Giải pháp chiếu sáng công nghiệp thông minh

Giải pháp chiếu sáng công nghiệp thông minh sử dụng hệ thống điều khiển kỹ thuật số, kết nối phổ quát và chiến lược dựa trên nền tảng{0}} để biến các thiết bị chiếu sáng công nghiệp thành hệ thống chiếu sáng thông minh, có thể tương tác. Việc sử dụng hiểu biết kỹ thuật số trong điều khiển ánh sáng đang trở nên phổ biến hơn kể từ khi chuyển sang chiếu sáng trạng thái rắn dựa trên công nghệ LED. Mục tiêu của chuyển đổi kỹ thuật số trong lĩnh vực công nghiệp là nâng cao hiệu quả vượt xa những gì chỉ riêng đèn LED có thể cung cấp, đồng thời thiết lập các điều kiện làm việc an toàn, hiệu quả và năng suất. Khả năng phát triển các khả năng độc đáo và triển khai các tính năng phức tạp có thể thực hiện được nhờ sự tương tác mạnh mẽ mà giải pháp chiếu sáng thông minh thiết lập giữa công nghệ thông tin (IT) và công nghệ vận hành (OT), cũng như giữa phần cứng và phần mềm. Để thu thập, chia sẻ, quyết định và hành động, một lớp đồng nhất gồm nhiều thiết bị và hệ thống khác nhau được kết hợp thành một mạng toàn diện. Việc quản lý các cơ sở công nghiệp sẽ cần phải trải qua một sự thay đổi đáng kể trong tương lai do Công nghiệp 4.0. Cuộc cách mạng kỹ thuật số này bao gồm chiếu sáng công nghiệp thông minh.

Thiết kế chiếu sáng cho các tòa nhà công nghiệp là một cách tiếp cận độc đáo vì những không gian này cách xa nhau. Cơ sở công nghiệp là bất kỳ địa điểm nào diễn ra hoạt động sản xuất hoặc liên quan đến sản xuất. Các ngành ô tô, máy móc hạng nặng, máy công cụ khổng lồ, đóng tàu, máy bay, thép, hóa chất, hóa dầu và dược phẩm có thể sử dụng các cơ sở sản xuất nặng này. Chúng cũng có thể là những nhà máy sản xuất nhẹ sản xuất đồ điện tử tiêu dùng, thiết bị điện, thực phẩm, giấy, dệt may, da và gỗ, cùng các mặt hàng hàng ngày khác.

Không giống như các loại cơ sở hạ tầng khác, các cơ sở công nghiệp có nhiều mục đích sử dụng. Những địa điểm này xử lý nhiều nhiệm vụ khác nhau, bao gồm kiểm soát chất lượng, lưu trữ, hậu cần, sản xuất, gia công, lắp ráp, hoàn thiện và đóng gói. Các thuộc tính vật lý và cách bố trí kiến trúc của các cơ sở công nghiệp dựa trên các hệ thống, quy trình, máy móc, đặc tính vật liệu và sản phẩm cụ thể, nhu cầu bảo trì và mối quan tâm về an toàn của người lao động. Các cơ sở công nghiệp có môi trường đa dạng hơn bên cạnh cơ sở hạ tầng độc đáo do ảnh hưởng của các yếu tố địa phương chủ yếu như độ rung, nhiệt độ và không khí.

Giải pháp chiếu sáng của cơ sở công nghiệp hiện đại phải mang lại môi trường thoải mái và dễ chịu đồng thời giảm thiểu chi phí vòng đời của hệ thống chiếu sáng được lắp đặt. Giảm tình trạng vắng mặt, ít lỗi sản xuất hơn và ít tai nạn công nghiệp hơn đều có thể nhờ vào một nơi làm việc đẹp mắt. Một công ty có thể gặp bất lợi trong cạnh tranh nếu cơ sở hạ tầng chiếu sáng của nó không hoạt động hiệu quả, ngay cả khi điều cần thiết là phải đạt được khả năng hiển thị rõ ràng thông qua việc điều chỉnh thích hợp một số thông số (độ chói, độ sáng, độ đồng đều, độ chiếu sáng, chất lượng màu, độ tương phản và khả năng thích ứng).

Thu hoạch ánh sáng ban ngày không được ưa chuộng ở nhiều khu công nghiệp và hệ thống chiếu sáng phải hoạt động liên tục. Lượng lumen mà một bộ đèn high bay có thể cung cấp và số lượng bộ đèn cần thiết để bao phủ toàn bộ khu vực được yêu cầu rất cao bởi không gian trần cao, rộng rãi thường thấy trong các phòng sản xuất công nghiệp. Trong thời gian hoạt động kéo dài, số lượng lớn hệ thống chiếu sáng công suất cao tạo ra yêu cầu tải rất cao (kW) và tiêu thụ một lượng điện năng đáng kể (kWh).

