Spesifisere løsninger for lysdiodebelysning i industrimiljøer

Belysning er et svært viktig element i utviklingen av trygge, effektive og kostnadsbesparende industrimiljøer på tvers av ulike aktiviteter, for eksempel logistikk, maskindrift, kontrollskap, arbeidsstasjoner og produksjonslinjer. I et stadig økende antall situasjoner kan lysdioder gi overlegne belysningsløsninger. Sammenlignet med tradisjonelle fluorescerende, metallhalogenid, høytrykksnatrium og andre belysningsteknologier, er lysdiodearmaturer mer energieffektive og har lengre levetid, noe som reduserer både drifts- og vedlikeholdskostnader. Industriarmaturer brukes ofte i utfordrende miljøer, og det kan være nødvendig å inkludere kapslingsgrad og spesifiserte nivåer av strømkvalitet, i tillegg til å støtte arbeidsrelatert sikkerhet og sanitæranlegg. Balansering av disse ulike kravene kompliserer valget av armatur.

Denne artikkelen gjennomgår ytelsesmålinger, som inkluderer lumen, watt, yteevne, lux, sonevis lumenfordeling, samsvarende fargetemperatur, fargegjengivelsesindeks, nominell levetid og kostnader forbundet med industrielle armaturer, med spesielt fokus på lysdioder. Den beskriver deretter miljøhensyn, som omfatter krav til kapslingsgrad (IP-systemet), total harmonisk forvrengning og krav til strømkvalitet, samt belysning for farlige omgivelser. Til slutt avsluttes artikkelen med en presentasjon av bestemte løsninger fra Banner Engineering for belysning i «pick-to-light»-systemer, gaffeltruckstyring og generell belysning for arbeidsstasjoner, maskinbelysning og kontrollskap (figur 1).

Figur 1: Lysdiodearmaturer er tilgjengelige i en rekke formater som er optimalisert for et bredt spekter av bruksområder. (Bildekilde: Banner Engineering)

Ytelsesmålinger

Spesifisering av belysningsnivået er grunnlaget som brukes når den optimale armaturen for et gitt bruksområde skal velges. Det er mange målinger å ta hensyn til, alt fra armaturens yteevne under drift til hvor godt den etterligner standard hvitt lys. Det hele begynner med ett enkelt lys (candle) eller candela (Cd). Cd er en standard SI-enhet som måler lysintensiteten til synlig lys som avgis fra en bestemt kilde (standard lys) i en bestemt retning. Hvis vi ser nærmere på konseptet for én Cd, omfatter viktige målinger for sammenligning av armaturer følgende:

• Lumen (lm) – Lysfluks lik lyset som avgis i en fast vinkel med en ensartet punktkilde på én Cd, der det tas hensyn til lysmengden i alle retninger.
• Watt (W) – Forbruk av elektrisk strøm: For likestrømskretser, W = V_DC x ampere; for vekselstrømskretser, W = V_RMS x ampere.
• Yteevne (lm/W) – Hvor effektivt en lyskilde produserer synlig lys.
• Lux (lm/m²) – Intensiteten av lys som treffer en overflate slik det oppfattes av det menneskelige øyet.
• Sonevis lumenfordeling – Fordelingen av lumen som en armatur avgir i soner i frittstående vertikale plan. Brukes til å fastsette avstandskravene til en armatur.
• Samsvarende fargetemperatur (CCT – Correlated Color Temperature) – Temperatur, i grader Kelvin (K), på en radiator med svart hus med en krominans som er lik lyskilden. CCT-en til hvitt lys varierer fra 2700 K til 6500 K.
• Fargegjengivelsesindeks (CRI – Color Rendering Index) – En lyskildes evne til å vise fargene til forskjellige objekter riktig i forhold til en ideell eller naturlig lyskilde. CRI-er spenner fra 0 til 100. Glødepærer har en CRI på 100 og lysdioder har CRI-er som spenner fra 80 til 90+.

Etter hvert som belysningsteknologiene har utviklet seg, har prosessen med å spesifisere den optimale løsningen blitt mer komplisert. Virkegraden til lysdioder er for eksempel betydelig høyere enn virkegraden til fluorescerende lamper og HID-lamper (HID – high-intensity discharge). Mens fluorescerende lamper og HID-lamper avgir lys i alle retninger, er lysdioder retningsbestemte. Konklusjonen er at målingene er mest nyttige for å sammenligne lysdioder med andre lysdioder, fluorescerende med andre fluorescerende, og så videre. For å sammenligne ulike belysningsteknologier må brukere ofte evaluere prøveeksemplarer side om side for å finne ut hvilket eksemplar som er det beste.

