Specifikace řešení LED osvětlení pro průmyslová prostředí

Osvětlení je klíčovým prvkem při navrhování bezpečného, efektivního a nákladově efektivního průmyslového prostředí napříč různými činnostmi, včetně logistiky, provozu strojů, rozvodných skříní, pracovních stanic a výrobních linek. Vynikající řešení osvětlení mohou ve stále vyšším počtu případů poskytovat LED diody. Ve srovnání s tradičními fluorescenčními žárovkami, metalhalogenidovými a vysokotlakými sodíkovými výbojkami a dalšími technologiemi osvětlení jsou LED svítidla energeticky účinnější, mají nižší provozní náklady, delší životnost a nižší náklady na údržbu. Průmyslová svítidla se často používají v náročných prostředích a lze od nich požadovat kromě ochrany bezpečnosti práce a hygieny také ochranu proti vniknutí a stanovené úrovně kvality výkonu. Vyvážení těchto různorodých požadavků komplikuje proces výběru svítidla.

Tento článek se zabývá metrikami výkonu včetně lumenů, příkonu, účinnosti, luxů, zónové distribuce lumenů, korelované teploty barev, indexu podání barev, jmenovité životnosti a nákladů spojených s průmyslovými svítidly se zvláštním zaměřením na LED diody. Poté jsou zde podrobně popsány environmentální aspekty, včetně požadavků na ochranu proti vniknutí, celkového harmonického zkreslení a požadavků na kvalitu výkonu a osvětlení pro nebezpečná prostředí. Na závěr článku si zde představíme konkrétní řešení od společnosti Banner Engineering pro osvětlení v systémech Pick to Light, navádění vysokozdvižného vozíku a obecné osvětlení pracovních stanic, osvětlení strojů a rozvodných skříní (obrázek 1).

Obrázek 1: LED svítidla jsou k dispozici v řadě formátů optimalizovaných pro širokou škálu aplikací. (Zdroj obrázku: společnost Banner Engineering)

Metriky výkonu

Specifikace úrovně osvětlení je základem pro výběr optimálního svítidla pro danou aplikaci. Existuje řada metrik, které je třeba vzít v úvahu, od provozní účinnosti svítidla až po to, jak dobře napodobuje standardní bílé světlo. Začíná to jednou svíčkou, kandelou (Cd). Cd je základní jednotka SI, která měří světelnou intenzitu viditelného světla vyzařovaného konkrétním zdrojem (standardní svíčkou) v určitém směru. Na základě konceptu Cd mezi důležité metriky pro porovnávání svítidel patří:

• Lumen (lm) – světelný tok rovný světlu vyzařovanému v jednotkovém pevném úhlu rovnoměrným bodovým zdrojem se svítivostí jedné Cd s přihlédnutím ke světelnému výkonu ve všech směrech.
• Watty (W) – spotřeba elektrické energie: pro stejnosměrné obvody W = V_DC × ampéry; pro střídavé obvody W = V_RMS × ampéry.
• Účinnost (lm/W) – jak efektivně produkuje světelný zdroj viditelné světlo.
• Lux (lm/m²) – intenzita světla dopadajícího na povrch vnímaná lidským okem.
• Zónová distribuce lumenů – distribuce lumenů vyzařovaných svítidlem v zónách v diskrétních vertikálních rovinách. Používá se ke stanovení požadavků na rozteč svítidel.
• Korelovaná teplota barev (CCT) – teplota ve stupních Kelvina (K) černého tělesa s chromatičností rovnající se světelnému zdroji. CCT bílého světla se pohybuje od 2 700 K do 6 500 K.
• Index podání barev (CRI) – schopnost světelného zdroje věrně odhalit barvy různých objektů ve srovnání s ideálním nebo přirozeným zdrojem světla. Hodnoty CRI se pohybují od 0 do 100. Vláknové žárovky mají CRI 100, LED diody mají CRI v rozmezí od 80 do 90 a více.

S vývojem světelných technologií se proces určování optimálního řešení ještě více zkomplikoval. Například účinnost LED je podstatně vyšší než účinnost fluorescenčních zářivek a vysoce intenzivních výbojek (HID). Zatímco fluorescenční zářivky a výbojky HID vyzařují světlo ve všech směrech, LED diody jsou směrové. Sečteno a podtrženo jsou metriky nejužitečnější pro porovnávání LED diod s LED diodami, fluorescenčních zářivek s fluorescenčními zářivkami atd. K tomu, aby mohli uživatelé porovnat různé technologie osvětlení, potřebují často vyhodnotit vzorky vedle sebe, aby zjistili, který je nejlepší.

