Solucions intel·ligents d'il·luminació industrial

Una solució d'il·luminació industrial intel·ligent utilitza sistemes de control digital, connectivitat universal i una estratègia basada en plataforma-per convertir els lluminàries industrials en sistemes d'il·luminació intel·ligents i interoperables. L'ús de coneixements digitals en el control de la il·luminació és cada cop més popular des del canvi a la il·luminació d'estat sòlid basada en la tecnologia LED. L'objectiu de la transformació digital en el sector industrial és millorar l'eficiència més enllà del que la il·luminació LED sola pot proporcionar, alhora que estableix condicions de treball segures, eficients i productives. La possibilitat de desenvolupar capacitats úniques i implementar funcions sofisticades és possible gràcies a la forta interacció que estableix una solució d'il·luminació intel·ligent entre la tecnologia de la informació (TI) i la tecnologia operativa (OT), així com entre el maquinari i el programari. Per tal de reunir, compartir, decidir i actuar, una classe homogènia de diversos dispositius i sistemes es combina en una xarxa completa. L'administració de les instal·lacions industrials haurà de patir un canvi important en el futur a causa de la indústria 4.0. Aquesta revolució digital inclou la il·luminació industrial intel·ligent.

El disseny de la il·luminació per a naus industrials és un enfocament únic perquè aquests espais són mons separats. Les instal·lacions industrials són qualsevol lloc on es produeix la producció o activitats relacionades amb la fabricació. Els sectors de l'automòbil, la maquinària pesada, les grans màquines-eina, la construcció naval, els avions, l'acer, els sectors químic, petroquímic i farmacèutic poden utilitzar aquestes instal·lacions de fabricació pesada. També poden ser plantes de fabricació lleugera que fabriquen electrònica de consum, electrodomèstics, aliments, paper, tèxtils, cuir i fusta, entre altres articles d'ús quotidià.

A diferència d'altres tipus d'infraestructures, les instal·lacions industrials ofereixen un ampli ventall d'usos. Aquestes ubicacions s'ocupen d'una àmplia gamma de tasques, com ara control de qualitat, emmagatzematge, logística, producció, mecanitzat, muntatge, acabat i embalatge. Els atributs físics i la disposició arquitectònica de les instal·lacions industrials es basen en els seus sistemes, procediments, maquinària, propietats de materials i productes específics, necessitats de manteniment i preocupacions de seguretat dels treballadors. Les instal·lacions industrials tenen un entorn més variat a més d'una infraestructura única a causa de la influència d'elements principalment locals com la vibració, la temperatura i l'atmosfera.

La solució d'il·luminació d'una instal·lació industrial moderna ha de permetre proporcionar un entorn còmode i agradable alhora que minimitza els costos del cicle de vida dels sistemes d'il·luminació instal·lats. La reducció de l'absentisme, menys errors de producció i menys accidents laborals es poden atribuir a un lloc de treball visualment agradable. Una empresa pot trobar-se en desavantatge competitiu si la seva infraestructura d'il·luminació no funciona de manera eficient, encara que sigui essencial aconseguir una visibilitat clara mitjançant una regulació adequada de diversos paràmetres (enlluernament, lluminositat, uniformitat, il·luminació, qualitat del color, contrast i adaptació).

La recol·lecció de la llum diürna no es prefereix en molts llocs industrials, i els sistemes d'il·luminació han de funcionar contínuament. La quantitat de lúmenes que pot donar una lluminària alta i el nombre de lluminàries necessàries per cobrir tot el solar són molt demandades pels espais amplis i alts de sostre habituals a les naus de producció industrial. Durant les hores de funcionament prolongades, l'enorme nombre de sistemes d'il·luminació d'alta potència genera un requisit de càrrega molt elevat (kW) i consumeix una quantitat substancial d'energia elèctrica (kWh).

Tres factors principals configuren el cost del cicle de vida d'un sistema d'il·luminació: les despeses de capital, els costos d'energia i els costos de manteniment. El cost de manteniment és el factor X que pot influir més en el cost del cicle de vida, fins i tot si el cost energètic d'operar un sistema d'il·luminació sovint supera el cost de capital de la il·luminació.Llum LED intel·ligent d'alta badiapot ser difícil il·luminar moltes zones industrials. És difícil que els sistemes d'il·luminació sobrevisquin en aquestes condicions dures a causa dels productes químics càustics, l'alta humitat, les altes temperatures, les vibracions importants, les atmosferes corrosives i/o la potència bruta. Els sostres de difícil accés augmenten les despeses de personal i els problemes de seguretat quan es tracta de manteniment rutinari o rellumatge.

