光控技术在车间自动照明中的应用

　摘要：
本文提出了利用光控技术实现车间自动照明的控制方案，分析了路灯控制器的工作原理，指出其在应用中的缺点，并提出了改进措施。

关键词：
光控技术   车间照明

1   前言
　　我厂道岔车间厂房面积大，生产工艺布局复杂，常年三班满负荷生产，多年来车间照明的管制一直采用专人负责的手动方式，但在使用中暴露出以下缺点：①多数情况下，车间照明未在最佳时间启闭，造成电能白白浪费。这一现象，在天气变化多端的情况下，表现的尤为明显。②车间照明的管制采用专人负责的手动方式，不但影响该同志的其他工作，而且手动操作工作量大，效率低下。③大量照明配电箱中的空气开关采用手动操作方式，不易保证人身安全性。
为了避免车间照明专人负责的手动管制方式的弊端，我们将光控技术引入车间照明的控制系统，实现车间照明的自动控制，从而达到节约电能、实现无人操作和提高安全性等目标。

2 车间照明自动控制的实现
　　按照车间照明自动控制的实现原理：根据自然光的照度变化，滤除各种干扰光源（如雷电、室外瞬时强光源等），实现车间照明的稳态启闭切换。由此可见，采用市场上出售的成品光控器（如路灯控制器），利用光控技术实现车间照明的自动控制，是一种优化的车间自动照明控制方案。
　　下面就市场上出售的成品路灯控制器的工作原理做以详细分析，看能否将它用于车间照明的自动控制系统。

2.1 路灯控制器工作原理分析
　　现在市场上大量使用的一种路灯控制器的电气原理图，如图1所示。图中的IC为四2输入施密特触发器HEF4093 ，其信号输入端标记为IX ，信号输出端标记为OX。施密
　　特触发器的特殊功能在于它的滞后特性，如图2所示。输入电压VI上升到正向阀值电压VT+电平时，触发器翻转，输出低电平。当输入电压回降到VT+电平时，触发器并不翻转，而须等到VI继续下降到负向阀值电压VT-电平时，触发器才翻转为高电平， 这种现象
被称为施密特触发器的滞后特性。△VT为正、负向阀值电压的电平差，称为滞后电压。施密特触发器特有的滞后特性常被用于脉冲整形，以消除噪声的影响。使用施密特触发器比使用电压比较器消除噪声效果更好，它虽然产生脉冲延迟但不至于产生畸变。施密特触发器在路灯控制器中的另一个用法是用于脉冲延迟电路，见图3所示。图1中有4组施密特触发器用于脉冲延迟电路，它们分别是：R9、C3和第4组施密特触发器组成的第1级脉冲延迟电路；R10、C4和第3组施密特触发器组成的第2级脉冲延迟电路；R8、C2和第1组施密特触发器组成的第3级脉冲延迟电路；R9、C3和第1组施密特触
　　发器组成的第4级脉冲延迟电路。由经验公式可知：td+=RC㏑VDD/(VDD-VT+); td-=RC㏑VDD/VT-。本例中，VDD为+5V，施密特触发器HEF4093的VT+、 VT-和△VT的典型值分别为2.9V、 2.2V和0.7V。将IC典型参数值代入上式可得，本例中，td+≈0.87RC，td-≈0.82RC。
　　图1中，光敏电阻RG的阻值随着外界自然光照强度的变化而变化，这种阻值变化经过分压电阻转换为电压的变化。R2、C1组成一阶滤波器，以削弱各种干扰的影响。光敏电阻RG检测到的光信号转换为电压信号后，通过IC第6脚(I4)输入第2组施密特触发器的输入端，经过电平转换后从其输出端第4脚(O2)输出。第4脚输出信号经过第4级脉冲延迟电路延迟22秒钟后，与经过第1、2、3级脉冲延迟电路延迟25秒钟的第4脚输出信号进行与非逻辑运算，再去驱动照明继电器。设置第1、2、3级脉冲延迟电路的目的是避免如雷电、室外瞬时强光源等的干扰，防止路灯控制器误动作。



2.2 路灯控制器用于车间照明自动控制系统
　　由于路灯控制器对自然光照强度的检测与转换采用了施密特触发器，虽然这样可以利用它特有的滞后特性用于脉冲整形，以消除噪声的影响，避免继电器在动作阀值附近发生不应有的频繁误动作，但是它固有的滞后电压也带来了开灯与关灯时不同的光照强度动作阀值，由图1、2分析可知，开灯时的自然光照强度小于关灯时的自然光照强度。要将路灯控制器用于车间照明的自动控制系统，必须采取措施减弱这一不利影响。
　　一般来说，大型工业厂房东外侧墙的光照强度，早晨时与自然光照强度相同，而傍晚时因受自身建筑物的遮挡小于自然光照强度，这一特性正好与路灯控制器开灯与关灯时不同的光照强度动作阀值特性相吻合。因此，将路灯控制器安装在大型工业厂房的东外侧墙上，就可以减弱其固有滞后特性带来的不利影响，使采用路灯控制器的车间照明自动控制系统的开、关灯光照强度动作阀值趋于一致。路灯控制器用于调节开、关灯动作阀值的电位器由于调节范围小，不能满足需要，还应在路灯控制器的感光探头处加装一个可以调整的遮光装置。这样，就可以通过调整遮光装置的遮光系数实现开、关灯动作阀值的粗调，调节路灯控制器的电位器实现细调，从而实现车间照明自动控制系统的灵活调整。

2.3车间自动照明系统的实现
　　车间自动照明控制原理图如图4所示,图中的SA为手动开关，要求安装在车间大门的内侧，在车间内没有夜班时关断SA，空气开关QF、接触器KM一般安装在配电室内。车间照明在改为自动控制后，为了防止出现意外，还应在车间的安全通道设置安全照明。在有两台变压器供电的车间，最好采用两台变压器分区供电，即采用两套图4所示的照明光源，以进一步提高采用光控技术的车间自动照明系统的运行安全性和可靠性。

3   结束语
　　本文提出了利用光控技术实现车间自动照明的控制方案，分析了路灯控制器的工作原理，指出其在应用中的缺点，并提出改进措施。该方案已于2000年应用于我公司道岔车间的自动照明，经过五年来的运行见证，实现了车间照明的安全、自动控制，从而达到了节约电能、实现无人操作和提高安全性等原设计目标。由此可见，利用光控技术实现车间照明的自动控制，是一种优化的车间自动照明控制方案。


参考文献：
1．邓召义，姚振甫?实用电子机械设计技术手册（电子部分）?电子工业出版社，1996
2．CMOS集成电路?国防工业出版社，1994

作者: 段苏振
单位：陕西省宝鸡市中铁宝桥股份有限公司
电话：0917-3356337（宅），0917-2867573（办）
邮编：721006
日期：2006年3月28日

作者简介：段苏振（1974—），男，陕西凤翔人，中铁宝桥股份有限公司工程师，研究方向为机电一体化技术、PLC和交流变频调速技术在起重机械中的应用。近年来，先后在国内核心、重要科技期刊《电气传动》、《电气传动自动化》、《起重运输机械》、《变频器世界》、《变频技术应用》、《机床电器》和《电世界》等杂志，公开发表了7万多字的技术论文16篇。