Specificeren van LED-verlichtingsoplossingen voor industriële omgevingen

Verlichting is een kritisch element bij het ontwerpen van veilige, efficiënte en kosteneffectieve industriële omgevingen voor diverse activiteiten, waaronder logistiek, machinebediening, schakelkasten, werkstations en productielijnen. In een toenemend aantal gevallen kunnen LED's superieure verlichtingsoplossingen bieden. In vergelijking met traditionele fluorescentie-, metaalhalide-, hogedruknatrium- en andere verlichtingstechnologieën zijn LED-armaturen energie-efficiënter, waardoor de bedrijfskosten dalen, en ze gaan langer mee, waardoor de onderhoudskosten dalen. Industriële armaturen worden vaak gebruikt in veeleisende omgevingen en kunnen worden uitgerust met bescherming tegen binnendringing en gespecificeerde niveaus van stroomkwaliteit, naast ondersteuning van de arbeidsveiligheid en sanitaire voorzieningen. Het vinden van een evenwicht tussen deze uiteenlopende eisen bemoeilijkt het selectieproces van de armatuur.

Dit artikel geeft een overzicht van prestatiecijfers zoals lumen, wattage, efficiëntie, lux, zonale lumenverdeling, gecorreleerde kleurtemperatuur, kleurweergave-index, nominale levensduur en kosten in verband met industriële armaturen, met speciale aandacht voor LED's. Vervolgens wordt ingegaan op milieuoverwegingen, met inbegrip van eisen inzake bescherming tegen binnendringing, totale harmonische vervorming en stroomkwaliteit, en verlichting voor gevaarlijke omgevingen. Tot slot worden in het artikel specifieke oplossingen van Banner Engineering gepresenteerd voor verlichting in pick-to-light-systemen, vorkheftruckgeleiding en algemene verlichting in werkstations, machineverlichting en schakelkasten (Afbeelding 1).

Afbeelding 1: LED-armaturen zijn verkrijgbaar in een reeks formaten die geoptimaliseerd zijn voor een brede waaier van toepassingen. (Bron afbeelding: Banner Engineering)

Prestatiemetingen

De specificatie van het verlichtingsniveau is de basis voor de keuze van de optimale armatuur voor een bepaalde toepassing. Er zijn tal van criteria waarmee rekening moet worden gehouden, gaande van de bedrijfsefficiëntie van de armatuur tot de mate waarin zij standaard wit licht nabootst. Het begint met een enkele kaars of candela (Cd). De Cd is een basis SI-eenheid die de lichtsterkte meet van zichtbaar licht dat door een specifieke bron (standaard kaars) in een specifieke richting wordt uitgestraald. Voortbouwend op het concept van een Cd, omvatten belangrijke meeteenheden voor het vergelijken van armaturen:

• Lumen (lm) - Lichtstroom gelijk aan het licht dat in een ruimtehoek van een eenheid wordt uitgestraald door een uniforme puntbron van één Cd, rekening houdend met de lichtopbrengst in alle richtingen.
• Watts (W) - Verbruik van elektrisch vermogen: voor gelijkstroomcircuits, W = V_DC x ampère; voor wisselstroomcircuits, W = V_RMS x ampère.
• Efficiëntie (lm/W) - Hoe efficiënt een lichtbron zichtbaar licht produceert.
• Lux (lm/m²) - Intensiteit van het licht dat op een oppervlak valt, zoals waargenomen door het menselijk oog.
• Zonale lumenverdeling - Verdeling van de door een armatuur uitgestraalde lumen in zones in discrete verticale vlakken. Wordt gebruikt om de afstandsvereisten van een armatuur te bepalen.
• Gecorreleerde kleurtemperatuur (CCT) - Temperatuur, in graden Kelvin (K), van een blackbody-radiator met een chromaticiteit die gelijk is aan die van de lichtbron. De CCT van wit licht varieert van 2700K tot 6500K.
• Color Rendering Index (CRI) - Het vermogen van een lichtbron om de kleuren van verschillende objecten getrouw weer te geven in vergelijking met een ideale of natuurlijke lichtbron. CRI's variëren van 0 tot 100. Gloeilampen hebben een CRI van 100, leds hebben CRI's die variëren van 80 tot 90+.

