Älykkäät teollisuusvalaistusratkaisut

Älykäs teollisuusvalaistusratkaisu käyttää digitaalisia ohjausjärjestelmiä, yleistä liitettävyyttä ja alusta{0}}pohjaista strategiaa, jolla teollisuusvalaisimista tehdään älykkäitä, yhteentoimivia valaistusjärjestelmiä. Digitaalisten näkemysten käyttö valaistuksen ohjauksessa on yleistymässä LED-tekniikkaan perustuvaan puolijohdevalaistukseen siirtymisen myötä. Teollisuuden digitaalisen muutoksen tavoitteena on parantaa tehokkuutta enemmän kuin LED-valaistus yksinään pystyy tarjoamaan samalla kun luodaan turvalliset, tehokkaat ja tuottavat työolosuhteet. Mahdollisuuden kehittää ainutlaatuisia ominaisuuksia ja toteuttaa hienostuneita ominaisuuksia mahdollistaa älykkään valaistusratkaisun tietotekniikan (IT) ja käyttötekniikan (OT) sekä laitteiston ja ohjelmiston välinen vahva vuorovaikutus. Kokoamista, jakamista, päättämistä ja toimintaa varten homogeeninen luokka erilaisia laitteita ja järjestelmiä yhdistetään kattavaksi verkostoksi. Teollisuuslaitosten hallinto joutuu tulevaisuudessa läpikäymään merkittävän muutoksen Teollisuus 4.0:n vuoksi. Tämä digitaalinen vallankumous sisältää älykkään teollisuusvalaistuksen.

Teollisuusrakennusten valaistussuunnittelu on ainutlaatuinen lähestymistapa, koska nämä tilat ovat erillään toisistaan. Teollisuustilat ovat paikkoja, joissa tapahtuu tuotantoa tai valmistukseen liittyvää toimintaa. Auto-, raskaat koneet, valtava työstökone, laivanrakennus-, lentokone-, teräs-, kemian-, petrokemian- ja lääketeollisuus voivat käyttää näitä raskaita tuotantolaitoksia. Ne voivat olla myös kevyitä tuotantolaitoksia, jotka valmistavat muun muassa kulutuselektroniikkaa, sähkölaitteita, ruokaa, paperia, tekstiilejä, nahkaa ja puuta.

Toisin kuin muut infrastruktuurit, teollisuustilat tarjoavat laajan valikoiman käyttötarkoituksia. Nämä toimipaikat hoitavat monenlaisia tehtäviä, mukaan lukien laadunvalvonta, varastointi, logistiikka, tuotanto, koneistus, kokoonpano, viimeistely ja pakkaus. Teollisuustilojen fyysiset ominaisuudet ja arkkitehtoninen layout perustuvat niiden erityisiin järjestelmiin, menetelmiin, koneisiin, materiaali- ja tuoteominaisuuksiin, kunnossapitotarpeisiin ja työntekijöiden turvallisuusnäkökohtiin. Teollisuustiloissa on ainutlaatuisen infrastruktuurin lisäksi monipuolisempi ympäristö, koska siihen vaikuttavat ensisijaisesti paikalliset tekijät, kuten tärinä, lämpötila ja ilmakehä.

Nykyaikaisen teollisuuslaitoksen valaistusratkaisun tulee mahdollistaa viihtyisän ja miellyttävän ympäristön tarjoaminen minimoimalla asennettujen valaistusjärjestelmien elinkaarikustannukset. Vähemmän poissaoloja, vähemmän tuotantovirheitä ja vähemmän työtapaturmia voidaan selittää visuaalisesti miellyttävällä työpaikalla. Yritys voi olla epäedullisessa kilpailuasemassa, jos sen valaistusinfrastruktuuri ei toimi tehokkaasti, vaikka selkeän näkyvyyden saavuttaminen on välttämätöntä useiden parametrien (häikäisy, kirkkaus, tasaisuus, valaistus, värinlaatu, kontrasti ja mukautus) asianmukaisella säätelyllä.

Päivänvalokorjuu ei ole suositeltu monilla teollisuuskohteilla, ja valaistusjärjestelmien on toimittava jatkuvasti. Teollisuuden tuotantohalleissa yleiset laajat ja korkeakattotilat vaativat korkean valaisimen valovoimakkuutta ja koko toimipaikan kattamiseen tarvittavien valaisimien määrää. Valtava määrä suuritehoisia valaistusjärjestelmiä tuottaa pitkien käyttötuntien aikana erittäin suuren kuormitustarpeen (kW) ja kuluttaa huomattavan määrän sähköä (kWh).

