دانش راه حل های روشنایی صنعتی هوشمند -

یک راه‌حل روشنایی صنعتی هوشمند از سیستم‌های کنترل دیجیتال، اتصال جهانی و یک استراتژی مبتنی بر پلت‌فرم{0}}برای تبدیل وسایل روشنایی صنعتی به سیستم‌های روشنایی هوشمند و قابل همکاری استفاده می‌کند. استفاده از بینش دیجیتال در کنترل روشنایی از زمان تغییر به روشنایی حالت جامد بر اساس فناوری LED محبوب تر شده است. هدف از تحول دیجیتال در بخش صنعتی، بهبود کارایی فراتر از آنچه نورپردازی LED به تنهایی می تواند فراهم کند، در عین حال ایجاد شرایط کاری ایمن، کارآمد و مولد است. امکان توسعه قابلیت‌های منحصربه‌فرد و پیاده‌سازی ویژگی‌های پیچیده با تعامل قوی که یک راه‌حل روشنایی هوشمند بین فناوری اطلاعات (IT) و فناوری عملیاتی (OT)، و همچنین بین سخت‌افزار و نرم‌افزار ایجاد می‌کند، ممکن می‌شود. به منظور جمع آوری، اشتراک گذاری، تصمیم گیری و اقدام، یک کلاس همگن از دستگاه ها و سیستم های مختلف در یک شبکه جامع ترکیب می شود. مدیریت تاسیسات صنعتی به دلیل صنعت 4.0 در آینده باید دستخوش تغییرات قابل توجهی شود. این انقلاب دیجیتال شامل روشنایی صنعتی هوشمند است.

طراحی نور برای ساختمان های صنعتی یک رویکرد منحصر به فرد است زیرا این فضاها دنیاها از هم جدا هستند. تاسیسات صنعتی به هر مکانی گفته می شود که در آن تولید یا فعالیت های مربوط به تولید اتفاق می افتد. بخش‌های خودرو، ماشین‌آلات سنگین، ماشین‌آلات عظیم، کشتی‌سازی، هواپیما، فولاد، مواد شیمیایی، پتروشیمی و داروسازی ممکن است از این امکانات سنگین تولیدی استفاده کنند. آنها همچنین ممکن است کارخانه های تولید سبکی باشند که لوازم الکترونیکی مصرفی، لوازم برقی، غذا، کاغذ، منسوجات، چرم و چوب و سایر اقلام روزمره را می سازند.

برخلاف سایر انواع زیرساخت ها، تأسیسات صنعتی طیف وسیعی از کاربردها را ارائه می دهند. این مکان‌ها طیف گسترده‌ای از وظایف، از جمله کنترل کیفیت، ذخیره‌سازی، تدارکات، تولید، ماشین‌کاری، مونتاژ، تکمیل و بسته‌بندی را انجام می‌دهند. ویژگی‌های فیزیکی و چیدمان معماری تأسیسات صنعتی بر اساس سیستم‌ها، رویه‌ها، ماشین‌آلات، خواص مواد و محصول، نیازهای تعمیر و نگهداری و نگرانی‌های ایمنی کارگران است. تأسیسات صنعتی علاوه بر زیرساخت های منحصر به فرد، محیط متنوع تری دارند، زیرا به دلیل تأثیر عناصر عمدتاً محلی مانند لرزش، دما و جو می باشد.

راه حل روشنایی یک تاسیسات صنعتی مدرن باید فراهم کردن محیطی راحت و دلپذیر را در عین به حداقل رساندن هزینه های چرخه عمر سیستم های روشنایی نصب شده فراهم کند. کاهش غیبت، خطاهای تولید کمتر، و حوادث صنعتی کمتر، همگی را می توان به یک محل کار بصری دلپذیر نسبت داد. اگر زیرساخت روشنایی آن به طور کارآمد عمل نکند، ممکن است یک شرکت در یک نقطه ضعف رقابتی قرار گیرد، حتی اگر دستیابی به دید واضح از طریق تنظیم مناسب چندین پارامتر (نور، روشنایی، یکنواختی، روشنایی، کیفیت رنگ، کنتراست، و سازگاری) ضروری باشد.

