工業(yè)環(huán)境適用的LED照明方案

當(dāng)為各種作業(yè)（包括物流、機(jī)器操作、控制柜、工作站和生產(chǎn)線）設(shè)計(jì)安全、高效且具成本效益的工業(yè)環(huán)境時(shí)，照明是一個(gè)關(guān)鍵要素。在越來越多的情況下，LED 都能提供卓越的照明解決方案。相比傳統(tǒng)熒光燈、金屬鹵化物、高壓鈉和其他照明技術(shù)，LED燈具更加節(jié)能，降低了運(yùn)營成本，而且使用壽命更長，減少了維護(hù)成本。工業(yè)燈具通常用于具有挑戰(zhàn)性的環(huán)境中，除了支持職業(yè)安全和衛(wèi)生之外，還可能需要具備侵入防護(hù)能力并達(dá)到指定的電能質(zhì)量水平。若要平衡這些不同的要求，則會使燈具選擇過程變得復(fù)雜。

本文將回顧相關(guān)的性能指標(biāo)，包括亮度（流明）、功率（瓦特）、光效、照度（勒克斯）、區(qū)域流明分布、相關(guān)色溫、顯色指數(shù)、額定使用壽命以及工業(yè)燈具相關(guān)成本，并重點(diǎn)介紹 LED 的這些指標(biāo)。接著，本文會詳細(xì)介紹環(huán)境考慮因素，包括侵入防護(hù)要求、總諧波失真和電能質(zhì)量需求，以及危險(xiǎn)環(huán)境的照明。最后，本文將介紹BannerEngineering提供的具體解決方案；這些方案可用于電子標(biāo)簽揀貨系統(tǒng)、叉車引導(dǎo)，以及工作站、機(jī)器照明和控制柜的一般照明

01性能指標(biāo)

指定照明度是為特定應(yīng)用選擇最佳燈具的基礎(chǔ)。其中有許多指標(biāo)需要考慮，從燈具的工作效率到其模仿標(biāo)準(zhǔn)白光的程度。首先是單支蠟燭或燭光 (Cd)。Cd 是一個(gè)基本 SI 單位，用來衡量特定光源（標(biāo)準(zhǔn)蠟燭）在特定方向上發(fā)出的可見光的發(fā)光強(qiáng)度。根據(jù) Cd 的概念，在比較燈具時(shí)要考慮的重要指標(biāo)包括：

流明 (lm) – 光通量，等于 1 Cd 的均勻點(diǎn)光源在單位實(shí)體角內(nèi)發(fā)出的光，考慮所有方向的光輸出。

瓦特 (W) – 電力消耗：對于直流電路，W= VDCx 安培數(shù)；對于交流電路，W = VRMSx 安培數(shù)。

光效 (lm/W) – 光源產(chǎn)生可見光的效率水平。

照度 (lm/m2) – 照射到表面的人眼感知光線強(qiáng)度。

區(qū)域流明分布 – 燈具在離散垂直平面的區(qū)域內(nèi)發(fā)出的流明分布。用于確定燈具的間距要求。

相關(guān)色溫 (CCT) – 黑體輻射源的溫度，單位為開氏度 (K)，其色度與光源相等。白光的 CCT 范圍為 2700 K 至 6500 K。

顯色指數(shù) (CRI) – 在參照理想光源或自然光源的情況下，光源忠實(shí)再現(xiàn)各種物體顏色的能力。CRI 范圍為 0 至 100。白熾燈泡的 CRI 為 100，LED 的 CRI 從 80 至 90 以上。

隨著照明技術(shù)的發(fā)展，指定最佳解決方案的過程也變得更加復(fù)雜。例如，LED 的光效大大高于熒光燈和高強(qiáng)度放電 (HID) 燈的光效。熒光燈和 HID 在各個(gè)方向發(fā)光，而 LED 有方向性。關(guān)鍵在于，這些指標(biāo)對于 LED 之間、熒光燈之間及其他同類光源之間的比較最為有用。為了比較不同的照明技術(shù)，用戶往往需要對樣品進(jìn)行并排評估，以確定哪種最好。

除了產(chǎn)生的光線質(zhì)量外，用戶還需要注意為燈具供電的鎮(zhèn)流器或驅(qū)動(dòng)器的總諧波失真 (THD) 和功率因數(shù) (PF)。THD可用于衡量電流進(jìn)入電子功率轉(zhuǎn)換器的失真程度。THD 越低，意味著建筑內(nèi)配電網(wǎng)絡(luò)的峰值電流越小，效率越高，并且對當(dāng)?shù)仉娏?a target="_blank">公司的需求減少。IEEE 519-2014 是理解諧波以及在電力系統(tǒng)中應(yīng)用諧波限制的有益參考。通常要求THD 為 20% 或更低。PF 是一個(gè)同樣重要的指標(biāo)。在同等輸出功率下，低 PF 值的負(fù)載（鎮(zhèn)流器或驅(qū)動(dòng)器）比高 PF 值的負(fù)載消耗更多電流。PF 是一個(gè)介于 0 和 1 之間的無量綱數(shù)。鎮(zhèn)流器和驅(qū)動(dòng)器的 PF 值應(yīng)至少為 0.9。