Valaistusjärjestelmän elinkaarikustannukset muodostavat kolme päätekijää: pääomakustannukset, energiakustannukset ja ylläpitokustannukset. Ylläpitokustannus on se X-tekijä, jolla voi olla suurin vaikutus elinkaarikustannuksiin, vaikka valaistusjärjestelmän käytön energiakustannukset ylittävät usein valaistuksen pääomakustannukset.Älykäs LED-ylävalovoi olla vaikea valaista monia teollisuusalueita. Valaistusjärjestelmien on vaikea selviytyä näissä vaikeissa olosuhteissa syövyttävien kemikaalien, korkean kosteuden, korkeiden lämpötilojen, merkittävän tärinän, syövyttävissä olosuhteissa ja/tai epäpuhtauden vuoksi. Vaikeasti saavutettavat katot lisäävät henkilöstökuluja ja turvallisuusongelmia rutiinihuollon tai lampun uusimisen yhteydessä.

Teollisuusvalaistuksen suunnittelussa on otettava huomioon monet tekijät ja käytettävä teollisuusvalaisimia, jotka toimivat tehokkaasti, tehokkaasti ja luotettavasti vaativissa olosuhteissa. Sisäkäyttöön tarkoitettuja teollisuusvalaisimia on kahta tyyppiä: korkeapaikka ja matala valaisin. Kun kattokorkeus tai kattoristikot ylittävät 6,1 metriä (20 jalkaa), yleisvalaistukseen käytetään korkean tilan valoja. Enintään kuusi metriä (20 jalkaa) on suurin korkeus, jolle matalan tilan valot voidaan asentaa. High Bay -valot ovat suoria valaistuslaitteita, jotka hajottavat kaiken lähettämänsä valon sen pinnan suuntaan, jota ne on tarkoitettu valaisemaan. Riittävän valaistuksen aikaansaamiseksi suurella vapaalla korkeudella ne on tyypillisesti valmistettu tuottamaan yli 10 000 lumenin valoteho säädetyssä säteessä. Matalissa valaistussovelluksissa käytettävien valaisimien hajauttamisen on yleensä oltava leveämpi optimaalisen peiton saavuttamiseksi, ja niiden valoteho on alle 10 000 lumenia. Matalat asennuskorkeutensa vuoksi matalat valaisimet vaativat tiukempaa häikäisyn hallintaa, mikä voidaan saavuttaa käyttämällä heijastimia estämään korkean kulman valoa tai prismaattisia refraktorit tai opaalihajottimet pehmentämään kirkkautta. Pään esteiden aiheuttamien varjojen valaisemiseen tai visuaalisesti vaativiin töihin sopivan valaistuksen tarjoamiseen käytetään paikallista työvalaistusta. Flood-valaisimia, jotka ovat suuntautuvia valaisimia, joissa on ohjattu valonjako, käytetään tyypillisesti ulkotuotantoalueiden valaisemiseen.

Toinen tapa luokitella teollisuusvalaisimet on tarve valaisimille, jotka soveltuvat käytettäviksi epätavallisissa ilmasto-oloissa. Äärimmäisen korkeat ympäristön lämpötilat, pakkaslämpötilat, korkea kosteus, kosteat alueet tai letku-alasasetukset, syövyttävä ympäristö ja suurten koneiden tärinä ovat kaikki haasteita, jotka heidän on kestettävä. Teollisuusvalaisimet luodaan, tutkitaan ja hyväksytään käytettäväksi alueilla, jotka on luokiteltu niiden vaaratason mukaan. Vaaralliset ympäristöt määritellään ympäristöiksi, jotka sisältävät syttyviä kaasuja tai höyryjä, palavia ja/tai sähköä johtavia pölyjä sekä helposti syttyviä kuituja ja lentäviä. Öljyä ja kaasua, kemiallisia ja petrokemian tuotteita käsittelevät laitokset, porauslaitteet, offshore-öljynporauslautat, laivojen lastaus- ja polttoaineen siirtoterminaalit, offshore- ja satamalaitokset, säiliötilat, liuotinuuttolaitokset, putkilinjan pumppausasemat, jätteen ja jäteveden käsittelylaitokset, sellu- ja paperitehtaat, laitokset, jotka valmistavat ja varastoivat jauheenvalmistuslaitoksia, ammuksia ja tulitöitä käsittelytilat ovat kaikki esimerkkejä vaarallisista paikoista.

