科技微创新项目结题技术报告路灯开启模式的智能化改造.docx
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科技微创新项目结题技术报告路灯开启模式的智能化改造
安徽中烟工业有限责任公司科技“微创新”项目
《路灯开启模式的智能化改造》
技术报告
项目研究时间：
2015年7月——2015年10月
项目承担单位：
动力车间
目录
第一章项目概况3
1.1研究背景3
1.2作用意义3
第二章技术背景3
2.1现状与应用3
2.2技术难点3
第三章技术方案3
3.1技术路线3
3.2主要研究内容3
3.3技术指标3
第四章项目实施3
第五章项目成果3
5.1技术指标完成情况3
5.2项目创新点3
第一章项目概况
1.1研究背景
厂区路灯作为厂区道路必不可少的照明设施，既要在节约电能、提倡绿色照明环境前提下还要保证其合理的照度以确保厂区夜间的行路安全。
目前绝大部分厂区路灯照明控制多为“人工控制”和“时序控制”。
“人工控制”受恶劣天气的影响及其它干扰，并且巡视困难；“时序控制”容易受季节变化昼夜时差大的影响，造成不必要的浪费。
二者均不能实现控制开关灯的合理性、科学化，从而会出现开灯早，关灯晚；或者开灯晚，关灯早的现象，不但造成电力资源的浪费，还对厂区路灯的维保造成影响。
路灯的开启时间是按光照照度的变化来调节的,过早开启浪费电能,过晚则影响行车安全。
由于地球公转的原因,导致节令交替,昼夜时间的长短直都在按一定规律不停地变化（夜间照明是冬长夏短）。
每日日落时间的不一致性,影响到路灯的开启时间,甚至天气的变化对路灯的科学控制都是有影响的。
传统的路灯控制方式无法实现对路灯的时时调制,只能做到被动调制。
路灯厂区路灯现阶段采用时间开关控制，每天定时开启/关闭，循环往复。
但是这种控制方式不够灵活，比如：
某天傍晚可见光亮度依然足够，路灯依然亮着，造成电能浪费；或者天黑的时候，路灯还是没有亮，给员工在厂区的活动造成了不便。
简要介绍项目研究的背景情况。
1.2作用意义
厂区照明是厂区基础设施的一个重要组成部分．随着现代化工厂的建设，厂区照明正朝着现代化、科学化、节能化方向高速发展。
1.实现照明的人性化
本项目力求加入一套科学有效的监控手段，让路灯根据外界自然光的亮度来自动调节和控制路灯的开关时间。
只要天够黑,灯具就能开启,哪怕是雷雨等极端天气，光感觉控制原理是灯具控制的理想状态,天黑灯亮,天亮灯黑也是安装灯具的初衷。
2.节能降耗减排
光度感应控制的路灯系统能够提高开/关灯的可靠性和可检查性，保证亮灯率，能有效避免白天亮灯或晚上熄灯的情况出现，在不同的时间段内根据外界环境决定路灯的开关，比如能在阴雨天自动延长照明时间，或者在天气晴朗的时候适当缩短照明时间，在夜间行人相对比较少的时候可以采用半夜灯的亮灯模式，该模式完全能满足夜间行人对照明的需要，同时避免了路灯的无谓开启，有效的节省了电能。
根据光照照度调节路灯启停，避免不必要的浪费，达到节能降耗的目的。
同时，电能的节省也节约了标准煤的燃烧，减少了二氧化碳和二氧化硫等污染物的排放。
3、降低维修成本
本系统能将传统的主动巡查故障的工作模式改为只需值班等待故障报警的工作模式，采用智能路灯系统能够减少巡查人员的数量，从而也降低巡查人员外出巡视而带来的损耗，并且该系统在上报路灯故障时会上报路灯编号、故障状态等信息，在巡视人员出发之前就已经对故障路灯的情况有所了解，因此可及时采取维修措施，相比较于传统的路灯系统，智能路灯系统能够大大缩短维修周期，提高维修效率，降低维修成本。
4.降低运行成本
根据光照变化合理适时开启、关闭路灯，由于减少了亮灯的时间，延长了灯具的寿命，在保证照明质量的同时能有效的降低运行成本，进一步提高经济效益
第二章技术背景
2.1项目现状
实现依照光照变化控制路灯启停功能需要加入光度感应控制器。
光度感应控制是基于光敏电阻器（传感器）工作原理的一种新型控制方式。
光敏电阻器又叫光感电阻,是利用半导体的光电效应制成的一种电阻值随人射光的强弱而改变的电阻器。
当它受到光的照射时，半导体PN节就激发出电子-空穴对，逐步导通，使之后的放大电路电流逐渐增大，产生控制信号。
入射光强,电阻减小；入射光弱,电阻增大。
光感应控制器的工作原理正是利用功率MOS场效应晶体管作为功率开关,采用光敏电阻LDR作触发。
当光线照射到光敏电阻上时，LDR呈低阻值,有信号加在场效应晶体管的栅极上,源漏极间导通,从而使继电器线圈K改变状态,产生控制作用或发出信号。
光感应控制器是通过纯电路的形式将外界照度的变化通过光感电阻对光感应强度变化的敏感性进行光电转换成为控制信号,其工作原理决定了光感应控制器触发方式输出持续的低电阻值或高电阻值。
