Solutions d'éclairage industriel intelligentes

Une solution d'éclairage industriel intelligente utilise des systèmes de contrôle numérique, une connectivité universelle et une stratégie basée sur une plate-forme-pour transformer les luminaires industriels en systèmes d'éclairage intelligents et interopérables. L'utilisation d'informations numériques dans le contrôle de l'éclairage devient de plus en plus populaire depuis le passage à l'éclairage à semi-conducteurs basé sur la technologie LED. L’objectif de la transformation numérique dans le secteur industriel est d’améliorer l’efficacité au-delà de ce que l’éclairage LED seul peut fournir, tout en établissant des conditions de travail sûres, efficaces et productives. La possibilité de développer des capacités uniques et de mettre en œuvre des fonctionnalités sophistiquées est rendue possible par la forte interaction qu'une solution d'éclairage intelligente établit entre la technologie de l'information (TI) et la technologie opérationnelle (OT), ainsi qu'entre le matériel et les logiciels. Afin de rassembler, partager, décider et agir, une classe homogène de divers appareils et systèmes est combinée en un réseau complet. L’administration des installations industrielles devra subir des changements importants à l’avenir en raison de l’Industrie 4.0. Cette révolution numérique inclut l’éclairage industriel intelligent.

La conception de l’éclairage des bâtiments industriels est une approche unique car ces espaces sont aux antipodes. Les installations industrielles sont tous les lieux où se déroulent la production ou les activités liées à la fabrication. Les secteurs de l’automobile, de la machinerie lourde, des énormes machines-outils, de la construction navale, de l’aviation, de l’acier, de la chimie, de la pétrochimie et de la pharmacie peuvent utiliser ces installations de fabrication lourdes. Il peut également s’agir d’usines de fabrication légère qui fabriquent des produits électroniques grand public, des appareils électriques, des aliments, du papier, des textiles, du cuir et du bois, entre autres articles du quotidien.

Contrairement à d’autres types d’infrastructures, les installations industrielles offrent un large éventail d’usages. Ces sites gèrent un large éventail de tâches, notamment le contrôle qualité, le stockage, la logistique, la production, l'usinage, l'assemblage, la finition et l'emballage. Les attributs physiques et la disposition architecturale des installations industrielles sont basés sur leurs systèmes, procédures, machines, propriétés de matériaux et de produits spécifiques, leurs besoins de maintenance et les préoccupations en matière de sécurité des travailleurs. Les installations industrielles ont un environnement plus varié en plus d'une infrastructure unique en raison de l'influence d'éléments principalement locaux tels que les vibrations, la température et l'atmosphère.

La solution d'éclairage d'une installation industrielle moderne doit permettre de fournir un environnement confortable et agréable tout en minimisant les coûts du cycle de vie des systèmes d'éclairage installés. Un absentéisme réduit, moins d’erreurs de production et moins d’accidents du travail peuvent tous être attribués à un lieu de travail visuellement agréable. Une entreprise peut être désavantagée sur le plan concurrentiel si son infrastructure d'éclairage ne fonctionne pas efficacement, même s'il est essentiel d'obtenir une visibilité claire grâce à une régulation appropriée de plusieurs paramètres (éblouissement, luminosité, uniformité, éclairement, qualité des couleurs, contraste et adaptation).

La récupération de la lumière du jour n'est pas privilégiée dans de nombreux sites industriels et les systèmes d'éclairage doivent fonctionner en continu. La quantité de lumens qu'un luminaire pour grande hauteur peut fournir et le nombre de luminaires nécessaires pour couvrir l'ensemble du site sont très demandés par les vastes espaces sous plafond hauts qui sont courants dans les halls de production industrielle. Sur des heures de fonctionnement prolongées, le grand nombre de systèmes d'éclairage à haute puissance génère un besoin de charge (kW) très élevé et consomme une quantité importante d'énergie électrique (kWh).

Trois facteurs principaux composent le coût du cycle de vie d'un système d'éclairage : les dépenses en capital, les coûts énergétiques et les coûts de maintenance. Le coût de maintenance est le facteur X qui pourrait avoir la plus grande influence sur le coût du cycle de vie, même si le coût énergétique du fonctionnement d'un système d'éclairage dépasse souvent le coût en capital de l'éclairage.Éclairage intelligent pour grande hauteur à LEDpeut être difficile d’éclairer de nombreuses zones industrielles. Il est difficile pour les systèmes d’éclairage de survivre dans ces conditions difficiles en raison des produits chimiques caustiques, de l’humidité élevée, des températures élevées, des vibrations importantes, des atmosphères corrosives et/ou d’une énergie impure. Les plafonds difficiles à atteindre entraînent des dépenses de personnel et des problèmes de sécurité lorsqu'il s'agit d'entretien de routine ou de remplacement de lampes.

