Inteligentne rozwiązania w zakresie oświetlenia przemysłowego

Inteligentne rozwiązanie oświetlenia przemysłowego wykorzystuje cyfrowe systemy sterowania, uniwersalną łączność i strategię opartą na platformie-, aby przekształcić przemysłowe oprawy oświetleniowe w inteligentne, interoperacyjne systemy oświetleniowe. Wykorzystanie wiedzy cyfrowej w sterowaniu oświetleniem staje się coraz bardziej popularne od czasu przejścia na oświetlenie półprzewodnikowe oparte na technologii LED. Celem transformacji cyfrowej w sektorze przemysłowym jest poprawa wydajności wykraczająca poza to, co może zapewnić samo oświetlenie LED, przy jednoczesnym stworzeniu bezpiecznych, wydajnych i produktywnych warunków pracy. Możliwość rozwijania unikalnych możliwości i wdrażania wyrafinowanych funkcji jest możliwa dzięki silnej interakcji, jaką inteligentne rozwiązanie oświetleniowe ustanawia pomiędzy technologią informatyczną (IT) a technologią operacyjną (OT), a także pomiędzy sprzętem i oprogramowaniem. Aby gromadzić, udostępniać, decydować i działać, jednorodna klasa różnych urządzeń i systemów łączy się w kompleksową sieć. Administracja obiektami przemysłowymi będzie musiała w przyszłości przejść istotne zmiany ze względu na Przemysł 4.0. Ta cyfrowa rewolucja obejmuje inteligentne oświetlenie przemysłowe.

Projekt oświetlenia budynków przemysłowych to wyjątkowe podejście, ponieważ przestrzenie te różnią się od siebie. Obiekty przemysłowe to wszelkie miejsca, w których odbywa się produkcja lub działalność związana z produkcją. Z tych ciężkich zakładów produkcyjnych mogą korzystać przemysł samochodowy, ciężki sprzęt, ogromne obrabiarki, przemysł stoczniowy, lotniczy, stalowy, chemiczny, petrochemiczny i farmaceutyczny. Mogą to być również zakłady zajmujące się produkcją lekką, produkujące między innymi elektronikę użytkową, sprzęt elektryczny, żywność, papier, tekstylia, skórę i drewno, a także inne przedmioty codziennego użytku.

W przeciwieństwie do innych typów infrastruktury, obiekty przemysłowe oferują szeroki zakres zastosowań. Lokalizacje te wykonują szeroki zakres zadań, w tym kontrolę jakości, magazynowanie, logistykę, produkcję, obróbkę skrawaniem, montaż, wykańczanie i pakowanie. Fizyczne cechy obiektów przemysłowych i układ architektoniczny opierają się na ich specyficznych systemach, procedurach, maszynach, właściwościach materiałów i produktów, potrzebach konserwacyjnych i obawach dotyczących bezpieczeństwa pracowników. Obiekty przemysłowe mają bardziej zróżnicowane środowisko oprócz unikalnej infrastruktury ze względu na wpływ głównie elementów lokalnych, takich jak wibracje, temperatura i atmosfera.

Rozwiązanie oświetleniowe nowoczesnego obiektu przemysłowego powinno umożliwiać zapewnienie komfortowego i przyjemnego otoczenia przy jednoczesnej minimalizacji kosztów cyklu życia zainstalowanych systemów oświetleniowych. Mniejszą absencję, mniej błędów produkcyjnych i mniej wypadków przy pracy można przypisać przyjemnemu wizualnie miejscu pracy. Firma może znajdować się w niekorzystnej sytuacji konkurencyjnej, jeśli jej infrastruktura oświetleniowa nie działa efektywnie, nawet jeśli osiągnięcie dobrej widoczności jest niezbędne poprzez odpowiednią regulację kilku parametrów (olśnienie, jasność, jednolitość, natężenie oświetlenia, jakość kolorów, kontrast i adaptacja).