El disseny de la il·luminació industrial ha de tenir en compte una àmplia gamma de factors i utilitzar lluminàries industrials que funcionin de manera eficaç, eficient i fiable en entorns exigents. Hi ha dos tipus de lluminàries industrials destinades a l'ús interior: alta i baixa. Quan l'alçada del sostre o les armadures del sostre superen els 6,1 metres (20 peus), s'utilitzen llums de badia alta per donar il·luminació general. Fins a sis metres (20 peus) és l'alçada màxima a la qual es poden instal·lar llums de badia baixa. Els llums d'alta badia són dispositius d'il·luminació directa que dispersen tota la llum que emeten en la direcció de la superfície que pretenen il·luminar. Per tal de proporcionar una il·luminació suficient a una alçada clara alta, normalment es fan per generar una sortida de llum de més de 10.000 lúmens en un feix regulat. Les lluminàries que s'utilitzen en aplicacions d'il·luminació de badia baixa solen tenir una dispersió més àmplia per a una cobertura òptima i emeten menys de 10.000 lúmens. A causa de les seves baixes altures de muntatge, les llums de badia baixes requereixen un control més estricte de l'enlluernament, que es pot aconseguir mitjançant l'ús de reflectors per bloquejar la llum d'angle alt o refractors prismàtics o difusors òpals per suavitzar la brillantor. Per il·luminar les ombres creades per impediments superiors o per oferir una il·luminació adequada per a treballs visualment exigents, s'utilitza la il·luminació localitzada. Els llums d'inundació, que són lluminàries orientables amb distribucions de llum controlades, s'utilitzen normalment per il·luminar zones de producció exteriors.

La necessitat de lluminàries adequades per al seu ús en llocs amb condicions climàtiques inusuals és una altra manera de classificar les lluminàries industrials. Les temperatures ambientals extremadament elevades, les temperatures de congelació, la humitat elevada, les zones humides o la configuració-de la mànega, les atmosferes corrosives i les vibracions de la maquinària gran són reptes que han de poder suportar. Els accessoris d'enllumenat industrial es creen, s'examinen i s'aproven per al seu ús en zones categoritzades segons el seu nivell de perill. Els ambients perillosos es defineixen com aquells que contenen gasos o vapors inflamables, pols combustibles i/o conductors, i fibres i volades fàcilment inflamables. Instal·lacions que processen petroli i gas, productes químics i petroquímics, plataformes de perforació, plataformes petrolieres en alta mar, terminals de càrrega i transferència de combustible marítimes, instal·lacions en alta mar i molls, granges de tancs, plantes d'extracció de dissolvents, estacions de bombeig de canonades, plantes de tractament de residus i aigües residuals, fàbriques de pasta i paper, instal·lacions que fabriquen i emmagatzemen municions i focs artificials i instal·lacions de preparació de laca, coal i cowling. tots els exemples de llocs perillosos.

La il·luminació LED ha establert el seu domini en el mercat de la il·luminació industrial i s'ha convertit en un estàndard durant els darrers deu anys. Els sistemes d'il·luminació tradicionals depenen de la tecnologia de descàrrega d'alta-intensitat (HID) o fluorescent, que tenen greus inconvenients i restriccions. Els LED ofereixen una gran eficiència i un funcionament fiable mitjançant l'ús de l'electroluminescència generada per la recombinació entre electrons i forats a la regió activa dins de les unions p-n dels semiconductors. Tot i que ja hi ha un estalvi energètic important amb l'ús generalitzat de lluminàries LED, encara hi ha moltes possibilitats de reduir els costos del cicle de vida.

En augmentar l'eficiència de l'aplicació d'il·luminació (LAE), que té en compte l'eficiència, la intensitat i l'eficàcia de l'espectre òptica, la tecnologia SSL pot suposar un estalvi d'energia addicional important. En comparació amb els sistemes d'il·luminació antics, la longevitat inherent dels LED, el funcionament sense espurnes-i la durabilitat d'estat sòlid permeten crear sistemes d'il·luminació robustos amb una vida útil molt més llarga. Aquests sistemes també són més robusts mecànicament per suportar condicions ambientals dures i són significativament més segurs d'utilitzar en llocs perillosos. A causa dels elevats costos de manteniment i de la dependència de les tasques industrials de l'entorn il·luminat, el funcionament lliure-de fallades dels sistemes d'il·luminació durant un cicle de vida llarg és crucial en aplicacions industrials.

