SYSTEM INTELIGENTNEGO OŚWIETLENIA SPOSÓB NA ZMNIEJSZENIE KOSZTÓW EKSPLOATACJ HAL PRZEMYSŁOWYCH

Transkrypt

1 SYSTEM INTELIGENTNEGO OŚWIETLENIA SPOSÓB NA ZMNIEJSZENIE KOSZTÓW EKSPLOATACJ HAL PRZEMYSŁOWYCH Ryszard Ferenc Trimax Sp. z o.o. Streszczenie. Nowe rozwiązania techniczne w dziedzinie oświetlenia hal umożliwiają znaczne zmniejszenie kosztów energii i eksploatacji. Sposobem na to są systemu inteligentnego oświetlenia, które w zmieniających się warunkach oświetlenia minimalizują zużycie energii elektrycznej. INTELIGENTNE OŚWIETLENIE MODA CZY KONIECZNOŚĆ? Wzrost kosztów energii elektrycznej z jednej strony, a możliwości techniczne w dziedzinie oświetlenia z drugiej, wymuszają szukanie nowych rozwiązań w sposobach oświetlenia hal w celu zmniejszenia kosztów, zwłaszcza kosztów energii elektrycznej. W stosowanym obecnie oświetleniu wykorzystuje się powszechnie efektywne źródła światła takie jak wysokoprężne lampy sodowe, metalohalogenkowe czy świetlówki. Dlatego dalsze zmniejszenie zużycia energii, nie jest możliwe jedynie na drodze wymiany źródeł światła czy opraw jak to miało miejsce do tej pory. Jeśli oświetlenie wykonane zostało zgodnie z obowiązującymi w tym zakresie normami, obniżenie mocy zasilania opraw spowoduje pogorszenie się jakości oświetlenia na co nie można sobie pozwolić. Są jednak sytuacje gdzie zmniejszenie mocy opraw nie skutkuje nie powaduje odstępstw normyy. Są to hale w których występują następujące sytuacje:. projektant przewidział zapas natężenia oświetlenia z uwagi na zmniejszenie skuteczności oświetlenia w czasie (zanieczyszczenie opraw, zmniejsza skuteczność źródeł światła) 2. w oświetleniu udział ma światło naturalne, zewnętrzne. Hale wyposażone w świetliki, okna, otwarte bramy zasilane 3. nie zawsze jednocześnie pracuje się na wszystkich stanowiskach 4. dynamicznie zmienia się sytuacja w zakresie potrzeb oświetlenia; np. zróżnicowane w czasie natężenie ruchu wózków w poszczególnych sektorach magazynu. To właśnie w takich sytuacjach można, dzięki posiadanym systemom sterowania mocą opraw, znacząco zmniejszyć konsumpcję energii. Tak więc kluczem do zmniejszenia kosztów oświetlenia jest sterowanie mocą oświetlenia. Nie należy zapominać jednak o dodatkowych możliwościach zmniejszenia kosztów eksploatacji oświetlenia przez zmniejszenie pracochłonności prac serwisowo naprawczych, wydłużenie sprawności źródeł światła oraz dzięki monitorowaniu pracy sieci oświetlenia... Sposoby redukcji mocy. Dla wspomnianych źródeł światłą można zastosować dwa sposoby redukcji mocy. Redukować moc można na drodze zmniejszania napięcia zasilającego źródło światła lub dzięki zmianie częstotliwości. Sterowanie napięciowe stosuje się jedynie do opraw wyposażonych w elektromagnetyczne stateczniki, dla których zmniejszenie napięcia zasilania skutkuje zmniejszeniem mocy źródła światła. Do tego celu wykorzystuje się transformatory. Częstotliwościową metodę redukcji mocy realizuje się za pomocą elektronicznych stateczników..2. Cechy funkcjonalne redukcji mocy za pomocą transformatorów Do redukcji mocy napięciem stosuje się transformatory, które podłącza się do zasilania obwodów elektrycznych oświetlenia. Urządzenia takie umożliwiają zmniejszenie w określonym czasie napięcia w obwodach zasilających oprawy. Powoduje to, że redukcji mocy podlegają jednocześnie wszystkie oprawy zasilane tym urządzeniem - grupowa redukcja mocy..3. Redukowanie mocy za pomocą elektronicznych stateczników. Redukcja mocy z wykorzystaniem elektronicznych stateczników pozwala na indywidualne sterowanie każdą oprawą dzięki możliwościom komunikowania się z

