一、研究背景
燃煤发电企业照明能耗管控粗放是行业长期存在的问题。具体表现为照明设备能效偏低、更新滞后，且控制方式粗放，高压钠灯、金卤灯等高能耗灯具仍广泛应用，部分区域采用长明灯、固定时序控制模式，无效能耗损耗突出。传统照明管控模式受限于静态调控机制与离散化运维体系，难以适应复杂工业场景的动态需求。
在燃煤发电企业的实际运行中，照明系统普遍存在以下问题：
控制方式落后，依赖人工到不同位置进行手工开关操作，缺乏智能控制手段。以某电厂为例，照明系统操作需要耗费大量人力且不节能。
灯具功率恒定，无法根据光照情况、人员活动等因素动态调整。现有照明灯具多为恒定功率LED灯具，不支持功率及亮度调整。
能耗数据缺失，不具备数据采集、记录和分析能力。无法获取灯具的能耗、使用时长、故障识别等运行参数，无法发现照明系统中存在的问题和潜在节能空间。
现场照度不达标，实测照度不符合电厂照明标准要求，不舒适的同时也带来安全隐患。
针对上述问题，多个火电项目启动了照明自动控制系统的研究与应用工作。研究内容涵盖智能灯具、智能传感器、无线通信与边缘计算、系统平台等核心技术方向，形成从感知到控制再到管理的完整技术链条。
二、研究内容
燃煤发电企业智能照明控制系统的研究，遵循“感知—通信—控制—管理”的技术逻辑展开。四个研究方向在数据流上构成完整闭环：智能传感器负责采集环境数据（感知层）→无线通信技术负责数据传输（通信层）→边缘计算控制器负责本地策略执行（控制层）→系统平台负责全局监控与数据分析（管理层）。每个方向的研究成果依次为下一环节提供输入，共同构成从数据采集到智能决策的完整链路。
2.1 智能灯具研究
智能灯具是照明控制系统的末端执行单元，其性能直接影响系统的可靠性与节能效果。研究需结合电厂特有使用环境，设计开发具备抗干扰能力优、穿透性能强、覆盖范围广的无线通信功能的智能灯具。
智能控制模块可根据灯具结构实际情况内置灯具腔体内，或单独设计腔体进行固定安装。设计过程中需保证无线信号通信的可靠性和整体灯具防水性能，同时做好外观设计。智能模块内置灯具腔体内时，需充分考虑灯具内高热量对智能控制模块的影响，与光源及驱动之间进行物理隔断，以保障后期整体运行可靠性、延长使用寿命。
在灯具选型方面，研究采用低功率、高光效的新材料灯具替代传统高功率、低光效照明灯。以典型火电项目为例，原400W工矿灯采用0-150W实时可调的新材料灯替换，250W投光灯同样采用0-150W实时可调的新材料灯替换。灯具需满足20000小时光衰维持率大于等于96% 的技术要求，以降低长期维护成本。
2.2 智能传感器研究
传感器是照明系统实现“按需照明”的感知基础。研究内容包括智能人体传感器和智能照度传感器两大类。
智能人体传感器需具备双重检测功能的人形判断能力，可现场收集人体的主要特征参数，具备高可靠的判断能力和完善的防止误触发能力。研究需结合燃煤发电企业实际工况，通过现场实测数据驱动，建立不同区域（汽机房、锅炉房、输煤系统等）的人员活动模型，以此确定传感器的灵敏度阈值和部署密度。
智能照度传感器需研究精确和可靠的冗余判断逻辑，克服常规照度传感器的光干扰问题，提供准确可靠的环境照度实时测量数据。研究需建立照度传感器的校准流程和长期漂移补偿机制，确保传感器在电厂高温、粉尘环境下仍能保持测量精度。
两种传感器与智能灯具采用统一的无线通信方式，以简化系统架构、降低整体项目成本。
2.3 无线通信与边缘计算研究
火电厂现场环境复杂，存在设备遮挡、电磁干扰等问题，对通信的穿透性和抗干扰能力提出了较高要求。研究需充分发挥无线通信技术穿透率高、抗电磁干扰能力强的特点，要求网络覆盖半径至少1公里，有遮挡环境下覆盖半径满足现场需求。
在通信方案选择上，研究需对比LoRa、ZigBee、电力载波等不同无线通信技术在火电厂的适用性。LoRa技术因其穿透率高、抗电磁干扰能力强、功耗低等特点，在电厂照明控制中具有明显优势。对于存在强电磁干扰的区域（如汽机房），可采用LoRa与电力载波双模通信的冗余方案，确保通信可靠性。
通信管理层以RS485 Modbus-RTU作为底层设备监控的通信协议，数据传输介质使用A类屏蔽双绞线或光纤，传输速率大于200KBs，以保证底层设备控制与操作的实时性。通讯控制器支持最大16路下行通讯端口，上行支持2路以太网。
