电力自动化毕业论文.doc

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1、毕业论文（设计）题目： 工厂照明系统的设计 院 别： 广州华立科技职业学院 班 级： 09级电力（5） 班 姓 名： 江德立 学 号： zy07312090516 指导教师： 廖恒强 日 期： 2011年4月 摘要照明控制系统传统是以照明配电箱通过手动开关来控制照明灯具的通断，或通过回路中串入接触器，实现远距离控制。而今出现的建筑物自控(BA)系统，是以电气触点来实现区域控制、定时通断、中央监控等功能。由于照明控制系统在BA系统中并非独立，同时控制功能简单，因此使用上有一定的局限性。故当BA系统出现故障时，照明系统亦受到影响。随着微电子技术与数字化技术的发展，开发出了智能化水平更高的专业照明控

2、制的独立系统，从而能节约能源、延长灯具寿命、提高照明质量。根据使用单位的经验，不仅在照明管理与设备维修的简单及降低费用外，还对环境改善、提高工作效率都有着显著的效果。系统设置抑制电网冲击电压和浪涌电压装置，并人为地限制电压以提高灯具寿命。采取软启动和软关断技术，避免灯具灯丝的热冲击，以进一步使灯具寿命延长。“智能建筑”的出现，对照明部分提出新的要求，“智能照明”技术相应出现。其良好的使用效果与社会、经济的效应，推动了智能照明的技术迅速向前发展，并形成照明发展的一个重要趋势。智能照明由电子计算机进行控制与管理，因而开发照明方面的计算机硬件和软件工作是今后照明设计中的一项重要任务。关键词：工厂照明

3、系统；LED技术；节能减排照明系统目录摘要1目录3第一章 绪论41.1论文背景说明41.2工厂照明系统的类型、特点41.2.1 植物光照技术简述41.2.2 LED照明系统的构成41.2.3大功率白光LED与阵列51.2.4 PWM可控LED恒流驱动71.2.5 LED灯板控制单元9第二章 工厂天然照明系统及其内部结构照明设计1121 工厂内外部设计决定照明系统分配11 2.2 工业厂房的特点及其分类12 2.3 工厂照明设计的一般要求和质量13 第三章 工厂照明系统的未来方向143.1 LED照明技术的选择和推广143.2 太阳能储电照明系统15结束语16参考文献17显示对应的拉丁字符的拼音

4、字典 - 查看字典详细内容朗读显示对应的拉丁字符的拼音字典 - 查看字典详细内容第一章 绪论1.1 论文背景概述工厂是大型的技术生产空间和基地，随着大小型工业的兴起，工厂的生产能力不可估量，而支撑其大力开展生产的强劲后盾电力系统中的照明技术非常讲究，要做到节能、环保、强劲、稳定、安全等指标，工厂照明系统的设计为重中之重，起种类普遍为以下几大类技术：植物光照; LED阵列; 照度LED驱动; CAN总线，在此展开探讨。1.2 工厂照明系统的类型、结构与特点 1.2.1 植物光照技术简述植物工厂是国际上公认的设施农业高级发展阶段, 作为自然界象征的植物和人类工业文明的标志 1 。植物工厂给植物提供

5、合适生长环境的系统设备。是一种多学科结合、高技术应用, 几乎不受自然条件制约的全新生产方式。工厂通过人工自然条件提供温度、湿度、光照、气流、二氧化碳浓度等生长环境的同时对工厂内环境要素进行自动实时监控,高精度调整控制。工厂为植物提供光照的光源 2主要有高压鈉灯、日光灯。近来随着大功率白光LED的技术突破以及在很多高照度场合的成功应用, 以LED为主光源成为在农业生产中替代传统照明的新趋势。植物工厂的每个栽培架上, 都装有一块或几块灯板。灯板的光源可以由LED阵列组成, 其中以高亮度大功率白光LED为主, 灯板上按一定距离插入红光、蓝光和紫外光LED, 并且以不同比例均匀分布。由于太阳光对于植物