W wielu zakładach przemysłowych nie jest preferowane pozyskiwanie światła dziennego, a systemy oświetleniowe muszą działać w sposób ciągły. Ilość lumenów, jaką może zapewnić oprawa wysokiego składowania, oraz liczba opraw potrzebnych do oświetlenia całego obiektu są bardzo wymagające ze względu na rozległe, wysokie przestrzenie sufitowe, które są powszechne w przemysłowych halach produkcyjnych. Podczas długich godzin pracy ogromna liczba systemów oświetleniowych dużej mocy generuje bardzo duże zapotrzebowanie na obciążenie (kW) i zużywa znaczną ilość energii elektrycznej (kWh).

Na koszt cyklu życia systemu oświetleniowego składają się trzy główne czynniki: wydatki kapitałowe, koszty energii i koszty konserwacji. Koszt konserwacji to czynnik X, który może mieć największy wpływ na koszt cyklu życia, nawet jeśli koszt energii operacyjnej systemu oświetleniowego często przewyższa koszt inwestycyjny oświetlenia.Inteligentne oświetlenie LED wysokiego składowaniaoświetlenie wielu obszarów przemysłowych może być trudne. Systemom oświetleniowym trudno jest przetrwać w tych trudnych warunkach ze względu na żrące chemikalia, wysoką wilgotność, wysokie temperatury, znaczne wibracje, korozyjną atmosferę i/lub nieczystą energię. Trudno dostępne sufity zwiększają koszty personelu i stwarzają problemy bezpieczeństwa podczas rutynowej konserwacji lub wymiany lamp.

Projekt oświetlenia przemysłowego musi uwzględniać szeroki zakres czynników i wykorzystywać oprawy przemysłowe, które działają skutecznie, wydajnie i niezawodnie w wymagających warunkach. Istnieją dwa rodzaje opraw przemysłowych przeznaczonych do użytku wewnętrznego: wysokie i niskie. Gdy wysokość sufitu lub więźby dachowe przekraczają 6,1 metra (20 stóp), do oświetlenia ogólnego stosuje się lampy wysokiego składowania. Maksymalna wysokość, na której można zainstalować lampy dolne, wynosi do sześciu metrów (20 stóp). Lampy wysokiego składowania to urządzenia oświetlenia bezpośredniego, które rozpraszają całe emitowane przez siebie światło w kierunku powierzchni, którą mają oświetlać. Aby zapewnić wystarczające oświetlenie na dużej wysokości, zazwyczaj wytwarza się strumień świetlny o regulowanej wiązce o mocy ponad 10 000 lumenów. Oprawy stosowane w oświetleniu typu low bay zwykle muszą mieć szersze rozproszenie, aby zapewnić optymalny zasięg i emitować mniej niż 10 000 lumenów. Ze względu na małą wysokość montażu, oprawy do oświetlania małych zabudowań wymagają ściślejszej kontroli olśnienia, co można osiągnąć poprzez zastosowanie odbłyśników blokujących światło pod dużym kątem lub pryzmatycznych refraktorów lub opalizujących dyfuzorów w celu złagodzenia jasności. Aby oświetlić cienie utworzone przez przeszkody znajdujące się nad głową lub zapewnić oświetlenie odpowiednie do prac wymagających wizualnie, wykorzystuje się lokalne oświetlenie zadaniowe. Reflektory, które są oprawami o regulowanym rozsyle światła, są zwykle używane do oświetlania zewnętrznych obszarów produkcyjnych.

Zapotrzebowanie na oprawy odpowiednie do stosowania w lokalizacjach o nietypowych warunkach klimatycznych to kolejny sposób kategoryzacji opraw przemysłowych. Ekstremalnie wysokie temperatury otoczenia, ujemne temperatury, wysoka wilgotność, wilgotne obszary lub-ustawienia węża, atmosfera korozyjna i wibracje powodowane przez duże maszyny to wyzwania, którym muszą sprostać. Przemysłowe oprawy oświetleniowe są tworzone, badane i zatwierdzane do użytku w obszarach sklasyfikowanych według poziomu zagrożenia. Środowiska niebezpieczne definiuje się jako środowiska zawierające łatwopalne gazy lub opary, palne i/lub przewodzące pyły oraz łatwo zapalne włókna i pyły. Obiekty przetwarzające ropę i gaz, produkty chemiczne i petrochemiczne, platformy wiertnicze, przybrzeżne platformy wiertnicze, morskie terminale załadunku i przesyłu paliwa, instalacje przybrzeżne i portowe, farmy zbiorników, zakłady ekstrakcji rozpuszczalników, przepompownie rurociągów, oczyszczalnie ścieków i odpady, celulozownie i papiernie, zakłady produkujące i przechowujące amunicję i sztuczne ognie, obiekty proszkujące i lakierujące, zakłady przeróbki węgla i obiekty przeładunku węgla to przykłady niebezpiecznych lokalizacji.