Naarmate de verlichtingstechnologieën zich verder hebben ontwikkeld, is het specificeren van de optimale oplossing ingewikkelder geworden. Zo is de efficiëntie van leds aanzienlijk hoger dan de efficiëntie van fluorescentielampen en hogedrukontladingslampen (HID). Terwijl fluorescentie- en HID-lampen licht uitstralen in alle richtingen, zijn LED's gericht. Het komt erop neer dat de metriek het nuttigst is voor het vergelijken van leds met leds, fluorescentielampen met fluorescentielampen, enzovoort. Om verschillende verlichtingstechnologieën met elkaar te vergelijken, moeten gebruikers vaak monsters naast elkaar beoordelen om te bepalen welke de beste is.

Naast de kwaliteit van het geproduceerde licht moeten gebruikers zich ook bewust zijn van de totale harmonische vervorming (THD) en de vermogensfactor (PF) van de ballast of driver die de armatuur voedt. THD is een maat voor de vervorming van de elektrische stroom die in een elektronische vermogensomzetter komt. Een lagere THD betekent lagere piekstromen en een grotere efficiëntie van het elektriciteitsdistributienetwerk in een gebouw en een lagere vraag naar het plaatselijke elektriciteitsnet. IEEE 519-2014 is een nuttige referentie voor het begrijpen van harmonischen en het toepassen van harmonische limieten in vermogenssystemen. THD's van 20% of minder zijn gewoonlijk vereist. PF is een even belangrijke metriek. Een belasting (voorschakelapparaat of driver) met een lage PF trekt meer stroom dan een belasting met een hoge PF bij een gelijk uitgangsvermogen. PF is een dimensieloos getal tussen 0 en 1. Voorschakelapparaten en drivers moeten een PF van ten minste 0,9 hebben.

Overwegingen inzake levensduur en kosten

LED's hebben over het algemeen een levensduur van meer dan 25.000 uur, maar hun efficiëntie en helderheid nemen af naarmate ze ouder worden. De levensduur van LED-armaturen is gebaseerd op het aantal uren dat nodig is om terug te vallen tot 70% van de aanvankelijke lichtopbrengst en wordt de L70-parameter genoemd. Niet-LED verlichtingstechnologieën gaan op een bepaald moment catastrofaal stuk; hun levensduur wordt gedefinieerd als het aantal bedrijfsuren waarbij naar verwachting 50% van de eenheden defect zal zijn geraakt. Ook bij niet-LED-technologieën nemen de lumenwaarden af naarmate ze ouder worden. Dit effect, dat lamp lumen depreciatie (LLD) wordt genoemd, varieert naar gelang van de verlichtingstechnologie (Tabel 1).

Tabel 1: Vergelijking van de lumenafgifte en de nominale levensduur van de lamp. (Bron tabel: Banner Engineering)

Om de kosten van verlichtingstechnologieën te vergelijken, moeten de gebruikers rekening houden met de initiële arbeids- en uitrustingskosten plus de energie-, onderhouds-, en uitrustingskosten gedurende de levensduur van de armatuur (Afbeelding 2). De initiële arbeids- en uitrustingskosten kunnen worden gecompenseerd door een hogere energie-efficiëntie en lagere onderhoudsbehoeften, en LED's die langer meegaan en efficiënter zijn, kunnen een aanzienlijke besparing op de levensduur opleveren.

Afbeelding 2: Vergelijking van de verlichtingskosten op basis van een levenscyclus van 15 jaar. (Bron afbeelding: Banner Engineering)

Milieu-eisen

Armaturen die in industriële installaties worden gebruikt, moeten zo zijn ontworpen dat ze bestand zijn tegen gevaarlijke omstandigheden. De National Electrical Code definieert drie soorten gevaarlijke locaties:

• Klasse I - ontvlambare gassen of dampen
• Klasse II - brandbaar stof
• Klasse III - gemakkelijk ontvlambare vezels of vliezen

De federale voorschriften van de V.S. vereisen: "De apparatuur moet gemarkeerd zijn om de klasse, de groep en de bedrijfstemperatuur of het temperatuurbereik aan te geven, gebaseerd op werking bij een omgevingstemperatuur van 40°C waarvoor het is goedgekeurd."