LED-valaistus on vakiinnuttanut asemansa teollisuusvalaistusmarkkinoilla ja tullut standardiksi viimeisen kymmenen vuoden aikana. Perinteiset valaistusjärjestelmät perustuvat korkean -intensiteetin purkaukseen (HID) tai fluoresoivaan tekniikkaan, jolla on vakavia haittoja ja rajoituksia. LEDit tarjoavat suuren tehokkuuden ja luotettavan toiminnan hyödyntämällä elektroluminesenssia, joka syntyy elektronien ja puolijohteiden p-n-liitosten aktiivisen alueen reikien rekombinaatiosta. Vaikka LED-valaisimien laaja käyttö tuo jo nyt merkittäviä energiansäästöjä, on vielä runsaasti mahdollisuuksia alentaa elinkaarikustannuksia.

Lisäämällä valaistussovellustehokkuutta (LAE), joka ottaa huomioon optisen jakelun tehokkuuden, intensiteetin ja spektritehokkuuden, SSL-tekniikka voi johtaa merkittäviin ylimääräisiin energiansäästöihin. Vanhoihin valaistusjärjestelmiin verrattuna LEDien luontainen pitkäikäisyys, kipinä{1}}vapaa toiminta ja solid-state-kestävyys mahdollistavat kestävien valaistusjärjestelmien luomisen, joiden käyttöikä on paljon pidempi. Nämä järjestelmät ovat myös mekaanisesti kestävämpiä kestämään ankaria ympäristöolosuhteita ja ovat huomattavasti turvallisempia käyttää vaarallisissa paikoissa. Korkeiden ylläpitokustannusten ja teollisuuden tehtävien riippuvuuden valaistusta ympäristöstä johtuen valaistusjärjestelmien häiriötön toiminta-pitkän elinkaaren ajan on erittäin tärkeää teollisissa sovelluksissa.

led high bay fixtures

Vaikka LED-tekniikka on aina ollut toiminnan tehokkuuden eturintamassa, viimeaikainen kehitys ja innovaatiot ovat menneet yli ja pidemmälle maksimoidakseen valaistusjärjestelmien energiatehokkuuden ja luodakseen tuottavampia työtiloja. Ledien paremman ohjattavuuden hyödyntäminen, mikä erottaa tekniikan olennaisesti kilpailijoista, on näiden saavutusten perusta. LEDit ovat elektroluminesoivia laitteita, jotka kestävät jatkuvaa päälle/poiskytkentää, tarjoavat täyden himmennysalueen ja reagoivat nopeasti ja tarkasti ohjaussignaaleihin. Tällä ohjattavuusasteella LED-valotehoa voidaan automaattisesti moduloida vasteena anturin tuloille tai esiohjelmoituille algoritmeille.

LED-valaistus korkeallaon yhteensopiva kaikkien valaistuksen ohjausjärjestelmien kanssa, jotka on kehitetty täyttämään teollisuuslaitosten omistajien tai käyttäjien energianhallintavaatimukset, mukaan lukien läsnäolon havaitseminen, aikataulutus, päivänvalokorjuu, laitosten viritys, kysyntävasteet ja mukautuva kompensointi. Pelkän toiminnan tehokkuuden lisäämisen lisäksi ohjelmisto{1}}pohjainen ohjaus voi avata monia muita arvokkaita ominaisuuksia. Värisekoitusjärjestelmän spektriä ja siten sen lähettämän valon väriä voidaan säätää dynaamisesti himmentämällä jokaista LED-primäärivaloa itsenäisesti. Biologisella tasolla värin ja intensiteetin dynaaminen hallinta mahdollistaa välttämättömien hormonien tuotannon manipuloinnin positiivisten reaktioiden aikaansaamiseksi ihmisissä. Tämä teknologia edistää ihmisten-keskeisen valaistuksen (HCL) käyttöä tuottavuuden, henkisen hyvinvoinnin ja fyysisen terveyden parantamiseksi työpaikoilla.