6、光照而言是全波段的, 红光、蓝光、紫外线、红外线等都包括, 因此, 灯板的光谱也应接近自然光。设计一种以白光LED 为主光源辅以其它光色LED 组成的可控光源并按照植物的生长特征合成光谱, 这种光谱综合特性更有利于植物的生长需求。1.2.2 LED照明系统的构成 LED照明系统是由LED 阵列组成的光源、LED驱动电路、光板管理电控单元 3 ECU、温度传感器、亮度和光色传感器以及通信接口构成, 系统结构如图1 所示。多种颜色的LED 按照一定的间隔阵列在灯板上, 不同颜色的LED 配以相应的驱动电路,LED驱动电路受光板电控单元ECU 管理。灯板背面的ECU 根据光色传感器和亮度传感器采集的

7、LED灯板发光特征, 控制不同光色LED 的发光强度, 以获得近似太阳光的综合光谱。电控单元ECU对灯板LED阵列独立点亮管理的同时还可以在灯板与灯板之间、灯板与植物工厂的中央总控系统之间通过局域网交换数据, 接受中央总控系统对不同植物在不同生长期对光谱合成的控制指令。中国照明网技术论文LED照明 中国照明网技术论文LED照明 1.2.3大功率白光LED与阵列LED灯板是植物工厂的关键设备, 灯板上的主光源使用PH ILIPS公司生产的LUXEON LAFL C4S大功率白色LED(如图3所示) , 其主要技术参数如下:中国照明网技术论文LED照明 工作电压: 12 16V; 工作电流: 1.

8、0 1.2 A; 色温CCT: 5 200 6 000 K; 显色性CR I: 70; 光通量:1 000 1 200流明; 发光角度: 60!。中国照明网技术论文LED照明 光谱特征见图2所示。中国照明网技术论文LED照明 中国照明网技术论文LED照明 大功率白色LED的电流、电压参数具有典型的PN 结伏安特性, 正向压降(V )和正向电流的( I)以及它们与芯片底座温度的关系曲线如图3所示。中国照明网技术论文LED照明 中国照明网技术论文LED照明 从图3中的V-I曲线可知, 正向压降( V )随PN结的温度升高而降低, 同时又随着结温度升高正向电流的( I)变大。V 的微小变化会引起较大

9、的I变化。由于大功率LED的散热是应用技术的关键, 当电流受到控制时, 正向压降( V )的变化不再影响电流变化而导致温度的恶性循环。因此, 大功率LED必须采用恒流源驱动。控制LED 驱动电流可以避免温升 4 对正向压降( V ) 的影响。由LUXEON 规格书可见, 当LAFL􀀁C4S的恒流驱动至1000mA 时,光通量可达1200流明。LED阵列的排列方式根据照射场合的不同可以是条形或圆形。阵列上白光LED 的数量可以按照实际所需的总光通量和单个LED的光通量之比,依照以下公式求出:中国照明网技术论文LED照明 中国照明网技术论文LED照明 式中: NLED 为LED

10、数量; 为目标光通量; 为光学效率,90%; 为热学效率, 85% ; 为LED 最小光通量( lm)。电路板上分布的大功率白光和其它颜色的LED与灯壳之间保持良好的散热, 灯壳通常采用散热性能较好的铝材制作, 灯壳内安装了辅以通风的散热风扇。灯板上安装了温度传感器、光照传感器,分别监测LED的工作温度和光照参数。中国照明网技术论文LED照明1.2.4 PWM 可控LED恒流驱动凌特( L inear)公司的LT3755系列IC 专为驱动大功率高电流LED 的恒定电流驱动而设计。它们从IC 内部的一个7. V 电源来驱动外部N沟道功率MOSFET, 可以获得1 500mA大电流驱动LAFL&#

11、1048577;C4S大功率白色LED。LT3755电流控制模式可以在4􀀂5 40 V的宽输入电压和输出电压在2􀀂9 70 V 范围内实现了恒定电流的稳定工作。FB 引脚用作LED电流检测和保护功能的输入, 而且还使得转换器能够起一个恒定电压源的作用。调节RT 引脚的电阻值可以得到100 kH z至1 MH z的频率变化范围, 改变频率设置可以优化效率、进一步提高性能。串接在LED 上端的电流检测电路是适用于驱动LED 的最灵活方案, 适合于升压、降压模式或降压- 升压模式配置。PWM 输入端口提供了高达30001的LED 调光比。图4所示白光LED LAF