I tillegg til kvaliteten på det produserte lyset, må brukere være oppmerksomme på den totale harmoniske forvrengningen (THD – total harmonic distortion) og effektfaktoren (PF – power factor) til ballasten eller driveren som forsyner armaturen med strøm. THD er en måling av forvrengningen til den elektriske strømmen som kommer inn i en elektronisk strømomformer. Lavere THD betyr lavere spenningstopper og høyere virkningsgrad i det elektriske distribusjonsnettet i en bygning og redusert etterspørsel på det lokale strømnettet. IEEE 519-2014 er en nyttig referanse når det gjelder å forstå oversvingninger og anvende oversvingningsgrenser i strømsystemer. Det er vanligvis nødvendig med THD-er på 20 % eller mindre. PF er en like viktig måling. En last (ballast eller driver) med lav PF trekker mer strøm enn en last med høy PF for samme utgangseffekt. PF er et dimensjonsløst tall mellom 0 og 1. Ballaster og drivere bør ha PF-er på minst 0,9.

Hensyn til levetid og kostnader

Lysdioder har vanligvis lengre levetid enn 25 000 timer, men effektiviteten og lysstyrken avtar med tiden. Levetiden til lysdiodearmaturer er basert på hvor mange timer det tar å falle til 70 % av den opprinnelige lysmengden, og dette kalles L70-parameteren. Belysningsteknologier som ikke er lysdioder opplever katastrofale feil på ett eller annet tidspunkt, og levetiden er definert som antall driftstimer der 50 % av enhetene forventes å ha sviktet. Ikke-lysdiodeteknologier opplever også nedgang i lumenverdier med tiden. Denne effekten varierer mellom belysningsteknologiene (tabell 1), som kalles lampens lumenforringelse (LLD – lamp lumen depreciation).

Tabell 1: Sammenligning av lampens lumenforringelse (LLD) og nominell levetid. (Tabellkilde: Banner Engineering)

For å sammenligne kostnadene på belysningsteknologier, må brukere ta hensyn til den opprinnelige kostnaden for arbeid og utstyr, energiforbruket, vedlikeholdsarbeid og utstyrskostnader i løpet av armaturens levetid (figur 2). De opprinnelige arbeids- og utstyrskostnadene kan overvinnes ved å øke energivirkningsgraden og senke vedlikeholdsbehovene, og lysdioder som varer lenger og har høyere virkningsgrad kan gi betydelige besparelser over tid.

Figur 2: Sammenligning av belysningskostnader basert på et 15-års livsløp. (Bildekilde: Banner Engineering)

Miljømessige krav

Armaturer som brukes i industrianlegg må være konstruert på en slik måte at de motstår farlige forhold. NEC (National Electrical Code) definerer tre typer farlige steder:

• Klasse I – brennbare gasser eller damper
• Klasse II – brennbart støv
• Klasse III – lettantennelige fibre eller flyvende elementer

Amerikanske føderale forskrifter krever følgende: «Utstyret skal merkes for å vise klassen, gruppen og driftstemperaturen eller temperaturområdet, basert på bruk i omgivelsestemperaturer på 40 °C, som det er godkjent for».

Kapslingsgrad (IP-systemet) er viktig og angis med to tall. Den første beskriver utstyrets motstandsdyktighet mot solide fremmedlegemer, for eksempel støv, den andre beskriver graden av beskyttelse mot vann. Lysarmaturer klassifisert som IP67 er støv- og vannbestandige, noe som gjør dem godt egnet for mange industrimiljøer, og de tåler kortvarig nedsenkning i vann. Armaturer klassifisert som IP68g gir ekstra beskyttelse og er mer motstandsdyktige mot olje- og vanngjennomtrengning.

Vibrasjoner og ekstreme temperaturer er ofte å finne i industrimiljøer. De tynne glødetrådene, delikate komponentene og glassmantlene som brukes med visse belysningsteknologier kan være spesielt sårbare mot vibrasjonsrelaterte skader. Lysdioder har ikke ømfintlige komponenter, og de er mye mer motstandsdyktige mot vibrasjoner og støt. Selv om de er mekanisk robuste, har høye omgivelsestemperaturer en tendens til å redusere lysdiodenes effekt og levetid. Sammenlignet med andre belysningsteknologier, er lysdioder bedre egnet til kjølelagre og andre fasiliteter der temperaturene kan være så lave som –40 °C.

Armaturer for «pick-to-light»-systemer

«Pick-to-light»-systemer kan redusere kostnader relatert til lagerplukking gjennom økt effektivitet, produktivitet og nøyaktighet. For «pick-to-light»-installasjoner tilbyr Banner EZ-LIGHT® K50L-serien, som inkluderer K50LGRASXPQ (figur 3). K50L-armaturer tilbys med én lysdiode (grønn), to lysdioder (grønn og rød) eller tre lysdioder (grønn, rød og gul), avhengig av modellen, og de er vibrasjonsbestandige. K50LGRASXPQ tilbyr grønn og rød lysdiodebelysning, samt en hørbar alarm med flere toner. Funksjoner i K50L-serien omfatter:

• Enkel å installere med lyssterke lysdiodeindikatorer og hørbar alarm
• Robust og fullstendig forseglet. Klassifisert som IP67 eller IP69K i henhold til DIN 40050-9, avhengig av modell
• Ingen ekstern styring er nødvendig for disse frittstående armaturene
• Immunitet mot radiofrekvensinterferens (RFI) og elektromagnetisk interferens (EMI)
• Den hørbare alarmen på IP67-modeller har en justerbar intensitet som kan være enten kontinuerlig eller støtvis
• Fleksibel installasjon med inngangsspenninger fra 12 V_DC til 30 V_DC og beskyttelse mot omvendt polaritet

