פתרונות תאורה תעשייתיים חכמים

פתרון תאורה תעשייתית חכמה משתמש במערכות בקרה דיגיטליות, קישוריות אוניברסלית ואסטרטגיה מבוססת-פלטפורמה להפיכת גופי תאורה תעשייתיים למערכות תאורה חכמות ובעלות פעולה הדדית. השימוש בתובנות דיגיטליות בבקרת תאורה הופך לפופולרי יותר מאז המעבר לתאורת מצב מוצק המבוססת על טכנולוגיית LED. מטרת הטרנספורמציה הדיגיטלית במגזר התעשייתי היא לשפר את היעילות מעבר למה שתאורת LED לבדה יכולה לספק תוך יצירת תנאי עבודה בטוחים, יעילים ופרודוקטיביים. האפשרות לפתח יכולות ייחודיות וליישם תכונות מתוחכמות מתאפשרת הודות לאינטראקציה החזקה שיוצר פתרון תאורה חכמה בין טכנולוגיית מידע (IT) לטכנולוגיה תפעולית (OT), כמו גם בין חומרה לתוכנה. על מנת לאסוף, לשתף, להחליט ולפעול, מחלקה הומוגנית של מכשירים ומערכות שונות משולבת לרשת מקיפה. ניהול מתקנים תעשייתיים יצטרך לעבור שינוי משמעותי בעתיד עקב Industry 4.0. המהפכה הדיגיטלית הזו כוללת תאורה תעשייתית חכמה.

עיצוב התאורה למבני תעשייה הוא גישה ייחודית מכיוון שהחללים הללו הם עולמות בנפרד. מתקנים תעשייתיים הם כל מיקום שבו מתרחשות ייצור או פעילויות הקשורות לייצור. מגזרי הרכב, המכונות הכבדות, כלי המכונות הענקיים, בניית הספינות, המטוסים, הפלדה, הכימיקלים, הפטרוכימיה והתרופות עשויים להשתמש במתקני הייצור הכבדים הללו. הם עשויים להיות גם מפעלי ייצור קל המייצרים מוצרי אלקטרוניקה, מכשירי חשמל, מזון, נייר, טקסטיל, עור ועץ, בין שאר פריטי היומיום.

בניגוד לסוגי תשתיות אחרים, מתקנים תעשייתיים מציעים מגוון רחב של שימושים. מיקומים אלו מטפלים במגוון רחב של משימות, לרבות בקרת איכות, אחסון, לוגיסטיקה, ייצור, עיבוד שבבי, הרכבה, גימור ואריזה. התכונות הפיזיות והפריסה הארכיטקטונית של מתקנים תעשייתיים מבוססים על המערכות הספציפיות, הנהלים, המכונות, תכונות החומר והמוצר, צרכי התחזוקה והדאגות לבטיחות העובדים שלהם. למתקנים תעשייתיים יש סביבה מגוונת יותר בנוסף לתשתית ייחודית בגלל ההשפעה של אלמנטים מקומיים בעיקר כמו רטט, טמפרטורה ואווירה.

פתרון התאורה של מתקן תעשייתי מודרני אמור לאפשר מתן סביבה נוחה ונעימה תוך מזעור עלויות מחזור החיים של מערכות התאורה המותקנות. היעדרויות מופחתות, פחות טעויות ייצור ופחות תאונות תעשייתיות יכולות להיות מיוחסות למקום עבודה נעים מבחינה ויזואלית. חברה עלולה להיקלע לחסרון תחרותי אם תשתית התאורה שלה אינה פועלת ביעילות, גם אם חיוני להשיג נראות ברורה באמצעות ויסות מתאים של מספר פרמטרים (סנוור, בהירות, אחידות, עוצמת הארה, איכות צבע, ניגודיות והתאמה).

קצירת אור יום אינה מועדפת באתרי תעשייה רבים, ומערכות התאורה חייבות לפעול באופן רציף. כמות הלומנים שגוף תאורה גבוה יכול לתת ומספר גופי התאורה הדרושים לכיסוי כל האתר נדרשים מאוד על ידי חללי התקרה הנרחבים והגבוהים הנפוצים באולמות ייצור תעשייתיים. במשך שעות פעילות ממושכות, המספר העצום של מערכות תאורה בהספק גבוה מייצר דרישת עומס גבוהה מאוד (kW) וצורכת כמות ניכרת של חשמל (kWh).