Yksinkertaisin älyvalaistuksen tyyppi on älykäs LED-valaistus, joka perustuu upotettuun ohjelmoitavuuteen ja/tai paikalliseen tunnistukseen. Erillisten älykkäiden valaistusjärjestelmien käyttöönotto teollisuuslaitoksissa, joissa on useita valaisinasennuksia, on epäkäytännöllistä, koska kustannukset ja monimutkaisuus kasvavat kehittymisen myötä. Näissä tiloissa vaihtelevat usein visuaalisesta tehtävästä, sen suorittamiseen kuluvasta ajasta, sen suorittavasta työntekijästä ja erilaisten tehtävän ominaisuuksien merkityksestä työn suorittamisessa riippuen valon määrä (valovoimakkuus) ja sen spektrikoostumus. Piiritasolla toteutetut valaistuksen ohjaukset keskitetysti ohjatuissa valaisimissa eivät ole riittävän herkkiä tai joustavia vastaamaan erityistarpeisiin tai mukautumaan tuleviin layout- ja käyttötarkoituksen muutoksiin.

Teollisuusvalaisimien tulisi olla yhtenäisiä koko laitoksessa, jotta ne voivat toimia yhdessä säilyttäen samalla yksilöllisyytensä valaistuksen räätälöimiseksi tiettyyn tilaan. Valaistusjärjestelmien tulisi tehdä yhteistyötä ja jakaa tietoa kehittääkseen korkeamman tason kollektiivista älykkyyttä, joka tekee niistä tehokkaampia kuin ne toimisivat itsenäisesti.

Kehittyvässä ideassa älykäs teollisuusvalaistus keskittyy digitaalisen ekosysteemin rakentamiseen valojen automatisoimiseksi, tilojen parantamiseksi ja lopulta yrityksen arvon maksimoimiseksi. LED-valaistus ja älykkäiden ohjauslaitteiden digitaalinen verkottaminen ovat digitaalisen ekosysteemin avainkomponentteja. Digitaalinen verkko mahdollistaa valaistusjärjestelmien ja ohjauslaitteiden välisen viestinnän digitaalisilla binäärisanomilla eikä jännitteen muutoksiin perustuvilla ohjausdirektiiveillä, vaikka LEDien digitaalinen luonne mahdollistaa niiden helpon integroinnin elektroniikkapiireihin.

Pehmeisiin johdotuspäätteisiin perustuvat digitaaliset ohjausjärjestelmät korvaavat koviin analogisiin liittimiin perustuvat valaistuspiirit ohjausvyöhykejaon peruselementteinä. Digitaalisten ohjausjärjestelmien käyttö mahdollistaa kaksisuuntaisen-kommunikoinnin, tietokoneohjelmoinnin sekä kaavoituksen ja uudelleenvyöhykkeen toteuttamisen yksittäisiin valaisimiin tai valaisinryhmiin eri valaistuspiireissä suunnatun ohjelmiston avulla. Yksi valaisin voidaan allokoida useille vyöhykkeille erilaisten ohjaustekniikoiden toteuttamiseksi erilaisissa olosuhteissa valaisintason -digitaalisen osoitettavuuden ansiosta. Enemmän joustavuutta ja näin ollen enemmän tarkkuutta valonsiirrossa mahdollistaa kyky suunnitella ohjausvyöhyke missä tahansa mittakaavassa. Lisäksi ohjelmiston osoitteiden ansiosta tilojen uudelleenaluettaminen on helppoa muuttuvien tarpeiden mukaan. Kiinteistön toiminnan parantamiseksi ja parempien liiketoimintapäätösten tekemiseksi kaksisuuntainen viestintä mahdollistaa suorituskykytietojen, kuten energiankulutuksen ja kuljettajan tilan, keräämisen myöhempää käsittelyä varten useiden tilasto- ja optimointitekniikoiden avulla. Valaisimia voidaan liittää teollisuusautomaatiojärjestelmiin keskitettyä ohjausta ja kiinteistön{9}}laajuista tietojen jakamista varten digitaalisen verkottumisen kautta.

Teollisuusvalaisimista tulee digitaalinen valaistussolmu, jota voidaan ohjata itsenäisesti ja jota digitaalisen ekosysteemin kollektiivinen älykkyys avustaa LED-tekniikan ja digitaalisten ohjainten toimiessa yhdessä. Lämmönhallinnan, taajuusmuuttajan virransäädön, optisen ohjauksen ja mekaanisen integroinnin toisistaan riippuvaisten alijärjestelmien on toimittava yhteistyössä varmistaakseen teollisten LED-valaisimien, jotka ovat integroituja järjestelmiä, paras mahdollinen suorituskyky. LED-ohjain, joka tarjoaa tehonmuunnoksen syöttöjännitteen tai kuormituksen vaihteluiden alaisena LED-valojen ohjaamiseksi jatkuvalla tasavirtakuormalla, on yksi erityisen tärkeä osa. LED-ohjain on nyt aktiivinen komponentti, joka on olennainen älykkään valaistusjärjestelmän ohjainten tehokkaalle toteuttamiselle pelkän yksinkertaisen jatkuvan virtalähteen sijaan.

