Hệ thống chiếu sáng kết nối cho tòa nhà thông minh

Hệ thống chiếu sáng kết nối là gì?

Hệ thống chiếu sáng kết nối được thiết kế để sử dụng trong tòa nhà thông minh là thiết bị chiếu sáng thông minh được kết nối mạng, được quản lý tập trung hoặc phân tán bởi hệ thống tự động hóa tòa nhà (BAS), hệ thống quản lý tòa nhà (BMS), hệ thống quản lý ánh sáng (LMS) và/hoặc các thiết bị điều khiển hỗ trợ IP. Các cơ sở thương mại, tổ chức, giáo dục, khách sạn và chăm sóc sức khỏe như tòa nhà văn phòng, bệnh viện, khách sạn, trung tâm thương mại, nhà kho, trường học và cao đẳng tận dụng quá trình số hóa và kết nối ngày càng tăng của các đối tượng vật lý do Internet vạn vật (IoT) mang lại để cung cấp các phương thức quản lý cơ sở mới. Việc áp dụng công nghệ tòa nhà thông minh ngày càng nhanh chóng thúc đẩy sự phát triển của các sản phẩm và giải pháp chiếu sáng sáng tạo có thể sử dụng cơ sở hạ tầng mạng trong tòa nhà để góp phần tối ưu hóa hoạt động của tòa nhà. Hệ thống chiếu sáng kết nối như đèn trần, đèn máng, đèn cửa hàng hoặc đèn downlight âm trần không còn chỉ là thiết bị chiếu sáng được điều khiển từ xa bằng cảm biến. Nó tham gia vào quá trình chuyển đổi IoT của các tòa nhà thương mại để tạo ra một môi trường tương tác, năng suất và tính bền vững được cải thiện.

Xây dựng Internet vạn vật (BIoT)

Việc tích hợp quản lý tòa nhà với CNTT và OT, cũng như việc sử dụng ngày càng tăng kết nối mạng và điện toán đám mây, thúc đẩy xu hướng IoT, và gần đây hơn là Internet vạn vật kết nối (BIoT) trong xây dựng. Khi các tòa nhà thông minh đang được chuyển đổi bởi vô số giải pháp sáng tạo và hệ thống không đồng nhất, thì sự phức tạp trong việc quản lý các tòa nhà này cũng tăng theo. Công nghệ BIoT thiết lập giao tiếp giữa tất cả các hệ thống tòa nhà và Internet thông qua kết nối phổ biến và giao tiếp Giao thức Internet (IP). Nó tích hợp khả năng tương tác kỹ thuật, khả năng tương tác cú pháp, khả năng tương tác ngữ nghĩa và khả năng tương tác tổ chức vào tất cả các hệ thống tòa nhà được kết nối với nhau để ứng phó với bản chất phức tạp, những thay đổi năng động và các yêu cầu về tính bền vững.

Trong bối cảnh BIoT, các hệ thống đồng nhất và không đồng nhất như mạng lưới cảm biến, hệ thống điều khiển chiếu sáng, hệ thống điều khiển HVAC, hệ thống quản lý năng lượng, hệ thống che nắng cửa sổ, hệ thống kiểm soát ra vào và hệ thống báo cháy có thể hợp tác với nhau để thực hiện các hành động phối hợp. Bên cạnh việc cho phép tương tác máy-với-máy (M2M) giữa các hệ thống đồng nhất, BIoT còn tích hợp trí tuệ nhân tạo (AI), học máy (ML), xử lý dữ liệu lớn và các khả năng tiên tiến khác từ đám mây để tăng cường trí thông minh và khả năng xử lý vượt xa những gì một hệ thống riêng lẻ có thể mang lại.

Điều phối tập trung các tài sản phân tán, có thể tương tác

Bằng cách triển khai hệ thống quản lý vận hành (BMS) dựa trên IoT để giám sát, quản lý và tự động hóa các chức năng cơ, điện và cơ điện trên toàn bộ cơ sở, các tòa nhà đang trở nên thông minh hơn trong việc đáp ứng những thách thức ngày càng tăng về tiết kiệm năng lượng và kỳ vọng ngày càng cao của người dùng. Các hệ thống HVAC, chiếu sáng, che nắng cửa sổ, thang máy, an toàn tính mạng và an ninh hoạt động và phối hợp với nhau trong khuôn khổ BIoT để giúp các tòa nhà trở nên tiện nghi, hiệu quả, bền vững và sinh lời hơn.