De beschermingsgraad IP (Ingress Protection) is belangrijk en wordt aangegeven met twee cijfers. Het eerste beschrijft de weerstand van de uitrusting tegen vaste vreemde voorwerpen, zoals stof, het tweede beschrijft de mate van bescherming tegen water. Lampen met beschermingsgraad IP67 zijn stof- en waterbestendig, waardoor ze geschikt zijn voor vele industriële omgevingen en bestand zijn tegen kortstondige onderdompeling in water. Armaturen met beschermingsgraad IP68g bieden extra bescherming en zijn beter bestand tegen het binnendringen van olie en water.

Trillingen en extreme temperaturen komen vaak voor in industriële omgevingen. De dunne filamenten, delicate componenten en glazen omhulsels die bij sommige verlichtingstechnologieën worden gebruikt, kunnen bijzonder kwetsbaar zijn voor schade door trillingen. LED's hebben geen kwetsbare onderdelen en zijn veel beter bestand tegen trillingen en schokken. Hoewel ze mechanisch robuust zijn, hebben hoge omgevingstemperaturen de neiging om de efficiëntie en levensduur van LED's te verminderen. Anderzijds zijn LED's, in vergelijking met andere verlichtingstechnologieën, beter geschikt voor gekoelde magazijnen en andere faciliteiten waar temperaturen tot -40 °C voorkomen.

Armaturen voor pick-to-light

Pick-to-light-systemen kunnen de kosten van orderverzamelen in magazijnen drukken door meer efficiëntie, productiviteit en nauwkeurigheid. Voor pick-to-light-installaties biedt Banner de EZ-LIGHT® K50L-serie, waaronder de K50LGRASXPQ (Afbeelding 3). K50L-armaturen zijn verkrijgbaar met één LED (groen), twee LED's (groen en rood), of drie LED's (groen, rood en geel), afhankelijk van het model, en ze zijn bestand tegen trillingen. De K50LGRASXPQ heeft groene en rode LED-verlichting en een meerkanaals akoestisch alarm. Kenmerken van de K50L-serie zijn onder andere:

• Gemakkelijk te installeren met heldere LED-indicatoren en hoorbaar alarm
• Robuust en volledig verzegeld. IP67 of IP69K volgens DIN 40050-9, afhankelijk van model
• Voor deze autonome armaturen is geen externe controller nodig
• Immuniteit voor radiofrequentie-interferentie (RFI) en elektromagnetische interferentie (EMI)
• Het geluidsalarm op IP67-modellen heeft een instelbare intensiteit die continu of staccato kan zijn
• Flexibele installatie met ingangen van 12 V_DC tot 30 V_DC en bescherming tegen omgekeerde polariteit

Afbeelding 3: De pick-to-light-armaturen van de K50-serie van Banner Engineering werken op gelijkstroom met een constante of staccato geluidsindicatie en een keuze uit 1, 2 of 3 gekleurde LED-indicatoren, afhankelijk van het model. (Bron afbeelding: Banner Engineering)

Vorkheftruck geleidings armaturen en sensoren

Vorkheftruckbestuurders kunnen een belemmerd zicht hebben, waardoor ze bij het plaatsen van moeilijke ladingen meerdere keren moeten afstappen. De efficiëntie van de goederenbehandeling kan worden verhoogd door het gebruik van vorkheftruck geleidingsarmaturen en sensoren. Het model WLS27PXRGBW285DSQ van Banner maakt bijvoorbeeld deel uit van de WLS27 Pro-serie en is 285 mm lang, heeft IP66-, IP67- en IP69K-milieuclassificaties, en bevat rode, groene, blauwe en witte LED's (Afbeelding 4).