برداشت در نور روز در بسیاری از سایت‌های صنعتی ترجیح داده نمی‌شود و سیستم‌های روشنایی باید به طور مداوم اجرا شوند. مقدار لومنی که یک لامپ با ارتفاع بالا می تواند بدهد و تعداد چراغ های مورد نیاز برای پوشش کل سایت به دلیل فضاهای وسیع و سقف بلند که در سالن های تولید صنعتی رایج است، بسیار مورد نیاز است. در طول ساعات کار طولانی، تعداد زیادی از سیستم‌های روشنایی با قدرت بالا نیاز بار بسیار بالایی (کیلووات) ایجاد می‌کنند و مقدار قابل‌توجهی انرژی الکتریکی (کیلووات ساعت) مصرف می‌کنند.

سه عامل اصلی هزینه چرخه عمر سیستم روشنایی را تشکیل می دهند: هزینه های سرمایه ای، هزینه های انرژی و هزینه های نگهداری. هزینه تعمیر و نگهداری عامل X است که می تواند بیشترین تأثیر را بر هزینه چرخه عمر داشته باشد، حتی اگر هزینه انرژی راه اندازی یک سیستم روشنایی اغلب از هزینه سرمایه روشنایی فراتر رود.چراغ هوشمند LEDروشن کردن بسیاری از مناطق صنعتی دشوار است. بقای سیستم های روشنایی در این شرایط سخت به دلیل مواد شیمیایی سوزاننده، رطوبت بالا، دماهای بالا، ارتعاش قابل توجه، جو خورنده و/یا نیروی ناپاک دشوار است. سقف‌هایی که دسترسی به آن‌ها دشوار است، هزینه‌های پرسنل و مسائل ایمنی را در مورد تعمیر و نگهداری معمول یا تعویض مجدد بالا می‌برد.

طراحی روشنایی صنعتی باید طیف وسیعی از عوامل را در نظر بگیرد و از چراغ‌های صنعتی استفاده کند که به طور مؤثر، کارآمد و قابل اعتماد در محیط‌های سخت کار کنند. دو نوع لامپ صنعتی برای مصارف داخلی در نظر گرفته شده است: نورگیر بالا و پایین. هنگامی که ارتفاع سقف یا خرپاهای سقف از 6.1 متر (20 فوت) تجاوز می کند، از چراغ های بلند برای ایجاد روشنایی عمومی استفاده می شود. تا شش متر (20 فوت) حداکثر ارتفاعی است که می توان در آن چراغ های کم حاشیه نصب کرد. چراغ‌های بی‌بی بالا دستگاه‌های نورپردازی مستقیم هستند که تمام نوری را که ساطع می‌کنند در جهت سطحی که در نظر گرفته شده است پخش کنند. به منظور ارائه نور کافی در یک ارتفاع واضح بالا، آنها معمولاً برای تولید نور خروجی بیش از 10000 لومن در یک پرتو تنظیم شده ساخته می شوند. لامپ های مورد استفاده در کاربردهای نورپردازی پایین معمولاً برای پوشش مطلوب باید پراکندگی وسیع تری داشته باشند و کمتر از 10000 لومن ساطع کنند. به دلیل ارتفاع نصب کم، چراغ‌های کم حاشیه نیاز به کنترل تابش شدیدتری دارند، که می‌توان با استفاده از بازتابنده‌ها برای جلوگیری از نور با زاویه بالا یا شکست‌گرهای منشوری یا پخش‌کننده‌های عقیق برای کاهش روشنایی به دست آورد. برای روشن کردن سایه های ایجاد شده توسط موانع بالای سر یا ارائه یک نور مناسب برای مشاغل سخت بصری، از نورپردازی محلی استفاده می شود. چراغ های سیل، که چراغ های هدف گیری با توزیع نور کنترل شده هستند، معمولاً برای روشن کردن مناطق تولید در فضای باز استفاده می شوند.