Ajovirta määrää, kuinka valaisevat LEDit käyttäytyvät. Siksi erilaisten ohjaustekniikoiden käyttöönottoa helpottaa kuljettajan suorittama kytkentä- ja himmennysohjauskäskyt. Tilanteissa, joissa monet LED-kanavat tai valaistuskerrokset edellyttävät valokontrastisuhteiden huolellista tasapainottamista, jatkuva himmennys on elintärkeä ominaisuus, joka vaaditaan saumattomien ohjausmuutosten ja vaihtelevien valaistusskenaarioiden aikaansaamiseksi. LED-ohjain suorittaa tämän tarkoituksen käyttämällä integroitua pulssi-leveysmodulaatiota (PWM) tai vakiovirran vähennyspiiriä (CCR).

Täysin toimivien älykkäiden valaistusjärjestelmien luominen on mahdollista LED-ohjaimeen sisällytettävien erilaisten vaihtoehtojen ansiosta. Rekisterinpitäjä, joka tarjoaa paikallista tietojenkäsittelyä ja päätöksentekoa,{1}}aloittaa ohjeita LED-ohjaimelle ja kommunikoi keskushallintajärjestelmän kanssa yhdyskäytävän kautta, on olennainen näille järjestelmille. Integroitua piiriä (IC) tai järjestelmä-on-sirua (SoC), jossa on mikro-ohjain ja lähetin-vastaanotin, kutsutaan valoohjaimeksi. Mikro-ohjain sisältää myös muistin, I/O:n ja keskusyksikön (CPU). Flash-muisti sisältää sulautetun ohjelmiston, joka tunnetaan usein nimellä laiteohjelmisto. Mikro-ohjain{8}}pohjaisen LED-järjestelmän ohjelmoitavan luonteen ansiosta on mahdollista lisätä älykkäitä valaistusominaisuuksia, kuten kohtausten määrittäminen, värien sekoittaminen, valovoiman ylläpito ja edistynyt ajoitus.

Älykäs teollisuusvalaistus sisältää pohjimmiltaan valaistusjärjestelmien sisällyttämisen tietokonepohjaisiin verkkoihin,{0}}jotka kehitetään esineiden Internetiä (IoT) ennakoiden. Yhteentoimivuus on mahdollista IP--pohjaisen verkon valtavassa koossa IoT:n ansiosta, mikä myös laajentaa Internet Protocol (IP) -yhteyden päätepisteisiin, joilla on rajalliset resurssit. Internet of Things (IoT) -arkkitehtuuri tarjoaa laajan valikoiman palveluita ja sovelluksia sellaisten ongelmien ratkaisemiseen, jotka ovat liian monimutkaisia hallitaviksi suljetussa verkossa.

Valaistusjärjestelmien ei tarvitse fyysisesti sijoittaa prosessointitehoa IoT-ekosysteemiin. Palvelimet ja ohjelmistot, jotka mahdollistavat pilvipalvelun, suuren-datan analytiikan, tekoälyn ja koneoppimisen, voivat olla osa pilviinfrastruktuuria. Tietojen käsittelyä, visualisointia, tallennusta ja tiedonottoa voidaan tehostaa näiden ominaisuuksien avulla. Kiinteistöoperaattorit voivat parantaa valaistuksen automaatiota ja toiminnan tehokkuutta IoT-datan käyttökelpoisten oivallusten avulla.

Kaikkea IoT-laitteiden ja IoT-sovellusten välillä koordinoi ja hallinnoi IoT-alusta. Se tarjoaa kokoelman ohjelmistoelementtejä IoT-laitteiden hallintaan, tiedonhallintaan, sovellusten kehittämiseen ja käyttöönottoon. Teollinen esineiden internet (IIoT), jonka on määrä aloittaa teollisten sovellusten uusi aikakausi, voidaan yhdistää älykkääseen teollisuusvalaistukseen.