Slimme industriële verlichtingsoplossingen

Een slimme industriële verlichtingsoplossing maakt gebruik van digitale besturingssystemen, universele connectiviteit en een platform-gebaseerde strategie om industriële verlichtingsarmaturen om te zetten in intelligente, interoperabele verlichtingssystemen. Het gebruik van digitale inzichten bij lichtsturing wordt steeds populairder sinds de overstap naar solid state verlichting op basis van LED-technologie. Het doel van de digitale transformatie in de industriële sector is om de efficiëntie te verbeteren boven wat LED-verlichting alleen kan bieden, en tegelijkertijd veilige, efficiënte en productieve werkomstandigheden te creëren. De mogelijkheid om unieke mogelijkheden te ontwikkelen en geavanceerde functies te implementeren wordt mogelijk gemaakt door de sterke interactie die een slimme verlichtingsoplossing tot stand brengt tussen informatietechnologie (IT) en operationele technologie (OT), evenals tussen hardware en software. Om te verzamelen, te delen, te beslissen en te handelen, wordt een homogene klasse van verschillende apparaten en systemen gecombineerd tot een uitgebreid netwerk. Het beheer van industriële installaties zal in de toekomst een aanzienlijke verandering moeten ondergaan als gevolg van Industrie 4.0. Deze digitale revolutie omvat slimme industriële verlichting.

Het lichtontwerp voor industriële gebouwen is een unieke aanpak omdat deze ruimtes een wereld van verschil zijn. Industriële faciliteiten zijn alle locaties waar productie of daarmee samenhangende activiteiten plaatsvinden. De automobiel-, zware machines-, enorme werktuigmachines-, scheepsbouw-, vliegtuig-, staal-, chemische, petrochemische en farmaceutische sectoren kunnen deze zware productiefaciliteiten gebruiken. Het kunnen ook lichte fabrieken zijn die consumentenelektronica, elektrische apparaten, voedsel, papier, textiel, leer en hout maken, naast andere alledaagse voorwerpen.

In tegenstelling tot andere soorten infrastructuur bieden industriële faciliteiten een breed scala aan toepassingen. Deze locaties voeren een breed scala aan taken uit, waaronder kwaliteitscontrole, opslag, logistiek, productie, bewerking, montage, afwerking en verpakking. De fysieke kenmerken en architectonische indeling van industriële faciliteiten zijn gebaseerd op hun specifieke systemen, procedures, machines, materiaal- en producteigenschappen, onderhoudsbehoeften en zorgen over de veiligheid van werknemers. Industriële faciliteiten hebben naast een unieke infrastructuur ook een meer gevarieerde omgeving vanwege de invloed van voornamelijk lokale elementen zoals trillingen, temperatuur en atmosfeer.

De verlichtingsoplossing van een moderne industriële faciliteit moet het creëren van een comfortabele en aangename omgeving mogelijk maken en tegelijkertijd de levenscycluskosten van de geïnstalleerde verlichtingssystemen minimaliseren. Minder ziekteverzuim, minder productiefouten en minder arbeidsongevallen kunnen allemaal worden toegeschreven aan een visueel aantrekkelijke werkplek. Een bedrijf kan een concurrentienadeel ondervinden als zijn verlichtingsinfrastructuur niet efficiënt functioneert, ook al is het van essentieel belang om duidelijke zichtbaarheid te bereiken door middel van een passende regeling van verschillende parameters (verblinding, helderheid, uniformiteit, verlichtingssterkte, kleurkwaliteit, contrast en aanpassing).

Op veel industriële locaties heeft het oogsten van daglicht niet de voorkeur, en de verlichtingssystemen moeten continu werken. De hoeveelheid lumen die een hoogbouwarmatuur kan geven en het aantal armaturen dat nodig is om de hele locatie te bestrijken, worden sterk gevraagd door de uitgestrekte ruimtes met hoge plafonds die gebruikelijk zijn in industriële productiehallen. Bij langere bedrijfsuren genereert het enorme aantal krachtige verlichtingssystemen een zeer hoge belastingsbehoefte (kW) en verbruikt het een aanzienlijke hoeveelheid elektrische energie (kWh).