Kromě kvality produkovaného světla si uživatelé musí být vědomi celkového harmonického zkreslení (THD) a účiníku (PF) předřadníku nebo řadiče napájejícího svítidlo. THD je míra zkreslení elektrického proudu přicházejícího do elektronického měniče výkonu. Nižší THD znamená nižší špičkové proudy a vyšší účinnost v distribuční síti elektřiny v budově a sníženou poptávku u místní distribuční společnosti. K porozumění harmonii a uplatňování harmonických limitů v energetických systémech je užitečnou referencí norma IEEE 519-2014. Obvykle se vyžaduje hodnota THD 20 % nebo méně. Stejně důležitou metrikou je PF. Zátěž (předřadník nebo řadič) odebírá při stejném výstupním výkonu s nízkým PF více proudu než zátěž s vysokým PF. PF je bezrozměrné číslo mezi 0 a 1. Předřadníky a řadiče by měly mít PF alespoň 0,9.

Co zvážit ohledně nákladů a životnosti

LED diody mají obecně životnost delší než 25 000 hodin, ale jejich účinnost a jas se se stárnutím snižují. Životnost LED svítidel je založena na počtu hodin potřebných k poklesu na 70 % počátečního světelného výkonu a nazývá se parametr L70. Jiné technologie osvětlení než LED trpí v určitém okamžiku katastrofickými poruchami. Jejich životnost je definována jako počet hodin provozu, při nichž se očekává selhání 50 % jednotek. U jiných technologií než LED dochází se stárnutím také k poklesu hodnot lumenů. Tento efekt, nazývaný znehodnocení světelného zdroje („lamp lumen depreciation“, LLD), se mezi technologiemi osvětlení liší (tabulka 1).

Tabulka 1: Znehodnocení světelného zdroje a srovnání jmenovité životnosti. (Zdroj tabulky: společnost Banner Engineering)

K tomu, aby uživatelé mohli náklady na osvětlovací technologie porovnat, musí vzít v úvahu počáteční náklady na práci a vybavení plus náklady na energii, údržbu a náklady na vybavení po dobu životnosti svítidla (obrázek 2). Počáteční náklady na práci a vybavení lze překonat vyšší energetickou účinností a nižšími nároky na údržbu a efektivnější LED diody s delší životností mohou přinést významné úspory po dobu svého provozu.

Obrázek 2: Porovnání nákladů na osvětlení na základě 15letého životního cyklu. (Zdroj obrázku: společnost Banner Engineering)

Požadavky na životní prostředí

Svítidla používaná v průmyslových závodech musí být navržena tak, aby odolala nebezpečným podmínkám. Národní elektrický zákon (NEC) definuje tři typy nebezpečných míst:

• Třída I – hořlavé plyny nebo páry
• Třída II – hořlavý prach
• Třída III – snadno vznětlivá vlákna nebo polétavé částice

Federální předpisy USA vyžadují: „Zařízení musí být označeno tak, aby zobrazovalo třídu, skupinu a provozní teplotu nebo teplotní rozsah na základě provozu při okolní teplotě 40 °C, pro kterou je schváleno.“

Hodnocení ochrany proti vniknutí (IP) jsou důležitá a jsou označena dvěma číslicemi. První popisuje odolnost zařízení vůči pevným cizím předmětům, jako je prach, druhá popisuje stupeň ochrany proti vodě. Svítidla s krytím IP67 jsou odolná vůči prachu a vodě, takže jsou vhodná pro mnoho průmyslových prostředí a vydrží krátkodobé ponoření do vody. Svítidla s krytím IP68g poskytují dodatečnou ochranu a jsou odolnější vůči pronikání oleje a vody.

V průmyslovém prostředí se často vyskytují vibrace a extrémní teploty. Tenká vlákna, křehké součástky a skleněné obálky používané u některých technologií osvětlení mohou být obzvláště citlivé na poškození způsobené vibracemi. LED diody neobsahují křehké součástky a jsou mnohem odolnější vůči vibracím a nárazům. I když jsou mechanicky odolné, účinnost a životnost LED diod obvykle snižují vysoké teploty okolí. Na druhou stranu ve srovnání s jinými technologiemi osvětlení jsou LED diody vhodnější pro chlazené sklady a další závody, ve kterých mohou být teploty až −40 °C.

Svítidla pro systémy Pick to Light

Systémy Pick to Light mohou snížit náklady na operace vyskladňování ve skladech díky vyšší efektivitě, produktivitě a přesnosti. Pro instalace Pick to Light nabízí společnost Banner řadu EZ-LIGHT® K50L, včetně modelu K50LGRASXPQ (obrázek 3). Svítidla K50L jsou v závislosti na modelu nabízena s jednou LED (zelená), dvěma LED (zelená a červená) nebo třemi LED (zelená, červená a žlutá) a jsou odolná proti vibracím. Model K50LGRASXPQ nabízí zelené a červené LED osvětlení a zvukový alarm s několika tóny. Mezi vlastnosti řady K50L patří:

• snadná montáž díky jasným LED indikátorům a zvukovému alarmu,
• robustnost a plné utěsnění, v závislosti na modelu krytí IP67 nebo IP69K podle DIN 40050-9,
• pro tato samostatná svítidla není potřeba žádný externí řadič,
• odolnost proti vysokofrekvenčnímu rušení (RFI) a elektromagnetickému rušení (EMI),
• zvukový alarm u modelů IP67 má nastavitelnou intenzitu, která může být nepřetržitá nebo staccato,
• flexibilní instalace se vstupy od 12 V_DC do 30 V_DC a ochrana proti přepólování.