نیاز به چراغ های مناسب برای استفاده در مکان هایی با شرایط آب و هوایی غیرعادی یکی دیگر از روش های طبقه بندی چراغ های صنعتی است. دمای بسیار بالای محیط، دمای انجماد، رطوبت بالا، مناطق مرطوب یا تنظیمات پایین شلنگ{1}}، جو خورنده و ارتعاشات ناشی از ماشین‌آلات بزرگ، همه چالش‌هایی هستند که آنها باید تحمل کنند. وسایل روشنایی صنعتی برای استفاده در مناطقی که بر اساس میزان خطرشان طبقه بندی می شوند، ایجاد، بررسی و تایید می شوند. محیط‌های خطرناک به محیط‌هایی گفته می‌شود که حاوی گازها یا بخارات قابل اشتعال، گرد و غبار قابل احتراق و/یا رسانا و الیاف و الیاف قابل اشتعال هستند. تاسیسات پردازش نفت و گاز، محصولات شیمیایی و پتروشیمی، دکل های حفاری، سکوهای نفتی دریایی، پایانه های بارگیری و انتقال سوخت دریایی، تاسیسات دریایی و کنار اسکله، مزارع مخازن، کارخانه های استخراج حلال، ایستگاه های پمپاژ خط لوله، تصفیه خانه های زباله و فاضلاب، کارخانه های خمیر کاغذ و کاغذ، تاسیسات تولید و ذخیره سازی پودر آتش نشانی نیروگاه ها و تأسیسات جابجایی زغال سنگ همگی نمونه هایی از مکان های خطرناک هستند.

نورپردازی LED در ده سال گذشته تسلط خود را در بازار روشنایی صنعتی تثبیت کرده و به یک استاندارد تبدیل شده است. سیستم‌های روشنایی سنتی بر-تخلیه با شدت بالا (HID) یا فن‌آوری فلورسنت تکیه دارند که دارای اشکالات و محدودیت‌های جدی هستند. ال ای دی ها با استفاده از الکترولومینسانس تولید شده از نوترکیب بین الکترون ها و حفره ها در ناحیه فعال در اتصالات p{3}}n نیمه هادی، کارایی عالی و عملکرد قابل اعتمادی را ارائه می دهند. اگرچه در حال حاضر صرفه جویی قابل توجهی در مصرف انرژی از طریق استفاده گسترده از چراغ های LED وجود دارد، هنوز فرصت های زیادی برای کاهش هزینه های چرخه عمر وجود دارد.

با افزایش کارایی کاربرد روشنایی (LAE)، که بازده انتقال نوری، شدت و کارایی طیف را در نظر می گیرد، فناوری SSL می تواند منجر به صرفه جویی قابل توجهی در مصرف انرژی شود. در مقایسه با سیستم‌های روشنایی قدیمی، طول عمر ذاتی ال‌ای‌دی‌ها، عملکرد بدون جرقه-و دوام حالت جامد امکان ایجاد سیستم‌های روشنایی قوی با طول عمر بسیار طولانی‌تر را فراهم می‌کند. این سیستم ها همچنین از نظر مکانیکی قوی تر برای مقاومت در برابر شرایط محیطی سخت هستند و به طور قابل توجهی برای استفاده در مکان های خطرناک ایمن تر هستند. با توجه به هزینه های بالای نگهداری و اتکای وظایف صنعتی به محیط روشن، عدم کارکرد بدون مشکل{4}}سیستم های روشنایی در طول یک چرخه عمر طولانی در کاربردهای صنعتی بسیار مهم است.