Afbeelding 4: Deze 285 mm lange armatuur bevat rode, groene, blauwe en witte LED's en kan worden gebruikt voor heftruckgeleiding. Het heeft IP66, IP67, en IP69K-omgevingsclassificaties. (Bron afbeelding: Banner Engineering)

Alle armaturen van de WLS27 Pro-serie kunnen meerkleurige animaties met verschillende snelheden en patronen weergeven en kunnen worden gesegmenteerd, waardoor ze zeer geschikt zijn voor vorkheftruckgeleidingssystemen. Met splintervrije behuizingen van copolyester in aluminium frames zijn WLS27 Pro units bestand tegen breuk en schokken. Dankzij hun IP69K-classificatie kunnen ze worden gebruikt tijdens agressieve wasbeurten en in buitenomgevingen. Geïntegreerde timer- en tellerfuncties stellen hen in staat tijd- of hoeveelheidsinformatie, inclusief afstand en positie, weer te geven met behulp van gepulseerde signalering.

WLS27 Pro-armaturen kunnen worden gecombineerd met de multifunctionele Q5X-lasersensor om heftruckgeleidingssystemen te implementeren (figuur 5). De Q5X heeft een bereik van 50 mm tot 5 m. Andere kenmerken zijn:

• Betrouwbare detectie van heldere en reflecterende objecten, multicolor targets, zwarte targets tegen een glanzende metalen achtergrond, zwarte targets tegen een zwarte achtergrond, en donkere objecten (<0,1% reflecterende zwarte targets)
• Dual teach modus meet zowel lichtintensiteit als afstand
• 270 graden draaibaar om te voldoen aan een verscheidenheid van montage-eisen
• Programmeerbaar via IO-link, remote teach, onboard gebruikersinterface, of optionele remote sensor display

Afbeelding 5: Multifunctionele lasersensoren zoals de Q5X van Banner Engineering kunnen worden gebruikt om geleidingssystemen voor heftrucks te implementeren. (Afbeelding: Banner Engineering)

Algemene verlichtingsopties

De WLB32ZC285PBQMB van Banner is een 285 mm lange, ultraheldere LED-armatuur met een gelijkmatige lichtopbrengst van 750 lm en een niet-verblindende 'gloed' (Afbeelding 6). Hij maakt deel uit van de WLB32-familie, die armaturen omvat van 285 tot 1130 mm lang met verlichtingssterkten van 750 tot 3000 lm. Deze armaturen zijn ontworpen voor werkstations, machineverlichting, schakelkasten en productielijnen.

Figuur 6: Banner's model WLB32ZC285PBQMB is een 285 mm lange, ultraheldere LED-balkverlichting voor algemene verlichtingsbehoeften. (Afbeelding: Banner Engineering)

Er zijn WLB32-lichtbalken verkrijgbaar die een ononderbroken verlichtingslengte kunnen vormen door ze in serie te schakelen met een minimum aan bedrading, terwijl elke lichtbalk onafhankelijk blijft werken. Andere kenmerken zijn:

• Hoog/laag/uit-schakelaar
• Breukvast venster en metalen behuizing
• Flexibele installatie met magnetische of hoekbeugels of snap clips
• Op sommige modellen blokkeert het oogscherm de schittering van opzij
• Bewegingsdetectie op sommige modellen

Samenvatting

Bij het specificeren van industriële verlichtingsoplossingen moet rekening worden gehouden met een breed scala van prestatie-, kosten- en milieufactoren. In een toenemend aantal gevallen zijn LED-armaturen een aantrekkelijke optie. Vergeleken met traditionele verlichtingstechnologieën bieden LED-armaturen een grotere verlichtingsflexibiliteit en betrouwbaarheid, en LED's leveren een hogere energie-efficiëntie, een langere levensduur en een lagere onderhoudsbehoefte. Hoewel de aanvankelijke installatiekosten van LED's hoger kunnen zijn dan die van andere verlichtingstechnologieën, bieden LED's dus lagere levensduurkosten, naast superieure verlichtingsoplossingen.