Ba yếu tố chính tạo nên chi phí vòng đời của hệ thống chiếu sáng: chi phí vốn, chi phí năng lượng và chi phí bảo trì. Chi phí bảo trì là yếu tố X có thể có ảnh hưởng lớn nhất đến chi phí vòng đời, ngay cả khi chi phí năng lượng để vận hành hệ thống chiếu sáng thường xuyên vượt quá chi phí vốn của hệ thống chiếu sáng.Đèn LED Highbay thông minhcó thể khó chiếu sáng nhiều khu công nghiệp. Hệ thống chiếu sáng khó tồn tại trong những điều kiện khắc nghiệt này do hóa chất ăn da, độ ẩm cao, nhiệt độ cao, độ rung đáng kể, bầu không khí ăn mòn và/hoặc nguồn điện không sạch. Những mức trần khó tiếp cận sẽ làm tăng chi phí nhân sự và các vấn đề an toàn khi bảo trì định kỳ hoặc thay thế lại.

Thiết kế chiếu sáng công nghiệp phải tính đến nhiều yếu tố và sử dụng các bộ đèn công nghiệp hoạt động hiệu quả, hiệu quả và đáng tin cậy trong các môi trường đòi hỏi khắt khe. Có hai loại đèn công nghiệp dành cho sử dụng trong nhà: loại cao và loại thấp. Khi chiều cao trần hoặc giàn mái vượt quá 6,1 mét (20 feet), đèn cao sẽ được sử dụng để chiếu sáng chung. Lên đến sáu mét (20 feet) là độ cao tối đa mà đèn chiếu sáng thấp có thể được lắp đặt. Đèn bay cao là thiết bị chiếu sáng trực tiếp giúp phân tán tất cả ánh sáng mà chúng phát ra theo hướng bề mặt mà chúng dự định chiếu sáng. Để cung cấp đủ ánh sáng trên độ cao rõ ràng cao, chúng thường được chế tạo để tạo ra công suất ánh sáng hơn 10.000 lumen trong chùm tia được điều chỉnh. Các bộ đèn được sử dụng trong các ứng dụng chiếu sáng vùng thấp thường cần có độ phân tán rộng hơn để có tầm phủ sóng tối ưu và phát ra ít hơn 10.000 lumen. Do chiều cao lắp đặt thấp, đèn bay thấp yêu cầu kiểm soát độ chói chặt chẽ hơn, có thể đạt được điều này bằng cách sử dụng gương phản xạ để chặn ánh sáng góc cao hoặc khúc xạ lăng trụ hoặc bộ khuếch tán opal để làm dịu độ sáng. Để chiếu sáng các bóng được tạo ra bởi các vật cản trên cao hoặc để cung cấp ánh sáng phù hợp cho các công việc đòi hỏi thị giác cao, hệ thống chiếu sáng nhiệm vụ cục bộ được sử dụng. Đèn pha là loại đèn có thể nhắm được với sự phân bổ ánh sáng được kiểm soát, thường được sử dụng để chiếu sáng các khu vực sản xuất ngoài trời.

Nhu cầu về bộ đèn phù hợp để sử dụng ở những nơi có điều kiện khí hậu bất thường là một cách khác để phân loại đèn công nghiệp. Nhiệt độ môi trường xung quanh cực cao, nhiệt độ đóng băng, độ ẩm cao, khu vực ẩm ướt hoặc cài đặt-ống ống, môi trường ăn mòn và độ rung từ máy móc lớn đều là những thách thức mà chúng phải có khả năng chịu đựng. Các thiết bị chiếu sáng công nghiệp được tạo ra, kiểm tra và phê duyệt để sử dụng ở các khu vực được phân loại theo mức độ nguy hiểm. Môi trường nguy hiểm được định nghĩa là những môi trường có chứa khí hoặc hơi dễ cháy, bụi dễ cháy và/hoặc dẫn điện, cũng như các sợi và chất bay dễ bắt lửa. Các cơ sở xử lý dầu và khí đốt, hóa chất và sản phẩm hóa dầu, giàn khoan, giàn khoan dầu ngoài khơi, trạm trung chuyển nhiên liệu và bốc dỡ hàng hải, lắp đặt ngoài khơi và bến cảng, trang trại bể chứa, nhà máy chiết dung môi, trạm bơm đường ống, nhà máy xử lý chất thải và nước thải, nhà máy giấy và bột giấy, cơ sở sản xuất và lưu trữ đạn dược và pháo hoa, cơ sở sản xuất bột và sơn mài, nhà máy luyện than và cơ sở xử lý than đều là ví dụ về các địa điểm nguy hiểm.