Obrázek 3: Svítidla Pick to Light řady K50 společnosti Banner Engineering jsou napájena stejnosměrným proudem se stálým nebo staccatovým zvukovým signálem a výběrem 1, 2 nebo 3 barevných LED indikátorů v závislosti na modelu. (Zdroj obrázku: společnost Banner Engineering)

Naváděcí svítidla a senzory pro vysokozdvižný vozík

Řidiči vysokozdvižných vozíků mohou mít zablokované výhledy, což vyžaduje, aby při obtížném nakládání několikrát sesedli. Efektivitu manipulace s materiálem lze zvýšit použitím svítidel a senzorů pro navádění vysokozdvižného vozíku. Například model svítidla WLS27PXRGBW285DSQ od společnosti Banner je součástí řady WLS27 Pro a je dlouhý 285 mm, má krytí IP66, IP67 a IP69K a obsahuje červené, zelené, modré a bílé LED diody (obrázek 4).

Obrázek 4: Toto 285 mm dlouhé svítidlo obsahuje červené, zelené, modré a bílé LED diody a lze jej použít k navádění vysokozdvižného vozíku. Má stupeň krytí IP66, IP67 a IP69K. (Zdroj obrázku: společnost Banner Engineering)

Všechna svítidla řady WLS27 Pro mohou zobrazovat vícebarevné animace s různými rychlostmi a vzory a lze je segmentovat, díky čemuž jsou velmi vhodné pro naváděcí systémy vysokozdvižných vozíků. Díky pouzdrům z kopolyesteru v hliníkových rámech odolným proti otřesům jsou jednotky WLS27 Pro odolné proti rozbití a nárazu. Jejich stupeň krytí IP69K jim umožňuje fungovat během drsných omývání a ve venkovním prostředí. Integrované funkce časovače a počítadla jim umožňují zobrazovat informace o čase nebo množství, včetně vzdálenosti a polohy, pomocí pulzní signalizace.

Svítidla WLS27 Pro lze kombinovat s multifunkčním laserovým senzorem Q5X pro implementaci naváděcích systémů vysokozdvižného vozíku (obrázek 5). Senzor Q5X má dosah od 50 mm do 5 m. Mezi další funkce patří:

• spolehlivá detekce jasných a reflexních předmětů, vícebarevných cílů, černých cílů na lesklém kovovém pozadí, černých cílů na černém pozadí a tmavých objektů (<0,1 % reflexních černých cílů),
• režim duálního učení měří intenzitu světla i vzdálenost,
• otáčení o 270 stupňů, aby vyhovoval různým montážním omezením,
• programovatelný pomocí IO-link, vzdálené učení, integrované uživatelské rozhraní nebo volitelný dálkový senzor.

Obrázek 5: K implementaci naváděcích systémů vysokozdvižného vozíku lze použít multifunkční laserové senzory jako model Q5X od společnosti Banner Engineering. (Obrázek: společnost Banner Engineering)

Obecné možnosti osvětlení

Model WLB32ZC285PBQMB společnosti Banner je 285 mm dlouhé ultra jasné LED svítidlo, které se vyznačuje rovnoměrným světelným výkonem 750 lm a neoslňujícím „zářením“ (obrázek 6). Je součástí řady WLB32, která zahrnuje svítidla o délce 285 až 1 130 mm se jmenovitými hodnotami světelného toku od 750 do 3 000 lm. Tato svítidla jsou určena pro pracovní stanice, osvětlení strojů, rozvodné skříně a výrobní linky.

Obrázek 6: WLB32ZC285PBQMB je 285 mm dlouhé, ultra jasné LED trubicové světlo společnosti Banner pro všeobecné potřeby osvětlení. (Obrázek: společnost Banner Engineering)

K dispozici jsou světelné trubice WLB32, které mohou vytvářet souvislou délku osvětlení „řetězením“ s minimální kabeláží při zachování nezávislého provozu jednotlivých světelných trubic. Mezi další funkce patří:

• přepínač vysoké/slabé/vypnuto,
• okénko odolné proti otřesům a kovové pouzdro,
• flexibilní instalace s magnetickými nebo úhlovými držáky či západkami,
• u některých modelů štít proti bočnímu oslnění,
• u některých modelů detekce pohybu.

Shrnutí

Při specifikaci řešení průmyslového osvětlení je třeba vzít v úvahu širokou škálu faktorů výkonu, nákladů a prostředí. Ve stále větším počtu případů jsou atraktivní volbou LED svítidla. Ve srovnání s tradičními technologiemi osvětlení nabízejí LED svítidla větší flexibilitu a spolehlivost osvětlení a LED diody poskytují vyšší energetickou účinnost, delší životnost a menší nároky na údržbu. Výsledkem je, že zatímco počáteční náklady na instalaci LED diod mohou být vyšší než u jiných technologií osvětlení, ale LED diody nabízejí kromě vynikajících řešení osvětlení také nižší náklady za celou dobu své životnosti.