La conception de l'éclairage industriel doit prendre en compte un large éventail de facteurs et utiliser des luminaires industriels qui fonctionnent de manière efficace, efficiente et fiable dans des environnements exigeants. Il existe deux types de luminaires industriels destinés à un usage intérieur : les luminaires high bay et low bay. Lorsque la hauteur du plafond ou des fermes de toit dépasse 6,1 mètres (20 pieds), des luminaires en hauteur sont utilisés pour fournir un éclairage général. Jusqu'à six mètres (20 pieds) est la hauteur maximale à laquelle les éclairages pour baie basse peuvent être installés. Les luminaires pour grande hauteur sont des dispositifs d'éclairage direct qui dispersent toute la lumière qu'ils émettent dans la direction de la surface qu'ils sont destinés à éclairer. Afin de fournir un éclairage suffisant sur une hauteur libre élevée, ils sont généralement conçus pour générer un flux lumineux de plus de 10 000 lumens dans un faisceau régulé. Les luminaires utilisés dans les applications d'éclairage de faible hauteur doivent généralement avoir une dispersion plus large pour une couverture optimale et émettre moins de 10 000 lumens. En raison de leurs faibles hauteurs de montage, les éclairages à faible hauteur nécessitent un contrôle plus strict de l'éblouissement, ce qui peut être obtenu en utilisant des réflecteurs pour bloquer la lumière à angle élevé ou des réfracteurs prismatiques ou des diffuseurs opales pour adoucir la luminosité. Pour éclairer les ombres créées par des obstacles aériens ou pour offrir un éclairage adapté aux travaux visuellement exigeants, un éclairage de travail localisé est utilisé. Les projecteurs, qui sont des luminaires orientables avec une distribution lumineuse contrôlée, sont généralement utilisés pour éclairer les zones de production extérieures.

Le besoin de luminaires adaptés à une utilisation dans des endroits présentant des conditions climatiques inhabituelles est une autre façon de catégoriser les luminaires industriels. Les températures ambiantes extrêmement élevées, les températures glaciales, l'humidité élevée, les zones humides ou les réglages d'arrosage, les atmosphères corrosives et les vibrations des grosses machines sont autant de défis qu'ils doivent être capables de relever. Les luminaires industriels sont créés, examinés et approuvés pour une utilisation dans des zones classées en fonction de leur niveau de danger. Les environnements dangereux sont définis comme ceux qui contiennent des gaz ou des vapeurs inflammables, des poussières combustibles et/ou conductrices et des fibres et particules facilement inflammables. Les installations qui traitent du pétrole et du gaz, des produits chimiques et pétrochimiques, les plates-formes de forage, les plates-formes pétrolières offshore, les terminaux de chargement et de transfert de carburant maritimes, les installations offshore et à quai, les parcs de stockage, les usines d'extraction de solvants, les stations de pompage de pipelines, les usines de traitement des déchets et des eaux usées, les usines de pâtes et papiers, les installations qui fabriquent et stockent des munitions et des feux d'artifice, les installations de poudre et de laque, les usines de préparation du charbon et les installations de manutention du charbon sont tous des exemples d'emplacements dangereux.

L'éclairage LED a établi sa domination sur le marché de l'éclairage industriel et est devenu un standard au cours des dix dernières années. Les systèmes d'éclairage traditionnels reposent sur la technologie de décharge à haute intensité (DHI) ou fluorescente, qui présentent de sérieux inconvénients et restrictions. Les LED offrent une grande efficacité et un fonctionnement fiable en utilisant l'électroluminescence générée par la recombinaison entre les électrons et les trous dans la région active au sein des jonctions p-n du semi-conducteur. Même si l’utilisation généralisée des luminaires LED permet déjà d’importantes économies d’énergie, il existe encore de nombreuses possibilités de réduire les coûts du cycle de vie.

En augmentant l'efficacité des applications d'éclairage (LAE), qui prend en compte l'efficacité de la diffusion optique, l'intensité et l'efficacité spectrale, la technologie SSL peut entraîner des économies d'énergie supplémentaires significatives. Par rapport aux systèmes d'éclairage existants, la longévité inhérente des LED, leur fonctionnement sans étincelles et leur durabilité à semi-conducteurs permettent de créer des systèmes d'éclairage robustes avec une durée de vie beaucoup plus longue. Ces systèmes sont également plus robustes mécaniquement pour résister à des conditions environnementales difficiles et sont nettement plus sûrs à utiliser dans des endroits dangereux. En raison des coûts de maintenance élevés et de la dépendance des tâches industrielles à l'égard de l'environnement éclairé, le fonctionnement sans panne des systèmes d'éclairage tout au long de leur cycle de vie est crucial dans les applications industrielles.