led high bay fixtures

اگرچه فناوری LED همیشه در خط مقدم کارایی عملیاتی بوده است، پیشرفت‌ها و نوآوری‌های اخیر برای به حداکثر رساندن بهره‌وری انرژی سیستم‌های روشنایی و ایجاد فضاهای کاری پربازده فراتر رفته است. استفاده از قابلیت کنترل بهتر LED ها، که اساساً این فناوری را از رقبای خود متمایز می کند، اساس این دستاوردها است. ال‌ای‌دی‌ها دستگاه‌های الکترولومینسانس هستند که می‌توانند روشن/خاموش مداوم را تحمل کنند، کم‌نور کردن دامنه کامل را ارائه می‌دهند و به سرعت و دقت به سیگنال‌های کنترل واکنش نشان می‌دهند. با این درجه از قابلیت کنترل، خروجی نور LED را می توان به طور خودکار در پاسخ به ورودی های سنسور یا الگوریتم های از پیش برنامه ریزی شده مدوله کرد.

نورپردازی LED بالاسازگار با تمام سیستم های کنترل روشنایی است که برای برآوردن نیازهای مدیریت انرژی صاحبان یا اپراتورهای تاسیسات صنعتی، از جمله تشخیص اشغال، برنامه ریزی زمانی، برداشت نور روز، تنظیم سازمانی، پاسخ های تقاضا، و جبران تطبیقی، سازگار است. فراتر از صرفاً افزایش کارایی عملیاتی، کنترل مبتنی بر نرم‌افزار{1}}می‌تواند بسیاری از ویژگی‌های ارزشمند دیگر را باز کند. طیف سیستم اختلاط رنگ و در نتیجه، رنگ نوری که ساطع می‌کند را می‌توان با کم‌نور کردن هر LED اصلی به صورت پویا تنظیم کرد. در سطح بیولوژیکی، مدیریت پویا رنگ و شدت امکان دستکاری در تولید هورمون های ضروری را برای ایجاد واکنش های مثبت در انسان فراهم می کند. استفاده از نورپردازی انسان محور (HCL) برای بهبود بهره وری، سلامت روانی و سلامت جسمانی در محیط کار توسط این فناوری به پیش می رود.

ساده ترین نوع روشنایی هوشمند، روشنایی LED هوشمند مبتنی بر قابلیت برنامه ریزی تعبیه شده و/یا حسگر موضعی است. استقرار سیستم‌های روشنایی هوشمند مستقل در تأسیسات صنعتی با نصب تجهیزات متعدد به دلیل هزینه و پیچیدگی که با پیچیدگی افزایش می‌یابد، غیرعملی است. بسته به کار بصری، زمان لازم برای تکمیل آن، کارگر در حال اجرای آن و اهمیت ویژگی های مختلف کار در تکمیل کار، میزان نور (روشنایی) و ترکیب طیفی آن اغلب در این امکانات تغییر می کند. کنترل‌های روشنایی که در سطح مدار در چراغ‌های کنترل‌شده مرکزی اجرا می‌شوند، به اندازه کافی پاسخگو یا انعطاف‌پذیر نیستند تا نیازهای خاص را برآورده کنند یا با تغییرات طرح و هدف آینده سازگار شوند.

لامپ های صنعتی باید در سرتاسر تاسیسات یکپارچه باشند تا بتوانند با هم کار کنند و در عین حال فردیت را برای سفارشی کردن نور برای یک فضای خاص حفظ کنند. سیستم‌های نورپردازی باید با هم همکاری کرده و دانش را به اشتراک بگذارند تا سطح بیشتری از هوش جمعی را توسعه دهند که آنها را نسبت به زمانی که مستقل عمل می‌کردند، توانمندتر می‌کرد.