12、L􀀁C4S的驱动电路。中国照明网技术论文LED照明 中国照明网技术论文LED照明 相比LUXEON LAFL􀀁C4S 白光LED 大电流而言, 灯板上其它波长的LED 驱动电流大约只有100 300 mA 之间, 采用了AM IS公司汽车级的LED驱动系列产品, AM IS 39100 集成电路具有很高的抗高温和高可靠性, 可以分别提供8 路LED 输出驱动。驱动器的每个输出能够达350mA 电流, 如果端口外接MOSFET 可获得更高的驱动电流。AM IS39100 外部电路简单到只需一只外接电容器。芯片具有过热保护、过流保护、短路保护和低电压保护功能。当

13、芯片内部电路检测到潜在危险存在的情况下自动关闭驱动程序并将故障的诊断状态通过串口读取。中国照明网技术论文LED照明 中国照明网技术论文LED照明 AM IS 39100可以同时驱动8个LED (如图5所示)。每条支路的驱动电流由灯板控制单元ECU 编程控制, 这只IC 所具备的保护功能、分控特点、很适合灯板上其它波长LED 的分别受控点亮。AM IS39100同时控制8个不同波长LED与LT3755大功率白光LED 的联合驱动, 可以在灯板上获得近似太阳光的综合光谱, 满足植物生长的光色特性。1.2.5 LED灯板控制单元 灯板控制单元担负着对不同波长LED 独立点亮、光通量和光谱色质可调控制

14、以及温度检测、系统保护等功能。还可根据工厂中央管理系统的调光指令, 管理灯板随指令产生不同特征的综合光谱, 植物工厂应用可控的LED 光源不仅提供植物所需的光照而且利用特定波长的LED 单色光对特定的害虫的吸引力, 达到有针对性地进行诱虫、灭虫作用。LED灯板控制单元电路图如图6所示。中国照明网技术论文LED照明 由于灯板上密集了各种波长的LED、测光传感器及其各路LED的驱动芯片, 每个芯片分别输入不同的PWM 信号及亮度、温度管理, 因此需要一个性能较高的多端口ECU 控制芯片。ECU 控制单元不仅管理灯板各种波长LED的亮度控制和光色合成,还要根据LED驱动电路的工作特性, 对灯板的工作

15、状态和外部干扰实施保护, 同时还对光板的合成光谱、亮度、温度进行检测。因此, 芯片的处理能力、可靠性和稳定性非常重要。系统ECU 控制单元设计选用了英飞凌公司的XC164 CS 系列16位单片微处理器。这款芯片不仅有很好的耐高温特性和稳定性, 还内置现场控制通信的CAN总线端口。中国照明网技术论文LED照明 XC164的输入端口监控大功率LED 底座基板的温度, 这个观察点接近LED 的结温, 是保护LED不至于热损坏的关键, 同时对各LED 散热器多点的温度循环检测, 管理灯板的热平衡保护控制。XC164的输入口还将照度传感器和光谱传感器探头的监测数据进行处理, 计算出光色合成效果并与工厂的

16、中央控制器配光指令进行比对、实时调控。XC164的输出端口分别输出不同的PWM 信号控制AM IS 39100 的驱动电流, 以实现对各路不同波长LED 的亮度控制以及对LT3755 白光大功率LUXEON LAFL􀀁C4S的驱动。灯板控制单元在控制光源亮度的同时还实施对灯板过压保护, 过流保护、反向保护、短路保护、浪涌保护、系统诊断等。中国照明网技术论文LED照明 灯板安全和可靠工作的关键是LED的散热, 它关系到LED 的寿命、光衰、色偏移等重要指标。监测温度的传感器分别监控大功率LED 底座基板和散热片上的多点温度, 当底座基板温度升高达到了XC164预设警戒值时, 系

17、统调节LED 驱动的PWM信号时降低驱动电流, 使大功率LED降低功耗达到降温效果。当对LED灯板进行热管理时, 散热器温度到达临界温度时, 系统启动散热风扇对灯板热源强制对流, ECU 可以根据检测点的部位和温度值,确定强制风冷区域的风扇位置和风速, 必要时调整PWM驱动控制信号以减小LED 功耗。当温度过高、监测点异常或LED 灯板故障时, 灯板控制单元通过现场局域网向周围灯板发布故障信息同时向工厂中央控制系统提供实时数据并发出告警信号。中国照明网技术论文LED照明 中国照明网技术论文LED照明 图6 灯板控制单元电路图第二章 工厂天然照明系统及其内部结构照明设计2.1 工厂内外部设计决定