2 każdym statecznikiem. Należy wspomnieć, że istnieją styczniki elektroniczne, które nie mają funkcji sterowania. Zastępują one jedynie elektromagnetyczne układy zasilania lamp wyładowczych. Stateczniki te uniemożliwiają jakiekolwiek sterowanie oprawami. Elektroniczne, sterowane stateczniki nadają się do systemów indywidualnego sterowania oprawami. Stateczniki sterowane podzielić można pod względem komunikacji na dwie grupy:. stateczniki sterowane analogowo, sygnałem napięciowym -0V 2. stateczniki sterowane cyfrowo Wykorzystywanie analogowych stateczników w znacznym stopniu ogranicza funkcjonalność systemów sterowania. Stateczniki takie nie generują informacji zwrotnych, więc nie jest możliwy bezpośredni nadzór pracy oprawy. W ramach systemów sterowania stosuje się czasami wprowadzenie dodatkowych czujników, które mierząc parametry zasilania statecznika, natężenie i napięcie, pozwalają w ramach systemu sterowania wyliczać moc oraz wykrywać stan pracy i stan wyłączenia. Stateczniki cyfrowe mogą oferować znacznie więcej funkcji w zakresie monitoringu pracy opraw..4. System Sterowania Oświetlenie hal to zazwyczaj duża liczba opraw, nierzadko przekraczająca kilkaset sztuk, w ramach jednego pomieszczenia. W pomieszczeniach takich potrzeby oświetlenia zmieniają się dynamicznie w czasie w różnych fragmentach hali. Bezcelowe jest korzystanie z ręcznego wspomagania wprowadzania zmian parametrów, co próbuje się często robić instalując wyłączniki zasilania w poszczególnych sektorach w ramach standardowych systemów oświetlenia. Praktyka wykazuje, że pracownicy zajęci wykonywaniem swoich zadań zapominają o możliwości czasowego wyłączania oświetlenia. Dlatego systemy sterujące muszą zapewniać w pełni automatyczną zmianę parametrów oświetlenia w zależności od zewnętrznych sygnałów. Cenioną funkcją takich systemów jest wspomaganie zarządzania eksploatacją oświetlenia: monitoring pracy opraw, ewidencja awarii, serwisów itp. Szczegóły możliwych rozwiązań zostaną przedstawione na przykładzie Systemu Inteligentnego Oświetlenia Columbus. 2. SYSTEM COLUMBUS PRZYKŁAD MOŻLIWYCH ROZWIĄZAŃ System Columbus jest narzędziem do zarządzania oświetleniem przemysłowym mającym na celu zminimalizowanie kosztów eksploatacji, a w tym redukcję zużycia energii elektrycznej oraz kosztów eksploatacyjnych. W skład systemu wchodzą elementy elektroniczne i różne typów oprogramowania. Rozkazy Sygnały Parametry Rozkazy Sygnały SYSTEM CENTRALNY LUNA Lokalny Układ Nadzoru ELBALL Elektroniczny statecznik Zasilanie źródła światła Ethernet GPRS ŹRÓDŁO ŚWIATŁA Skrętka PLC Rys. Elementy Systemu Columbus. SYSTEM IMPORTU DANYCH SYSTEM INWENTARYZACJI Między modułami zachodzi wymiana danych różnymi kanałami. Komunikacja między Systemem Centralnym a LUNĄ nazywana jest transmisją globalną a miedzy LUNĄ a ELBALLem transmisją lokalną. 2.. System Centralny Moduł ten wspomaga zarządzanie eksploatacją wszelkimi pracami związanymi z utrzymaniem w sprawności oświetlenia, umożliwia sterowanie i nadzorowanie opraw. Gromadzone są dane o naprawach, zabiegach konserwacyjnych, częstotliwości i rodzajach napraw. Bazy kontrahentów, pracowników, dostawców wykorzystywane są do tworzenie dokumentów zleceń, rozliczeń wykonanych czynności. Analizy pozwalają kontrolować jakość procesu eksploatacji. System Columbus informuje o pracy i stanach awarii oświetlenia. Przewidziane są trzy poziomy nadzoru: a. podstawowy dla każdej oprawy, dla każdej doby sporządzane jest sprawozdanie pracy dobowej według określonych stanów np. praca z pełną mocą, lampa przyciemnienia czy niesprawne źródło światła. Informacja ta generowana jest zawsze niezależnie od woli operatora, b. szczegółowy w tym trybie pojawiają się informacje o bieżącym stanie oprawy uaktualniane przy każdej zmianie stanu lampy, tryb ten musi być załączony przez operatora dla konkretnych opraw, c. historia pracy jest to szczegółowy spis wszystkich zmian stanów lampy wraz z czasem ich powstania, pobierany jest przez operatora dla wybranej oprawy.