Đèn LED đã thống trị thị trường chiếu sáng công nghiệp và trở thành tiêu chuẩn trong suốt mười năm qua. Hệ thống chiếu sáng truyền thống dựa vào-công nghệ phóng điện cường độ cao (HID) hoặc huỳnh quang, có những hạn chế và hạn chế nghiêm trọng. Đèn LED mang lại hiệu quả cao và hoạt động đáng tin cậy bằng cách sử dụng hiện tượng điện phát quang được tạo ra bằng sự tái hợp giữa các electron và lỗ trống trong vùng hoạt động bên trong các điểm nối p{3}}n bán dẫn. Mặc dù đã tiết kiệm được năng lượng đáng kể nhờ sử dụng rộng rãi đèn LED nhưng vẫn có nhiều cơ hội để giảm chi phí vòng đời.

Bằng cách tăng hiệu suất ứng dụng chiếu sáng (LAE), có tính đến hiệu suất, cường độ và hiệu suất phổ phân phối quang, công nghệ SSL có thể giúp tiết kiệm năng lượng đáng kể. Khi so sánh với các hệ thống chiếu sáng cũ, tuổi thọ vốn có, khả năng hoạt động không có tia lửa-và độ bền ở trạng thái rắn của đèn LED cho phép tạo ra các hệ thống chiếu sáng mạnh mẽ với tuổi thọ dài hơn nhiều. Các hệ thống này cũng mạnh mẽ hơn về mặt cơ học để chịu được các điều kiện môi trường khắc nghiệt và an toàn hơn đáng kể khi sử dụng ở những vị trí nguy hiểm. Do chi phí bảo trì cao và sự phụ thuộc của các hoạt động công nghiệp vào môi trường có ánh sáng, nên việc hệ thống chiếu sáng-không gặp sự cố trong suốt vòng đời dài là rất quan trọng trong các ứng dụng công nghiệp.

led high bay fixtures

Mặc dù công nghệ LED luôn đi đầu về hiệu quả hoạt động nhưng những phát triển và đổi mới gần đây đã vượt xa hơn nữa để tối đa hóa hiệu quả sử dụng năng lượng của hệ thống chiếu sáng và tạo ra không gian làm việc hiệu quả hơn. Việc sử dụng khả năng điều khiển tốt hơn của đèn LED, vốn là điểm khác biệt cơ bản của công nghệ này với các đối thủ cạnh tranh, là nền tảng của những thành tựu này. Đèn LED là thiết bị điện phát quang có thể chịu được việc bật/tắt liên tục, cung cấp khả năng điều chỉnh độ sáng toàn dải và phản ứng nhanh chóng và chính xác với các tín hiệu điều khiển. Với mức độ kiểm soát này, đầu ra đèn LED có thể được điều chỉnh tự động để đáp ứng với đầu vào cảm biến hoặc các thuật toán được lập trình sẵn.

Đèn LED chiếu sáng caotương thích với tất cả các hệ thống điều khiển ánh sáng đã được phát triển để đáp ứng yêu cầu quản lý năng lượng của chủ sở hữu hoặc người vận hành cơ sở công nghiệp, bao gồm phát hiện tỷ lệ chiếm chỗ, lập kế hoạch thời gian, thu thập ánh sáng ban ngày, điều chỉnh thể chế, đáp ứng nhu cầu và bù đắp thích ứng. Ngoài việc chỉ tăng hiệu quả hoạt động, khả năng điều khiển dựa trên phần mềm-có thể mở khóa nhiều tính năng có giá trị khác. Quang phổ của hệ thống trộn màu và do đó, màu sắc của ánh sáng mà nó phát ra có thể được điều chỉnh linh hoạt bằng cách làm mờ từng đèn LED chính một cách độc lập. Ở cấp độ sinh học, việc quản lý năng động màu sắc và cường độ cho phép điều khiển việc sản xuất các hormone thiết yếu để tạo ra phản ứng tích cực ở con người. Công nghệ này đang thúc đẩy việc sử dụng hệ thống chiếu sáng lấy con người làm trung tâm (HCL) để cải thiện năng suất, sức khỏe tinh thần và thể chất tại nơi làm việc.