Drie belangrijke factoren vormen de levenscycluskosten van een verlichtingssysteem: kapitaalkosten, energiekosten en onderhoudskosten. De onderhoudskosten zijn de X-factor die de grootste invloed kunnen hebben op de levenscycluskosten, zelfs als de energiekosten voor het exploiteren van een verlichtingssysteem vaak de kapitaalkosten van de verlichting overtreffen.LED slimme hoogbouwlampHet kan moeilijk zijn om veel industriële gebieden te verlichten. Het is moeilijk voor de verlichtingssystemen om te overleven in deze zware omstandigheden vanwege de bijtende chemicaliën, hoge luchtvochtigheid, hoge temperaturen, aanzienlijke trillingen, corrosieve atmosferen en/of onreine kracht. Plafonds die moeilijk te bereiken zijn, verhogen de personeelskosten en veiligheidsproblemen als het gaat om routineonderhoud of het vervangen van lampen.

Bij het ontwerp van industriële verlichting moet rekening worden gehouden met een breed scala aan factoren en moet gebruik worden gemaakt van industriële armaturen die effectief, efficiënt en betrouwbaar functioneren in veeleisende omgevingen. Er zijn twee soorten industriële armaturen bedoeld voor gebruik binnenshuis: highbay en lowbay. Wanneer de plafondhoogte of dakspanten hoger zijn dan 6,1 meter (20 voet), worden hoogbouwlampen gebruikt om algemene verlichting te geven. Tot zes meter (20 voet) is de maximale hoogte waarop lage lampen kunnen worden geïnstalleerd. Hoogbouwlampen zijn apparaten voor directe verlichting die al het licht dat ze uitzenden verspreiden in de richting van het oppervlak dat ze moeten verlichten. Om op een grote vrije hoogte voldoende verlichting te bieden, zijn ze doorgaans zo gemaakt dat ze bij een geregelde bundel een lichtopbrengst van meer dan 10.000 lumen genereren. De armaturen die worden gebruikt in verlichtingstoepassingen in lage ruimtes moeten doorgaans een bredere spreiding hebben voor een optimale dekking en minder dan 10.000 lumen uitstralen. Vanwege hun lage montagehoogte vereisen lage lampen een strakkere verblindingsbeheersing, wat kan worden bereikt door reflectoren te gebruiken om licht onder een grote hoek te blokkeren of door prismatische refractoren of opalen diffusors om de helderheid te verzachten. Om schaduwen veroorzaakt door obstakels boven het hoofd te verlichten of om een verlichting te bieden die geschikt is voor visueel veeleisende taken, wordt gelokaliseerde taakverlichting gebruikt. Schijnwerpers, richtbare armaturen met gecontroleerde lichtverdelingen, worden doorgaans gebruikt om productieruimtes buiten te verlichten.

De behoefte aan armaturen die geschikt zijn voor gebruik op locaties met ongebruikelijke klimatologische omstandigheden is een andere manier waarop industriële armaturen worden gecategoriseerd. Extreem hoge omgevingstemperaturen, vriestemperaturen, hoge luchtvochtigheid, vochtige ruimtes of -afzuigomstandigheden, corrosieve atmosferen en trillingen van grote machines zijn allemaal uitdagingen die ze moeten kunnen doorstaan. Industriële verlichtingsarmaturen worden gemaakt, onderzocht en goedgekeurd voor gebruik in gebieden die zijn gecategoriseerd op basis van hun risiconiveau. Gevaarlijke omgevingen worden gedefinieerd als omgevingen die ontvlambare gassen of dampen, brandbaar en/of geleidend stof en gemakkelijk ontvlambare vezels en rondvliegende deeltjes bevatten. Faciliteiten die olie en gas, chemische en petrochemische producten verwerken, boorplatforms, offshore-olieplatforms, maritieme laad- en brandstofoverslagterminals, offshore- en haveninstallaties, tankparken, installaties voor de extractie van oplosmiddelen, pompstations voor pijpleidingen, afval- en rioolwaterzuiveringsinstallaties, pulp- en papierfabrieken, faciliteiten die munitie en vuurwerk produceren en opslaan, faciliteiten die poederen en lakken, steenkoolvoorbereidingsinstallaties en steenkoolverwerkingsfaciliteiten zijn allemaal voorbeelden van gevaarlijke locaties.

