حلول الإضاءة الصناعية الذكية

يستخدم حل الإضاءة الصناعية الذكي أنظمة التحكم الرقمية، والاتصال الشامل، وإستراتيجية قائمة على النظام الأساسي-لتحويل تركيبات الإضاءة الصناعية إلى أنظمة إضاءة ذكية وقابلة للتشغيل المتبادل. أصبح استخدام الرؤى الرقمية في التحكم في الإضاءة أكثر شيوعًا منذ التحول إلى إضاءة الحالة الصلبة القائمة على تقنية LED. الهدف من التحول الرقمي في القطاع الصناعي هو تحسين الكفاءة بما يتجاوز ما يمكن أن توفره إضاءة LED وحدها مع إنشاء ظروف عمل آمنة وفعالة ومنتجة. أصبحت إمكانية تطوير قدرات فريدة وتنفيذ ميزات متطورة ممكنة بفضل التفاعل القوي الذي ينشئه حل الإضاءة الذكي بين تكنولوجيا المعلومات (IT) والتكنولوجيا التشغيلية (OT)، وكذلك بين الأجهزة والبرامج. من أجل التجميع والمشاركة واتخاذ القرار والتصرف، يتم دمج فئة متجانسة من الأجهزة والأنظمة المختلفة في شبكة شاملة. ستحتاج إدارة المنشآت الصناعية إلى الخضوع لتغيير كبير في المستقبل بسبب الصناعة 4.0. تتضمن هذه الثورة الرقمية الإضاءة الصناعية الذكية.

يعد تصميم الإضاءة للمباني الصناعية أسلوبًا فريدًا لأن هذه المساحات متباعدة عن بعضها البعض. المنشآت الصناعية هي أي مواقع يتم فيها الإنتاج أو الأنشطة المتعلقة بالتصنيع. يمكن لقطاعات السيارات والآلات الثقيلة والأدوات الآلية الضخمة وبناء السفن والطائرات والصلب والكيماويات والبتروكيماويات والأدوية استخدام مرافق التصنيع الثقيلة هذه. وقد تكون أيضًا مصانع تصنيع خفيفة تصنع الإلكترونيات الاستهلاكية، والأجهزة الكهربائية، والمواد الغذائية، والورق، والمنسوجات، والجلود، والخشب، من بين العناصر اليومية الأخرى.

على عكس الأنواع الأخرى من البنية التحتية، توفر المرافق الصناعية مجموعة واسعة من الاستخدامات. تتعامل هذه المواقع مع مجموعة واسعة من المهام، بما في ذلك مراقبة الجودة والتخزين والخدمات اللوجستية والإنتاج والتصنيع والتجميع والتشطيب والتعبئة. تعتمد الخصائص المادية والتخطيط المعماري للمنشآت الصناعية على أنظمتها وإجراءاتها وآلاتها وخصائص المواد والمنتجات واحتياجات الصيانة والمخاوف المتعلقة بسلامة العمال. تتمتع المنشآت الصناعية ببيئة أكثر تنوعًا بالإضافة إلى البنية التحتية الفريدة بسبب تأثير العناصر المحلية في المقام الأول مثل الاهتزاز ودرجة الحرارة والغلاف الجوي.

يجب أن يتيح حل الإضاءة الخاص بالمنشأة الصناعية الحديثة توفير بيئة مريحة وممتعة مع تقليل تكاليف دورة حياة أنظمة الإضاءة المثبتة. يمكن أن يُعزى انخفاض معدل التغيب عن العمل، وتقليل أخطاء الإنتاج، وتقليل عدد الحوادث الصناعية، إلى مكان عمل ممتع بصريًا. قد تكون الشركة في وضع تنافسي غير مؤات إذا كانت البنية التحتية للإضاءة الخاصة بها لا تعمل بكفاءة، حتى لو كان من الضروري تحقيق رؤية واضحة من خلال التنظيم المناسب للعديد من المعلمات (الوهج والسطوع والتوحيد والإضاءة وجودة اللون والتباين والتكيف).