3 2.2. LUNA Luna lokalny układ nadzoru jest komputerowym sterownikiem odpowiadającym za komunikację z oprawami, a dokładniej mówiąc z elektronicznymi statecznikami ELBALL. LUNA pracuje przez 24 godziny na dobę niezależnie od czasu załączenia oświetlenia, w odróżnienia od Systemu Centralnego, który może był włączany zgodnie z potrzebami operatora Źródło światła System Columbus do sterowania i nadzoru wykorzystuje elektroniczne stateczniki ELBALL, dlatego źródła światła, które mogą być stosowane to wysokoprężne lampy sodowe i metalohalogenkowe. Statecznik ELBALL może być oddalony o źródła światła do 30 m, wykorzystując standardowe kable. Pozwala to na umieszczanie stateczników również po za oprawą na ścianach, antresolach. Taki sposób montażu ułatwia dostęp do stateczników oraz zmniejsza ilość elementów mogących ulec awarii, w najczęściej trudno dostępnych oprawach zmniejszając tym samym nakłady pracy i koniczność użycia wysięgnika System importu danych Rys.2 Sterownik LUNA LUNA komunikuje się komunikacją globalną z Systemem Centralnym i lokalną z ELBALEM. Do komunikacji globalnej używa się w oświetleniu przemysłowym sieci TCP/IP firmy. Komunikacja lokalna realizowana jest z wykorzystaniem skrętki ELBALL Elball jest wysokoczęstotliwościowym statecznikiem przetwarzającym prąd o napięciu V i częstotliwości 50 Hz na prąd około 00 V i częstotliwości do 220 khz, stabilizującym moc zasilania lampy. sterowany mikroprocesorem. Zastępuje dławik elektromagnetyczny, kondensator i układ zapłonowy. Realizuje między innymi funkcje: rezonansowego zapalania źródła światła, zmiany mocy, komunikację ze sterownikiem, informowania o stanach pracy i awariach. Sterowanie redukcją mocy odbywać się może: a) sygnałem napięciowym 230V b) sterowaniem komputerowym System Columbus wymaga wprowadzenia dużej ilości danych. Może to być długotrwały proces zwłaszcza przy tworzeniu bazy podczas pierwszego uruchomienia. By ułatwić to zadanie można wykorzystać system Import Danych System Inwentaryzacji System Inwentaryzacji jest samodzielnym systemem wchodzący w skład grupy systemów Columbus służący do szybkiego zbierania danych opisujących elementy instalacji oświetlenia, które następnie eksportuje się do systemu centralnego. 3. TYPOWE KONFIGURACJE System Columbus umożliwia różnego typu konfiguracje instalacji sterowania i nadzoru, pozwalające dostosować się do wymagań dla konkretnych obiektów. Sterowanie może odbywać się autonomiczne - bez połączenia z Systemem Centralnym lub ze zdalnym połączeniem: sterowanie komputerem (wymagany jest sterownik LUNA) lub sygnałem napięciowym (wymagane są czujniki). 3.. Hale oświetlane również światłem naturalnym. Dla hal produkcyjnych oświetlanych również światłem dziennym (okna, świetliki) stosuje się najczęściej konfigurację z automatycznym utrzymaniem wymaganego natężenia oświetlenia na poziomie pracy. W tej konfiguracji stosuje się czujniki mierzące natężenie oświetlenia, dzięki którym system utrzymuje wymagany poziom oświetlenia uwzględniając wpływ światła zewnętrznego. Istnieje możliwość automatycznego wyłączenia i włączenia oświetlenia. Sterować można dowolnymi grupami opraw. Elementy tego rozwiązania: System Centralny, LUNA, czujniki natężenia, ELBALLe Rys.3 Elektroniczny statecznik ELBALL

4 9. Maksymalna moc opraw zapewniająca wymagany poziom natężenia przy całkowitym barku światła zewnętrznego Hale magazynowe. Rys.4. Elementy systemu oświetlenia hal przemysłowych Efektem zastosowania tego wariantu jest zmniejszenie zużycia energii elektrycznej z jednoczesnym zapewnieniem wymaganego poziomu natężenia oświetlenia na stanowiskach pracy. W halach magazynowych świetnie sprawdza się rozwiązanie ze sterowaniem oświetleniem na zasadzie wykrywania ruchu. W miejscach gdzie nie wykonuje się pracy oświetlenie jest przyciemnione. Pojawienie się pracowników, wózków widłowych skutkuje natychmiastowym rozjaśnieniem. System pozwala na tworzenie sektorów indywidualnie sterowanych. Elementy konfiguracji: ELBALLe, czujniki ruchu. W tym wypadku nie potrzebne jest stosowania sterowania komputerowego. Funkcję przyciemniania realizuję elektroniczne