Specifikation af LED-belysningsløsninger til industrielle miljøer

Belysning er et afgørende element i udformningen af sikre, effektive og omkostningseffektive industrimiljøer på tværs af forskellige aktiviteter, herunder logistik, maskindrift, kontrolskabe, arbejdsstationer og produktionslinjer. I et stigende antal tilfælde kan LED'er levere overlegne belysningsløsninger. Sammenlignet med traditionelle lysstofrør, metalhalogenid, højtryksnatrium og andre belysningsteknologier er LED-armaturer mere energieffektive, hvilket reducerer driftsomkostningerne, og de har længere levetid, hvilket reducerer vedligeholdelsesomkostningerne. Industrielle armaturer anvendes ofte i udfordrende miljøer og skal ofte være beskyttet mod indtrængen og have en specificeret strømkvalitet, ud over at de skal understøtte arbejdssikkerhed og hygiejne. Det komplicerer udvælgelsen af armaturer at balancere disse forskellige krav.

I denne artikel gennemgås ydeevner, herunder lumen, wattforbrug, effektivitet, lux, zonelumenfordeling, korreleret farvetemperatur, farvegengivelsesindeks, nominel levetid og omkostninger i forbindelse med industrielle armaturer med særlig fokus på LED'er. Derefter beskrives miljømæssige overvejelser, herunder krav til beskyttelse mod indtrængen, total harmonisk forvrængning og krav til strømkvalitet samt belysning til farlige miljøer. Endelig afsluttes artiklen med en præsentation af specifikke løsninger fra Banner Engineering til belysning i pick-to-light-systemer, gaffeltruckstyring og generel belysning i arbejdsstationer, maskinbelysning og kontrolskabe (figur 1).

Figur 1: LED-armaturer er tilgængelig i en række forskellige formater, der er optimeret til en lang række forskellige anvendelser. (Billedkilde: Banner Engineering)

Resultatmålinger

Specifikation af belysningsniveauet er grundlaget for valg af det optimale armatur til en given anvendelse. Der er mange parametre, der skal tages i betragtning, lige fra armaturets driftseffektivitet til hvor godt det efterligner standard hvidt lys. Den begynder med et enkelt stearinlys eller candela (Cd). Cd er en SI-enhed, der måler lysstyrken af synligt lys, der udsendes af en bestemt kilde (standardlys) i en bestemt retning. Med udgangspunkt i begrebet Cd er vigtige målinger til sammenligning af armaturer bl.a:

• Lumen (lm) - Lysstrøm svarende til det lys, der udsendes i en enhed rumvinkel af en ensartet punktkilde med en Cd, idet der tages hensyn til lysudbyttet i alle retninger.
• Watt (W) - Forbrug af elektrisk effekt: for DC-kredsløb er W = V_DC x ampere; for AC-kredsløb er W = V_RMS x ampere.
• Virkningsgrad (lm/W) - Hvor effektivt en lyskilde producerer synligt lys.
• Lux (lm/m²) - Intensitet af lys, der rammer en overflade, som opfattes af det menneskelige øje.
• Zonelumenfordeling - Fordeling af lysstyrken fra et armatur i zoner i diskrete vertikale planer. Anvendes til at bestemme afstandskravene til et armatur.
• Korreleret farvetemperatur (CCT) - temperatur i Kelvin-grader (K) for en sortkropstråler med en kromaticitet svarende til lyskilden. CCT-værdien for hvidt lys varierer fra 2700K til 6500K.
• Color Rendering Index (CRI) - En lyskildes evne til at gengive farverne på forskellige genstande troværdigt sammenlignet med en ideel eller naturlig lyskilde. CRI varierer fra 0 til 100. Glødepærer har en CRI på 100, mens LED'er har en CRI på mellem 80 og 90+.

Efterhånden som belysningsteknologierne har udviklet sig, er processen med at specificere den optimale løsning blevet mere kompliceret. F.eks. er LED'ernes effektivitet væsentligt højere end lysstofrør og HID-lamper (High-Intensity-Discharge). Mens lysstofrør og HID'er udsender lys i alle retninger, er LED'er retningsbestemt. Det er vigtigt at understrege, at målingerne er mest nyttige til at sammenligne LED'er med LED'er, lysstofrør med lysstofrør osv. For at sammenligne forskellige belysningsteknologier skal brugerne ofte vurdere prøverne side om side for at afgøre, hvilken der er den bedste.