Oświetlenie LED ugruntowało swoją dominację na rynku oświetlenia przemysłowego i w ciągu ostatnich dziesięciu lat stało się standardem. Tradycyjne systemy oświetleniowe opierają się na-wyładowaniach o wysokiej intensywności (HID) lub technologii fluorescencyjnej, które mają poważne wady i ograniczenia. Diody LED zapewniają dużą wydajność i niezawodność działania dzięki wykorzystaniu elektroluminescencji generowanej przez rekombinację między elektronami i dziurami w obszarze aktywnym w złączach p-n półprzewodników. Chociaż powszechne stosowanie opraw LED pozwoliło już uzyskać znaczne oszczędności energii, nadal istnieje wiele szans na zmniejszenie kosztów cyklu życia.

Zwiększając efektywność aplikacji oświetleniowych (LAE), która uwzględnia wydajność dostarczania optycznego, intensywność i skuteczność widma, technologia SSL może skutkować znacznymi dodatkowymi oszczędnościami energii. W porównaniu ze starszymi systemami oświetleniowymi, naturalna trwałość diod LED,-beziskrowość i trwałość półprzewodnikowa pozwalają na tworzenie solidnych systemów oświetleniowych o znacznie dłuższej żywotności. Systemy te są również bardziej wytrzymałe mechanicznie, aby wytrzymać trudne warunki środowiskowe i są znacznie bezpieczniejsze w użyciu w niebezpiecznych lokalizacjach. Ze względu na wysokie koszty konserwacji i uzależnienie zadań przemysłowych od oświetlonego środowiska,-bezawaryjne działanie systemów oświetleniowych przez cały długi cykl życia ma kluczowe znaczenie w zastosowaniach przemysłowych.

led high bay fixtures

Chociaż technologia LED zawsze wiodła w kwestii wydajności operacyjnej, najnowsze osiągnięcia i innowacje wykroczyły poza ramy, aby zmaksymalizować efektywność energetyczną systemów oświetleniowych i stworzyć bardziej produktywne miejsca pracy. Podstawą tych osiągnięć jest wykorzystanie lepszej sterowalności diod LED, co zasadniczo odróżnia tę technologię od konkurencji. Diody LED to urządzenia elektroluminescencyjne, które wytrzymują ciągłe włączanie/wyłączanie, zapewniają ściemnianie w pełnym zakresie oraz szybko i dokładnie reagują na sygnały sterujące. Dzięki takiemu stopniowi kontroli moc światła LED może być automatycznie modulowana w odpowiedzi na sygnały wejściowe z czujników lub zaprogramowane algorytmy.

Oświetlenie LED wysokiego składowaniajest kompatybilny ze wszystkimi systemami sterowania oświetleniem, które zostały opracowane w celu spełnienia wymagań właścicieli lub operatorów obiektów przemysłowych w zakresie zarządzania energią, w tym wykrywania zajętości, planowania czasowego, wykorzystania światła dziennego, strojenia instytucjonalnego, reagowania na zapotrzebowanie i kompensacji adaptacyjnej. Oprócz zwykłego zwiększenia wydajności operacyjnej, kontrola oparta na oprogramowaniu-może odblokować wiele innych cennych funkcji. Widmo systemu mieszania kolorów, a co za tym idzie, barwa emitowanego przez niego światła, można dynamicznie regulować poprzez niezależne przyciemnianie każdej diody głównej LED. Na poziomie biologicznym dynamiczne zarządzanie kolorem i intensywnością pozwala na manipulowanie produkcją niezbędnych hormonów w celu wywołania pozytywnych reakcji u ludzi. Ta technologia napędza wykorzystanie-oświetlenia skupionego na człowieku (HCL) w celu poprawy produktywności, dobrego samopoczucia psychicznego i zdrowia fizycznego w miejscu pracy.