שלושה גורמים עיקריים מרכיבים את עלות מחזור החיים של מערכת תאורה: הוצאות הון, עלויות אנרגיה ועלויות תחזוקה. עלות התחזוקה היא גורם ה-X שיכול להיות בעל ההשפעה הגדולה ביותר על עלות מחזור החיים, גם אם עלות האנרגיה של הפעלת מערכת תאורה עולה לעיתים קרובות על העלות ההונית של התאורה.אור LED חכם למפרץ גבוהיכול להיות קשה להאיר אזורי תעשייה רבים. קשה למערכות התאורה לשרוד בתנאים קשים אלה בגלל הכימיקלים המאכלים, לחות גבוהה, טמפרטורות גבוהות, רעידות משמעותיות, אטמוספרות קורוזיביות ו/או כוח לא נקי. תקרות שקשה להגיע אליהן מעלות הוצאות כוח אדם ובעיות בטיחות בכל הנוגע לתחזוקה שוטפת או חידוש מנורות.

העיצוב של תאורה תעשייתית חייב לקחת בחשבון מגוון רחב של גורמים ולהשתמש בגופי תאורה תעשייתיים המתפקדים ביעילות, ביעילות ובאמינות במסגרות תובעניות. ישנם שני סוגים של גופי תאורה תעשייתיים המיועדים לשימוש פנימי: גבוה מפרץ ונמוך ביי. כאשר גובה התקרה או מסבכי הגג עולים על 6.1 מטר (20 רגל), אורות מפרץ גבוהים משמשים כדי להעניק תאורה כללית. עד שישה מטרים (20 רגל) הוא הגובה המרבי שבו ניתן להתקין אורות מפרץ נמוך. אורות גבוהים הם מכשירי תאורה ישירה המפזרים את כל האור שהם פולטים לכיוון המשטח שהם נועדו להאיר. על מנת לספק תאורה מספקת על פני גובה ברור גבוה, הם עשויים בדרך כלל לייצר תפוקת אור של יותר מ-10,000 לומן בקרן מווסתת. גופי התאורה המשמשים ביישומי תאורה נמוכים בדרך כלל צריכים להיות בעלי פיזור רחב יותר לכיסוי מיטבי ולפלוט פחות מ-10,000 לומן. בגלל גבהי ההרכבה הנמוכים שלהם, אורות מפרץ נמוכים דורשים בקרת סנוור הדוקה יותר, שניתן להשיג על ידי שימוש ברפלקטורים לחסימת אור זווית גבוהה או רפרקטורים מנסרים או מפזרים אופלים כדי לרכך את הבהירות. כדי להאיר צללים שנוצרו כתוצאה ממכשולים מעל הראש או להציע תאורה המתאימה לעבודות תובעניות חזותית, נעשה שימוש בתאורת משימות מקומית. אורות הצפה, שהם גופי תאורה ניתנים לכיוון עם הפצות אור מבוקרות, משמשים בדרך כלל להארת אזורי ייצור חיצוניים.

הצורך בגופי תאורה המתאימים לשימוש במקומות עם תנאי אקלים חריגים הוא דרך נוספת שמסווגים גופי תאורה תעשייתיים. טמפרטורות סביבה גבוהות במיוחד, טמפרטורות קפואות, לחות גבוהה, אזורים לחים או הגדרות של -צנרת, אטמוספרות קורוזיביות ורעידות ממכונות גדולות הם כולם אתגרים שהם חייבים לעמוד בהם. גופי תאורה תעשייתיים נוצרים, נבדקים ומאושרים לשימוש באזורים המסווגים לפי רמת הסכנה שלהם. סביבות מסוכנות מוגדרות ככאלה המכילות גזים או אדים דליקים, אבק בעירה ו/או מוליך, וסיבים ועפים דליקים בקלות. מתקנים המעבדים נפט וגז, מוצרים כימיים ופטרוכימיים, אסדות קידוח, פלטפורמות נפט ימיות, מסופי טעינה והעברת דלק ימיים, מתקנים ימיים ורציפים, חוות מיכלים, מפעלי מיצוי ממסים, תחנות שאיבה בצנרת, מתקני טיהור פסולת וביוב, מפעלי עיסת נייר, מתקנים המייצרים ומאחסנים תחמושת וזיקוקי דינור, כל מתקני טיפול באבקה וזיקוקי דינור, מתקני טיפול באבקה ובקבוקי פחם. של מקומות מסוכנים.

