Specificering av LED-ljuslösningar för industriella miljöer

Belysning är en viktig del i utformningen av säkra, effektiva och kostnadseffektiva industrimiljöer för olika verksamheter, inklusive logistik, maskinhantering, kontrollskåp, arbetsstationer och produktionslinjer. I allt fler fall kan lysdioder ge överlägsna belysningslösningar. Jämfört med traditionella lysrör, metallhalogenidlampor, högtrycksnatriumlampor och andra belysningstekniker är LED-armaturer mer energieffektiva, vilket minskar driftskostnaderna, och har längre livslängd, vilket minskar underhållskostnaderna. Industrilampor används ofta i krävande miljöer och kan behöva ha ett skydd mot intrång och specificerade nivåer av strömkvalitet, förutom att stödja arbetssäkerhet och sanitet. Att balansera dessa olika krav försvårar valet av armatur.

I den här artikeln granskas prestandamått som lumen, watt, effektivitet, lux, zonal lumenfördelning, korrelerad färgtemperatur, färgåtergivningsindex, nominell livslängd och kostnader för industriella armaturer, med särskilt fokus på lysdioder. Därefter beskrivs miljöhänsyn, inklusive krav på intrångsskydd, total harmonisk distorsion och krav på elkvalitet samt belysning för farliga miljöer. Slutligen avslutas artikeln med att presentera specifika lösningar från Banner Engineering för belysning i pick-to-light-system, styrning av gaffeltruckar och allmän belysning i arbetsstationer, maskinbelysning och kontrollskåp (figur 1).

Figur 1: LED-armaturer finns i en rad olika format som är optimerade för en mängd olika tillämpningar. (Bildkälla: Banner Engineering)

Resultatmått

Specificering av belysningsnivån är grunden för att välja den optimala armaturen för en viss tillämpning. Det finns många olika mått att ta hänsyn till, från armaturens driftseffektivitet till hur väl den efterliknar standardvitt ljus. Det börjar med ett enda ljus eller candela (Cd). Cd är en SI-enhet som mäter ljusstyrkan hos synligt ljus som avges av en viss källa (standardljus) i en viss riktning. Med utgångspunkt i Cd-konceptet är viktiga mått för att jämföra armaturer bland annat följande:

• Lumen (lm) - Ljusflöde som motsvarar det ljus som avges i en enhetlig fast vinkel av en enhetlig punktkälla med en Cd, med hänsyn tagen till ljuset i alla riktningar.
• Watt (W) - Förbrukning av elektrisk effekt: för likströmskretsar är W = V_DC x ampere; för växelströmskretsar är W = _RMS x ampere.
• Effektivitet (lm/W) - Hur effektivt en ljuskälla producerar synligt ljus.
• Lux (lm/m²) - Ljusintensitet som träffar en yta och som uppfattas av det mänskliga ögat.
• Zonal lumenfördelning - Fördelning av lumen som avges av en armatur i zoner i diskreta vertikala plan. Används för att bestämma armaturens avståndskrav.
• Korrelerad färgtemperatur (CCT) - Temperatur i grader Kelvin (K) för en svartkroppsstrålare med samma kromaticitet som ljuskällan. CCT för vitt ljus varierar från 2700K till 6500K.
• Color Rendering Index (CRI) - En ljuskällas förmåga att återge färgerna på olika föremål på ett trovärdigt sätt jämfört med en idealisk eller naturlig ljuskälla. CRI-värdet varierar mellan 0 och 100. Glödlampor har en CRI på 100, LED-lampor har en CRI på mellan 80 och 90+.

I takt med att belysningstekniken har utvecklats har det blivit mer komplicerat att välja den optimala lösningen. Exempelvis är effektiviteten hos lysdioder betydligt högre än effektiviteten hos lysrör och högintensiva urladdningslampor (HID). Medan lysrör och HID-lampor sänder ut ljus i alla riktningar är lysdioder riktade. Det viktigaste är att mätvärdena är mest användbara för att jämföra lysdioder med varandra, lysrör med lysrör och så vidare. För att jämföra olika belysningstekniker måste användarna ofta utvärdera prover sida vid sida för att avgöra vilken som är bäst.

Förutom kvaliteten på ljuset måste användarna vara medvetna om den totala harmoniska distorsionen (THD) och effektfaktorn (PF) hos förkopplingsdonet eller drivdonet som driver armaturen. THD är ett mått på snedvridningen av den elektriska strömmen som kommer in i en elektronisk kraftomvandlare. Lägre THD innebär lägre toppströmmar och större effektivitet i elnätet i en byggnad och minskad efterfrågan på det lokala elbolaget. IEEE 519-2014 är en användbar referens för att förstå övertoner och för att tillämpa gränser för övertoner i kraftsystem. THD-värden på 20 % eller mindre krävs vanligtvis. PF är ett lika viktigt mått. En belastning (ballast eller drivrutin) med låg PF drar mer ström än en belastning med hög PF för samma uteffekt. PF är ett dimensionslöst tal mellan 0 och 1. Förkopplingsdon och drivdon bör ha en PF på minst 0,9.