Najprostszym rodzajem inteligentnego oświetlenia jest inteligentne oświetlenie LED oparte na wbudowanym programowaniu i/lub lokalnym wykrywaniu. Wdrażanie samodzielnych inteligentnych systemów oświetleniowych w obiektach przemysłowych z dużą liczbą instalacji jest niepraktyczne ze względu na koszty i złożoność, które rosną wraz ze wzrostem zaawansowania. W zależności od zadania wizualnego, czasu potrzebnego na jego wykonanie, wykonującego go pracownika oraz znaczenia poszczególnych cech zadania w realizacji pracy, w tych obiektach często zmienia się ilość światła (natężenie oświetlenia) i jego skład widmowy. Sterowanie oświetleniem realizowane na poziomie obwodu w centralnie sterowanych oprawach oświetleniowych nie jest wystarczająco responsywne ani elastyczne, aby sprostać konkretnym potrzebom lub dostosować się do przyszłych zmian układu i przeznaczenia.

Oprawy oświetlenia przemysłowego powinny być ujednolicone w całym obiekcie, aby mogły ze sobą współpracować, zachowując jednocześnie indywidualność i dostosować oświetlenie do konkretnej przestrzeni. Systemy oświetleniowe powinny współpracować i dzielić się wiedzą, aby rozwinąć wyższy poziom zbiorowej inteligencji, dzięki czemu będą miały większe możliwości, niż gdyby działały niezależnie.

Inteligentne oświetlenie przemysłowe to rozwijający się pomysł, który koncentruje się na budowaniu cyfrowego ekosystemu w celu automatyzacji oświetlenia, ulepszania przestrzeni i ostatecznie maksymalizowania wartości firmy. Oświetlenie LED i cyfrowe sieci inteligentnych urządzeń sterujących to kluczowe elementy cyfrowego ekosystemu. Sieci cyfrowe umożliwiają komunikację między systemami oświetleniowymi a urządzeniami sterującymi za pomocą cyfrowych komunikatów binarnych, a nie dyrektyw sterujących opartych na zmianach napięcia, nawet jeśli cyfrowy charakter diod LED umożliwia ich łatwą integrację z obwodami elektronicznymi.

Cyfrowe systemy sterowania oparte na miękkich zakończeniach przewodów zastępują obwody oświetleniowe oparte na twardych zakończeniach analogowych jako podstawowe elementy składowe podziału na strefy sterowania. Dwustronna-komunikacja, programowanie komputerowe oraz wdrażanie podziału na strefy i zmiany stref za pomocą oprogramowania skierowanego do poszczególnych opraw lub grup opraw w różnych obwodach oświetleniowych są możliwe dzięki zastosowaniu cyfrowych systemów sterowania. Pojedynczą oprawę można przypisać do wielu stref, aby zastosować różne techniki sterowania w różnych warunkach dzięki cyfrowej adresowalności-na poziomie oprawy. Większa elastyczność, a co za tym idzie, większa dokładność w dostarczaniu światła, jest możliwa dzięki możliwości zaprojektowania strefy kontrolnej w dowolnej skali. Ponadto adresowanie programowe ułatwia zmianę podziału przestrzeni w celu dostosowania do zmieniających się potrzeb. Aby usprawnić działanie obiektu i podejmować lepsze decyzje biznesowe,-dwukierunkowa komunikacja umożliwia gromadzenie danych dotyczących wydajności, takich jak zużycie energii i stan kierowcy, do późniejszego przetwarzania przy użyciu różnych technik statystycznych i optymalizacyjnych. Oprawy oświetleniowe można włączyć do systemów automatyki przemysłowej w celu scentralizowanego sterowania i udostępniania danych-w całym obiekcie za pośrednictwem sieci cyfrowej.