边缘计算控制器部署于各区域配电箱内，研究需解决三个核心问题：一是本地策略存储（可存储365天以上策略），确保断网时系统仍能独立运行；二是多协议兼容（同时支持LoRa、RS485等多种下行通信方式）；三是边缘推理能力（在本地完成照度闭环控制和感应逻辑判断，无需依赖云端）。
2.4 系统平台研究
系统平台是照明自动控制的核心，需根据电厂操作人员的实际使用需求和操作习惯，提供一个高度集成的照明控制平台。系统设计包括前端操作平台和后端管理平台两大模块，满足用户对于多种设备的管理和系统运行状态监控，确保操作便捷、管理高效。
系统需实现电脑终端远程控制，现场灯具实现“人来灯亮，人走灯暗”、“间隔开启”、“定时开关”等控制模式。同时实现能耗实时可视、可调，完成一套远程操控的物联网智能照明控制系统。
三、系统架构
智能照明控制系统采用分层分布式网络体系结构，分为站控层、通信管理层、间隔层三层。
站控层为逻辑控制主站，完成对照明区域的统一集中监控管理。站控层包含监控主机、显示器、交换机和光纤接口设备。系统提供数据采集与处理、状态监测、照明的手动/自动控制、故障报警、事件记录、历史数据查询及报表打印等功能。系统可通过Modbus-TCP协议上传数据至EMCS、MIS或DCS。站控层设置一套数据管理系统，对智能照明系统状态进行实时监控与管理，包括时间管理、场景时序逻辑关联管理、设备运行数据监测、能耗动态监测、历史数据记录查询、界面地图自定义导入、用户管理、权限设置等功能。监控中心局域网内任意一台电脑可按权限实时监控与管理。
通信管理层包含智能网关、交换机、光纤收发器、通讯附件等。通信管理层设置数据管理系统，分别对主厂房、辅助车间各照明箱和输煤系统各照明箱进行监控。数据管理系统由数据采集柜体、通讯控制器、通讯附件等组成。
间隔层包含智能灯具、回路控制器、灯控器、传感器、电量采集模块等。现场设备层须满足现场长距离信号传输速率的要求，且满足国标工业防电磁干扰能力的要求。
系统内数据流为：间隔层传感器采集照度、人员活动等环境数据→通过LoRa/RS485通信上传至通信管理层数据采集柜→通信管理层将数据汇聚后通过光纤/以太网上传至站控层监控主机→站控层根据预设策略和实时数据下发控制指令→指令经通信管理层下行至间隔层智能灯具执行。断网时，边缘计算控制器接管决策权，按本地存储策略独立运行，网络恢复后自动补传数据。
智能照明控制器选型：N350IP控制器,N146IP路由器,N148总线接口,140/13总线耦合器,N125/22总线电源
UP220消防报警接入模块,N512/11开关型模块控制器,N512/04开关型模块控制器,N512开关型模块控制器
四、应用实施
研究成果需应用实施于火电厂各生产区域，通常包括锅炉房、汽机房等核心区域。各区域增设安装智能传感器（包括人体传感器和照度传感器）、边缘计算控制箱、照明自动控制终端平台等。
项目实施过程中需依照照度标准对各区域照明数量进行核算（多裁少增原则），并通过照明电源线路严格区分正常和事故照明。部分智能灯具需具备疏散应急辅助功能及双色温输出。现场通信光缆、控制箱、传感器等所有新增设备供电线路需同步敷设。
系统设计应充分考虑电厂各区域内的复杂环境、设备遮挡、电磁干扰等情况造成的信号传输问题。当现场实际运行后发现灯具控制失灵、反应不灵敏等信号传输问题，需负责整改直至控制系统完备、操作运行正常。
五、研究成果与效益
该工程项目的成功应用将使火电企业在国内照明自动控制领域处于行业领先位置，为今后全厂及全集团公司照明自动控制提供技术资料数据和应用实践经验。
系统可以及时反馈故障状态，及时提醒检修人员进行巡检或维修，提高照明现场的舒适性，减少照明现场的安全隐患。合理优化灯具布置，区域照度更均匀，营造舒适明亮的照明环境。通过组合策略灵活实现自动化控制，按需亮灯、极致节能，提高生产效率、降低后期维护成本。
研究表明，智能照明系统在确保电厂生产安全和照度要求的基础上，较传统照明节电率可达75%～85% ，投资回收期在1.5～2.0年。以某电厂改造案例为参照，采用全光谱LED与智能控制相结合的方式，照明功率由408kW降至166kW，节电59% ，2.1年回本，全周期净收益196万元，碳减排392吨/年，故障率显著降低。
搭建全厂照明自动控制管理系统，可先期实现远程控制照明设备、实时监测照明设备运行状态、故障报警等功能。该系统符合绿色、节能、低碳、环保要求，为火电厂智能化建设提供有效技术支撑，具有显著的经济效益与社会效益。
