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找到了!工业环境适用的LED照明方案攻略!

关键词:工业环境 LED照明

时间:2024-01-16 11:02:25      来源:DigiKey

随着照明技术的发展,指定最佳解决方案的过程也变得更加复杂。例如,LED 的光效大大高于荧光灯和高强度放电 (HID) 灯的光效。荧光灯和 HID 在各个方向发光,而 LED 有方向性。关键在于,这些指标对于 LED 之间、荧光灯之间及其他同类光源之间的比较最为有用。为了比较不同的照明技术,用户往往需要对样品进行并排评估,以确定哪种最好。

作者: Jeff Shepard

当为各种作业(包括物流、机器操作、控制柜、工作站和生产线)设计安全、高效且具成本效益的工业环境时,照明是一个关键要素。在越来越多的情况下,LED 都能提供卓越的照明解决方案。相比传统荧光灯、金属卤化物、高压钠和其他照明技术,LED灯具更加节能,降低了运营成本,而且使用寿命更长,减少了维护成本。工业灯具通常用于具有挑战性的环境中,除了支持职业安全和卫生之外,还可能需要具备侵入防护能力并达到指定的电能质量水平。若要平衡这些不同的要求,则会使灯具选择过程变得复杂。

本文将回顾相关的性能指标,包括亮度(流明)、功率(瓦特)、光效、照度(勒克斯)、区域流明分布、相关色温、显色指数、额定使用寿命以及工业灯具相关成本,并重点介绍 LED 的这些指标。接着,本文会详细介绍环境考虑因素,包括侵入防护要求、总谐波失真和电能质量需求,以及危险环境的照明。最后,本文将介绍 Banner Engineering 提供的具体解决方案;这些方案可用于电子标签拣货系统、叉车引导,以及工作站、机器照明和控制柜的一般照明(图 1)。


图 1:LED 灯具形式多样,并能针对广泛的应用进行优化。(图片来源:Banner Engineering)

1. 性能指标

指定照明度是为特定应用选择最佳灯具的基础。其中有许多指标需要考虑,从灯具的工作效率到其模仿标准白光的程度。首先是单支蜡烛或烛光 (Cd)。Cd 是一个基本 SI 单位,用来衡量特定光源(标准蜡烛)在特定方向上发出的可见光的发光强度。根据 Cd 的概念,在比较灯具时要考虑的重要指标包括:

. 流明 (lm) – 光通量,等于 1 Cd 的均匀点光源在单位实体角内发出的光,考虑所有方向的光输出。
. 瓦特 (W) – 电力消耗:对于直流电路,W = VDC x 安培数;对于交流电路,W = VRMS x 安培数。
. 光效 (lm/W) – 光源产生可见光的效率水平。
. 照度 (lm/m2) – 照射到表面的人眼感知光线强度。
. 区域流明分布 – 灯具在离散垂直平面的区域内发出的流明分布。用于确定灯具的间距要求。
. 相关色温 (CCT) – 黑体辐射源的温度,单位为开氏度 (K),其色度与光源相等。白光的 CCT 范围为 2700 K 至 6500 K。
. 显色指数 (CRI) – 在参照理想光源或自然光源的情况下,光源忠实再现各种物体颜色的能力。CRI 范围为 0 至 100。白炽灯泡的 CRI 为 100,LED 的 CRI 从 80 至 90 以上。

随着照明技术的发展,指定最佳解决方案的过程也变得更加复杂。例如,LED 的光效大大高于荧光灯和高强度放电 (HID) 灯的光效。荧光灯和 HID 在各个方向发光,而 LED 有方向性。关键在于,这些指标对于 LED 之间、荧光灯之间及其他同类光源之间的比较最为有用。为了比较不同的照明技术,用户往往需要对样品进行并排评估,以确定哪种最好。

除了产生的光线质量外,用户还需要注意为灯具供电的镇流器或驱动器的总谐波失真 (THD) 和功率因数 (PF)。THD可用于衡量电流进入电子功率转换器的失真程度。THD 越低,意味着建筑内配电网络的峰值电流越小,效率越高,并且对当地电力公司的需求减少。IEEE 519-2014 是理解谐波以及在电力系统中应用谐波限制的有益参考。通常要求THD 为 20% 或更低。PF 是一个同样重要的指标。在同等输出功率下,低 PF 值的负载(镇流器或驱动器)比高 PF 值的负载消耗更多电流。PF 是一个介于 0 和 1 之间的无量纲数。镇流器和驱动器的 PF 值应至少为 0.9。

2. 使用寿命和成本考虑

LED的使用寿命通常大于 25,000 小时,但其光效和亮度会随着其老化而下降。LED 灯具的使用寿命是基于其下降到初始光输出的 70% 所需的小时数,称为 L70 参数。非 LED 照明技术在某个时间点会出现灾难性故障;其使用寿命定义为 50% 的设备预计会失效的工作小时数。非 LED 技术也会发生流明值随着老化而下降的现象。这种效应称为灯管流明降落 (LLD);对于不同的照明技术,此效应也有所不同(表 1)。


表 1:灯管流明降落和额定使用寿命的比较。(表格来源:Banner Engineering)

要比较照明技术的成本,用户需要考虑初始人工和设备成本,再加上灯具使用期内的能源、维护人工和设备成本(图2)。初始人工和设备成本可以通过提高能效和降低维护需求来克服,更持久和更高效的 LED 可以显著节省使用寿命期间的成本。


图 2:基于 15 年使用寿命周期的照明成本比较。(图片来源:Banner Engineering)

3. 环境要求

工业设施中使用的灯具需要能够承受危险条件。《美国国家电气规范》定义了三种类型的危险场所:

