计算机技术在某车间照明设计中的应用

开放式现场办公室，自带工位照明。车间以节能灯装配，在线老化为主。另有2条燃气毛管烘烤线，其上方5m处温度有55℃（室温30℃）。原有的方案是使用90盏400W高压钠灯。钠灯功率因数只有0.5，其耗电量高达400X90/0.5=72kW。工位安装有日光灯照明，故作为辅助照明，查设计标准可知只需200LX即可。从概况可知工厂车间灯具悬挂较高，故灯具要求寿命长、维护少。生产线的特性要求：显色性好，便于分清颜色；照度分布均匀度合理，眩光小；方便根据不同日照情况调节亮度。按《建筑设计防火规范》（GB50016-2010）的相关条文，灯具三线单相供电，可靠接地，线粗至少2.5mm；2分支线路沿钢架穿管布线，主线走金属桥架布线；出口处设置应急灯，单独走消防线路。

2车间的照明设计

按照《建筑照明设计标准》（GB50034-2010）的要求逐步细化设计。

2.1光源选择

市面上电光源种类繁多，选择标准普遍遵循“三高”原则：高发光效率，高寿命，高显色性。金属卤化物灯不但符合“三高”标准，而且适合大空间使用。

2.2布灯方案

采用250W金卤灯，1行10个灯，共9行，每行独立控制亮度。由于点着的大量节能灯在老化，实测台面照度为300LX。

3控制系统设计

整个系统以触摸屏为核心，在触摸屏上有图形化人机界面，直观地控制灯具。每个模拟调光器有唯一一个32位地址。开机后触摸屏发送地址查询命令，模拟调光器将自己地址发送给触摸屏，触摸屏存储地址并分配一个通道号给这个地址，亦可在触摸屏上手动分配，建立映射关系。RS485和CAN总线都是目前应用广泛的现场总线，由于工厂车间灯光控制要求可靠性高、后期维护工作少，所以控制系统采用CAN总线。CAN总线是一种多主方式的串行通信总线，具有较高的位速率和抗电磁干扰能力，而且能够检测出产生的任何错误。当信号传输距离达到10km时，CAN总线仍可提供高达5kbps的数据传输速率。CAN控制器具有硬件仲裁机制，根据报文的ID决定其发送的优先权，不用担心同时发送时系统会崩溃。模拟调光器收到调光命令后将转换成调光电压，灯具根据收到的电压值调节亮度。

3.1触摸屏模块

采用8in屏触摸屏模块迸行二次开发，编写应用程序和人机界面。该屏为TFT真彩屏，分辨率为800×600，画面色彩丰富细腻。开发工具选择大众化的KeilC，上手容易。

3.2模拟调光模块

核心芯片采用TI公司ARMCortex-M3内核的LM3S8962，最高工作频率为50MHz。它具有256KBFlash、64KBSRAM、6路PWM、4个ADC、CAN控制器、10/100M以太网、UART口、42个I/0口，以及32位的实时时钟（RTC）、万年历功能。CAN接口芯片选用TI公司的sn65hvdl050d，速度高达1MbPs，防错接电压-27～40V不会损毁，瞬间可承受电压范围为-200～200V，为系统的高可靠性提供了保障。稳压器78L05、AZlll7-3.3和AZlll7-2.5为系统供电。LM3S8962从CAN总线上收到属于自己的调光指令后，将亮度值送给相应的PWM通道，调节占空比，采用二次积分方式转换成电压值。PWM幅值为3.3V，积分电压最大只有3.3V。

3.3灯具模块

灯具采用电子镇流器，效率高，相对而言电感型更可靠。在环境温度较高情况下，电子镇流器内部温度过高，直接影响电解电容寿命，进而影响整机的可靠性。在车间有高温设备的情况下，选取电感镇流器比较耐用。通过改变绕组（即改变电感值的方式）可实现变功率。变功率电感镇流器结构框图如图1所示。电感镇流器有4个头，可实现150W、200W、250W三段调光。

4触摸屏和调光器工作流程

4.1触摸屏工作流程

触摸屏程序设有总开、总关、全自动运行、每行灯单独调光以及场景模式。全自动模式即按照上班作息表和天气调节亮度。例如，天气晴朗时，上班期间灯具为200W，吃饭时间关灯；天气不好时，环境光暗，则上班时间灯调整至250W，吃饭时间150W且只亮一半灯。场景模式按实际情景需要半自动设定亮度。例如，关闭日光补偿模式，选择上班模式，则亮度一直最亮；休息模式下，亮度最暗。

4.2调光器工作流程

调光器主要完成CAN通信和PWM脉宽调制工作。初始化后等待主机发送查询ID指令，收到后回复ID，主机依据ID发送状态查询命令和调光命令。程序采用接收完成产生中断方式处理数据。CAN标准信息帧为11个字节，包括信息部分和数据部分。SOF为帧信息（1字节），其中FF位表示帧格式（标准为FF-1，扩展帧FF-0）。这里采用标准帧，速率为1200kbps。PWM程序只需设置即可。

5结语

该车间采用本文设计的电路优化后，节电效果非常明显。改用250W金属卤化物灯后，通过智能控制系统日光补偿和休息节电，可再度节电25%。现耗电量为250×90×75%/0.85≈19853w（其中，0.85为功率因数），节电量为72000-19853≈52147W。按12小时工作计，一年（按365天计算）可节省22.8万度电。该方案技术先进，成本适中，可给企业带来良好的经济效益和社会效益。

参考文献：

[1]赵庆勇.工业厂房的照明设计[J].电工电气，2012（5）：58-59

[2]谢聚良.工业厂房照明的改进与效益[J].西安工业学院学报，2011，16（2）.

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