18、照明系统分配工厂是生产既定产品的场所，一般由厂房，办公及其他附属用房，各类户外装置，站、场、道路等组成。工厂照明设计范围包括室内照明，户外装置照明，站、场照明，地下照明，道路照明，警卫照明，障碍照明等。(1)室内照明：厂房内部照明及办公等附属用房内部照明。(2)户外装置照明：为户外各种装置而设置的照明。例如造船工业的露天作业场，石油化工企业的釜、罐、反应塔，建材企业的回转窑、皮带通廊，冶金企业的高炉炉体、走梯、平台，动力站的煤气柜，总降压变电站的户外变、配电装置，户外式水泵站冷却架(塔)和户外式通风除尘设备等的照明。(3)站场照明：车站、铁道编组站、停车场、露天堆场等设置的照明。(4)地下照明

19、：地下室、电缆隧道、综合管廊及坑道内的照明。(5)道路照明：工厂厂区公路及其他道路的照明。(6)警卫照明：沿厂区周边及重点场所周边警卫区设置的照明。(7)障碍照明：厂区内设有特高的建、构筑物，如烟囱等，根据地区航空条件，按有关规定需要装设的标志照明。本章重点在厂房内部照明，其他照明参见照明设计手册相关章节。2.2 工业厂房的特点及其分类工业厂房按其建筑结构型式可分为单层工业建筑和多层工业建筑。多层工业建筑的厂房绝大多数见于轻工、电子、仪表、通信、医药等行业，此类厂房楼层一般不是很高，其照明设计与常见的科研实验楼等相似，多采用三基色稀土荧光灯照明方案。机械加工、冶金、纺织等行业的生产厂房一般为单

20、层工业建筑，并且根据生产的需要，更多的是多跨度单层工业厂房，即紧挨着平行布置的多跨度厂房，各跨跨度视需要可相同或不同。单层厂房在满足一定建筑模数要求的基础上视工艺需要确定其建筑宽度(跨度)、长度和高度。厂房的跨度B：一般为6、9、12、15、18、21、24、27、30、36m。厂房的长度L：少则几十米，多则数百米。厂房的高度H：低的一般56m，高的可达3040m，甚至更高。厂房的跨度和高度是厂房照明设计中考虑的主要因素。另外，根据工业生产连续性及工段间产品运输的需要，多数工业厂房内设有吊车行车，其起重量轻的可为35t，大的可达数百吨(目前机械行业单台吊车起重量最大可达800t)。因此，工厂照

21、明通常采用装在屋架上的灯具来实现。2.3工厂照明设计的一般要求和质量工厂照明应遵循下列一般原则进行设计。1.照明方式的选择(1)对于照度要求较高，工作位置密度不大，单独采用一般照明不合理的场所宜采用混合照明。(2)对作业的照度要求不高，或当受生产技术条件限制，不适合装设局部照明，或采用混合照明不合理时，宜单独采用一般照明。(3)当某一工作区需要高于一般照明照度时可采用分区一般照明。(4)当分区一般照明不能满足照度要求时应增设局部照明。(5)在工作区内不应只装设局部照明。2.照度标准工厂照明设计的照度值应根据国家标准GB50034-2004建筑照明设计标准的规定选取。该标准规定了十六大类工业建筑

22、的一般照明的照度值。各类工厂更为具体的工作场所的照度标准还应按相关行业的规定。照明质量是衡量工厂照明设计优劣的标志，它主要包括以下内容：(1)选用效率高和配光曲线合适的灯具。根据灯具在厂房房架上悬挂高度按室形指数尺，值选取不同配光的灯具。当RI=0.50.8时，宜选用窄配光灯具；当RI=0.81.65时，宜选用中配光灯具；当RI=1.655时，宜选用宽配光灯具。(2)选用色温适当和显色指数符合生产要求的照明光源。(3)达到规定的照度均匀度：作业区域内一般照明照度均匀度不应小于0.7，作业区邻近周围的照度均匀度不应小于0.5。(4)满足照明直接眩光限制的质量要求：统一眩光值(UGR)按GB500