stateczniki Elball po otrzymaniu sygnału napięciowego zmieniają moc. Szybkość przyciemniania opraw można regulować, proces pełnego rozjaśniania trwa krócej niż jedną sekundę. Rys.5. Zapis poboru mocy przez oświetlenie hali wyposażonej w świetliki, rejestracji dokonano we wrześniu 2009 roku. Na wykresie zaznaczono fazy zmian oświetlenia:. poziom natężenia oświetlenia dla tej hali dla oświetlenia tradycyjnego, wyposażonego w układy elektromagnetyczne. Tak znaczna różnica wynika z zastosowania wysokoczęstotliwościowych elektronicznych stateczników, które dzięki minimalnym stratom cieplnym oraz większej skuteczności świetlnej źródeł światła zasilanych wysokimi częstotliwościami pozwalają zmniejszyć moc bez utraty strumienia w stosunku do klasycznych opraw. 2. Proces zapalania i rozgrzewania źródeł światłą 3. osiągnięcie mocy maksymalnej niezbędnej co całkowitego wygrzania lamp 4. automatyczna redukcja mocy oświetlenia na skutek narastania wpływu oświetlenia naturalnego 5. osiągnięcie minimalnego poziomu redukcji mocy opraw, w cytowanym przypadku konfiguracja automatycznych zmian mocy nie pozwalała na automatyczne wyłączanie i włączanie oświetlenia. Gdyby jednak ta funkcja była uaktywniona oświetlenie byłoby automatycznie wyłączane gdy natężenie naturalne zapewniało by wymagany poziom natężenia 6. okresowy wzrost mocy na skutek zmniejszenia wpływu światła dziennego (intensywne zachmurzenie) 7. proces ciągłego zwiększania mocy na skutek nadchodzącego zachodu słońca 8. redukcja mocy w czasie przerwy regulaminowej, system zgodnie z konfiguracją pamięta pory przerw i w ich trakcie przechodzi z tryby pracy automatycznego utrzymania natężenia oświetleniem na tryb określonego poziomu przyciemnienia. Po zakończeniu przerwy system wraca do poprzedniego trybu. Rysunek 6 elementy systemu Wielkość oszczędności w tym przydatku zależy od liczby sektorów (korytarze można podzielić dodatkowo na sektory), liczby wózków, natężenia ruchu oraz wybranego poziomu przyciemnienia Legenda regał nr sektora nr ścieżki granica sektora oprawa wózek widłowy Rys.7. Sytuacja oświetlenia w magazynie wysokiego składowania.

5 4 9 80,0% 70,0% 60,0% 50,0% 40,0% 30,0% 20,0% 0,0% 0,0% oświetlenia klasycznego, wykorzystującego lampy sodowe i metalohalogenkowe. Elektroniczne, wysokiej częstotliwości stateczniki, dzięki małym stratom cieplnym i wysokiej częstotliwości zasilania źródeł światła zwiększają strumienia świetlnego stosunku do opraw wyposażonych w stateczniki elektromagnetyczne. Skutkuje to oszczędnościami w zużyciu energii rzędu 5 do 20 procent bez funkcji sterowania. Dodatkowe oszczędności zapewnia sterowanie oświetleniem Liczba wozkow widlowych Liczba sektrow Rys.8. Wykres pokazujący skalę oszczędności dla różnej liczby sektorów i wózków widłowych. Oszczędności na poziomie 20% są niezależne od ilości wózków i liczby sektorów ponieważ zastosowanie systemu gwarantuje większą sprawność układu statecznik elektroniczny ELBALL - lampa. 4. PODSUMOWANIE Dzięki możliwościom inteligentnych systemów oświetlenia obiektów przemysłowych istnieje możliwość znacznego zmniejszenia kosztów eksploatacji na poziomie zmniejszenia zużycia energii oraz na poziomie prac konserwacyjno naprawczych. 4.. Zmniejszenie kosztów energii elektrycznej Zmniejszenie kosztów eksploatacji. Zmniejszenie kosztów konserwacji powstaje na skutek: mniejszej liczby zabiegów konserwacyjnych lampy zasilane EBLALL-ami świecą dłużej od zasilanych dławikami co skutkuje zmniejszeniem wydatków na nowe źródła światła oraz mniejsze koszty robocizny i sprzętu elektroniczny statecznik montowany po za trudno dostępnymi oprawami pozwala zmniejszyć nakłady na robociznę i sprzęt centralne odnotowywanie wszelkich czynności naprawczo konserwacyjnych pozwala dokładnie je rozliczać, analizować jakość zastosowanych elementów co prowadzi do zmniejszenia nakładów na utrzymane oświetlenia w sprawności. Tak więc przy ciągle rosnących kosztach energii oraz większej troski o środowisko Systemy Inteligentnego Oświetlenia stają się koniecznością. Zmniejszenie zużycia energii elektrycznej może wynosić 30% 60% w stosunku do nowoczesnego