Ud over kvaliteten af det producerede lys skal brugerne være opmærksomme på den samlede harmoniske forvrængning (THD) og effektfaktoren (PF) i den forkobling eller driver, der driver armaturet. THD er et mål for forvrængningen af den elektriske strøm, der kommer ind i en elektronisk strømkonverter. Lavere THD betyder lavere spidsstrømme og større effektivitet i el-distributionsnettet i en bygning og reduceret efterspørgsel på det lokale forsyningsselskab. IEEE 519-2014 er en nyttig reference til forståelse af harmoniske overtoner og anvendelse af grænseværdier for harmoniske overtoner i elsystemer. Der kræves normalt en THD på 20 % eller mindre. PF er en lige så vigtig måleenhed. En belastning (ballast eller driver) med en lav PF trækker mere strøm end en belastning med en høj PF for samme udgangseffekt. PF er et dimensionsløst tal mellem 0 og 1. Forkoblinger og drivere bør have PF'er på mindst 0,9.

Overvejelser om levetid og omkostninger

LED'er har generelt en levetid på over 25.000 timer, men deres effektivitet og lysstyrke falder, efterhånden som de bliver ældre. LED-armaturers levetid er baseret på det antal timer, det tager at falde til 70 % af det oprindelige lysudbytte, og kaldes L70-parameteren. Ikke-LED-belysningsteknologier lider på et tidspunkt under katastrofale svigt; deres levetid defineres som det antal driftstimer, hvor 50 % af enhederne forventes at have svigtet. Ikke-LED-teknologier oplever også et fald i lumenværdierne, efterhånden som de ældes. Denne effekt, der kaldes lampelumenafskrivning (LLD), varierer mellem de forskellige belysningsteknologier (tabel 1).

Tabel 1: Sammenligning af lampens lumenafskrivning og nominelle levetid. (Kilde til tabellen: Banner Engineering)

For at sammenligne omkostningerne ved belysningsteknologier skal brugerne tage hensyn til de oprindelige arbejds- og udstyrsomkostninger plus omkostningerne til energi, vedligeholdelse og udstyr i armaturets levetid (figur 2). De indledende arbejds- og udstyrsomkostninger kan opvejes af øget energieffektivitet og lavere vedligeholdelsesbehov, og længerevarende og mere effektive LED'er kan give betydelige besparelser i hele levetiden.

Figur 2: Sammenligning af belysningsomkostninger baseret på en 15-årig livscyklus. (Billedkilde: Banner Engineering)

Miljøkrav

Armaturer, der anvendes i industrianlæg, skal være konstrueret til at kunne modstå farlige forhold. National Electrical Code definerer tre typer af farlige steder:

• Klasse I - brandfarlige gasser eller dampe
• Klasse II - brændbart støv
• Klasse III - let antændelige fibre eller flydele

De amerikanske føderale bestemmelser kræver: "Udstyret skal være mærket med angivelse af klasse, gruppe og driftstemperatur eller temperaturområde, baseret på drift ved 40 °C omgivelsestemperatur, som det er godkendt til."

IP-klassificeringer (IP) er vigtige og er angivet med to tal. Den første beskriver udstyrets modstandsdygtighed over for faste fremmedlegemer som f.eks. støv, den anden beskriver graden af beskyttelse mod vand. Armaturer, der er klassificeret IP67, er støv- og vandtætte, hvilket gør dem velegnede til mange industrielle miljøer, og de kan tåle kortvarig nedsænkning i vand. Armaturer, der er klassificeret IP68g, giver yderligere beskyttelse og er mere modstandsdygtige over for olie- og vandindtrængning.

Vibrationer og ekstreme temperaturer forekommer ofte i industrielle miljøer. De tynde glødetråde, sarte komponenter og glashylstre, der anvendes i visse belysningsteknologier, kan være særligt sårbare over for skader fra vibrationer. LED'er har ingen sarte komponenter og er meget mere modstandsdygtige over for vibrationer og stød. Selv om de er mekanisk robuste, har høje omgivelsestemperaturer en tendens til at reducere LED'ernes effektivitet og levetid. På den anden side er lysdioder i forhold til andre belysningsteknologier bedre egnet til kølehuse og andre faciliteter, hvor der forekommer temperaturer ned til -40 °C.

Armaturer til pick-to-light

Pick-to-light-systemer kan reducere omkostningerne ved plukning på lageret gennem øget effektivitet, produktivitet og nøjagtighed. Til pick-to-light-installationer tilbyder Banner EZ-LIGHT® K50L-serien, herunder K50LGRASXPQ (figur 3). K50L-armaturer er tilgængelige med én LED (grøn), to LED'er (grøn og rød) eller tre LED'er (grøn, rød og gul), afhængigt af modellen, og de er vibrationsbestandige. K50LGRASXPQ har grøn og rød LED-belysning samt en akustisk alarm med flere toner. K50L-serien har bl.a. følgende funktioner:

• Let at installere med lyse LED-indikatorer og hørbar alarm
• Robust og fuldstændig forseglet. IP67 eller IP69K i henhold til DIN 40050-9, afhængigt af model
• Der er ikke behov for en ekstern styring til disse selvstændige armaturer
• Immunitet over for radiofrekvensinterferens (RFI) og elektromagnetisk interferens (EMI)
• Den hørbare alarm på IP67-modeller har en justerbar intensitet, der kan være kontinuerlig eller staccato
• Fleksibel installation med indgange fra 12 V_DC til 30 V_DC og beskyttelse mod omvendte polariteter

