明系统中的应用目标

1.1设备监控自动化

工业生产中，作业人员对光线的舒适度有较高要求，照明系统应该对光线亮度进行灵活调整。然而，因照明系统的组成结构复杂，既要对多个照明设备进行调节，又要保证系统安全性和稳定性，实际操作是一个不小的挑战。采用分散供电方案，虽然能对不同照明设备进行控制，但控制器、线路数量多，反而影响操作灵活性和电压稳定性，带来安全隐患。应用电气自动化技术，可以实现照明设备的集中化、自动化监控，一方面减少了控制器的设置和线路的敷设，复杂的操作变得简单；另一方面可减轻供电压力，提高照明系统的安全与稳定。

1.2远程控制智能化

进入信息时代，各个行业的信息化建设步伐加快，电气自动化技术的智能化水平提高。在工业照明系统中应用电气自动化技术，可以实现智能化远程控制，即工作人员无需到达现场，也无需接触开关设备，就能对照明设备进行控制，完成开启、关闭、亮度调节等操作。另外，照明系统实现远程控制后，设备运行数据集中呈现在管理平台上，系统能及时识别异常数据信息，完成故障预警和在线诊断，方便维护检修工作开展，降低相应的管理成本。

1.3照明方案最优化

工业照明系统主要服务于工业生产，应根据现场空间、生产条件、监管要求等进行合理设计，以实现照明方案的最优化，满足企业的实际照明需求。应用电气自动化技术优化照明方案，主要体现在两个方面：一是提高电网运行水平。以夜间生产为例，照明设备开启状态下的负荷较大，基于电气自动化技术能合理分配电力负荷，将无人作业场所的照明设备关闭，从而减轻电网负担，保证电网运行的安全稳定[2]。二是降低系统能源消耗。照明系统的电能利用率高低，直接受到照明灯具的影响，不同类型的灯具有不同特点，如下表1所示。

表1工业照明系统中常见的灯具类型和特点

2、工业照明系统中电气自动化技术的具体应用

2.1软开关技术

软开关属于新型开关的一种，不需人员触碰、通过虚拟程序即可完成照明设备的开启和调节。和传统的硬开关电路相比，软开关电路中增设了谐振电感、谐振电容、反并联二极管等元件，使开关开通前电压先降到零、关断前电流先降到零，从而减小开断时电压、电流的变化率。

在工业照明系统中，软开关技术的应用具有以下优点：1）软开关过程中，电压、电流的变化率被限制，从而大大减小甚至消除了开关损耗，开关噪声也显著减小。2）软开关能实现功率变换器件的高频化，有助于减小电子设备的体积和质量。

2.2数字镇流器技术

镇流器的主要功能是限制电流，以往使用电感镇流器，缺点是体积大、能耗高，而且启动性能差。应用电气自动化技术制造的数字镇流器，内部采用数字式微控制器或数字信号处理器作为控制核心，通过高频脉冲宽度调制驱动点亮灯具。和电感镇流器相比，数字镇流器的优点包括：1）体积小、质量轻，应用在照明系统中便于安装和维护。2）能精确控制电流和电压，提高能源利用效率，同时具有较高的功率因数，有助于减少电网的无功损耗[3]。3）支持多种通信协议，方便与照明管理系统集成，实现远程控制和调光功能。4）内置微处理器具备智能控制功能，可实时监测和调整灯具的工作状态。

2.3物联网技术

一是根据环境光线的变化和预设程序，系统可自动调节灯光亮度、色温等参数，以满足不同场景下的照明需求。二是通过收集照明系统的运行数据，对其进行深入分析和数据挖掘，能发现潜在的优化空间和改进方向，制定更加合理的照明方案。三是通过与照明管理系统集成，可实现对灯具的远程开关、调光、故障报警等功能，减少人工巡检工作量[4]。

2.4智能传感器技术

智能传感器是照明系统智能控制的重要部件，其类型多样，除了常见的温湿度传感器外，还有光敏传感器、红外传感器、超声波传感器等。基于智能传感器的照明控制系统，通常分为3个层级：最底层是感知层，即合理布设智能传感器，收集现场环境信息和生产信息；中间层是网络层，通过通信协议完成数据的传输和处理；最上层是应用层，利用先进的控制算法对照明设备发出指令，并实现人机交互。

2.5光纤照明技术

光纤照明是近年来兴起的高科技照明技术，指的是光源通过光纤导体传导至目标区域。和传统照明技术相比，光纤照明的特点表现在：1）覆盖照明区域广，能满足工业照明的需求，且均匀、柔和，减少了眩光和阴影，提高照明质量。2）采用高效光源和传输介质能降低能耗，尤其减少碳排放。3）采用光电分离的设计方案，避免了电气安全隐患，适用于易燃易爆等危险环境。4）其光源和传输介质相对独立，方便维护和更换。