یک ایده در حال توسعه، روشنایی صنعتی هوشمند بر ساخت یک اکوسیستم دیجیتال برای خودکارسازی نورها، بهبود فضاها و در نهایت به حداکثر رساندن ارزش یک شرکت متمرکز است. روشنایی LED و شبکه دیجیتالی دستگاه های کنترل هوشمند اجزای اصلی اکوسیستم دیجیتال هستند. شبکه‌های دیجیتال ارتباط بین سیستم‌های روشنایی و دستگاه‌های کنترل را با استفاده از پیام‌های باینری دیجیتال به جای دستورالعمل‌های کنترلی بر اساس تغییرات ولتاژ امکان‌پذیر می‌سازد، حتی اگر ماهیت دیجیتال LED‌ها یکپارچگی آسان آنها را با مدارهای الکترونیکی امکان‌پذیر کند.

سیستم های کنترل دیجیتال مبتنی بر پایانه های سیم کشی نرم جایگزین مدارهای روشنایی مبتنی بر پایانه های آنالوگ سخت به عنوان بلوک های ساختمانی اساسی منطقه بندی کنترل می شوند. ارتباط دو طرفه، برنامه‌نویسی رایانه‌ای، و اجرای منطقه‌بندی و منطقه‌بندی مجدد از طریق نرم‌افزاری که به تک تک چراغ‌ها یا گروه‌هایی از لامپ‌ها در مدارهای مختلف روشنایی هدایت می‌شود، همگی با استفاده از سیستم‌های کنترل دیجیتال امکان‌پذیر می‌شوند. به لطف آدرس‌پذیری دیجیتال در سطح چراغ، می‌توان یک چراغ را به مناطق زیادی اختصاص داد تا تکنیک‌های کنترلی مختلف را تحت شرایط مختلف پیاده‌سازی کند. انعطاف بیشتر و در نتیجه دقت بیشتر در تحویل نور با ظرفیت طراحی یک منطقه کنترل در هر مقیاسی امکان پذیر است. علاوه بر این، آدرس‌دهی نرم‌افزاری، تغییر فضاها را برای پاسخگویی به نیازهای در حال تغییر آسان می‌کند. به منظور بهبود عملیات تاسیسات و اتخاذ تصمیمات تجاری بهتر، ارتباطات دو طرفه{7}}مجموعه داده‌های عملکرد، مانند مصرف انرژی و وضعیت راننده را برای پردازش بعدی با استفاده از انواع تکنیک‌های آماری و بهینه‌سازی ممکن می‌سازد. وسایل روشنایی را می توان در سیستم های اتوماسیون صنعتی برای کنترل متمرکز و تسهیلات{9}}اشتراک گذاری گسترده داده از طریق شبکه های دیجیتال گنجانید.

یک لامپ صنعتی به یک گره روشنایی دیجیتال تبدیل می شود که ممکن است به طور مستقل توسط هوش جمعی اکوسیستم دیجیتال کنترل شود و زمانی که فناوری LED و کنترل های دیجیتال با هم کار می کنند. زیرسیستم‌های وابسته به هم برای مدیریت حرارتی، تنظیم جریان درایو، کنترل نوری و یکپارچه‌سازی مکانیکی باید برای تضمین بهترین عملکرد ممکن از چراغ‌های LED صنعتی، که سیستم‌های یکپارچه هستند، همکاری کنند. درایور LED، که تبدیل برق را تحت ولتاژ منبع تغذیه یا نوسانات بار برای هدایت LED ها با بار ثابت DC ارائه می دهد، یکی از قطعات تشکیل دهنده است که به ویژه بسیار مهم است. درایور LED اکنون یک جزء فعال است که برای اجرای موثر کنترل‌ها در یک سیستم روشنایی هوشمند به جای یک منبع برق جریان ثابت ساده ضروری است.