لا يُفضل حصاد ضوء النهار في العديد من المواقع الصناعية، ويجب أن تعمل أنظمة الإضاءة بشكل مستمر. إن كمية اللومن التي يمكن أن توفرها وحدة الإنارة العالية وعدد وحدات الإنارة اللازمة لتغطية الموقع بأكمله مطلوبة بشدة من خلال المساحات الواسعة ذات الأسقف العالية الشائعة في قاعات الإنتاج الصناعي. على مدى ساعات التشغيل الممتدة، يولد العدد الهائل من أنظمة الإضاءة عالية الطاقة متطلبات حمل عالية جدًا (كيلوواط) ويستهلك كمية كبيرة من الطاقة الكهربائية (كيلوواط ساعة).

هناك ثلاثة عوامل رئيسية تشكل تكلفة دورة حياة نظام الإضاءة: النفقات الرأسمالية، وتكاليف الطاقة، وتكاليف الصيانة. تكلفة الصيانة هي العامل X الذي يمكن أن يكون له التأثير الأكبر على تكلفة دورة الحياة، حتى لو كانت تكلفة الطاقة لتشغيل نظام الإضاءة تتجاوز في كثير من الأحيان التكلفة الرأسمالية للإضاءة.ضوء LED ذكي للخليج العاليقد يكون من الصعب إضاءة العديد من المناطق الصناعية. من الصعب على أنظمة الإضاءة البقاء على قيد الحياة في هذه الظروف الصعبة بسبب المواد الكيميائية الكاوية، والرطوبة العالية، ودرجات الحرارة المرتفعة، والاهتزازات الكبيرة، والأجواء المسببة للتآكل، و/أو الطاقة غير النظيفة. الأسقف التي يصعب الوصول إليها تزيد من نفقات الموظفين وقضايا السلامة عندما يتعلق الأمر بالصيانة الروتينية أو إعادة الإضاءة.

يجب أن يأخذ تصميم الإضاءة الصناعية في الاعتبار مجموعة واسعة من العوامل وأن يستخدم وحدات الإنارة الصناعية التي تعمل بفعالية وكفاءة ويمكن الاعتماد عليها في البيئات الصعبة. هناك نوعان من وحدات الإنارة الصناعية المخصصة للاستخدام الداخلي: High Bay وLow Bay. عندما يتجاوز ارتفاع السقف أو دعامات السقف 6.1 متر (20 قدمًا)، يتم استخدام مصابيح الإضاءة العالية لتوفير الإضاءة العامة. ما يصل إلى ستة أمتار (20 قدمًا) هو الحد الأقصى للارتفاع الذي يمكن تركيب مصابيح الإضاءة المنخفضة عليه. مصابيح High Bay عبارة عن أجهزة إضاءة مباشرة تعمل على تشتيت كل الضوء المنبعث منها في اتجاه السطح الذي تهدف إلى إضاءته. من أجل توفير إضاءة كافية عبر ارتفاع واضح وعالي، يتم تصنيعها عادةً لتوليد خرج ضوئي يزيد عن 10000 لومن في شعاع منظم. عادةً ما تحتاج وحدات الإنارة المستخدمة في تطبيقات الإضاءة المنخفضة إلى تشتت أوسع للحصول على تغطية مثالية وتنبعث منها أقل من 10000 لومن. نظرًا لارتفاعات التركيب المنخفضة، تتطلب مصابيح الخليج المنخفضة تحكمًا أكثر إحكامًا في الوهج، والذي يمكن تحقيقه باستخدام عاكسات لحجب الضوء ذو الزاوية العالية أو الكاسرات المنشورية أو ناشرات الأوبال لتخفيف السطوع. لإلقاء الضوء على الظلال الناتجة عن العوائق العلوية أو لتوفير إضاءة مناسبة للمهام التي تتطلب جهدًا بصريًا، يتم استخدام إضاءة المهام الموضعية. عادةً ما تُستخدم الأضواء الكاشفة، وهي وحدات إنارة قابلة للتصويب مع توزيعات ضوئية يتم التحكم فيها، لإضاءة مناطق الإنتاج الخارجية.