在实际应用场景中，光纤照明在工业生产领域处于起步阶段，目前的应用集中在三个方面：一是含水生产车间内应用光纤照明方案，系统本身不导电，不会因为潮湿、溅水引起电气故障，且光电分离设计避免了电气火花的产生，从而保证生产环境和人员的安全[5]。二是易燃易爆危险场所应用光纤照明方案，如矿区、化工车间、油库等，常规照明设备存在明火危险，使用光纤照明则可以有效解决这一问题，从源头上消除安全隐患。三是有特殊要求的环境，如高精度实验操作中，常规照明系统可能引起电磁干扰，使用光纤照明并在光纤周围包裹一层金属网状物，就能屏蔽电磁干扰，保证光电信号稳定传输。

3、电气自动化控制系统的应用实例分析

3.1项目概况

某大型工业制造企业，现有员工400余名，因生产车间数量多，采用传统照明控制系统不仅能耗大，而且不能满足多样化照明需求，遂引入电气自动化技术打造智能化的照明控制系统。

3.2系统核心技术

3.2.1硬件配置

该系统在控制器选择上，要满足3个基本条件：能适应不同环境场景；能处理复杂数据；能兼容多种传感器和执行设备。

通过对比不同型号的控制器（如表2），最终选用1#控制器，配置ArmCortexA7处理器，支持Wi-Fi、Ethernet通信协议，能对大型工商业建筑中的照明系统进行智能控制。

表2系统控制器的选择与配置

3.2.2通信模块

整个系统由传感器、控制器、执行器和用户界面组成，每个装置稳定连接，需要采用合适的通信协议。1#控制器支持Wi-Fi、Ethernet通信协议，其中Wi-Fi可无线连接，方便系统扩展到生产车间的不同部位，且设备安装简单，可降低投入成本。Ethernet属于有线连接，用于实时控制和系统响应要求高的场景，能提高数据传输的连续性、稳定性。另外，配合用户认证、权限访问和数据加密技术，从而保证控制系统的网络安全。

3.2.3用户交互界面

友好的用户交互界面，方便用户对控制系统进行操作，从而满足对照明条件的个性化需求。该控制系统在交互界面的设计上，一是使用常规的图标和颜色代码，配合方便阅读的字体，降低用户的认知负担，从而高效快捷执行操作任务。二是支持个性化设置，用户可根据自己的需求预设照明模式，通过触控或语音即可实现调节目标。三是具有较高兼容性，用户可使用手机、平板、计算机等设备进行访问。

3.3智能控制算法

在控制算法方面，采用基于场景的模糊逻辑控制算法，通过输入人员数量、光照强度、作业时间等模糊变量，系统利用预设的模糊规则和函数模型，计算后输出照明控制指令，实现照明参数的自动调整。该算法适用于不同生产场景，具有较强的非线性处理能力、较高的容错性，既能优化电能资源的使用，又能改善用户的体验。

3.4应用效果

为验证该控制系统的应用效果，从以下3个方面进行评价：1）系统性能，包括响应时间（从传感器激活到灯光调整完毕的用时）和能源消耗（每小时消耗的电量），关注系统的运行效率和效能。2）环境响应，以环境适应性（照明系统调整后的环境参数匹配度）为指标，关注系统对照明场景的匹配度。3）用户体验，包括操作便捷性和使用满意度，采用问卷调查的方法，均以1～10分计算，得分越高说明效果越好。评价结果见表3，可见智能控制系统的应用，提升了系统性能和环境响应能力，改善了用户体验，实际应用效果优于传统控制系统。

表3不同控制系统的应用效果比较

4、工业照明系统的未来发展趋势

未来，工业照明系统的发展趋势在于：1）智能化。通过集成传感器、智能控制终端等设备，实现对照明环境的实时监测和精准调控，提高照明系统的效率和节能性。2）节能性。更多高效、节能、环保的照明产品的应用，如Led灯具、智能调光系统等，能进一步减少能源消耗和碳排放。3）可靠性。在一些特殊工业环境中，如易爆、强冲击、强震动等场所，将会研发更多满足这些特殊要求的照明产品，确保生产活动顺利进行，更好地保护生产人员的安全。

5、结论

综上，电气自动化技术应用在工业照明系统中，能实现设备监控自动化、远程控制智能化、照明方案最优化。文章结合实际案例，介绍了目前采用的电气自动化技术，为照明系统的运维管理提供借鉴。未来，工业照明系统向着智能化、节能性和可靠性发展，提示相关企业积极引入新技术、新设备，以加快照明系统的升级步伐。

参考文献:

[1]丁治雄,余万纤子.智能电气技术在工业自动化系统中的应用[J].集成电路应用,2024,41(2):335-337.

[2]杨家乐.电气自动化技术在照明工程中的应用和发展[J].光源与照明,2022(10):37-39.

[3]王文能.电气工程及自动化智能化技术在建筑电气中的应用[J].建材发展导向(下),2020,18(3):371-372.

[4]王娟.基于智能传感器的电气自动化照明控制系统设计[J].中国照明电器,2024(10):84-86.

[5]舒剑.智能建筑电气综合自动化系统的节能控制技术研究[J].科学技术创新,2023(17):200-203.

文章来源:仝健.自动化技术在工业照明系统中的应用研究[J].灯与照明,2025,49(01):90-93.