led high bay fixtures

Tot i que la tecnologia LED sempre ha estat a l'avantguarda de l'eficiència operativa, els desenvolupaments i innovacions recents han anat més enllà per maximitzar l'eficiència energètica dels sistemes d'il·luminació i crear espais de treball més productius. Utilitzar una millor controlabilitat dels LED, que és el que essencialment distingeix la tecnologia dels seus competidors, és la base d'aquests èxits. Els LED són dispositius electroluminiscents que poden suportar l'encesa/apagada contínua, ofereixen una regulació completa de la gamma i reaccionen de manera ràpida i precisa als senyals de control. Amb aquest grau de control, la sortida de llum LED es pot modular automàticament en resposta a les entrades del sensor o als algorismes preprogramats.

Il·luminació LED d'alta badiaés compatible amb tots els sistemes de control d'il·luminació que s'han desenvolupat per satisfer els requisits de gestió energètica dels propietaris o operadors d'instal·lacions industrials, inclosa la detecció d'ocupació, la programació del temps, la recollida de llum diürna, l'ajust institucional, les respostes a la demanda i la compensació adaptativa. Més enllà d'augmentar l'eficiència operativa, el control-basat en programari pot desbloquejar una varietat d'altres funcions valuoses. L'espectre d'un sistema de barreja de colors i, en conseqüència, el color de la llum que emet es poden ajustar dinàmicament atenuant de manera independent cada LED primari. A nivell biològic, la gestió dinàmica del color i la intensitat permet manipular la producció d'hormones essencials per provocar reaccions positives en humans. Aquesta tecnologia està impulsant l'ús de la il·luminació-cèntrica humana (HCL) per millorar la productivitat, el benestar mental i la salut física al lloc de treball.

El tipus més senzill d'il·luminació intel·ligent és la il·luminació LED intel·ligent basada en la programabilitat integrada i/o la detecció localitzada. El desplegament de sistemes d'il·luminació intel·ligents autònoms a instal·lacions industrials amb nombroses instal·lacions d'aparells no és pràctic a causa del cost i la complexitat que augmenten amb la sofisticació. En funció de la tasca visual, el temps necessari per completar-la, el treballador que l'executa i la importància de les diferents característiques de la tasca en la realització de l'obra, la quantitat de llum (il·luminació) i la seva composició espectral canvien amb freqüència en aquestes instal·lacions. Els controls d'il·luminació implementats a nivell de circuit en lluminàries controlades centralment no són prou sensibles o flexibles per satisfer necessitats específiques o adaptar-se a futurs canvis de disseny i finalitat.

Els accessoris d'il·luminació industrials s'han d'unificar a tota la instal·lació perquè puguin treballar junts alhora que conserven la individualitat per personalitzar la il·luminació per a un espai determinat. Els sistemes d'il·luminació haurien de col·laborar i compartir coneixements per tal de desenvolupar un major nivell d'intel·ligència col·lectiva que els faci més capaços del que serien si funcionessin de manera independent.

Una idea en desenvolupament, la il·luminació industrial intel·ligent se centra a construir un ecosistema digital per automatitzar les llums, millorar els espais i, finalment, maximitzar el valor d'una empresa. La il·luminació LED i la xarxa digital de dispositius de control intel·ligent són components clau de l'ecosistema digital. La xarxa digital permet la comunicació entre sistemes d'il·luminació i dispositius de control mitjançant missatges binaris digitals en lloc de directrius de control basades en canvis de tensió, encara que la naturalesa digital dels LED permet la seva fàcil integració amb circuits electrònics.

Els sistemes de control digital basats en terminacions de cablejat suau substitueixen els circuits d'il·luminació basats en terminacions analògiques dures com a elements bàsics de la zonificació de control. La comunicació-bidireccional, la programació d'ordinadors i la implementació de la zonificació i la reparcel·lació mitjançant programari dirigit a lluminàries individuals o grups de lluminàries en diversos circuits d'il·luminació són possibles gràcies a l'ús de sistemes de control digital. Una única lluminària es pot assignar a moltes zones per implementar diverses tècniques de control en diferents condicions gràcies a l'adreça digital a nivell de lluminària-. Més flexibilitat i, en conseqüència, més precisió en el lliurament de la llum són possibles gràcies a la capacitat de dissenyar una zona de control a qualsevol escala. A més, l'adreçament de programari facilita la reparcel·lació dels espais per adaptar-se a les necessitats de canvi. Per tal de millorar les operacions de les instal·lacions i prendre millors decisions empresarials, la comunicació-bidireccional permet recopilar dades de rendiment, com ara l'ús d'energia i l'estat del conductor, per processar-les posteriorment mitjançant diverses tècniques estadístiques i d'optimització. Les lluminàries es poden incorporar als sistemes d'automatització industrial per al control centralitzat i l'intercanvi de dades-amples de les instal·lacions mitjançant xarxes digitals.

