Endüstri 5.0 için siber-fiziksel akıllı aydınlatma çerçevesi: insan merkezli endüstriyel tesislerde PLC tabanlı deterministik kontrol, meteorolojik veri ve kestirimci analitiğin entegrasyonu

Abstract

Endüstriyel aydınlatma, üretim tesislerindeki elektrik tüketiminin önemli bir bölümünü oluşturmasına rağmen genellikle statik programlarla ya da kaba varlık algılama mantığıyla işletilmektedir. Operatörü siber-fiziksel üretimin merkezine yeniden yerleştiren Endüstri 5.0 paradigması, bu yaklaşımın enerji, sürdürülebilirlik ve iş sağlığı açısından savunulmasını zorlaştırmaktadır. Bu çalışmada, Siemens programlanabilir lojik kontrolör (PLC) tabanlı deterministik kontrol katmanını Python tabanlı analitik işlem hattı, Ankara için PVGIS servisinden alınan Tipik Meteorolojik Yıl (TMY) veri beslemesi ve WEKA tabanlı kestirimci analitik modülüyle birleştiren siber-fiziksel bir aydınlatma çerçevesi önerilmektedir. Gün ışığı hasadı, %10 güvenlik tabanı ile sınırlandırılmış parçalı doğrusal bir ışık kısma yasası olarak uygulanmakta; insan merkezli aydınlatma (HCL) stratejisi üç üretim vardiyası boyunca ilişkili renk sıcaklığını ve aydınlık düzeyini modüle etmektedir. Çerçeve, TMY verileriyle yürütülen tam yıllık (8760 saat) bir simülasyon üzerinden sabit programlı bir referans durumla karşılaştırılmıştır. Önerilen çerçeve, yıllık aydınlatma enerji tüketimini ortalama %39.98 azaltmış; 08:00–16:00 vardiyasında en yüksek tasarruf %60.21 olarak gerçekleşmiştir. Dış ortam ışınımı ile yapay aydınlatma gücü arasında güçlü bir negatif korelasyon gözlenmiştir (r ≈ −0.87). Akım imzasına dayalı arıza sınıflandırıcısı 0.94 AUC, %93.2 doğruluk, %91.8 kesinlik ve %95.1 duyarlılık değerlerine ulaşmış; HMI bütünleşik tanılama ortalama onarım süresini yaklaşık %50 azaltmıştır. Ablasyon çalışması, gün ışığı hasadı ve dinamik ışık kısmanın başlıca enerji belirleyicileri olduğunu; HCL ve kestirimci analitiğin ise konfor ve sürdürülebilir bakım açısından tamamlayıcı faydalar sağladığını göstermiştir.