Överväganden om livslängd och kostnader

Lysdioder har i allmänhet en livslängd på mer än 25 000 timmar, men deras effektivitet och ljusstyrka minskar med åldern. Livslängden för LED-armaturer baseras på det antal timmar som det tar att sjunka till 70 % av den ursprungliga ljusstyrkan och kallas L70-parametern. Icke-LED-belysningstekniker drabbas någon gång av katastrofala fel; deras livslängd definieras som det antal drifttimmar då 50 % av enheterna förväntas ha fallit ut. Även icke-LED-tekniker upplever en minskning av lumenvärdena när de åldras. Denna effekt, som kallas lampljusförlust (LLD), varierar mellan olika belysningstekniker (tabell 1).

Tabell 1: Jämförelse av lampans lumenförlust och nominell livslängd. (Tabellkälla: Banner Engineering)

För att jämföra kostnaderna för olika belysningstekniker måste användarna ta hänsyn till den initiala arbets- och utrustningskostnaden plus kostnaderna för energi, underhåll och utrustning under armaturens livstid (figur 2). De initiala kostnaderna för arbete och utrustning kan övervinnas av ökad energieffektivitet och lägre underhållsbehov, och LED-lampor med längre livslängd och högre effektivitet kan ge betydande besparingar under hela livstiden.

Figur 2: Jämförelse av belysningskostnader baserat på en 15-årig livscykel. (Bildkälla: Banner Engineering)

Miljökrav

Armaturer som används i industrianläggningar måste vara konstruerade för att klara farliga förhållanden. National Electrical Code definierar tre typer av farliga platser:

• Klass I - brandfarliga gaser eller ångor
• Klass II - brännbart damm
• Klass III - lättantändliga fibrer eller flygande föremål

Amerikanska federala bestämmelser kräver: "Utrustningen ska vara märkt så att den visar klass, grupp och driftstemperatur eller temperaturområde, baserat på drift i en omgivningstemperatur på 40 °C, för vilken den är godkänd."

IP-märkningen (Ingress Protection) är viktig och anges med två siffror. Den första beskriver utrustningens motståndskraft mot fasta främmande föremål, t.ex. damm, den andra beskriver graden av skydd mot vatten. Armaturer med IP67-klassificering är damm- och vattentåliga, vilket gör dem lämpliga för många industriella miljöer, och de klarar kortvarig nedsänkning i vatten. Armaturer med IP68g ger ytterligare skydd och är mer motståndskraftiga mot olje- och vatteninträngning.

Vibrationer och extrema temperaturer förekommer ofta i industriella miljöer. De tunna trådarna, känsliga komponenterna och glashöljen som används i vissa belysningstekniker kan vara särskilt sårbara för skador från vibrationer. Lysdioder har inga känsliga komponenter och är mycket mer motståndskraftiga mot vibrationer och stötar. Även om de är mekaniskt robusta tenderar höga omgivningstemperaturer att minska effektiviteten och livslängden hos lysdioder. Å andra sidan är lysdioder, jämfört med annan belysningsteknik, bättre lämpade för kylda lager och andra anläggningar där det råder temperaturer ned till -40 °C.

Armaturer för pick-to-light

Pick-to-light-system kan minska kostnaderna för plockning på lager genom ökad effektivitet, produktivitet och noggrannhet. För installationer där man kan plocka upp ljuset erbjuder Banner EZ-LIGHT® K50L-serien, inklusive K50LGRASXPQ (Figur 3). K50L-armaturer erbjuds med en lysdiod (grön), två lysdioder (grön och röd) eller tre lysdioder (grön, röd och gul), beroende på modell, och de är vibrationsbeständiga. K50LGRASXPQ har grön och röd LED-belysning samt ett ljudlarm med flera toner. K50L-serien har bland annat följande egenskaper:

• Lätt att installera med ljusa LED-indikatorer och ljudljud
• Robust och helt förseglad. IP67 eller IP69K enligt DIN 40050-9, beroende på modell
• Ingen extern styrenhet behövs för dessa självförsörjande armaturer
• Immunitet mot radiofrekvensstörningar (RFI) och elektromagnetiska störningar (EMI)
• Det hörbara larmet på IP67-modeller har en justerbar intensitet som kan vara kontinuerlig eller staccato
• Flexibel installation med ingångar från 12 V_DC till 30 V_DC och skydd mot omvänd polaritet