Loại chiếu sáng thông minh đơn giản nhất là đèn LED thông minh dựa trên khả năng lập trình nhúng và/hoặc cảm biến cục bộ. Việc triển khai các hệ thống chiếu sáng thông minh độc lập trong các cơ sở công nghiệp với nhiều thiết bị cố định được lắp đặt là không thực tế do chi phí và độ phức tạp ngày càng tinh vi. Tùy thuộc vào nhiệm vụ trực quan, thời gian cần thiết để hoàn thành nó, người công nhân thực hiện nó và tầm quan trọng của các đặc điểm nhiệm vụ khác nhau trong việc hoàn thành công việc, lượng ánh sáng (độ rọi) và thành phần quang phổ của nó thường xuyên thay đổi trong các cơ sở này. Các điều khiển ánh sáng được triển khai ở cấp độ mạch trong các bộ đèn điều khiển tập trung không đủ đáp ứng hoặc linh hoạt để đáp ứng các nhu cầu cụ thể hoặc thích ứng với những thay đổi về mục đích và bố cục trong tương lai.

Các thiết bị chiếu sáng công nghiệp phải được thống nhất trong toàn bộ cơ sở để chúng có thể hoạt động cùng nhau đồng thời vẫn giữ được tính cá nhân để tùy chỉnh ánh sáng cho một không gian cụ thể. Các hệ thống chiếu sáng nên cộng tác và chia sẻ kiến thức để phát triển mức độ trí tuệ tập thể cao hơn, giúp chúng có khả năng cao hơn nếu chúng hoạt động độc lập.

Là một ý tưởng đang phát triển, hệ thống chiếu sáng công nghiệp thông minh tập trung vào việc xây dựng một hệ sinh thái kỹ thuật số để tự động hóa hệ thống chiếu sáng, cải thiện không gian và cuối cùng là tối đa hóa giá trị của công ty. Hệ thống chiếu sáng LED và mạng kỹ thuật số của các thiết bị điều khiển thông minh là những thành phần chính của hệ sinh thái kỹ thuật số. Mạng kỹ thuật số cho phép liên lạc giữa các hệ thống chiếu sáng và thiết bị điều khiển bằng cách sử dụng tin nhắn nhị phân kỹ thuật số thay vì chỉ thị điều khiển dựa trên sự thay đổi điện áp, ngay cả khi bản chất kỹ thuật số của đèn LED cho phép chúng tích hợp dễ dàng với các mạch điện tử.

Hệ thống điều khiển kỹ thuật số dựa trên các đầu cuối dây mềm thay thế các mạch chiếu sáng dựa trên các đầu cuối tương tự cứng như các khối xây dựng cơ bản của phân vùng điều khiển. Giao tiếp hai chiều, lập trình máy tính và triển khai phân vùng và phân vùng lại thông qua phần mềm hướng tới từng bộ đèn hoặc nhóm bộ đèn trên các mạch chiếu sáng khác nhau đều có thể thực hiện được bằng cách sử dụng hệ thống điều khiển kỹ thuật số. Một bộ đèn có thể được phân bổ cho nhiều vùng để thực hiện nhiều kỹ thuật điều khiển khác nhau trong nhiều điều kiện khác nhau nhờ khả năng định địa chỉ kỹ thuật số ở cấp độ đèn-. Tính linh hoạt cao hơn và do đó, độ chính xác cao hơn trong việc phân phối ánh sáng được thực hiện nhờ khả năng thiết kế vùng kiểm soát ở mọi quy mô. Ngoài ra, việc đánh địa chỉ phần mềm giúp việc phân vùng lại các không gian trở nên đơn giản để đáp ứng nhu cầu thay đổi. Để cải thiện hoạt động của cơ sở và đưa ra quyết định kinh doanh tốt hơn, giao tiếp hai chiều-cho phép thu thập dữ liệu hiệu suất, chẳng hạn như mức sử dụng năng lượng và trạng thái trình điều khiển, để xử lý sau này bằng nhiều kỹ thuật thống kê và tối ưu hóa. Các thiết bị chiếu sáng có thể được tích hợp vào hệ thống tự động hóa công nghiệp để điều khiển tập trung và-chia sẻ dữ liệu trên toàn cơ sở thông qua mạng kỹ thuật số.

Bộ đèn công nghiệp trở thành nút chiếu sáng kỹ thuật số có thể được điều khiển độc lập và hỗ trợ bởi trí tuệ tập thể của hệ sinh thái kỹ thuật số khi công nghệ LED và điều khiển kỹ thuật số hoạt động cùng nhau. Các hệ thống phụ phụ thuộc lẫn nhau để quản lý nhiệt, điều chỉnh dòng điện truyền động, điều khiển quang và tích hợp cơ học phải phối hợp để đảm bảo hiệu suất tốt nhất có thể từ các bộ đèn LED công nghiệp, vốn là các hệ thống tích hợp. Trình điều khiển LED, cung cấp khả năng chuyển đổi nguồn theo điện áp nguồn hoặc dao động tải để điều khiển đèn LED có nguồn DC không đổi, là một trong những bộ phận cấu thành đặc biệt quan trọng. Bộ điều khiển đèn LED hiện là một thành phần tích cực cần thiết để thực hiện hiệu quả các điều khiển trong hệ thống chiếu sáng thông minh thay vì chỉ là nguồn điện ổn định đơn giản.