LED-verlichting heeft zijn dominante positie op de markt voor industriële verlichting gevestigd en is de afgelopen tien jaar een standaard geworden. Traditionele verlichtingssystemen zijn afhankelijk van hoge-ontladingstechnologie (HID) of fluorescentietechnologie, die ernstige nadelen en beperkingen met zich meebrengen. LED's bieden grote efficiëntie en betrouwbare werking door gebruik te maken van elektroluminescentie die wordt gegenereerd door recombinatie tussen elektronen en gaten in het actieve gebied binnen de p-n-overgangen van halfgeleiders. Hoewel er al aanzienlijke energiebesparingen zijn te behalen door het wijdverbreide gebruik van LED-armaturen, zijn er nog steeds volop kansen om de levenscycluskosten te verlagen.

Door de verlichtingstoepassingsefficiëntie (LAE) te verhogen, waarbij rekening wordt gehouden met de optische leveringsefficiëntie, intensiteit en spectrumefficiëntie, kan SSL-technologie resulteren in aanzienlijke extra energiebesparingen. Vergeleken met oudere verlichtingssystemen maken de inherente lange levensduur, de vonkvrije werking en de solid state-duurzaamheid van LED's het mogelijk robuuste verlichtingssystemen met een veel langere levensduur te creëren. Deze systemen zijn ook mechanisch robuuster om zware omgevingsomstandigheden te weerstaan en zijn aanzienlijk veiliger in gebruik op gevaarlijke locaties. Vanwege de hoge onderhoudskosten en de afhankelijkheid van industriële taken van de verlichte omgeving, is het storingsvrij- functioneren van verlichtingssystemen gedurende een lange levenscyclus van cruciaal belang in industriële toepassingen.

led high bay fixtures

Hoewel LED-technologie altijd toonaangevend is geweest op het gebied van operationele efficiëntie, hebben recente ontwikkelingen en innovaties hun uiterste best gedaan om de energie-efficiëntie van verlichtingssystemen te maximaliseren en productievere werkruimtes te creëren. Het benutten van de betere beheersbaarheid van LED's, wat de technologie in wezen onderscheidt van zijn concurrenten, vormt de basis van deze prestaties. LED's zijn elektroluminescerende apparaten die bestand zijn tegen continu aan/uit schakelen, dimmen over het volledige bereik en snel en nauwkeurig reageren op stuursignalen. Met deze mate van bestuurbaarheid kan de LED-lichtopbrengst automatisch worden gemoduleerd als reactie op sensorinvoer of voorgeprogrammeerde algoritmen.

LED-verlichting voor hoogbouwis compatibel met alle lichtregelsystemen die zijn ontwikkeld om te voldoen aan de energiebeheervereisten van eigenaren of exploitanten van industriële faciliteiten, inclusief bezettingsdetectie, tijdplanning, daglichtopvang, institutionele afstemming, vraagreacties en adaptieve compensatie. Naast het louter verhogen van de operationele efficiëntie, kan op software-gebaseerde controle een verscheidenheid aan andere waardevolle functies ontsluiten. Het spectrum van een kleurenmengsysteem en daarmee de kleur van het licht dat het uitstraalt, kan dynamisch worden aangepast door elke primaire LED onafhankelijk te dimmen. Op biologisch niveau maakt dynamisch beheer van kleur en intensiteit de manipulatie van de productie van essentiële hormonen mogelijk om positieve reacties bij mensen uit te lokken. Het gebruik van mens-centrische verlichting (HCL) voor verbeterde productiviteit, geestelijk welzijn en lichamelijke gezondheid op de werkplek wordt door deze technologie aangedreven.