Oprawa przemysłowa staje się cyfrowym węzłem oświetleniowym, którym można niezależnie sterować i wspomagać go zbiorowa inteligencja cyfrowego ekosystemu, gdy technologia LED i cyfrowe sterowanie współpracują ze sobą. Współzależne podsystemy zarządzania ciepłem, regulacji prądu zasilania, sterowania optycznego i integracji mechanicznej muszą współpracować, aby zagwarantować najlepszą możliwą wydajność przemysłowych opraw LED, które są systemami zintegrowanymi. Sterownik LED, który umożliwia konwersję mocy przy wahaniach napięcia zasilania lub obciążenia w celu zasilania diod LED przy stałym obciążeniu prądem stałym, jest jedną z części składowych, która jest szczególnie istotna. Sterownik LED jest teraz aktywnym komponentem niezbędnym do skutecznego wdrożenia sterowania w inteligentnym systemie oświetleniowym, a nie tylko zwykłym źródłem prądu stałego.

Prąd sterujący określa zachowanie świecących diod LED. Dlatego wdrażanie różnych technik sterowania jest łatwiejsze dzięki realizacji przez sterownik poleceń sterujących przełączaniem i ściemnianiem. W sytuacjach, gdy wiele kanałów LED lub warstw oświetlenia wymaga starannego zrównoważenia współczynników kontrastu światła, ciągłe przyciemnianie jest istotną funkcją wymaganą do zapewnienia płynnych zmian sterowania i zmiennych scenariuszy oświetlenia. Wykorzystując zintegrowaną modulację szerokości impulsu (PWM) lub obwód ściemniający z redukcją prądu stałego (CCR), sterownik LED spełnia ten cel.

Tworzenie w pełni funkcjonalnych inteligentnych systemów oświetleniowych jest możliwe dzięki różnorodności opcji, które można włączyć do sterownika LED. Kontroler, który umożliwia lokalne przetwarzanie danych i podejmowanie-decyzji, generuje dyrektywy dla sterownika LED i komunikuje się z centralnym systemem zarządzania za pośrednictwem bramy, jest niezbędny w tych systemach. Układ scalony (IC) lub system-na-chipie (SoC) z mikrokontrolerem i transceiverem na pokładzie nazywany jest kontrolerem światła. Mikrokontroler zawiera również pamięć, wejścia/wyjścia i jednostkę centralną (CPU). Pamięć flash zawiera wbudowane oprogramowanie, często nazywane oprogramowaniem sprzętowym. Programowalny charakter systemu LED opartego na mikrokontrolerze- umożliwia dodanie inteligentnych funkcji oświetleniowych, takich jak konfiguracja sceny, mieszanie kolorów, obniżanie poziomu strumienia świetlnego i zaawansowane planowanie.

Zasadniczo inteligentne oświetlenie przemysłowe obejmuje włączanie systemów oświetleniowych do sieci komputerowych-, które rozwijają się w oczekiwaniu na Internet rzeczy (IoT). Interoperacyjność jest możliwa dzięki ogromnemu rozmiarowi sieci opartej na protokole IP- dzięki IoT, który rozszerza także łączność protokołu internetowego (IP) z punktami końcowymi o ograniczonych zasobach. Architektura Internetu rzeczy (IoT) zapewnia szeroką gamę usług i aplikacji umożliwiających rozwiązywanie problemów, które są zbyt złożone, aby można było nimi zarządzać w zamkniętej sieci.

Systemy oświetleniowe nie muszą fizycznie umieszczać mocy obliczeniowej w ekosystemie IoT. Serwery i oprogramowanie umożliwiające przetwarzanie w chmurze,-analizę dużych zbiorów danych, sztuczną inteligencję i uczenie maszynowe mogą stanowić część infrastruktury chmury. Dzięki tym funkcjom przetwarzanie danych, wizualizacja danych, przechowywanie i pobieranie danych mogą stać się bardziej wydajne. Operatorzy obiektów mogą poprawić automatyzację oświetlenia i wydajność operacyjną za pomocą praktycznych spostrzeżeń z danych IoT.

Wszystko pomiędzy urządzeniami IoT a aplikacjami IoT jest koordynowane i zarządzane przez platformę IoT. Oferuje zbiór elementów oprogramowania do zarządzania urządzeniami IoT, zarządzania danymi, tworzenia aplikacji i udostępniania. Przemysłowy Internet Rzeczy (IIoT), który zapoczątkuje nową erę zastosowań przemysłowych, może zostać podłączony do inteligentnego oświetlenia przemysłowego.