Dòng điện xác định cách hoạt động của đèn LED phát sáng. Do đó, việc triển khai các kỹ thuật điều khiển khác nhau được thực hiện dễ dàng hơn nhờ người lái thực hiện các lệnh điều khiển chuyển mạch và điều chỉnh độ sáng. Trong các tình huống mà nhiều kênh đèn LED hoặc lớp chiếu sáng cần phải cân bằng cẩn thận tỷ lệ tương phản sáng, điều chỉnh độ sáng liên tục là khả năng quan trọng cần có để cung cấp các thay đổi điều khiển liền mạch và các kịch bản chiếu sáng có thể thay đổi. Bằng cách sử dụng mạch điều chế độ rộng xung- tích hợp (PWM) hoặc mạch điều chỉnh độ sáng giảm dòng không đổi (CCR), trình điều khiển đèn LED thực hiện mục đích này.

Việc tạo ra các hệ thống chiếu sáng thông minh đầy đủ chức năng có thể thực hiện được nhờ nhiều tùy chọn có thể được tích hợp vào trình điều khiển đèn LED. Bộ điều khiển cung cấp khả năng xử lý dữ liệu cục bộ và ra quyết định-, tạo ra các lệnh cho trình điều khiển LED và giao tiếp với hệ thống quản lý trung tâm thông qua một cổng, là điều cần thiết đối với các hệ thống này. Mạch tích hợp (IC) hoặc hệ thống-trên-chip (SoC) có bộ vi điều khiển và bộ thu phát trên bo mạch được gọi là bộ điều khiển ánh sáng. Bộ vi điều khiển cũng kết hợp bộ nhớ, I/O và bộ xử lý trung tâm (CPU). Bộ nhớ flash chứa phần mềm nhúng, thường được gọi là phần sụn. Tính chất có thể lập trình của hệ thống đèn LED dựa trên bộ vi điều khiển-cho phép bổ sung các tính năng chiếu sáng thông minh như thiết lập cảnh, trộn màu, giảm mức duy trì quang thông và lập lịch nâng cao.

Về cơ bản, hệ thống chiếu sáng công nghiệp thông minh liên quan đến việc kết hợp hệ thống chiếu sáng vào các mạng-dựa trên máy tính đang phát triển dựa trên sự đón đầu của Internet of Things (IoT). Khả năng tương tác được thực hiện nhờ quy mô khổng lồ của mạng dựa trên IP{2}}bởi IoT. Mạng này cũng mở rộng khả năng kết nối Giao thức Internet (IP) tới các điểm cuối có nguồn lực hạn chế. Kiến trúc Internet of Things (IoT) cung cấp nhiều dịch vụ và ứng dụng để giải quyết các vấn đề quá phức tạp để quản lý trong một mạng khép kín.

Hệ thống chiếu sáng không cần thiết phải chứa sức mạnh xử lý trong hệ sinh thái IoT. Máy chủ và phần mềm hỗ trợ điện toán đám mây, phân tích-dữ liệu lớn, trí tuệ nhân tạo và học máy có thể là một phần của cơ sở hạ tầng đám mây. Việc xử lý dữ liệu, trực quan hóa dữ liệu, lưu trữ dữ liệu và thu thập dữ liệu đều có thể được thực hiện hiệu quả hơn với sự trợ giúp của các tính năng này. Người vận hành cơ sở có thể cải thiện khả năng tự động hóa hệ thống chiếu sáng và hiệu quả vận hành với sự trợ giúp của những hiểu biết sâu sắc có thể áp dụng được từ dữ liệu IoT.

Mọi thứ giữa thiết bị IoT và ứng dụng IoT đều được điều phối và quản lý bởi nền tảng IoT. Nó cung cấp một tập hợp các thành phần phần mềm để quản lý thiết bị IoT, quản lý dữ liệu, phát triển ứng dụng và hỗ trợ. Internet vạn vật công nghiệp (IIoT), được thiết lập để mở ra một kỷ nguyên mới của các ứng dụng công nghiệp, có thể được kết nối với hệ thống chiếu sáng công nghiệp thông minh.