Figur 3: Banner Engineering K50-seriens pick-to-light-armaturer er jævnstrømsbetjente med konstant eller staccato lydindikation og et valg af 1, 2 eller 3 farvede LED-indikatorer, afhængigt af modellen. (Billedkilde: Banner Engineering)

Armaturer og sensorer til styring af gaffeltrucks

Gaffeltruckchauffører kan have et hindret udsyn, hvilket kræver, at de skal stige af flere gange, når de placerer vanskelige læs. Effektiviteten af materialehåndteringsoperationer kan øges ved hjælp af gaffeltruckstyringsarmaturer og sensorer. For eksempel er modellen WLS27PXRGBW285DSQ armaturet fra Banner en del af WLS27 Pro-serien og er 285 mm langt, har IP66, IP67 og IP69K miljøklassificering og omfatter røde, grønne, blå og hvide LED'er (figur 4).

Figur 4: Dette 285 mm lange armatur har røde, grønne, blå og hvide LED'er og kan bruges til styring af gaffeltrucks. Den har miljøklassificeringer IP66, IP67 og IP69K. (Billedkilde: Banner Engineering)

Alle armaturer i WLS27 Pro-serien kan vise flerfarvede animationer med varierende hastigheder og mønstre og kan segmenteres, hvilket gør dem velegnede til styresystemer til gaffeltrucks. Med brudsikre co-polyesterhuse i aluminiumsrammer er WLS27 Pro-enhederne modstandsdygtige over for brud og stød. Deres IP69K-klassificering gør dem i stand til at fungere under hårde vaske- og udendørs miljøer. Med integrerede timer- og tællerfunktioner kan de vise tids- eller mængdeoplysninger, herunder afstand og position, ved hjælp af pulssignalering.

WLS27 Pro-armaturer kan kombineres med Q5X multifunktionslasersensoren til at implementere styringssystemer til gaffeltrucks (Figur 5). Q5X har en rækkevidde fra 50 mm til 5 m. Andre funktioner omfatter:

• Pålidelig detektion af klare og reflekterende objekter, flerfarvede mål, sorte mål mod en skinnende metallisk baggrund, sorte mål mod en sort baggrund og mørke objekter (<0,1 % reflekterende sorte mål)
• Dual teach-tilstand måler både lysintensitet og afstand
• Kan drejes 270 grader for at imødekomme en række forskellige monteringsbegrænsninger
• Kan programmeres via IO-link, fjernundervisning, onboard-brugergrænseflade eller valgfri fjernsensorvisning

Figur 5: Multifunktionslasersensorer som Q5X fra Banner Engineering kan bruges til at implementere styringssystemer til gaffeltrucks. (Billede: Banner Engineering)

Generelle belysningsmuligheder

Banners WLB32ZC285PBQMB er et 285 mm langt ultrahelt LED-armatur, der har et jævnt lysudbytte på 750 lm med et blændfrit "glow" (figur 6). Det er en del af WLB32-familien, som omfatter armaturer fra 285 til 1130 mm lange armaturer med belysningsværdier fra 750 til 3000 lm. Disse armaturer er beregnet til arbejdsstationer, maskinbelysning, kontrolskabe og produktionslinjer.

Figur 6: Banner's model WLB32ZC285PBQMB er en 285 mm lang, ultrahvid LED-lysbjælke til generelle belysningsbehov. (Billede: Banner Engineering)

Der findes WLB32-lysbjælker, som kan danne en kontinuerlig længde af belysning ved at "daisy-chaining" med et minimum af ledninger, samtidig med at hver enkelt lysbøjle fungerer uafhængigt af hinanden. Andre funktioner omfatter:

• Høj/lav/af-knap
• Brudsikkert vindue og metalhus
• Fleksibel montering med magnetiske eller vinkelbeslag eller snapclips
• Øjenskjold blokerer sideblænding på nogle modeller
• Bevægelsesregistrering på nogle modeller

Sammenfatning

Der er en lang række præstations-, omkostnings- og miljømæssige faktorer, der skal tages i betragtning, når der skal specificeres industrielle belysningsløsninger. I et stigende antal tilfælde er LED-armaturer en attraktiv løsning. Sammenlignet med traditionelle belysningsteknologier giver LED-armaturer større fleksibilitet og pålidelighed, og LED'er giver højere energieffektivitet, længere levetid og mindre behov for vedligeholdelse. Som følge heraf kan de indledende installationsomkostninger for LED være højere end for andre belysningsteknologier, men LED'er giver lavere omkostninger i hele levetiden ud over overlegne belysningsløsninger.