إن الحاجة إلى وحدات إنارة مناسبة للاستخدام في المواقع ذات الظروف المناخية غير العادية هي طريقة أخرى لتصنيف وحدات الإنارة الصناعية. إن درجات الحرارة المحيطة المرتفعة للغاية، ودرجات الحرارة المتجمدة، والرطوبة العالية، والمناطق الرطبة أو إعدادات خراطيم المياه-، والأجواء المسببة للتآكل، والاهتزاز الناتج عن الآلات الكبيرة، كلها تحديات يجب أن يكونوا قادرين على تحملها. يتم إنشاء تركيبات الإضاءة الصناعية وفحصها والموافقة عليها للاستخدام في المناطق المصنفة وفقًا لمستوى خطورتها. يتم تعريف البيئات الخطرة على أنها تلك التي تحتوي على غازات أو أبخرة قابلة للاشتعال، وأتربة قابلة للاشتعال و/أو موصلة للكهرباء، وألياف وتطايرات قابلة للاشتعال بسهولة. المرافق التي تعالج النفط والغاز والمنتجات الكيماوية والبتروكيماوية ومنصات الحفر ومنصات النفط البحرية ومحطات التحميل ونقل الوقود البحرية والمنشآت البحرية والرصيف ومزارع الخزانات ومحطات استخلاص المذيبات ومحطات ضخ خطوط الأنابيب ومحطات معالجة النفايات والصرف الصحي ومصانع اللب والورق والمرافق التي تصنع وتخزن الذخيرة والألعاب النارية ومرافق المساحيق والطلاء ومصانع إعداد الفحم ومرافق مناولة الفحم كلها أمثلة على المواقع الخطرة.

لقد أثبتت إضاءة LED هيمنتها في سوق الإضاءة الصناعية وأصبحت معيارًا خلال السنوات العشر الماضية. تعتمد أنظمة الإضاءة التقليدية على تقنية التفريغ عالي الكثافة (HID)- أو تقنية الفلورسنت، والتي لها عيوب وقيود خطيرة. توفر مصابيح LED كفاءة كبيرة وتشغيلًا يمكن الاعتماد عليه من خلال استخدام اللمعان الكهربائي الناتج عن إعادة التركيب بين الإلكترونات والثقوب في المنطقة النشطة داخل تقاطعات أشباه الموصلات p-n. على الرغم من أن هناك بالفعل وفورات كبيرة في الطاقة نتيجة الاستخدام الواسع النطاق لمصابيح LED، إلا أنه لا تزال هناك فرص كثيرة لتقليل تكاليف دورة الحياة.

من خلال زيادة كفاءة تطبيق الإضاءة (LAE)، والتي تأخذ في الاعتبار كفاءة التوصيل البصري والكثافة وكفاءة الطيف، يمكن أن تؤدي تقنية SSL إلى توفير إضافي كبير في الطاقة. عند مقارنتها بأنظمة الإضاءة القديمة، فإن طول العمر المتأصل لمصابيح LED، والتشغيل بدون شرارة-، ومتانة الحالة الصلبة يسمح بإنشاء أنظمة إضاءة قوية ذات عمر أطول بكثير. كما أن هذه الأنظمة أكثر قوة ميكانيكيًا لتحمل الظروف البيئية القاسية وأكثر أمانًا للاستخدام في المواقع الخطرة. نظرًا لارتفاع تكاليف الصيانة واعتماد المهام الصناعية على البيئة المضاءة، فإن عدم تشغيل أنظمة الإضاءة بدون فشل- طوال دورة حياة طويلة يعد أمرًا بالغ الأهمية في التطبيقات الصناعية.

