有着很大应用潜力的智能照明系统

作者:MarcFüchtenhans,Christoph Glock,Eric Grosse和Kevin Schmitt 文章来源:MM《现代制造》 点击数:307 发布时间:2019-10-14
近几年来不断提高的二氧化碳排放被视为温室气体效应和破坏环境的主要原因。仅物流部门每年就产生大约2800万吨的二氧化碳(当量),占总排放量的6%,在这6%中物资仓库产生的占11%。而自动化照明系统产生的二氧化碳当量又占了物资仓库总量的65%。
有着很大应用潜力的智能照明系统

近几年来,包括LED发光二极管在内的半导体光源的性能有了很大的提升,也开辟了许多新的应用领域。因此可以说:LED发光体将不再仅仅是传统光源的替代品了。

它不仅在光效率和成本效益方面而且在多种多样的控制选项方面都具有自己的独特优势,因此也可以在可持续性发展方面做出更大的贡献。例如,将标准的荧光灯照明转换到LED照明就可以在照明领域中节约高达60%的电力能源。这样的节约潜力源于高达200l m/W的光输出效率和5~10万小时的使用寿命。另外,LED发光二极管还有着很高的开关切换耐久性;因此,频繁的开关LED灯具不会对它的使用寿命带来显著的影响。由于其结构设计的特点,LED灯具在通常温度较低的物流仓库货架中工作时的效率还会更高。例如其结构设计决定了物流环境中的振动和抖动都不会影响LED灯具的照明功能。另外,LED灯发出的光不含热辐射,因此冷却剂和润滑剂与粉尘的混合物也不会在热辐射的作用下发生燃烧。与传统灯具相比较,LED灯具的这些特性使其有着更长的维护保养周期,从而也降低了维护保养的成本费用。

将普通的常规照明系统改换为LED发光二极管照明系统后可以节约60%的电力能源费用
将普通的常规照明系统改换为LED发光二极管照明系统后可以节约60%的电力能源费用

智能化的照明系统

利用IoT物联网技术,仪器设备的网络化以及人类与这些系统的交互操作可以带来许许多多新的可能性和应用潜力。LED照明系统的电气控制和网络化控制能力能够使传统的简单照明变成智能化的照明系统。

原则上,智能化的照明系统是建立在光源、传感器和诸如日光、人的工作行为等外部影响因素的智能化交互作用之上的,并在相应的控制调节回路中形成了一个封闭式的控制系统。这样的智能化照明系统能够根据复杂的、不断变化的照明需要调节照明,工作起来更加高效节能。例如根据日光的强弱可以相应的打开或者减少人造光源的开启、以提供充足的光照。如果室内没有人员时,则自动减少或者完全关闭照明灯。传感器控制的照明能够在不影响安全和照明功能的情况下明显的降低电力能源的消耗。

可以想象:在物流领域中智能照明系统有着非常广泛的应用。例如,在质量控制和订单的拣选配货过程中都需要强力照明来完成与视觉有关的工作。在许多情况下,有必要将这里的照明强度设定的明显高于“工作场所技术规范”中规定的最低光照度要求。因为在面积还大的仓储区域内永久性的高亮度照明也会给物流企业带来很高的能源费用。

图1 在企业的生产和物流管理过程中,使用了半导体光源,尤其是使用的LED发光二极管光源之后就可以节约大量的能源和能源费用
图1 在企业的生产和物流管理过程中,使用了半导体光源,尤其是使用的LED发光二极管光源之后就可以节约大量的能源和能源费用

普通仓库中,照明的成本费用占总能源成本的65%左右。良好的光线有助于仓库员工的福祉,也有利于防止在仓储搬运工作中出现事故。这里,在‘正确’的地方、‘正确’的时间给出‘正确’的光量是非常重要的。某大型研究项目的重点就包含了日光传感器和人员探测传感器与智能化照明调节系统的应用。日光传感器或者环境光传感器对环境光和射入的日光进行测量,并将检测到的测量值作为数据提供给智能照明系统使用。人员探测传感器采集着传感器‘探视角度’范围内最小的人员移动量,并将其报告给智能照明的控制系统。根据这些数据,智能照明控制系统控制、调节着照明灯光,使其保持设定的光度值。这里,与日光传感器联合工作的智能照明系统结合仓库局部光线实际的照明控制有着巨大的节能潜力。

通过日光传感器与人员探测传感器相互应用可以获得更好的节能效果。例如拣选配货仓库走廊中的照明灯就可以配备人员探测传感器和日光传感器。当分拣、配货工人从配货工位进入走廊时,人员探测传感器就会探测到有人在运动,并根据日光传感器检测到的日光强度适当的开启人工照明。

可见光通讯

智能照明系统中的一个最新发展趋势是可见光通讯技术(简称为VLC)。VLC可见光通讯技术是一种无线网络接入技术,也是传统无线通信技术的替代技术。VLC设备由发射器、传播通道和接收器组成。最常用的可见光通讯用发射器就是在调制解调器的帮助下可以快速开、关切换的白色LED发光二极管。由快速开、关切换产生的光脉冲信号由接收器接收并处理接收到的光脉冲信号。作为可见光通讯的接收器可以是能够处理光脉冲信号的光传感器;例如智能手机或者平板电脑中的CMOS传感器。由于光信号的发送和接收只能在视线范围内进行,因此必须确保LED发光二极管配置在适合的位置处,以确保光信号的顺利接收。光信号的接通和断开频率非常高,是人类肉眼看不见的频率,因此也不会被视为光线的不停闪烁。

VLC可见光通讯技术能够在建筑物内实现节能的、稳定的和快速的数据传输,也包括了在现有LED照明系统中集成的可能性。另外,LVC可见光通讯技术也可以在WALN受到干扰的地方使用。由于接收器只能在可视距离内接收数据,因此也保证了很高的数据安全性。另外,VLC可见光通讯技术也为室内定位系统奠定了坚实的基础。室内定位指的是建筑物中人或者物体的定位;类似于众所周知的GPS。利用三角测量就可以在厘米级的范围内准确的确定接收器的位置了。接收器接收到的可见光信号应至少是两个、最好是三个不同发射器有效范围内发射出来的可见光信号。这也就能够实现室内导航,例如仓库内部拣选配货设备运动的导航。这样,LED智能照明系统除可以完成常规的普通照明任务之外还可以作为通讯网络和定位系统应用,在物流中心的室内有着巨大的应用潜力。

根据德国联邦政府的决议,联邦经济和能源部对这一项目提供了资金支持。