23、34-2004之规定。即一般允许值为22，精细加工值为19。(5)采取措施减小电压波动、电压闪变对照明的影响和防止频闪效应。(6)照明装置应在允许的工作电压下工作，在采用金属卤化物灯和高压钠灯的场所应采用补偿电容器，以提高其功率因数。 第三章 工厂照明系统的未来方向3.1 LED照明技术的选择和推广采用LED智能照明控制系统进行集中监控及控制。根据使用需求，分时对LED路灯、庭院灯进行调光，可节电20%30%，并延长灯具寿命。其优点是对每相的控制采用预置信息独立存储，当系统中某一线路出现故障时，可马上检测出故障点及故障牲质并进行保存，有利于故障排除，节省人力物力及时间。为使桥梁在江河上，具备更

24、加令人震撼的光影演出和地标性效果，为桥梁设计一套完整的高科技智能控制系统和光影变化方案，桥梁可产生或欢快或辉煌或振奋或恬静的丰富的场景变化效果使桥梁与天地水景人产生更好地互动与交融，从而谱写出绚丽多姿的华彩乐章。桥梁LED照明控制系统应采用TCP/IP协议，并经过信号传输优化处理，使构成的LED照明系统里连接的设备更多且连接的距离更长，传输控制协议使LED照明系统的控制质量和可靠性更高，双向通信使设备的远程监测和控制更有效，使LED景观照明控制系统更具稳定性。LED照明系统可实现的主要功能有：1)100级亮度调整，16级无灰度损失的亮度调整功能;2)显示频率可达85Hz;3)色彩调整能力R.G

25、.B各256级独立调整;4)亮度深度可以达到1024级;5)白检测功能在系统中的各控制器都可对输入接口信号的检测(指示灯报告);6)支持用户自行配置屏体信息;7)供电方式DC24VAC110220V;8)支持远程控制，串口通信。LED照明智能控制系统可完成时间控制的一致性，消除了供电系统的时间误差，保证了LED各种动画场录的变换质量。智能控制系统的应用，可靠地控制了不同场景LED路灯、庭院灯的停启。3.2 太阳能储电照明系统 在中国太阳能照明技术的简述，中国是能源消耗大国，能源消耗以煤、石油，天然气为主，这些原料储量有限，不可再生，而且，能源消耗同时排出二氧化碳和硫的氯化物，导致地球温室效应和

26、酸雨，破坏环境。因此开发利用可再生能源，对于保障能源安全，保护生态环境，实现可持续发展，具有重要意义。太阳能照明发展迅速，其装置几乎覆盖了整个照明领域。市场对太阳能照明产品的需求日趋增长，对产品质量的要求也越来越高。 太阳能照明是以太阳能为能源，通过太阳能电池实现光电转换，白天用蓄电池积蓄、贮存电能，晚上通过控制器对电光源供电，实现所需要的功能性照明。太阳能储电系统，是走可持续发展道路的重要指标，目前应用多在停电、断电后用于应急处理照明所需领域，例如在楼梯和应急通道照明、地下室照明等小功率照明领域。结束语通过本次对工厂照明系统的设计，我接触了一些以前没有接触过的知识，而且巩固了一些旧知识，如电

27、脑软硬件自动化控制技术、电子电路的基础构成知识、单片机基础知识等专业上的技术，而且还了解到了建筑设计上的讲究和利用天然资源辅助电力系统发挥的巨大作用、节能减排环保上的实践和理论，更加深刻地体验到理论与实践相互相成、理论结合实际等先进理论。最开心的是验证了大学三年所以学习的知识，虽然在这次设计中对知识的运用和衔接做得不是很理想，但更加鼓励了我在日后工作和学习中不断努力研究，务求将理论结合实际，更好地在电力系统实践价值。另外由于本人学识有限，所以难免在文中出现疏漏和不足之处，还望各位老师给予批评和纠正。参考文献：1、张莹，工厂供配电技术，2版，北京，电子工业出版社，20062、熊信银，范锡普，发电厂电气部分，3版，北京，中国电力出版社，2004 3、中华人民共和国水利电力部，电力变压器运行规程，水利电力出版社，19874、李丽娇，齐云秋，电力系统继电保护，北京，中国电力出版社，2005