. I 类 – 易燃气体或蒸气
. II 类 – 可燃性粉尘
. III 类 – 容易点燃的纤维或飞散物

美国联邦法规要求:“设备应以所批准的 40°C 工作环境温度为基础,标明类别、组别和工作温度或温度范围。”

侵入防护 (IP) 等级很重要,用两个数字表示。第一个数字指设备对固体异物(如灰尘)的耐受力,第二个数字指防水性。IP67 灯具具有防尘和防水功能,适用于诸多工业环境,并且可以承受短期浸水。IP68g 灯具提供额外的防护,防油水渗透的能力更强。

工业环境中经常出现振动和极端温度。一些照明技术所使用的细长灯丝、易碎元件和玻璃外壳可能特别容易受到振动的损害。LED 没有易碎元件,对振动和冲击的耐受能力要强得多。虽然 LED 在机械方面很坚固,但高环境温度往往会降低其光效和使用寿命。另一方面,与其他照明技术相比,LED 更适合冷藏仓库和其他温度低至 -40°C 的设施。

4. 适用于电子标签拣货的灯具

电子标签拣货系统提供更高的效率、生产力和精度,可降低仓库拣选作业的成本。对于电子标签拣货设施,Banner 提供 EZ-LIGHT® K50L 系列,包括 K50LGRASXPQ(图 3)。根据具体型号,K50L 灯具提供一个 LED(绿光)、两个 LED(绿光和红光)或三个 LED(绿光、红光和黄光),并且都有抗振性。K50LGRASXPQ 提供绿光和红光 LED 照明,以及多种音调的声音警报。K50L 系列的特性包括:

·  易于安装,带有明亮的 LED 指示灯和声音警报
·  坚固耐用,完全密封。符合 DIN 40050-9 标准,达到 IP67 或 IP69K,具体等级取决于型号
·  这些自足式灯具不需要外部控制器
·  抗射频干扰 (RFI) 和电磁干扰 (EMI)
·  IP67 型号的声音警报强度可调节,可以是连续或间断的
·  安装灵活,输入从 12 VDC 至 30 VDC,具有反极性保护


图 3:Banner Engineering 的 K50 系列电子标签拣货灯具采用直流供电,有稳定或间断的声音指示,并有 1、2 或 3 个彩色 LED 指示灯可供选择,具体取决于型号。(图片来源:Banner Engineering)

5. 叉车引导灯具和传感器

叉车司机的视线可能会受到阻碍,在放置难以摆放的货物时需要多次下车。通过使用叉车引导灯具和传感器,可以提高物料搬运操作的效率。例如,Banner 的 WLS27PXRGBW285DSQ 灯具属于 WLS27 Pro 系列,长 285 mm,提供 IP66、IP67 和 IP69K 环境等级,包含红光、绿光、蓝光和白光 LED(图 4)。


图 4:这款灯具长 285 mm,包含红光、绿光、蓝光和白光 LED,可用于叉车引导。它具有 IP66、IP67 和 IP69K 环境等级。(图片来源:Banner Engineering)

WLS27 Pro 系列的所有灯具都能以不同的速度和模式显示多色动画,并能进行分段,因此非常适合叉车引导系统。WLS27 Pro 灯具在铝制框架中采用防碎的共聚物外壳,能够抗破损和抗冲击。IP69K等级使其能在恶劣的冲洗和户外环境中正常工作。该系列集成了定时器和计数器功能,能利用脉冲信号显示时间或数量信息,包括距离和位置。

WLS27 Pro 灯具可与 Q5X 多功能激光传感器相结合,实现叉车引导系统(图 5)。Q5X 的检测范围为 50 mm至 5 m。其他特性包括:
. 能可靠检测透明和反光物体、多色目标、金属光泽背景中的黑色目标、黑色背景中的黑色目标以及深色物体(<0.1% 反光的黑色目标)
. 双重示教模式同时测量光强度和距离
. 可 270 度旋转,以适应各种安装限制
. 可通过 IO-link、远程示教、板载用户界面或可选的远程传感器显示屏进行编程


图 5:诸如 Banner Engineering 的 Q5X 等多功能激光传感器可以用来实现叉车导向系统。(图片:Banner Engineering)

6. 通用照明选择

Banner的 WLB32ZC285PBQMB 是 285 mm 长的超亮 LED 灯具,具有 750 lm 的均匀光输出和无眩光“光辉”(图 6)。它来自 WLB32 系列,该系列包括长度为 285 至 1130 mm 的灯具,照明等级为 750 至 3000 lm。这些灯具设计用于工作站、机器照明、控制柜和生产线中。


图 6:Banner 的 WLB32ZC285PBQMB 型产品是 285 mm 长超亮 LED 条形灯,可满足一般照明需求。(图片:Banner Engineering)

WLB32灯条可以通过“菊花链”形成连续长度的照明,只需最少的接线,同时每个灯条保持独立工作。其他特性包括:
. 高/低/关 (High/Low/Off) 开关
. 防碎窗和金属外壳
. 使用磁性或角形支架或卡扣进行灵活安装
. 某些型号有护眼功能,可阻挡侧面眩光
. 某些型号带运动检测功能

结语

在确定工业照明解决方案时,需要考虑到各种性能、成本和环境因素。在越来越多的场景中,LED 灯是极具吸引力的选择。与传统照明技术相比,LED 灯具的照明灵活性和可靠性更好,能效更高,使用寿命更长,维护需求更少。因此,虽然 LED 的初始安装成本可能高于其他照明技术,但 LED 除了提供卓越的照明解决方案外,还能降低使用寿命成本。

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