led high bay fixtures

على الرغم من أن تقنية LED كانت دائمًا في طليعة الكفاءة التشغيلية، فقد ذهبت التطورات والابتكارات الحديثة إلى أبعد من ذلك لتعظيم كفاءة استخدام الطاقة في أنظمة الإضاءة وإنشاء مساحات عمل أكثر إنتاجية. إن الاستفادة من إمكانية التحكم الأفضل في مصابيح LED، وهو ما يميز التكنولوجيا بشكل أساسي عن منافسيها، هو أساس هذه الإنجازات. مصابيح LED عبارة عن أجهزة مضيئة كهربائيًا يمكنها تحمل التبديل المستمر للتشغيل/الإيقاف، وتوفر تعتيمًا كامل النطاق، وتتفاعل بسرعة ودقة مع إشارات التحكم. مع هذه الدرجة من إمكانية التحكم، يمكن تعديل إخراج ضوء LED تلقائيًا استجابة لمدخلات المستشعر أو الخوارزميات المبرمجة مسبقًا.

إضاءة LED عالية للخليجمتوافق مع جميع أنظمة التحكم في الإضاءة التي تم تطويرها لتلبية متطلبات إدارة الطاقة لأصحاب المنشآت الصناعية أو مشغليها، بما في ذلك الكشف عن الإشغال، وجدولة الوقت، وحصاد ضوء النهار، والضبط المؤسسي، واستجابات الطلب، والتعويض التكيفي. بالإضافة إلى مجرد زيادة الكفاءة التشغيلية، يمكن للتحكم المعتمد على البرامج-أن يفتح مجموعة متنوعة من الميزات القيمة الأخرى. يمكن تعديل طيف نظام خلط الألوان، وبالتالي لون الضوء المنبعث منه، ديناميكيًا عن طريق تعتيم كل مصباح LED أساسي بشكل مستقل. على المستوى البيولوجي، تسمح الإدارة الديناميكية للون والكثافة بالتلاعب في إنتاج الهرمونات الأساسية لإثارة ردود فعل إيجابية لدى البشر. إن استخدام الإضاءة المركزية البشرية (HCL)- لتحسين الإنتاجية والصحة العقلية والصحة البدنية في مكان العمل يتم من خلال هذه التقنية.

إن أبسط أنواع الإضاءة الذكية هي إضاءة LED الذكية القائمة على إمكانية البرمجة المضمنة و/أو الاستشعار الموضعي. يعد نشر أنظمة الإضاءة الذكية المستقلة في المنشآت الصناعية التي تحتوي على العديد من تركيبات التركيب أمرًا غير عملي بسبب التكلفة والتعقيد الذي يزداد مع التطور. اعتمادًا على المهمة البصرية، والوقت اللازم لإنجازها، والعامل الذي ينفذها، وأهمية خصائص المهمة المختلفة في إكمال العمل، فإن كمية الضوء (الإضاءة) وتركيبته الطيفية تتغير بشكل متكرر في هذه المرافق. إن عناصر التحكم في الإضاءة المطبقة على مستوى الدائرة في تركيبات الإضاءة التي يتم التحكم فيها مركزيًا ليست سريعة الاستجابة أو مرنة بما يكفي لتلبية احتياجات محددة أو التكيف مع التغييرات المستقبلية في التخطيط والغرض.

يجب توحيد تركيبات الإضاءة الصناعية في جميع أنحاء المنشأة حتى تتمكن من العمل معًا مع الاحتفاظ أيضًا بالفردية لتخصيص الإضاءة لمساحة معينة. يجب أن تتعاون أنظمة الإضاءة وتتبادل المعرفة من أجل تطوير مستوى أكبر من الذكاء الجماعي الذي يجعلها أكثر قدرة مما ستكون عليه لو أنها تعمل بشكل مستقل.