由于其控制时间是随着“天色”变化而变化的,厂区路灯应用起来可以做到全自动、免维护。
光敏电阻属半导体光敏器件，除具灵敏度高，反应速度快．光谱特性及r值一致性好等特点外，在高温，多湿的恶劣环境下，还能保持高度的稳定性和可靠性
光敏电阻原理图
2.2技术难点
1.如何将光感应控制器信号转换为控制信号
将光控传感器的信号并入路灯DRC1210继电器模块，之后使用编程软件即可完成智能化控制情景设置。
2．如何防范其他非自然光对光感应控制器的影响
光感应控制器在防范例如汽车灯光、手电筒光及路灯自身灯光等非正常光源也有其相应的对策。
由于行动中的汽车灯光的照射具有照射时间短、速度快的特点,光感应控制器通过设定控制延时若干秒,即可消除因此造成的影响。
对于路灯本身产生的光源影响,光感应控制器采用开启照度低于关闭照度即可解决。
第三章技术方案
3.1技术路线
实现功能需要加入光敏电阻器（传感器）。
光敏电阻器是利用半导体材料和光电效应制成的一种光电元件。
当它受到光的照射时，半导体PN节就激发出电子-空穴对，逐步导通，使之后的放大电路电流逐渐增大，产生控制信号。
图1光控传感器电路示意图
将光控传感器的信号并入路灯DRC1210继电器模块，之后使用编程软件完成智能化控制情景设置。
图2路灯电路图改造图
3.2主要研究内容
考虑到系统稳定性和冗余的必要性，小组成员计划采用如下方法：
1、光感传感器做为第一控制条件，定时开关功能做为第二控制条件。
第一控制条件在相同情况下享有优先控制权。
2、光感传感器感应信号必须持续2分钟以上，才能开启对应的路灯。
3、自然光亮度开启路灯的条件和控制策略：
0-100lx开启全部路灯
100-200lx开启一半路灯
>200lx不开启路灯（lx为光度单位）
3.3技术指标
3.3.1.节能降耗
本项目照明光源总功率为8.16KW，不采用智能控制的情况下年耗电量约3.57万千瓦时。
采用智能化控制后，预计路灯使用效率至少可以提高20%（光度足够的情况下只需开启一半路灯），节约电能10%以上。
折合节约1.42吨标准煤，减少污染排放二氧化碳3559千克，二氧化硫107.1千克。
与此同时，延长了路灯的寿命，节能效益显著。
无论从节能环保，还是经济、社会效益的角度看，此项目都具有长远而深刻的实际意义。
3.3.2.维修成本
由于减少了路灯开启时间，延长灯具使用寿命。
降低了维保费用，减少了人力物力的投入，预计每年可减少维保成本5000元。
第四章项目实施
4.1计划进度和措施安排：
一、2015年7月方案设计；
二、2015年8月进行方案论证，并制定实施方案计划；
三、2015年9月项目施工并进行效果论证；
四、2015年10月收集整理资料并对项目进行验收。
4.2项目开展
4.2.1．光敏传感器的安装
4.2.2.将光敏传感器信号接入DRC1210继电器模块
4.2.3利用电脑编程软件，完成智能化调控
4.2.4项目效果验证，巩固总结
4.2.5项目推广应用
今后可在全厂范围内大面积推广“路灯开启模式智能化改造”项目。
第五章项目成果
5.1技术指标完成情况
5.1.1节能降耗
本项目照明光源总功率为8.16KW，不采用智能控制的情况下年耗电量约3.57万千瓦时。
采用智能化控制后，预计路灯使用效率至少可以提高20%（光度足够的情况下只需开启一半路灯），节约电能20%以上。
折合节约标准煤的燃烧，减少污染二氧化碳排放和二氧化硫排放。
预计每年节约电费：
35700*20%*1.0=7140元（电费按平均1元1度计算）
5.1.2维修成本
光感应控制器消除了电子设备常见的死机、时钟不准等故障因素,故障率大大降低。
其自动化特点减少了人工干预机率,从而大大减少了维保的工作量。
从实践来看,采用光控技术后路灯控制系统的维护次数大大降低,如表l所示。
采用时序控制器和光度感应控制的维修成本
类型
死机
故障
校时
维修工时
时序控制
2
2
4
8
光度感应控制
0
0
0
0
表1
从表1中数据可以知道,2014年7-10月厂区路灯照明采用时序控制器控制，合计发生故障8次，死机2次,造成路灯未开启；因时钟走时不准及不同月份白昼时间变化不同造成路灯过早或过晚开启共校调时钟4次;因硬件故障损坏2次。
2015年7-10月厂区路灯照明采用光度感应控制器后，未发生一例故障，大大减少了人工维保的工作量，效果显著。
维修成本：
路灯更换成本每盏3000元，维修时消耗大量人力、物力、材料、工时等。
预计一年可减少维修成本5000元。
5.2项目创新点
5.2.1.光控传感器
5.2.2DRC1210继电器模块
5.2.3编程软件完成智能化控制
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