جریان محرک نحوه عملکرد LED های درخشان را تعیین می کند. بنابراین، استقرار تکنیک های مختلف کنترل با اجرای دستورات کنترل سوئیچینگ و کم نور توسط راننده آسان تر می شود. در شرایطی که بسیاری از کانال‌های LED یا لایه‌های روشنایی نیاز به متعادل کردن دقیق نسبت‌های کنتراست نوری دارند، کاهش نور مداوم یک قابلیت حیاتی است که برای ایجاد تغییرات کنترل یکپارچه و سناریوهای روشنایی متغیر لازم است. با استفاده از مدولاسیون عرض پالس یکپارچه (PWM) یا مدار کاهش جریان ثابت (CCR)، درایور LED این هدف را انجام می دهد.

ایجاد سیستم‌های روشنایی هوشمند کاملاً کاربردی با گزینه‌های متنوعی که ممکن است در درایور LED گنجانده شود امکان‌پذیر است. کنترل‌کننده‌ای که پردازش و تصمیم‌گیری محلی را ارائه می‌دهد، دستورالعمل‌هایی را برای درایور LED ایجاد می‌کند و از طریق یک دروازه با یک سیستم مدیریت مرکزی ارتباط برقرار می‌کند، برای این سیستم‌ها ضروری است. یک مدار مجتمع (IC) یا سیستم{3}}روی-تراشه (SoC) با میکروکنترلر و فرستنده گیرنده روی برد، کنترل کننده نور نامیده می شود. میکروکنترلر همچنین دارای حافظه، I/O و یک واحد پردازش مرکزی (CPU) است. فلش مموری حاوی نرم افزار تعبیه شده است که اغلب به عنوان سیستم عامل شناخته می شود. ماهیت قابل برنامه ریزی سیستم LED مبتنی بر میکروکنترلر، اضافه کردن ویژگی های روشنایی هوشمند مانند تنظیم صحنه، ترکیب رنگ، کاهش نگهداری لومن، و زمان بندی پیشرفته را ممکن می سازد.

اساساً، روشنایی صنعتی هوشمند شامل ادغام سیستم‌های روشنایی در شبکه‌های مبتنی بر رایانه{0}}است که با پیش‌بینی اینترنت اشیا (IoT) در حال توسعه هستند. قابلیت همکاری در اندازه عظیم شبکه مبتنی بر IP توسط IoT ممکن شده است، که همچنین اتصال پروتکل اینترنت (IP) را به نقاط پایانی با منابع محدود گسترش می‌دهد. معماری اینترنت اشیا (IoT) طیف گسترده ای از خدمات و برنامه های کاربردی را برای حل مشکلاتی ارائه می دهد که برای مدیریت در یک شبکه بسته بسیار پیچیده هستند.

لازم نیست که سیستم های روشنایی قدرت پردازش را در اکوسیستم اینترنت اشیا به صورت فیزیکی در خود جای دهند. سرورها و نرم‌افزارهایی که محاسبات ابری، تجزیه و تحلیل داده‌های بزرگ، هوش مصنوعی و یادگیری ماشین را فعال می‌کنند، ممکن است بخشی از زیرساخت ابری باشند. پردازش داده ها، تجسم داده ها، ذخیره سازی داده ها و دریافت داده ها همگی با کمک این ویژگی ها کارآمدتر می شوند. اپراتورهای تأسیسات ممکن است اتوماسیون روشنایی و کارایی عملیاتی را با کمک بینش‌های عملی از داده‌های اینترنت اشیا بهبود بخشند.

همه چیز بین دستگاه های اینترنت اشیا و برنامه های اینترنت اشیا توسط یک پلت فرم اینترنت اشیا هماهنگ و مدیریت می شود. مجموعه ای از عناصر نرم افزاری را برای مدیریت دستگاه اینترنت اشیا، مدیریت داده ها، توسعه اپلیکیشن و فعال سازی ارائه می دهد. اینترنت صنعتی اشیا (IIoT)، که قرار است عصر جدیدی از کاربردهای صنعتی را آغاز کند، ممکن است به روشنایی صنعتی هوشمند متصل شود.