LED太阳能物联网智慧照明系统在预制梁场的应用

乔向伟 范文东

摘 要：铁路预制梁场照明环境复杂、照明时间不固定且部分照明环境恶劣的，针对以上情况本文主要介绍了物联网照明系统在铁路预制梁场的应用，它包括：照明环境描述、照明设备选型、照明系统节能及控制。利用LED太阳能物联网智慧照明系统，优化照明效果，实现场区照明自动化管理，提高照明设备使用寿命与管理效率。

关键词：智慧照明；物联网；节能；预制梁场

1 引言

铁路预制梁场作为高铁施工过程中，预制箱梁集中预制场所，具有全面性、专业性等特点。整个场区根据功能不同分为多种区域，每个区域因工作面不同对照明环境提出不同的要求。传统的照明设备多以金卤灯和高压钠灯为主，传统灯型一方面使用寿命短，另一方面色温单一，不能广泛适用于多种工作区域。控制方式为人为手动控制，工人夜班离场时不能保证全部及时关闭电源，导致部分电能浪费。

本文提出LED太阳能物联网智慧照明系统，从光源上增加了色温的可选性；从控制上实现了照明物联网控制，增加了灯具的可操作性；从电能供给上用太阳能供电代替了市电供电，实现了真正的绿色照明。

2 系统设计

该控制系统基于LORA、GPRS、WSN等先进的无线物联网技术，运用统一的B/S软件监控平台，结合GIS地理信息系统远程控制场区内各生产区域照明设备，具备开关、调光、组控、监测、报警等单灯控制、回路控制、情景照明控制及信息采集功能，实现了照明节能化、网络化、智能化。

智慧照明控制系统由监控平台、集中管理器、单灯控制器、太阳能LED灯四部分组成。

3 系统优势

梁场开发使用物联网智慧照明系统，提升了管理，优化了照明环境并且达到了绿色、节能、环保工地的需求。

（1）通过控制平台实现照明控制的精细化管理。夜班安排工作计划时在系统内输入工作结束时间，系统在当天工作结束后延迟15分钟（时间自设定）自主关闭夜班下班区域照明。从源头截止了因离岗未关灯导致的能源浪费，不同工作区域照明计划互不影响，同一工作区域不同工作地点可以独立设置照明时间。该系统基于B/S设计，方便管理者随时使用任意可上网的电脑进行数据查看、设备管理。

（2）通过控制平台实现照明能耗的数字化管理。系统可以根据使用需求，对任意区域按月/年能耗进行统计并生成历史记录，同时生成同比环比数据，方便管理者对整个厂区照明能耗进行数据分析。

（3）通過控制平台实现照明设备维修智能化。系统自动对各照明设备开灯时间进行统计，达到预设寿命警示值后进行备品准备提醒。在照明设备运行期间进行自主巡检，一旦有设备出现异常首先进行平台报警，如未及时处理，将会上报报警至指定手机。保证管理者及时了解故障设备情况，第一时间处理保证正常生产工作。

（4）本系统采用长寿命高光效LED照明设备替代传统金卤灯和高压钠灯，从多方面优化了照明环境。

首先，传统设计灯具为金卤灯或高压钠灯，该灯型从照明及使用效果上远低于依据现场设计的LED灯。具体差异见表1。

其中显色指数、频闪、眩光参数对于夜间长时工作尤其重要，显色指数低、频闪严重、眩光极易引起视疲劳进而产生视模糊，这也是夜间工作安全隐患之一；金卤灯及钠灯的标称光效大约在100lm/w～120lm/w，由于此类灯具为360°发光，实际上应用到照射方向上的光很少，大约只有30%左右。所以传统灯具必须通过灯具内的反射罩将非照射方向上的光反射，以实现更高光的利用的目的。由于灯具的设计和成本问题，钠灯灯具效率只有40%～45%，再加上电源损耗，实际光效只能达到40lm/w～60lm/w。这也是LED灯比传统灯具更加节能的原因之一；传统灯具含有的紫外线在夏天夜间会吸引各类虫蛾而LED灯却避免了此类现象；另外金卤灯和高压钠灯很高的启动电流也不能被忽视，尤其是灯具数量很大并且同时启动的情况，这种情况极易引起电网电压大幅度波动，进而影响其他运行设备的寿命及安全。

其次，高压钠灯色温很低基本在1800k～2200k左右，这个范围的色温具有良好的透雾性，所以通常用在道路照明，但是显色性会很差，并不适用于工作场所，而金卤灯常用色温基本在6000k～6500k左右，这个范围的色温视觉效果很冷，长时间使用容易引起情绪不稳定，也不适用于长时工作场所。LED照明设备具有宽泛的色温，目前最低能做到2000最高超过8000k，设计者可以根据使用环境合理选择色温。本次建设之初制梁场充分考虑了各处照明环境，合理的选择了不同色温的灯具。

（5）本系统通过使用太阳能LED照明设备及合理使用策略管理，大大降低了同等工况下的照明能耗，寿命周期内达到了节能增效的目的。

传统设计为保证照明效果增大了灯具功率冗余，按上表举例说明，整体钢筋绑扎胎具区初始设计为1kw投光灯，经实验测试现场照度远高于国家标准，甚至产生了光污染，极易引起视疲劳及视伤害。通过前期采集数据及专业照明软件DIALux模拟，本次LED照明设备功率选择力求满足合理照度的情况下保证工人的视觉舒适度，同时也极大的降低的灯具的功率。

通过实际使用和前期理论计算，梁场假定存续周期为3年，周期内本系统将直接节省29万元，随使用周期延长节省费用将会增加。在实际使用过程中考虑到龙门吊移动属性，其上安装电池板可能影响使用寿命，以及其他小功率灯具，并不适合统一使用太阳能供电，所以实际使用市电供电。

4 总结

不论从设计之初的理论数据分析还是最终的实际使用效果，经现场使用反馈，本系统切实达到了最初的设计目标，并且具有一定的推广性。