תאורת לד ביססה את שליטתה בשוק התאורה התעשייתית והפכה לסטנדרט בעשר השנים האחרונות. מערכות תאורה מסורתיות מסתמכות על-פריקה בעוצמה גבוהה (HID) או טכנולוגיית פלורסנט, שיש להן חסרונות והגבלות חמורות. נוריות LED מציעות יעילות רבה ותפעול מהימן על ידי ניצול אלקטרולומינצנציית שנוצרת על ידי ריקומבינציה בין אלקטרונים וחורים באזור הפעיל בתוך צומת ה-p-n של המוליכים למחצה. למרות שכבר יש חיסכון משמעותי באנרגיה מהשימוש הנרחב של גופי תאורה LED, עדיין יש המון סיכויים להפחית את עלויות מחזור החיים.

על ידי הגדלת יעילות יישום התאורה (LAE), אשר לוקחת בחשבון את יעילות האספקה האופטית, העוצמה ויעילות הספקטרום, טכנולוגיית SSL יכולה להביא לחיסכון משמעותי באנרגיה. בהשוואה למערכות תאורה מדור קודם, אורך החיים המובנה של נוריות ה-LED, הפעולה החופשית-הניצוץ ועמידות המצב המוצק מאפשרים יצירת מערכות תאורה חזקות עם תוחלת חיים ארוכה בהרבה. מערכות אלו גם חזקות יותר מבחינה מכנית כדי לעמוד בתנאי סביבה קשים והן בטוחות יותר באופן משמעותי לשימוש במקומות מסוכנים. בשל עלויות התחזוקה הגבוהות וההסתמכות של משימות תעשייתיות על הסביבה המוארת, התפקוד -החופשי של מערכות תאורה לאורך מחזור חיים ארוך הוא חיוני ביישומים תעשייתיים.

led high bay fixtures

למרות שטכנולוגיית LED תמיד הייתה בחזית היעילות התפעולית, הפיתוחים והחידושים האחרונים עברו מעל ומעבר כדי למקסם את היעילות האנרגטית של מערכות התאורה וליצור סביבות עבודה פרודוקטיביות יותר. ניצול יכולת השליטה הטובה יותר של נוריות LED, וזה מה שמבדיל את הטכנולוגיה מהמתחרות שלה, הוא הבסיס להישגים אלה. נוריות LED הן התקני אלקטרו-לומינסצנטי שיכולים לעמוד במיתוג הפעלה/כיבוי מתמשך, מציעים עמעום טווח מלא, ומגיבים במהירות ובדייקנות לאותות בקרה. עם מידת שליטה זו, ניתן לשנות את פלט אור LED באופן אוטומטי בתגובה לכניסות חיישנים או אלגוריתמים מתוכנתים מראש.

תאורת LED גבוהה מפרץתואם לכל מערכות בקרת התאורה שפותחו כדי לעמוד בדרישות ניהול האנרגיה של בעלי או מפעילי מתקן תעשייתי, כולל זיהוי תפוסה, תזמון זמן, קצירת אור יום, כוונון מוסדי, תגובות דרישה ותגמול מותאם. מעבר להגדלת היעילות התפעולית בלבד, בקרה מבוססת תוכנה-יכולה לפתוח מגוון תכונות חשובות אחרות. ניתן לכוונן את הספקטרום של מערכת ערבוב צבעים, וכתוצאה מכך, את צבע האור שהיא פולטת על ידי עמעום עצמאי של כל LED ראשי. ברמה הביולוגית, ניהול דינמי של צבע ועוצמה מאפשר מניפולציה של ייצור הורמונים חיוניים כדי לעורר תגובות חיוביות בבני אדם. השימוש בתאורה ממוקדת-אנושית (HCL) לשיפור הפרודוקטיביות, הבריאות הנפשית והבריאות הפיזית במקום העבודה מונע על ידי טכנולוגיה זו.