Una lluminària industrial es converteix en un node d'il·luminació digital que pot ser controlat i assistit de manera independent per la intel·ligència col·lectiva de l'ecosistema digital quan la tecnologia LED i els controls digitals funcionen conjuntament. Els subsistemes interdependents de gestió tèrmica, regulació de corrent d'accionament, control òptic i integració mecànica han de cooperar per garantir el millor rendiment possible de les lluminàries LED industrials, que són sistemes integrats. El controlador LED, que ofereix una conversió d'energia sota la tensió d'alimentació o les fluctuacions de càrrega per conduir els LED amb una càrrega constant d'energia de CC, és una de les parts constitutives que és especialment crucial. El controlador LED és ara un component actiu que és essencial per a la implementació efectiva dels controls en un sistema d'il·luminació intel·ligent en lloc d'una simple font d'alimentació de corrent constant.

El corrent de conducció determina com es comporten els LED lluminosos. Per tant, el desplegament de diverses tècniques de control es facilita mitjançant l'execució per part del conductor d'ordres de control de commutació i atenuació. En situacions en què molts canals LED o capes d'il·luminació requereixen un equilibrat acurat de les relacions de contrast lluminós, l'atenuació contínua és una capacitat vital necessària per proporcionar canvis de control sense problemes i escenaris d'il·luminació variables. Utilitzant circuits d'atenuació de la modulació d'amplada de pols-integrada (PWM) o de reducció de corrent constant (CCR), un controlador LED realitza aquest propòsit.

La creació de sistemes d'il·luminació intel·ligents totalment funcionals és possible gràcies a la varietat d'opcions que es poden incorporar a un controlador LED. El controlador, que ofereix processament de dades locals i presa de decisions-, origina directives per al controlador LED i es comunica amb un sistema de gestió central mitjançant una passarel·la, és essencial per a aquests sistemes. Un circuit integrat (IC) o sistema-en-xip (SoC) amb un microcontrolador i un transceptor a bord s'anomena controlador de llum. El microcontrolador també incorpora memòria, E/S i una unitat central de processament (CPU). La memòria flash conté programari incrustat, sovint conegut com a microprogramari. La naturalesa programable d'un sistema LED basat en microcontrolador-permet afegir funcions d'il·luminació intel·ligents com ara la configuració de l'escena, la barreja de colors, la reducció del manteniment de la llum i la programació avançada.

Bàsicament, la il·luminació industrial intel·ligent consisteix a incorporar sistemes d'il·luminació a xarxes d'ordinador-que s'estan desenvolupant en previsió de l'Internet de les coses (IoT). La interoperabilitat és possible gràcies a l'enorme mida de la xarxa basada en IP-per l'IoT, que també amplia la connectivitat del protocol d'Internet (IP) a punts finals amb recursos limitats. L'arquitectura d'Internet de les coses (IoT) ofereix una àmplia gamma de serveis i aplicacions per resoldre problemes massa complexos per gestionar-los en una xarxa tancada.

No és necessari que els sistemes d'il·luminació alberguin físicament la potència de processament dins de l'ecosistema IoT. Els servidors i el programari que permeten la computació en núvol, l'anàlisi de grans-dades, la intel·ligència artificial i l'aprenentatge automàtic poden formar part de la infraestructura del núvol. El processament de dades, la visualització de dades, l'emmagatzematge de dades i la ingesta de dades es poden fer més eficients amb l'ajuda d'aquestes funcions. Els operadors de les instal·lacions poden millorar l'automatització de la il·luminació i l'eficiència operativa amb l'ajuda d'informació útil a partir de dades d'IoT.

Tot entre els dispositius IoT i les aplicacions IoT està coordinat i gestionat per una plataforma IoT. Ofereix una col·lecció d'elements de programari per a la gestió de dispositius IoT, gestió de dades, desenvolupament d'aplicacions i habilitació. L'Internet industrial de les coses (IIoT), que s'acosta a una nova era d'aplicacions industrials, es pot connectar a la il·luminació industrial intel·ligent.