Het eenvoudigste type slimme verlichting is intelligente LED-verlichting op basis van ingebouwde programmeerbaarheid en/of lokale detectie. Het implementeren van zelfstandige slimme verlichtingssystemen in industriële faciliteiten met talloze armatuurinstallaties is onpraktisch vanwege de kosten en complexiteit die toenemen naarmate de verfijning toeneemt. Afhankelijk van de visuele taak, de tijd die nodig is om deze te voltooien, de werknemer die deze uitvoert en de betekenis van de verschillende taakkenmerken bij het voltooien van het werk, veranderen de hoeveelheid licht (verlichtingssterkte) en de spectrale samenstelling ervan vaak in deze faciliteiten. Verlichtingsregelingen die op circuitniveau in centraal bestuurde verlichtingsarmaturen zijn geïmplementeerd, zijn niet responsief of flexibel genoeg om aan specifieke behoeften te voldoen of zich aan te passen aan toekomstige wijzigingen in de lay-out en het doel.

Industriële verlichtingsarmaturen moeten overal in de faciliteit worden geïntegreerd, zodat ze kunnen samenwerken en tegelijkertijd de individualiteit behouden om de verlichting voor een bepaalde ruimte aan te passen. Verlichtingssystemen moeten samenwerken en kennis delen om een hoger niveau van collectieve intelligentie te ontwikkelen, waardoor ze capabeler zijn dan wanneer ze onafhankelijk zouden opereren.

Een zich ontwikkelend idee, slimme industriële verlichting, concentreert zich op het bouwen van een digitaal ecosysteem om verlichting te automatiseren, ruimtes te verbeteren en uiteindelijk de waarde van een bedrijf te maximaliseren. LED-verlichting en digitale netwerken van intelligente besturingsapparaten zijn belangrijke componenten van het digitale ecosysteem. Digitale netwerken maken de communicatie tussen verlichtingssystemen en besturingsapparatuur mogelijk met behulp van digitale binaire berichten in plaats van besturingsrichtlijnen op basis van spanningsveranderingen, zelfs als de digitale aard van LED's hun gemakkelijke integratie met elektronische circuits mogelijk maakt.

Digitale besturingssystemen op basis van zachte bedradingsafsluitingen vervangen verlichtingscircuits op basis van harde analoge aansluitingen als de fundamentele bouwstenen van regelingszonering. Twee- communicatie, computerprogrammering en de implementatie van zonering en herbestemming via software gericht op individuele armaturen of groepen armaturen in verschillende verlichtingscircuits worden allemaal mogelijk gemaakt door het gebruik van digitale regelsystemen. Dankzij de digitale adresseerbaarheid op armatuurniveau kan een enkele armatuur aan veel zones worden toegewezen om verschillende besturingstechnieken onder verschillende omstandigheden te implementeren. Meer flexibiliteit en dus meer nauwkeurigheid bij de lichtafgifte worden mogelijk gemaakt door de mogelijkheid om een controlezone op elke schaal te ontwerpen. Bovendien maakt software-adressering het eenvoudig om ruimtes opnieuw in te delen om tegemoet te komen aan veranderende behoeften. Om de bedrijfsvoering van de faciliteit te verbeteren en betere zakelijke beslissingen te nemen, maakt tweewegcommunicatie het mogelijk prestatiegegevens te verzamelen, zoals energieverbruik en chauffeursstatus, voor latere verwerking met behulp van een verscheidenheid aan statistische en optimalisatietechnieken. Verlichtingsarmaturen kunnen worden geïntegreerd in industriële automatiseringssystemen voor gecentraliseerde controle en het delen van gegevens in de hele faciliteit- via digitale netwerken.