הסוג הפשוט ביותר של תאורה חכמה הוא תאורת LED חכמה המבוססת על יכולת תכנות משובצת ו/או חישה מקומית. פריסת מערכות תאורה חכמות עצמאיות במתקנים תעשייתיים עם התקנות מתקנים רבים אינה מעשית בשל העלות והמורכבות שגדלות עם התחכום. בהתאם למשימה החזותית, הזמן הנדרש להשלמתה, העובד המבצע אותה ומשמעות מאפייני המשימה השונים בהשלמת העבודה, כמות האור (הארה) והרכבו הספקטרלי משתנים תדיר במתקנים אלו. בקרות תאורה המיושמות ברמת המעגל בגופי תאורה בשליטה מרכזית אינם מגיבים או גמישים מספיק כדי לענות על צרכים ספציפיים או להסתגל לשינויים עתידיים בפריסה ובמטרה.

גופי תאורה תעשייתיים צריכים להיות מאוחדים בכל המתקן, כך שהם יכולים לעבוד יחד תוך שמירה על האינדיבידואליות להתאמה אישית של תאורה לחלל מסוים. מערכות תאורה צריכות לשתף פעולה ולחלוק ידע על מנת לפתח רמה גבוהה יותר של אינטליגנציה קולקטיבית שהופכת אותן ליכולות יותר ממה שהן היו פועלות באופן עצמאי.

רעיון מתפתח, תאורה תעשייתית חכמה מתמקדת בבניית מערכת אקולוגית דיגיטלית לאוטומציה של אורות, שיפור חללים ובסופו של דבר למקסם את הערך של החברה. תאורת LED ורשת דיגיטלית של התקני בקרה חכמים הם מרכיבי מפתח של המערכת האקולוגית הדיגיטלית. רשת דיגיטלית מאפשרת תקשורת בין מערכות תאורה והתקני בקרה באמצעות מסרים בינאריים דיגיטליים במקום הנחיות בקרה המבוססות על שינויי מתח, גם אם הטבע הדיגיטלי של נוריות ה-LED מאפשר שילוב קל שלהם עם מעגלים אלקטרוניים.

מערכות בקרה דיגיטליות המבוססות על סיומי חיווט רכים מחליפות מעגלי תאורה המבוססים על סיומים אנלוגיים קשיחים כאבני היסוד של אזורי הבקרה. תקשורת דו--ת, תכנות מחשבים והטמעה של ייעוד ושינוי ייעוד באמצעות תוכנה המכוונת לגופי תאורה בודדים או לקבוצות של גופי תאורה על פני מעגלי תאורה שונים, כולם מתאפשרים הודות לשימוש במערכות בקרה דיגיטליות. ניתן להקצות גוף תאורה בודד לאזורים רבים כדי ליישם טכניקות בקרה שונות בתנאים שונים הודות ליכולת כתובת דיגיטלית ברמת -תאורה. גמישות רבה יותר, וכתוצאה מכך, דיוק רב יותר באספקת האור מתאפשרים בזכות היכולת לתכנן אזור בקרה בכל קנה מידה. בנוסף, התייחסות תוכנה מאפשרת לשנות את ייעוד החללים בקלות כדי להתאים לצרכים המשתנים. על מנת לשפר את תפעול המתקן ולקבל החלטות עסקיות טובות יותר, תקשורת דו-כיוונית-מאפשרת איסוף של נתוני ביצועים, כגון צריכת אנרגיה ומצב נהג, לעיבוד מאוחר יותר באמצעות מגוון טכניקות סטטיסטיות ואופטימיזציה. ניתן לשלב גופי תאורה במערכות אוטומציה תעשייתיות עבור בקרה מרכזית ושיתוף נתונים רחב של מתקנים באמצעות רשתות דיגיטליות.

