Lighting management system in industrial environments

Abstract

A presente dissertação aborda a concepção e implementação de um sistema de gestão de iluminação para ambientes industriais. O objectivo principal deste sistema é fornecer controlo avançado em instalações de iluminação já existentes de forma a reduzir o consumo de energia e aumentar a eficiência global do sistema, sem recorrer a mudanças significativas na infra-estrutura de iluminação. Em ambientes industriais, as instalações de iluminação convencionais são geralmente baseadas em lâmpadas de alta potência com um controlo básico de ligado/desligado, através de interruptores manuais que actuam sobre contactores. A ideia do sistema proposto é oferecer um controlo automático que ajuste a iluminação, medida por um conjunto de sensores, a níveis pré-definidos pelo usuário. Tal é conseguido através da actuação sobre os contactores, ligando/desligando lâmpadas ou grupos de lâmpadas específicos. Por exemplo, durante o dia quando a luz natural é maior, o sistema deve compensar reduzindo o número de lâmpadas que estão acesas, reduzindo assim o consumo de energia e aumentando a eficiência do sistema de iluminação. O estudo sobre sistemas de gestão de iluminação começa com uma introdução à problemática do elevado consumo energético das instalações de iluminação industriais, e possíveis soluções. É seguido por uma descrição de soluções disponíveis destinadas a clientes industriais. Dispositivos e tecnologias que podem proporcionar uma solução, com melhor relação custo-benefício, mais flexível e fiável são também apresentados. Segue-se uma visão global do design do sistema, fornecendo os pontos de vista que levaram à escolhia das estratégias utilizadas no desenvolvimento do sistema. As principais linhas condutoras do projecto juntamente com componentes individuais do sistema, são também apresentados. Este estudo conceptual foi fundamental, permitindo a comparação de diferentes hipóteses levando à escolha da solução apresentada. Após definição da estratégia a seguir, o sistema actual foi desenhado e implementado. Os principais componentes são descritos separadamente a fim de proporcionar uma melhor perspectiva do princípio operacional do sistema. O custo de implementação do sistema de controlo projectado foi também calculado de forma a avaliar a competitividade do dispositivo. No final, uma visão geral dos objectivos atingidos e dos resultados obtidos é dada. As principais conclusões são derivadas do trabalho apresentado nesta dissertação, juntamente com orientações para trabalhos futuros.

This dissertation addresses the design and implementation of a lighting management system for industrial environments. The main objective of this system is to provide advanced control to already existing lighting installations in order to reduce power consumption and increase the overall energetic efficiency, without significant changes to the lighting infrastructure. In industrial environments, conventional lighting installations are usually built with high power lamps and basic on/off control through manual switches and contactors. The idea of the proposed system is to provide an automatic control that adjusts the illumination levels, measured by a set of sensors, to user-defined values. This is achieved by actuating on the contactors and turning on/off specific lamps or groups of lamps. For example, during daytime when natural light is higher, the system should compensate by reducing the number of lamps that are on, thus reducing power consumption and increasing the system efficiency. The study on lighting management system begins with an introduction to the problem of high power consumption of industrial lighting installations and possible solutions. It is followed by a description of available solutions aimed at industrial clients. Devices and technologies that can provide a more cost-effective, flexible and reliable solution are also presented. A system design overview follows, providing the insights that lead to the strategies selected for system development. The main design guidelines along with individual system components are also presented. This conceptual study was critical, allowing the comparison of different possibilities, leading to the selection of the presented solution. Upon defining the strategy to follow, the actual system was designed and implemented. The main components are described separately in order to provide a better perspective on the system’s operating principle. The implementation cost of the projected control system was also calculated in order to assess competitiveness of the device. In the end, an overview of the achieved objectives and the obtained results are given. Conclusions are derived from the work presented in this dissertation, along with guidelines for future work.

Poniższa rozprawa dotyczy zaprojektowania i wykonania systemu zarządzania oświetleniem dla środowisk przemysłowych. Głównym celem tego systemu jest zapewnienie zaawansowanej kontroli już istniejących instalacji oświetleniowych w celu zmniejszenia zużycia energii i zwiększenia ogólnej wydajności energetycznej, bez istotnych zmian w infrastrukturze oświetlenia. W środowiskach przemysłowych, konwencjonalne instalacje oświetleniowe są zwykle zbudowane z lamp dużej mocy i podstawowego sterowania, zbudowanego z przełączników i styczników. Idea proponowanego systemu polega na zapewnieniu automatycznego sterowania, które reguluje poziom oświetlenia, mierzonego przez zestaw czujników, do zdefiniowanych przez użytkownika wartości. Osiąga się to poprzez sterowanie stycznikami w celu włączenia/wyłączenia konkretnych lamp lub grup lamp. Na przykład, w ciągu dnia, gdy więcej światła dziennego jest dostarczane do wnętrza budynku, system powinien skompensować poziom oświetlenia poprzez zmniejszenie liczby włączonych lamp, co przekłada się na zmniejszenie zużycia energii i tym samym zwiększenie wydajności systemu. Poniższa praca rozpoczyna się wprowadzeniem do problemu wysokiego zużycia energii w przemysłowych instalacjach oświetleniowych i możliwych rozwiązań tego problemu. Następnie następuje opis dostępnych rozwiązań sterowania oświetleniem, mających na celu klientów przemysłowych. Urządzenia i technologie, które mogą zapewnić bardziej ekonomiczne, elastyczne i niezawodne rozwiązania są również przedstawione. Zarys budowy systemu został zaprezentowany, dostarczając modele, które wprowadzają do strategii wybranych do dalszego rozwoju systemu. Także główne wytyczne, związane z projektowaniem systemu oraz poszczególnych elementów zostają przedstawione. Prezentacja koncepcji dalszego rozwoju systemu była bardzo ważna, ponieważ umożliwiła porównanie różnych możliwości, prowadząc do wyboru najlepszych rozwiązań. Po zdefiniowaniu ścieżki rozwoju, rzeczywisty system został zaprojektowany i wykonany. Poszczególne elementy zostały opisane oddzielnie w celu zapewnienia lepszej perspektywy, przedstawiającej zasadę działania urządzenia. Także koszt realizacji zaprojektowanego systemu sterowania został obliczony w celu oceny konkurencyjności. W końcu, przegląd osiągniętych celów i uzyskane wyniki zostają przedstawione, a także wnioski pochodzące z niniejszej pracy magisterskiej oraz wytyczne dla dalszego rozwoju projektu.