تركز الإضاءة الصناعية الذكية، وهي فكرة متطورة، على بناء نظام بيئي رقمي لأتمتة الإضاءة وتحسين المساحات وزيادة قيمة الشركة في النهاية. تعد إضاءة LED والشبكات الرقمية لأجهزة التحكم الذكية من المكونات الرئيسية للنظام البيئي الرقمي. تتيح الشبكات الرقمية الاتصال بين أنظمة الإضاءة وأجهزة التحكم باستخدام الرسائل الثنائية الرقمية بدلاً من توجيهات التحكم المستندة إلى تغيرات الجهد، حتى لو كانت الطبيعة الرقمية لمصابيح LED تتيح سهولة تكاملها مع الدوائر الإلكترونية.

تحل أنظمة التحكم الرقمية القائمة على نهايات الأسلاك الناعمة محل دوائر الإضاءة القائمة على النهايات التناظرية الصلبة باعتبارها اللبنات الأساسية لتقسيم مناطق التحكم. أصبح الاتصال ثنائي الاتجاه، وبرمجة الكمبيوتر، وتنفيذ تقسيم المناطق وإعادة تقسيمها من خلال البرامج الموجهة إلى وحدات الإنارة الفردية أو مجموعات وحدات الإنارة عبر دوائر الإضاءة المختلفة، ممكنًا بفضل استخدام أنظمة التحكم الرقمية. يمكن تخصيص وحدة إنارة واحدة للعديد من المناطق لتنفيذ تقنيات تحكم متنوعة في ظل ظروف مختلفة بفضل إمكانية التحكم الرقمي على مستوى وحدة الإنارة-. أصبحت المزيد من المرونة، وبالتالي المزيد من الدقة في توصيل الضوء، ممكنة بفضل القدرة على تصميم منطقة تحكم على أي نطاق. بالإضافة إلى ذلك، فإن عنونة البرامج تجعل من السهل إعادة تقسيم المساحات لاستيعاب الاحتياجات المتغيرة. من أجل تحسين عمليات المنشأة واتخاذ قرارات عمل أفضل، يتيح الاتصال ثنائي الاتجاه-جمع بيانات الأداء، مثل استخدام الطاقة وحالة السائق، لمعالجتها لاحقًا باستخدام مجموعة متنوعة من التقنيات الإحصائية والتحسينية. يمكن دمج تركيبات الإضاءة في أنظمة الأتمتة الصناعية للتحكم المركزي ومشاركة البيانات على مستوى المنشأة-من خلال الشبكات الرقمية.

تصبح وحدات الإنارة الصناعية بمثابة عقدة إضاءة رقمية يمكن التحكم فيها بشكل مستقل ومساعدتها من خلال الذكاء الجماعي للنظام البيئي الرقمي عندما تعمل تقنية LED وعناصر التحكم الرقمية معًا. يجب أن تتعاون الأنظمة الفرعية المترابطة للإدارة الحرارية وتنظيم تيار القيادة والتحكم البصري والتكامل الميكانيكي لضمان أفضل أداء ممكن من مصابيح LED الصناعية، وهي أنظمة متكاملة. يعد برنامج تشغيل LED، الذي يوفر تحويل الطاقة تحت جهد الإمداد أو تقلبات الحمل لتشغيل مصابيح LED مع حمل ثابت من طاقة التيار المستمر، أحد الأجزاء المكونة التي لها أهمية خاصة. أصبح برنامج تشغيل LED الآن مكونًا نشطًا ضروريًا للتنفيذ الفعال لعناصر التحكم في نظام الإضاءة الذكي بدلاً من مجرد مصدر طاقة تيار ثابت ومباشر.