led high bay fixtures

Bien que la technologie LED ait toujours été à la pointe de l'efficacité opérationnelle, les développements et innovations récents sont allés au-delà des attentes pour maximiser l'efficacité énergétique des systèmes d'éclairage et créer des espaces de travail plus productifs. L'utilisation de la meilleure contrôlabilité des LED, qui distingue essentiellement la technologie de ses concurrents, est à la base de ces réalisations. Les LED sont des dispositifs électroluminescents qui peuvent résister à une commutation marche/arrêt continue, offrir une gradation complète et réagir rapidement et précisément aux signaux de commande. Avec ce degré de contrôlabilité, la sortie de lumière LED peut être automatiquement modulée en réponse aux entrées du capteur ou aux algorithmes préprogrammés.

Éclairage LED pour grande hauteurest compatible avec tous les systèmes de contrôle d'éclairage qui ont été développés pour répondre aux exigences de gestion de l'énergie des propriétaires ou exploitants d'installations industrielles, y compris la détection d'occupation, la planification horaire, la récolte de la lumière du jour, le réglage institutionnel, les réponses à la demande et la compensation adaptative. Au-delà de la simple augmentation de l'efficacité opérationnelle, le contrôle logiciel-peut débloquer une variété d'autres fonctionnalités précieuses. Le spectre d'un système de mélange de couleurs et, par conséquent, la couleur de la lumière qu'il émet peuvent être ajustés de manière dynamique en atténuant indépendamment chaque primaire de LED. Sur le plan biologique, la gestion dynamique de la couleur et de l'intensité permet de manipuler la production d'hormones essentielles pour susciter des réactions positives chez l'homme. L'utilisation de l'éclairage centré sur l'humain (HCL) pour améliorer la productivité, le bien-être mental et la santé physique sur le lieu de travail est propulsée par cette technologie.

Le type d’éclairage intelligent le plus simple est l’éclairage LED intelligent basé sur une programmabilité intégrée et/ou une détection localisée. Le déploiement de systèmes d'éclairage intelligents autonomes dans des installations industrielles comportant de nombreuses installations de luminaires n'est pas pratique en raison du coût et de la complexité qui augmentent avec la sophistication. En fonction de la tâche visuelle, du temps nécessaire pour la réaliser, du travailleur qui l'exécute et de l'importance des différentes caractéristiques de la tâche dans la réalisation du travail, la quantité de lumière (éclairement) et sa composition spectrale changent fréquemment dans ces installations. Les commandes d'éclairage mises en œuvre au niveau du circuit dans les luminaires à commande centrale ne sont pas suffisamment réactives ou flexibles pour répondre à des besoins spécifiques ou s'adapter aux futurs changements de configuration et d'objectif.

Les luminaires industriels doivent être unifiés dans toute l'installation afin qu'ils puissent fonctionner ensemble tout en conservant l'individualité nécessaire pour personnaliser l'éclairage d'un espace particulier. Les systèmes d’éclairage doivent collaborer et partager leurs connaissances afin de développer un plus grand niveau d’intelligence collective qui les rend plus performants qu’ils ne le seraient s’ils fonctionnaient de manière indépendante.

Idée en développement, l'éclairage industriel intelligent se concentre sur la création d'un écosystème numérique pour automatiser l'éclairage, améliorer les espaces et, à terme, maximiser la valeur d'une entreprise. L'éclairage LED et la mise en réseau numérique des dispositifs de commande intelligents sont des éléments clés de l'écosystème numérique. La mise en réseau numérique permet la communication entre les systèmes d'éclairage et les dispositifs de contrôle à l'aide de messages binaires numériques plutôt que de directives de contrôle basées sur les changements de tension, même si la nature numérique des LED permet leur intégration facile aux circuits électroniques.

Les systèmes de contrôle numérique basés sur des terminaisons de câblage souples remplacent les circuits d'éclairage basés sur des terminaisons analogiques matérielles en tant qu'éléments fondamentaux du zonage de contrôle. La communication bidirectionnelle, la programmation informatique et la mise en œuvre du zonage et du rezonage via un logiciel destiné à des luminaires individuels ou à des groupes de luminaires sur divers circuits d'éclairage sont toutes rendues possibles grâce à l'utilisation de systèmes de contrôle numérique. Un seul luminaire peut être attribué à plusieurs zones pour mettre en œuvre diverses techniques de contrôle dans diverses conditions grâce à l'adressabilité numérique au niveau du luminaire-. Une plus grande flexibilité et, par conséquent, une plus grande précision dans l'émission de lumière sont rendues possibles par la capacité de concevoir une zone de contrôle à n'importe quelle échelle. De plus, l’adressage logiciel facilite le rezonage des espaces pour répondre aux besoins changeants. Afin d'améliorer le fonctionnement des installations et de prendre de meilleures décisions commerciales, la communication bidirectionnelle-permet de collecter des données de performances, telles que la consommation d'énergie et l'état du conducteur, pour un traitement ultérieur à l'aide de diverses techniques statistiques et d'optimisation. Les luminaires peuvent être intégrés aux systèmes d'automatisation industrielle pour un contrôle centralisé et un partage de données à l'échelle de l'installation via un réseau numérique.