Figur 3: Banner Engineering K50-seriens pick-to-light-armaturer är likströmsdrivna med konstant eller staccato ljudindikering och ett val av 1, 2 eller 3 färgade LED-indikatorer, beroende på modell. (Bildkälla: Banner Engineering)

Armaturer och sensorer för styrning av gaffeltruckar

Förare av gaffeltruckar kan ha en skymd utsikt, vilket gör att de måste stiga av flera gånger när de placerar svåra laster. Effektiviteten i materialhanteringen kan ökas med hjälp av armaturer och sensorer för styrning av gaffeltruckar. Till exempel är armaturen av modellen WLS27PXRGBW285DSQ från Banner en del av WLS27 Pro-serien och är 285 mm lång, har IP66-, IP67- och IP69K-miljöklassificering och innehåller röda, gröna, blå och vita lysdioder (figur 4).

Figur 4: Den här 285 mm långa armaturen har röda, gröna, blå och vita lysdioder och kan användas för styrning av gaffeltruckar. Den har miljöklassningarna IP66, IP67 och IP69K. (Bildkälla: Banner Engineering)

Alla armaturer i WLS27 Pro-serien kan visa flerfärgsanimationer i olika hastigheter och mönster och vara segmenterade, vilket gör dem väl lämpade för styrsystem för gaffeltruckar. WLS27 Pro-enheterna har splitterskyddade höljen av sampolyester i aluminiumramar och är motståndskraftiga mot brott och stötar. Tack vare IP69K-klassificeringen kan de användas i tuffa tvättar och i utomhusmiljöer. Integrerade timer- och räknarfunktioner gör det möjligt att visa tids- eller kvantitetsinformation, inklusive avstånd och position, med hjälp av pulsad signalering.

WLS27 Pro-armaturer kan kombineras med Q5X multifunktionslasersensor för att implementera styrsystem för gaffeltruckar (Figur 5). Q5X har en räckvidd från 50 mm till 5 m. Andra funktioner inkluderar:

• Tillförlitlig detektering av tydliga och reflekterande objekt, flerfärgade mål, svarta mål mot en glänsande metallisk bakgrund, svarta mål mot en svart bakgrund och mörka objekt (<0,1 % reflekterande svarta mål)
• Dubbla läget mäter både ljusintensitet och avstånd
• 270 graders roterbarhet för att uppfylla en mängd olika monteringsbehov
• Programmerbar via IO-link, fjärrinlärning, användargränssnitt ombord eller valfri fjärrsensorvisning

Figur 5: Multifunktionslasersensorer som Q5X från Banner Engineering kan användas för att införa styrsystem för gaffeltruckar. (Bild: Banner Engineering)

Allmänna belysningsalternativ

Banners WLB32ZC285PBQMB är en 285 mm lång, extremt ljusstark LED-armatur som har ett jämnt ljusflöde på 750 lm med ett bländfritt sken (figur 6). Den ingår i WLB32-familjen, som omfattar armaturer från 285 till 1130 mm långa armaturer med en belysningsstyrka från 750 till 3000 lm. Dessa armaturer är avsedda för arbetsstationer, maskinbelysning, kontrollskåp och tillverkningslinjer.

Figur 6: Banners modell WLB32ZC285PBQMB är en 285 mm lång, extremt ljusstark LED-lampa för allmänna belysningsbehov. (Bild: Banner Engineering)

Det finns WLB32-ljusstavar som kan bilda en kontinuerlig längd av belysning genom "daisy-chaining" med ett minimum av ledningar, samtidigt som varje ljusstav fungerar oberoende av varandra. Andra funktioner inkluderar:

• Hög/låg/av-omkopplare
• Splitterfritt fönster och metallhölje
• Flexibel installation med magnet- eller vinkelfästen eller snäppfästen
• Ögonskyddet blockerar sidobländning på vissa modeller
• Rörelsedetektering på vissa modeller

Sammanfattning

Det finns många olika prestanda, kostnads- och miljöfaktorer att ta hänsyn till när man väljer industriella belysningslösningar. I allt fler fall är LED-armaturer ett attraktivt alternativ. Jämfört med traditionell belysningsteknik erbjuder LED-armaturer större flexibilitet och tillförlitlighet, och LED ger högre energieffektivitet, längre livslängd och lägre underhållsbehov. Även om den initiala installationskostnaden för LED kan vara högre än för andra belysningstekniker, erbjuder LED lägre kostnader under hela livstiden, förutom överlägsna belysningslösningar.