גוף תאורה תעשייתי הופך לצומת תאורה דיגיטלית שעשוי להיות נשלט באופן עצמאי ולהיעזר באינטליגנציה הקולקטיבית של המערכת האקולוגית הדיגיטלית כאשר טכנולוגיית LED ובקרות דיגיטליות פועלות יחדיו. מערכות המשנה התלויות הדדית לניהול תרמי, ויסות זרם כונן, בקרה אופטית ואינטגרציה מכנית חייבות לשתף פעולה כדי להבטיח את הביצועים הטובים ביותר האפשריים מגורי LED תעשייתיים, שהם מערכות משולבות. מנהל ה-LED, המציע המרת הספק תחת מתח אספקה או תנודות עומס כדי להניע את נוריות ה-LED עם עומס קבוע של כוח DC, הוא אחד החלקים המרכיבים שהוא חיוני במיוחד. דרייבר ה-LED הוא כעת רכיב פעיל החיוני ליישום יעיל של בקרות במערכת תאורה חכמה ולא רק מקור כוח ישיר של זרם קבוע.

זרם הנהיגה קובע כיצד נוריות LED זוהרות מתנהגות. לכן, פריסת טכניקות בקרה שונות קלה יותר על ידי ביצוע פקודות בקרה מיתוג ועמעום על ידי הנהג. במצבים בהם ערוצי LED רבים או שכבות תאורה מחייבים איזון קפדני של יחסי ניגודיות זוהרים, עמעום מתמשך הוא יכולת חיונית הנדרשת כדי לספק שינויי שליטה חלקים ותרחישי תאורה משתנים. באמצעות מעגלים משולבים של אפנון רוחב (PWM) או הפחתת זרם קבוע (CCR), מנהל התקן LED מבצע מטרה זו.

יצירת מערכות תאורה חכמות מתפקדות במלואן מתאפשרת הודות למגוון האפשרויות העשויות להשתלב בדרייבר לד. הבקר, המציע עיבוד נתונים מקומיים וקבלת החלטות-, מייצר הנחיות עבור מנהל התקן LED ומתקשר עם מערכת ניהול מרכזית באמצעות שער, חיוני למערכות אלו. מעגל משולב (IC) או מערכת-על-שבב (SoC) עם מיקרו-בקר ומקלט משדר על הסיפון נקרא בקר אור. המיקרו-בקר משלב גם זיכרון, I/O ויחידת עיבוד מרכזית (CPU). זיכרון הפלאש מכיל תוכנה משובצת, המכונה לעתים קרובות קושחה. האופי הניתן לתכנות של מערכת LED מבוססת-מיקרו-בקר מאפשר להוסיף תכונות תאורה חכמות כמו הגדרת סצנה, ערבוב צבעים, הפחתת תחזוקת לומן ותזמון מתקדם.

ביסודו של דבר, תאורה תעשייתית חכמה כוללת שילוב מערכות תאורה ברשתות מבוססות-מחשבים המתפתחות בציפייה לאינטרנט של הדברים (IoT). יכולת פעולה הדדית מתאפשרת בגודל העצום של הרשת מבוססת ה-IP- על ידי IoT, שגם מרחיבה את קישוריות פרוטוקול האינטרנט (IP) לנקודות קצה עם משאבים מוגבלים. ארכיטקטורת האינטרנט של הדברים (IoT) מספקת מגוון רחב של שירותים ויישומים לפתרון בעיות מורכבות מדי לניהול ברשת סגורה.

אין צורך שמערכות התאורה יכללו פיזית את כוח העיבוד בתוך מערכת ה-IoT האקולוגית. שרתים ותוכנות המאפשרים מחשוב ענן, ניתוח נתונים גדול-, בינה מלאכותית ולמידת מכונה עשויים להיות חלק מתשתית הענן. עיבוד נתונים, הדמיית נתונים, אחסון נתונים וצריכת נתונים יכולים להתייעל בעזרת תכונות אלה. מפעילי מתקנים עשויים לשפר אוטומציה של תאורה ויעילות תפעולית בעזרת תובנות ניתנות לפעולה מנתוני IoT.

הכל בין מכשירי IoT לאפליקציות IoT מתואם ומנוהל על ידי פלטפורמת IoT. הוא מציע אוסף של רכיבי תוכנה לניהול מכשירי IoT, ניהול נתונים, פיתוח יישומים והפעלה. האינטרנט התעשייתי של הדברים (IIoT), שאמור לפתח עידן חדש של יישומים תעשייתיים, עשוי להיות מחובר לתאורה תעשייתית חכמה.