يحدد تيار القيادة كيفية تصرف مصابيح LED المضيئة. ولذلك، أصبح نشر تقنيات التحكم المختلفة أسهل من خلال تنفيذ السائق لأوامر التحكم في التبديل والتعتيم. في المواقف التي تتطلب فيها العديد من قنوات LED أو طبقات الإضاءة موازنة دقيقة لنسب التباين المضيئة، يعد التعتيم المستمر قدرة حيوية مطلوبة لتوفير تغييرات تحكم سلسة وسيناريوهات الإضاءة المتغيرة. باستخدام تعديل عرض النبض - المتكامل (PWM) أو دائرة تعتيم تقليل التيار المستمر (CCR)، يقوم برنامج تشغيل LED بتنفيذ هذا الغرض.

أصبح إنشاء أنظمة إضاءة ذكية تعمل بكامل طاقتها ممكنًا بفضل مجموعة متنوعة من الخيارات التي يمكن دمجها في برنامج تشغيل LED. تعتبر وحدة التحكم، التي توفر معالجة البيانات المحلية واتخاذ القرار-، وتقوم بإصدار التوجيهات لبرنامج تشغيل LED، وتتواصل مع نظام الإدارة المركزي عبر البوابة، أمرًا ضروريًا لهذه الأنظمة. تسمى الدائرة المتكاملة (IC) أو النظام - الموجود على - الشريحة (SoC) مع وحدة التحكم الدقيقة وجهاز الإرسال والاستقبال الموجود على اللوحة وحدة التحكم في الضوء. يشتمل المتحكم الدقيق أيضًا على الذاكرة والإدخال / الإخراج ووحدة المعالجة المركزية (CPU). تحتوي ذاكرة الفلاش على برامج مضمنة، تُعرف غالبًا باسم البرامج الثابتة. إن الطبيعة القابلة للبرمجة لنظام LED القائم على وحدة التحكم الدقيقة- تجعل من الممكن إضافة ميزات الإضاءة الذكية مثل إعداد المشهد، ومزج الألوان، وخفض صيانة التجويف، والجدولة المتقدمة.

في الأساس، تتضمن الإضاءة الصناعية الذكية دمج أنظمة الإضاءة في الشبكات المستندة إلى الكمبيوتر-والتي يتم تطويرها تحسبًا لإنترنت الأشياء (IoT). أصبحت إمكانية التشغيل البيني ممكنة بفضل الحجم الهائل للشبكة المستندة إلى IP-من خلال إنترنت الأشياء، والذي يعمل أيضًا على توسيع اتصال بروتوكول الإنترنت (IP) إلى نقاط النهاية ذات الموارد المحدودة. توفر بنية إنترنت الأشياء (IoT) مجموعة واسعة من الخدمات والتطبيقات لحل المشكلات المعقدة للغاية بحيث لا يمكن إدارتها في شبكة مغلقة.

ليس من الضروري أن تقوم أنظمة الإضاءة بإيواء قوة المعالجة فعليًا داخل النظام البيئي لإنترنت الأشياء. قد تكون الخوادم والبرامج التي تتيح الحوسبة السحابية، وتحليلات البيانات-الضخمة، والذكاء الاصطناعي، والتعلم الآلي جزءًا من البنية الأساسية للسحابة. يمكن جعل معالجة البيانات وتصور البيانات وتخزين البيانات وتناول البيانات أكثر كفاءة بمساعدة هذه الميزات. يمكن لمشغلي المرافق تحسين أتمتة الإضاءة والكفاءة التشغيلية بمساعدة الرؤى القابلة للتنفيذ من بيانات إنترنت الأشياء.

يتم تنسيق وإدارة كل شيء بين أجهزة إنترنت الأشياء وتطبيقات إنترنت الأشياء بواسطة منصة إنترنت الأشياء. فهو يقدم مجموعة من العناصر البرمجية لإدارة أجهزة إنترنت الأشياء وإدارة البيانات وتطوير التطبيقات والتمكين. قد تكون إنترنت الأشياء الصناعية (IIoT)، والتي من المقرر أن تستهل حقبة جديدة من التطبيقات الصناعية، متصلة بالإضاءة الصناعية الذكية.