BIoT cung cấp một giải pháp kết nối toàn diện, khắc phục vấn đề tương tác giữa các hệ thống tòa nhà tham gia cũng như các nút cảm biến đa dạng vốn thường hoạt động riêng lẻ. Các cảm biến thông minh hoạt động song song để thu thập dữ liệu từ cả môi trường bên trong và bên ngoài về việc sử dụng không gian (tần suất sử dụng và không gian trống), hiệu suất năng lượng của tòa nhà, chất lượng không khí trong nhà (quá trình đốt cháy trong nhà, Radon, nấm mốc, chất gây dị ứng, các hạt bụi trong khí quyển, carbon dioxide, carbon monoxide và các hợp chất hữu cơ dễ bay hơi), ánh sáng môi trường, độ ẩm, nhiệt độ, dòng chảy và rò rỉ chất lỏng, vị trí tài sản, v.v. Quản lý chiến lược mạng lưới cảm biến giúp giảm thiểu sự chồng chéo giữa các chiến lược kiểm soát.

Nền tảng IoT cung cấp khả năng thu thập, lưu trữ, quản trị và phân tích dữ liệu cảm biến. Những thông tin chi tiết hữu ích được trích xuất từ khối lượng dữ liệu khổng lồ cho phép ngữ cảnh hóa thông tin một cách mạnh mẽ, cung cấp trí tuệ tập thể cho từng thiết bị IoT để cải thiện khả năng phản hồi của chúng trong môi trường năng động.

Công nghệ LED cho phép kết hợp giữa chiếu sáng và CNTT

Đèn LED mang đến một thế giới chiếu sáng kết nối hoàn toàn mới. Công nghệ này sử dụng nguyên lý phát quang điện tử phun trong các chất bán dẫn có khe hở dải trực tiếp để mang lại hiệu suất chiếu sáng cao, khả năng kiểm soát và độ tin cậy cao. Cấu trúc bán dẫn thể rắn và các đặc tính điện tử của đèn LED cho phép vô số khả năng thiết kế cho các thiết bị chiếu sáng thương mại, cả về chức năng lẫn hình thức. Hiệu suất nguồn sáng được cải thiện chỉ là phần nổi của tảng băng chìm. Một khuôn khổ toàn diện có thể được triển khai để đồng thời tối ưu hóa các khía cạnh khác nhau của hiệu suất ứng dụng chiếu sáng (hiệu suất truyền dẫn quang học, hiệu suất quang phổ và hiệu suất cường độ).

Khả năng điều chỉnh phân phối công suất quang phổ (SPD) để phù hợp với các ứng dụng cụ thể thông qua việc pha trộn màu sắc động cho phép đèn LED vượt ra khỏi chức năng chiếu sáng cơ bản truyền thống và mang đến giải pháp chiếu sáng lấy con người làm trung tâm (HCL). Đèn LED có thể điều chỉnh độ sáng hoàn toàn, phản hồi tức thời và bền bỉ về mặt điện trong các ứng dụng chuyển mạch công suất lớn. Khả năng điều khiển vượt trội cho phép chúng được tích hợp hoàn hảo vào mạch điện tử. Bản chất kỹ thuật số của công nghệ LED kết hợp giữa chiếu sáng và CNTT. Hệ thống chiếu sáng LED thông minh và hệ thống điều khiển kỹ thuật số song hành trong lĩnh vực IoT để cải thiện môi trường, tạo ra giá trị và thúc đẩy tính bền vững.

Nền tảng kết nối

Trong một tòa nhà thông minh, có nhiều cách khác nhau để truyền tải tín hiệu điều khiển kỹ thuật số và thông tin vận hành. Trong mô hình tham chiếu IoT do Liên minh Viễn thông Quốc tế (ITU) trình bày, lớp cơ bản làm nền tảng cho các cấu trúc dữ liệu logic của các chức năng cấp cao hơn trong mạng được gọi là lớp mạng. Lớp này xác định phương tiện truyền dữ liệu cũng như các thông số kỹ thuật vật lý và điện của kết nối dữ liệu.