Figur 3: Banner Engineering K50-seriens «pick-to-light»-armaturer forsynes med likestrøm og har kontinuerlige eller støtvise lydsignaler og enten 1, 2 eller 3 fargede lysdioder, avhengig av modellen. (Bildekilde: Banner Engineering)

Armaturer og sensorer for gaffeltruckstyring

Gaffeltruckførere kan ha dødvinkler, noe som gjør det nødvendig for dem å stige av gaffeltrucken flere ganger når de plasserer uhåndterlige laster. Effektiviteten til operasjoner relatert til materialhåndtering kan økes ved å bruke armaturer og sensorer for gaffeltruckstyring. For eksempel er WLS27PXRGBW285DSQ-armaturmodellen fra Banner en del av WLS27 Pro-serien. Den er 285 mm lang, har IP66-, IP67- og IP69K-klassifiseringer og inkluderer røde, grønne, blå og hvite lysdioder (figur 4).

Figur 4: Denne 285 mm lange armaturen omfatter røde, grønne, blå og hvite lysdioder og kan brukes til gaffeltruckstyring. Den har IP66 -, IP67- og IP69K-klassifiseringer. (Bildekilde: Banner Engineering)

Alle armaturer i WLS27 Pro-serien kan vise flerfargede animasjoner med varierende hastigheter og mønstre, og de kan være segmenterte, noe som gjør dem godt egnet for styringssystemer i gaffeltrucker. WLS27 Pro-enheter har hus av kopolyester i aluminiumschassis som er splintfrie og motstandsdyktige mot brudd og støt. IP69K-klassifiseringen gjør dem i stand til å fungere under tøffe nedvaskinger og i utemiljøer. Med integrerte timer- og tellerfunksjoner kan de vise informasjon om tid eller antall, samt avstand og posisjon, ved hjelp av pulserende signalering.

WLS27 Pro-armaturer kan kombineres med den flerfunksjonelle Q5X-lasersensoren slik at styringssystemer for gaffeltrucker kan implementeres (figur 5). Q5X har et område på mellom 50 mm og 5 m. Andre funksjoner omfatter:

• Pålitelig deteksjon av gjennomsiktige og reflekterende objekter, flerfargede mål, svarte mål mot en skinnende metallisk bakgrunn, svarte mål mot en svart bakgrunn og mørke objekter (<0,1 % reflekterende svarte mål)
• Dobbel læringsmodus måler både lysintensitet og avstand
• Roterbar i 270 grader for å møte en rekke monteringsbegrensninger
• Programmerbar via IO-Link, ekstern læring, innebygd brukergrensesnitt eller valgfritt eksternt sensordisplay

Figur 5: Flerfunksjonelle lasersensorer, for eksempel Q5X fra Banner Engineering, kan brukes til å implementere styringssystemer for gaffeltrucker. (Bildekilde: Banner Engineering)

Generelle belysningsalternativer

Banner WLB32ZC285PBQMB er en 285 mm lang, svært lyssterk lysdiodearmatur med en jevn lysmengde på 750 lm og en glød uten gjenskinn (figur 6). Den er en del av WLB32-familien, som omfatter armaturer som er mellom 285 og 1130 mm lange, med belysningsklassifiseringer på mellom 750 og 3000 lm. Disse armaturene er utviklet for arbeidsstasjoner, maskinbelysning, kontrollskap og produksjonslinjer.

Figur 6: Banner WLB32ZC285PBQMB er en 285 mm lang, svært lyssterk LED-lysbjelke for generelle belysningsbehov. (Bildekilde: Banner Engineering)

Det finnes WLB32-lysbjelker som kan danne en kontinuerlig lengde med belysning gjennom «kjededannelse» (daisy-chaining) med et minimum av kabling, samtidig som de opprettholder uavhengig operasjon av hver lysbjelke. Andre funksjoner omfatter:

• Høy/lav/av-bryter
• Splintfritt vindu og metallhus
• Fleksibel installasjon med magnetiske braketter, vinkelbraketter eller trykklåsklips
• Øyeskjerming blokkerer blendende lys fra siden på noen modeller
• Bevegelsesdeteksjon på noen modeller

Sammendrag

Det er et bredt spekter av ting som må tas hensyn til når industrielle belysningsløsninger skal spesifiseres, for eksempel faktorer relatert til ytelse, kostnader og miljø. Lysdiodearmaturer er et attraktivt alternativ i stadig flere tilfeller. Sammenlignet med tradisjonelle belysningsteknologier, tilbyr lysarmaturer større fleksibilitet og pålitelighet når det gjelder belysning, og lysdioder tilbyr høyere energieffektivitet, lengre levetid og lavere vedlikeholdsbehov. Selv om de opprinnelige installasjonskostnadene kan være større for lysdioder enn for andre belysningsteknologier, tilbyr lysdioder lavere kostnader over livsløpet, i tillegg til overlegne løsninger for belysning.