Un luminaire industriel devient un nœud d'éclairage numérique qui peut être contrôlé et assisté de manière indépendante par l'intelligence collective de l'écosystème numérique lorsque la technologie LED et les commandes numériques fonctionnent ensemble. Les sous-systèmes interdépendants de gestion thermique, de régulation du courant de commande, de contrôle optique et d'intégration mécanique doivent coopérer pour garantir les meilleures performances possibles des luminaires industriels à LED, qui sont des systèmes intégrés. Le pilote de LED, qui permet une conversion de puissance sous tension d'alimentation ou fluctuations de charge pour piloter les LED avec une charge constante de puissance CC, est l'un des éléments constitutifs particulièrement cruciaux. Le driver LED est désormais un composant actif essentiel à la mise en œuvre efficace des commandes dans un système d’éclairage intelligent plutôt qu’une simple source d’alimentation à courant constant.

Le courant de commande détermine le comportement des LED lumineuses. Par conséquent, le déploiement de diverses techniques de contrôle est facilité par l'exécution par le conducteur des ordres de commande de commutation et de gradation. Dans les situations où de nombreux canaux LED ou couches d'éclairage nécessitent un équilibre minutieux des rapports de contraste lumineux, la gradation continue est une capacité vitale requise pour fournir des changements de contrôle fluides et des scénarios d'éclairage variables. Grâce à des circuits de gradation intégrés à modulation de largeur d'impulsion (PWM) ou à réduction de courant constant (CCR), un pilote de LED remplit cet objectif.

La création de systèmes d'éclairage intelligents entièrement fonctionnels est rendue possible grâce à la variété d'options qui peuvent être intégrées dans un driver LED. Le contrôleur, qui permet le traitement local des données et la prise de décision-, génère des directives pour le pilote de LED et communique avec un système de gestion central via une passerelle, est essentiel à ces systèmes. Un circuit intégré (CI) ou un système-sur-puce (SoC) avec un microcontrôleur et un émetteur-récepteur intégrés est appelé contrôleur d'éclairage. Le microcontrôleur intègre également de la mémoire, des E/S et une unité centrale (CPU). La mémoire flash contient un logiciel intégré, souvent appelé micrologiciel. La nature programmable d'un système LED basé sur un microcontrôleur- permet d'ajouter des fonctionnalités d'éclairage intelligentes telles que la configuration de scènes, le mélange de couleurs, la réduction de la maintenance du flux lumineux et la planification avancée.

Fondamentalement, l'éclairage industriel intelligent implique l'intégration de systèmes d'éclairage dans des réseaux informatiques-qui se développent en prévision de l'Internet des objets (IoT). L'interopérabilité est rendue possible grâce à la taille énorme du réseau IP-par l'IoT, qui étend également la connectivité du protocole Internet (IP) aux points de terminaison disposant de ressources limitées. L'architecture de l'Internet des objets (IoT) fournit une large gamme de services et d'applications pour résoudre des problèmes trop complexes à gérer dans un réseau fermé.

Il n’est pas nécessaire que les systèmes d’éclairage hébergent physiquement la puissance de traitement au sein de l’écosystème IoT. Les serveurs et les logiciels qui permettent le cloud computing, l'analyse du Big Data, l'intelligence artificielle et l'apprentissage automatique peuvent faire partie de l'infrastructure cloud. Le traitement des données, la visualisation des données, le stockage des données et la saisie des données peuvent tous être rendus plus efficaces à l'aide de ces fonctionnalités. Les exploitants d'installations peuvent améliorer l'automatisation de l'éclairage et l'efficacité opérationnelle à l'aide d'informations exploitables issues des données IoT.

Tout entre les appareils IoT et les applications IoT est coordonné et géré par une plateforme IoT. Il propose une collection d'éléments logiciels pour la gestion des appareils IoT, la gestion des données, le développement d'applications et l'activation. L'Internet industriel des objets (IIoT), qui est sur le point d'inaugurer une nouvelle ère d'applications industrielles, peut être connecté à l'éclairage industriel intelligent.