Giao thức truyền thông cũng được định nghĩa bởi lớp mạng để thiết lập và kết nối giữa hai nút được kết nối trực tiếp qua một phương tiện truyền dẫn. Các hệ thống quản lý tòa nhà truyền thống sử dụng các giao thức như BACnet, LonWorks, KNX và Modbus. Kết nối vật lý được cung cấp bởi nhiều phương tiện truyền dẫn khác nhau như cáp đồng, cáp quang và không khí. BACnet nổi bật là giao thức thống trị trong tự động hóa tòa nhà. Tuy nhiên, giao thức này, cùng với LonWorks và KNX, được sử dụng để điều khiển toàn bộ tòa nhà. Vấn đề về chi phí và độ phức tạp phát sinh khi các giao thức này được sử dụng để điều khiển chiếu sáng.

Các hệ thống quản lý tòa nhà thông thường thường tích hợp hệ thống con DALI (Giao diện chiếu sáng địa chỉ kỹ thuật số) để cung cấp khả năng điều khiển chiếu sáng chuyên dụng. Việc sử dụng BIoT biến IP thành một giao thức thống nhất cho tất cả các giao tiếp giữa các điểm cuối và nền tảng IoT. Mạng lưới kỹ thuật số loại bỏ nhu cầu về thiết bị tập trung. Các hệ thống quản lý tòa nhà đã phát triển từ việc sử dụng kết nối phân cấp sang áp dụng kiến trúc phẳng hơn nhiều. Xu hướng này dẫn đến sự gia tăng các giải pháp kết nối cạnh tranh để điều khiển chiếu sáng mạng. Các tùy chọn này bao gồm Cấp nguồn qua Ethernet (PoE) cũng như các kết nối 5G và không di động, chẳng hạn như LoRaWAN, Zigbee, Bluetooth Mesh và Wi-Fi.

Mạng không dây

Bất chấp truyền thông băng thông rộng và chi phí cắt giảm cho cáp điện và lắp đặt mạng PoE, điều khiển không dây tần số vô tuyến (RF) vẫn tiếp tục phát triển mạnh mẽ trong các ứng dụng tòa nhà thông minh và chiếu sáng chuyên nghiệp. Việc triển khai 5G đang đẩy mạnh đáng kể giới hạn của mạng và tự động hóa. Mạng 5G hỗ trợ truyền thông lan tỏa và truyền dữ liệu lớn theo thời gian thực và cho phép triển khai các thiết bị IoT ở những nơi mà cáp và các mạng không dây khác không thể tiếp cận. LoRaWAN, mở rộng lớp truyền thông vật lý LoRa lên các mạng dựa trên IP, đại diện cho công nghệ mạng diện rộng công suất thấp (LPWAN) đầy hứa hẹn nhất cho các ứng dụng tòa nhà thông minh. Wi-Fi là một công nghệ khác đang được khám phá cho BIoT, nhưng nó chiếm nhiều năng lượng xử lý và không xác định được lớp ứng dụng cần thiết cho giao tiếp giữa máy với máy.

Đối với các ứng dụng chiếu sáng thông minh trong các tòa nhà thương mại, mạng lưới lưới đang ngày càng được chú ý. Mạng lưới lưới phù hợp nhất cho các ứng dụng IoT nhờ khả năng hoạt động như một hệ thống tương tác liền mạch, đồng thời giải quyết các thách thức về độ tin cậy và khả năng mở rộng cho tự động hóa tòa nhà thương mại. Trí tuệ nhân tạo được sao chép trong mỗi nút mạng, nhờ đó cung cấp khả năng dự phòng nhờ việc có nhiều đường truyền và cho phép mở rộng phạm vi hoạt động trong các tòa nhà lớn.

Trong số các công nghệ mạng lưới hiện có, Bluetooth Mesh và ZigBee nổi bật nhất. Mạng lưới Bluetooth Mesh, được thiết kế để hỗ trợ tối đa 32.000 nút trên mỗi mạng với thông lượng tối đa 1.000 Kbps, cung cấp khả năng giao tiếp ngang hàng và chuyển tiếp tin nhắn đa đường. Mạng ZigBee cung cấp tốc độ giao tiếp tối đa 250 kbps và có thể hỗ trợ tối đa 65.000 nút. Trong khi mạng lưới Bluetooth Mesh không yêu cầu trung tâm điều khiển hay nút định tuyến tập trung, mạng Zigbee bắt đầu với một bộ điều phối đóng vai trò là trọng tài cho các quyết định của mạng và hoạt động như một cổng internet.