智能照明与人员定位系统在上湾选煤厂的应用

智能照明与人员定位系统在上湾选煤厂的应用

栗轩华

（神东煤炭集团洗选中心上湾选煤厂陕西榆林719000）

摘要：为了降低选煤厂的照明电耗，改变传统照明手动控制整片区域开启的方式，上湾选煤厂通过员工使用定位终端控制作业区域的照明开停，集控中心通过人员定位系统实时查看员工的作业位置和历史轨迹，便于监督管理员工上岗情况和安全；自上湾选煤厂使用了智能照明与人员定位系统后，照明耗电量下降了50%，在照明方面每年节约经济近百万元，员工安全管理水平有了很大的提高，人员劳动的积极性有了明显提高；此系统可以在国内其它选煤厂进行推广，节约电能效果显著。

关键词：智能照明；人员定位；无线终端；网络传输；节电经济效益；安全管理

0引言

选煤厂作为实现绿色煤炭产品的一个中间加工环节，生产系统比较分散，具体表现为胶带机栈桥多、系统层数多，生产系统内照明数量多，人员作业比较分散，在人员管理和照明控制方面始终没有很好的管控手段，上湾选煤厂基于此现状，开发出了智能照明与人员定位系统，一方面改变了生产系统内照明全开或全关的控制模式，实现作业人员附近单个或部分照明自动控制，节约电能效果明显，降低电耗成本，另一方面根据人员定位系统可以实时查看员工在生产系统中的活动轨迹，便于安全管理、现场指挥和安排工作任务。

1上湾选煤厂传统照明分析

上湾选煤厂年洗选加工原煤1500万吨，属于特大型矿井型选煤厂，厂房系统多，胶带输送机栈桥数量多，之前的照明使用的是普通的防爆型灯具，每盏灯功率150W，由于使用的是普通照明灯泡，灯泡的使用寿命一般为5000小时，灯泡稳定性不佳，故障率比较高，需要耗费大量的人力、物力专门维护，另一方面普通灯泡在长时间通电后发热现象比较严重，而选煤厂生产系统比较潮湿，且打扫厂房内卫生容易将清扫水喷溅在灯罩上，容易将灯罩炸裂，增加维护成本和工作量。

上湾选煤厂照明之前采用手动控制方式，存在以下缺点①浪费电耗，因选煤厂人员作业比较分散，必须一次性打开厂房内一层所有照明或一个胶带机栈桥的十几盏灯（多则几十盏），照明使用的效率极低，造成大量的电能浪费；②传统照明控制必须人为打开或关闭，存在人员忘记关闭照明情况，基于此情况，传统的人为控制照明的方式必须得到改变。

2智能照明与人员定位系统的组成及工作原理

2.1系统组成

智能照明与人员定位系统主要由LED照明智能监控管理软件、智能控台、LED智能灯具、控制服务器四大部分组成；照明智能监控管理软件安装在控制中心的服务器中，集控人员能够在服务器上直观、集中、方便的管理和监控所有LED智能灯具，集控人员（有权限的）可以使用电脑、手机、PAD等设备通过以太网登录服务器，管理和监控LED智能灯具；控台主要起集中采集现场智能灯具接收到人员定位卡信号的作用，通过光纤与控制服务器进行通信，保证了传输数据的速度和实时性；智能照明灯具采用LED灯，与传统金卤灯相比，LED灯照明亮度高，光源无色差、启动快、故障率低，照明功率由以前150W降低至60-80W，照明灯具内置无线通讯模块，采用ZigBee无线网络通讯；定位终端由员工携带，内置无线通讯模块，具有双向通讯功能；控制中心服务器对接收到控台的数据信息进行运算，最终通过智能监控管理软件进行操作。

上湾选煤厂目前应用智能照明与人员定位系统区域主要在原煤仓、筛分车间、转载点、主洗车间、产品仓、装车塔楼、栈桥、浓缩池等区域40余个，各区域改造的灯具合计890盏，人员定位卡110张，控台29个。

2.2工作原理

人员在生产系统内工作时，定位终端实时测算人跟LED智能灯具的位置距离信息，并把数据传递给附近的LED智能灯具，LED智能灯具在系统内除了扮演定位基站的角色外，还是所有无线数据信号的中继器，它们接收定位数据后，通过无线网络将数据最终传递给现场的控台，控台把收集到的所有数据通过高速光纤网络（TCP/IP）传递给控制中心的照明控制与人员定位服务器。服务器的上位机软件汇总定位信息，结合参考点的坐标与定位数据，通过一定算法计算出人员可能的位置，对相应区域的照明进行开关控制，当人员作业完毕，离开此区域时照明灯接收不到定位终端发送的信息，服务器判断人员离开现场，自行关闭相应照明，人员的移动轨迹随着人员移动不同的照明灯接收的信号进行计算生成。

在此系统中，每一个定位卡都有一个固定的ID，代表一位员工；照明灯作为一个非移动的物体，给它设定固定的坐标信息，人员的位置主要是通过灯具的坐标进行定位的，定位卡与照明灯具的通讯采用ZigBee无线技术，ZigBee技术是一种近距离、低复杂度、低功耗的双向无线网络通讯技术。这种通讯技术扰干扰能力强、传输速率高，通讯协议简单，占用资源小，成本低，使定位终端的待机时间长，可达72小时。