Een industriële armatuur wordt een digitaal verlichtingsknooppunt dat onafhankelijk kan worden bestuurd en ondersteund door de collectieve intelligentie van het digitale ecosysteem wanneer LED-technologie en digitale besturingen samenwerken. De onderling afhankelijke subsystemen voor thermisch beheer, aandrijfstroomregeling, optische controle en mechanische integratie moeten samenwerken om de best mogelijke prestaties van industriële LED-armaturen, die geïntegreerde systemen zijn, te garanderen. De LED-driver, die stroomconversie mogelijk maakt onder voedingsspanning of belastingsschommelingen om de LED's met een constante belasting van gelijkstroom aan te drijven, is een van de samenstellende onderdelen die vooral cruciaal is. De LED-driver is nu een actief onderdeel dat essentieel is voor de effectieve implementatie van bedieningselementen in een slim verlichtingssysteem, in plaats van alleen maar een eenvoudige constante stroombron.

De aandrijfstroom bepaalt hoe lichtgevende LED's zich gedragen. Daarom wordt de inzet van verschillende besturingstechnieken eenvoudiger gemaakt doordat de bestuurder de schakel- en dimbesturingsopdrachten uitvoert. In situaties waarin veel LED-kanalen of verlichtingslagen een zorgvuldige balans van de lichtcontrastverhoudingen vereisen, is continu dimmen een essentiële mogelijkheid om naadloze besturingswijzigingen en variabele verlichtingsscenario's te bieden. Met behulp van geïntegreerde pulsbreedtemodulatie (PWM) of constante stroomreductie (CCR) dimcircuits vervult een LED-driver dit doel.

Het creëren van volledig functionele slimme verlichtingssystemen wordt mogelijk gemaakt door de verscheidenheid aan opties die in een LED-driver kunnen worden ingebouwd. De controller, die lokale gegevensverwerking en besluitvorming- verzorgt, richtlijnen voor de LED-driver opstelt en via een gateway communiceert met een centraal beheersysteem, is essentieel voor deze systemen. Een geïntegreerd circuit (IC) of systeem-op-chip (SoC) met een microcontroller en transceiver aan boord wordt een lichtcontroller genoemd. De microcontroller bevat ook geheugen, I/O en een centrale verwerkingseenheid (CPU). Het flashgeheugen bevat ingebouwde software, ook wel firmware genoemd. De programmeerbare aard van een microcontroller-gebaseerd LED-systeem maakt het mogelijk om intelligente verlichtingsfuncties toe te voegen, zoals scène-instelling, kleurmenging, verlaging van het lumenbehoud en geavanceerde planning.

In principe houdt slimme industriële verlichting in dat verlichtingssystemen worden geïntegreerd in computer-gebaseerde netwerken die zich ontwikkelen in afwachting van het Internet of Things (IoT). Interoperabiliteit wordt mogelijk gemaakt door de enorme omvang van het op IP-gebaseerde netwerk door IoT, dat ook de Internet Protocol (IP)-connectiviteit uitbreidt naar eindpunten met beperkte middelen. De Internet of Things (IoT)-architectuur biedt een breed scala aan diensten en toepassingen om problemen op te lossen die te complex zijn om in een gesloten netwerk te beheren.

Het is niet nodig dat de verlichtingssystemen de verwerkingskracht binnen het IoT-ecosysteem fysiek huisvesten. Servers en software die cloud computing, big-data-analyse, kunstmatige intelligentie en machinaal leren mogelijk maken, kunnen onderdeel zijn van de cloudinfrastructuur. Gegevensverwerking, datavisualisatie, gegevensopslag en gegevensinvoer kunnen allemaal efficiënter worden gemaakt met behulp van deze functies. Facilitair exploitanten kunnen de verlichtingsautomatisering en operationele efficiëntie verbeteren met behulp van bruikbare inzichten uit IoT-gegevens.

Alles tussen IoT-apparaten en IoT-apps wordt gecoördineerd en beheerd door een IoT-platform. Het biedt een verzameling software-elementen voor IoT-apparaatbeheer, gegevensbeheer, applicatieontwikkeling en enablement. Het Industrial Internet of Things (IIoT), dat een nieuw tijdperk van industriële toepassingen zal inluiden, kan worden gekoppeld aan slimme industriële verlichting.