2.3照明亮度自动调节

为了最大程度节约照明电能，在选煤厂部分必须常开照明的区域可以设置自动调节亮度，集控员通过照明控制软件可以任意设置亮度“0%—100%”（0%为关灯状态，100%为正常亮度）；当巡视人员未达到此区域时可以将亮度调暗，例如设置成40%；当人员巡视到此区域时智能灯具检测到有定位卡，自动将灯光调整为常量状态，最大限度的节约电能。

2.4人员定位

人员定位控制功能可以实时查看人员的工作位置，可以选择人员查看其历史轨迹，此系统定位精度＜5m，为单岗作业提供了安全保障，有效提高了人员安全管理水平。

定位终端每8秒发射一次定位信息，每分钟有6-7条定位数据发送到服务器进行定位，当定位卡电池电量较低时，会把电量预告警信息传递给监控中心，监控中心可以提前提醒人员进行充电，同时定位终端在电池低电量时候给人员进行声光告警。

3智能照明节约电能经济效益

新的LED灯平均寿命约为50000小时，是传统照明灯平均寿命的10倍以上，使照明系统维护工作量大大降低，原照明系统几乎每天需要2名专业人员维护5小时；改造后，平均每半个月需要1名专业人员对照明系统维护2小时。节约维护费用＝2*5*365*37.5-1*（2/15）*365*37.5=13.505万元（工时费37.5元/小时=6000（平均工资）/20（天）/8（小时））

目前上湾选煤厂已改造806盏80瓦和38盏60瓦灯具，共计844盏；以844盏照明灯计算，每天照明灯具平均工作14小时，电费单价0.5624元/度。每年可节约电费共计=844*14*（150/1000）*0.5624*365-806*14*（80/1000）*0.5624*365-38*14*（60/1000）*0.5624*365=17.20万元

该LED灯平均寿命约为50000小时，是传统灯具平均寿命的10倍以上。原灯具价格870元/盏；现灯具单价1470元/盏，硬件平均寿命50000小时。节约成本费用＝870*844-1470*844/10=61.02万元；

年节约经济效益=13.505（万元）+17.20（万元）+61.02（万元）=91.725（万元）

4人员定位发挥的安全作用

4.1事故抢救

选煤厂生产模式呈流水线，各个生产子系统比较多，胶带机栈桥比较多，人员作业比较分散，往往很难做到双岗作业或多人作业，尤其在三班倒的生产模式下，夜班生产安全隐患较大，人员最容易放松安全警惕，当人员发生事故或遇到紧急情况时，可以通过触按定位卡上的SOS按键，把紧急情况上报给集控中心，使集控中心及时获悉现场求援并处理，集控中心接到SOS紧急救援信号后，第一时间就能知道人员发生事故的位置，避免了寻找伤员浪费时间，最大程度降低人员的伤亡，减少经济损失。

4.2人员管理

通过人员定位功能可以查看人员上班期间的活动轨迹和时间，可以检查员工是否存在迟到或者早退现象，使得员工的考勤情况比较真实、可靠；通过活动轨迹也可以判断员工是否存在偷懒或睡岗，当活动轨迹长时间未发生变化可以判定人员巡视设备未做到位，可以对他的工作绩效进行考核，从而督促员工认真开展工作；另外在生产系统出现故障时，集控员不需询问现场人员的位置，直接通过定位画面查看最接近故障点的人员，指挥前去现场处理故障。

4.3后期功能拓展

基于人员定位卡和照明灯具的无线通讯功能，选煤厂可以在密闭空间或有害气体容易积聚的照明灯具上安装CH4、CO传感器，当现场的瓦斯等有害气体浓度超过设置的浓度上限时，照明灯具通过ZigBee无线传输给人员携带的定位卡实现报警功能，同时回传报警至集控中心，及时进行疏散人员，停车处理有害气体超限。

5结论

智能照明与人员定位系统作为一种新型工业照明控制模式，在神东上湾选煤厂运用以来，节约电能效果明显，由于采用ZigBee无线通讯技术，系统故障率低，人员维护工作量小，更重要的是为人员的安全管理提供了有效的管控手段，为整个选煤行业起了一个很好的节电示范引领作用，值得进行推广。

参考文献（References）：

[1]刘洋.ZigBee技术在洗煤厂的应用[J].煤矿机械，2015，（35）：239-241.

[2]余建.基于ZigBee无线传感网络的LED智能照明控制系统的研究[D].杭州：浙江工业大学，2012.

[3]张定国.基于ZigBee技术的煤矿井下人员精确定位研究[D].太原：太原科技大学。2016.

[4]杜军朝.ZigBee技术原理与实战[M].北京：机械工业出版社，2015.

[5]傅晓明，柴广跃，钟海涛，田劲东，刘文.基于ZigBee的LED智能照明定位应用研究[J].照明工程学报，2017，28（05）：32-41.

作者简介：

栗轩华（1986-），男，甘肃庆阳人，助理工程师，大学本科学历，在职研究生学历，