02使用壽命和成本考慮

LED的使用壽命通常大于 25,000 小時(shí)，但其光效和亮度會隨著其老化而下降。LED 燈具的使用壽命是基于其下降到初始光輸出的 70% 所需的小時(shí)數(shù)，稱為 L70 參數(shù)。非 LED 照明技術(shù)在某個(gè)時(shí)間點(diǎn)會出現(xiàn)災(zāi)難性故障；其使用壽命定義為 50% 的設(shè)備預(yù)計(jì)會失效的工作小時(shí)數(shù)。非 LED 技術(shù)也會發(fā)生流明值隨著老化而下降的現(xiàn)象。這種效應(yīng)稱為燈管流明降落 (LLD)；對于不同的照明技術(shù)，此效應(yīng)也有所不同（表 1）。

表 1：燈管流明降落和額定使用壽命的比較。（表格來源：Banner Engineering） 要比較照明技術(shù)的成本，用戶需要考慮初始人工和設(shè)備成本，再加上燈具使用期內(nèi)的能源、維護(hù)人工和設(shè)備成本。初始人工和設(shè)備成本可以通過提高能效和降低維護(hù)需求來克服，更持久和更高效的 LED 可以顯著節(jié)省使用壽命期間的成本。

圖 ：基于 15 年使用壽命周期的照明成本比較。（圖片來源：Banner Engineering）

03環(huán)境要求

工業(yè)設(shè)施中使用的燈具需要能夠承受危險(xiǎn)條件。《美國國家電氣規(guī)范》定義了三種類型的危險(xiǎn)場所：

I 類 – 易燃?xì)怏w或蒸氣

II 類 – 可燃性粉塵

III 類 – 容易點(diǎn)燃的纖維或飛散物

美國聯(lián)邦法規(guī)要求：“設(shè)備應(yīng)以所批準(zhǔn)的 40°C 工作環(huán)境溫度為基礎(chǔ)，標(biāo)明類別、組別和工作溫度或溫度范圍。”

侵入防護(hù) (IP) 等級很重要，用兩個(gè)數(shù)字表示。第一個(gè)數(shù)字指設(shè)備對固體異物（如灰塵）的耐受力，第二個(gè)數(shù)字指防水性。IP67 燈具具有防塵和防水功能，適用于諸多工業(yè)環(huán)境，并且可以承受短期浸水。IP68g 燈具提供額外的防護(hù)，防油水滲透的能力更強(qiáng)。

工業(yè)環(huán)境中經(jīng)常出現(xiàn)振動(dòng)和極端溫度。一些照明技術(shù)所使用的細(xì)長燈絲、易碎元件和玻璃外殼可能特別容易受到振動(dòng)的損害。LED 沒有易碎元件，對振動(dòng)和沖擊的耐受能力要強(qiáng)得多。雖然 LED 在機(jī)械方面很堅(jiān)固，但高環(huán)境溫度往往會降低其光效和使用壽命。另一方面，與其他照明技術(shù)相比，LED 更適合冷藏倉庫和其他溫度低至 -40°C 的設(shè)施。

04適用于電子標(biāo)簽揀貨的燈具

電子標(biāo)簽揀貨系統(tǒng)提供更高的效率、生產(chǎn)力和精度，可降低倉庫揀選作業(yè)的成本。對于電子標(biāo)簽揀貨設(shè)施，Banner 提供 EZ-LIGHT K50L 系列，包括K50LGRASXPQ。根據(jù)具體型號，K50L 燈具提供一個(gè) LED（綠光）、兩個(gè) LED（綠光和紅光）或三個(gè) LED（綠光、紅光和黃光），并且都有抗振性。K50LGRASXPQ 提供綠光和紅光 LED 照明，以及多種音調(diào)的聲音警報(bào)。K50L 系列的特性包括：

易于安裝，帶有明亮的 LED 指示燈和聲音警報(bào)

堅(jiān)固耐用，完全密封。符合 DIN 40050-9 標(biāo)準(zhǔn)，達(dá)到 IP67 或 IP69K，具體等級取決于型號

這些自足式燈具不需要外部控制器

抗射頻干擾 (RFI) 和電磁干擾 (EMI)

IP67 型號的聲音警報(bào)強(qiáng)度可調(diào)節(jié)，可以是連續(xù)或間斷的

安裝靈活，輸入從 12 VDC至 30 VDC，具有反極性保護(hù)

05叉車引導(dǎo)燈具和傳感器

叉車司機(jī)的視線可能會受到阻礙，在放置難以擺放的貨物時(shí)需要多次下車。通過使用叉車引導(dǎo)燈具和傳感器，可以提高物料搬運(yùn)操作的效率。例如，Banner 的WLS27PXRGBW285DSQ燈具屬于 WLS27 Pro 系列，長 285 mm，提供 IP66、IP67 和 IP69K 環(huán)境等級，包含紅光、綠光、藍(lán)光和白光 LED。

WLS27Pro 系列的所有燈具都能以不同的速度和模式顯示多色動(dòng)畫，并能進(jìn)行分段，因此非常適合叉車引導(dǎo)系統(tǒng)。WLS27 Pro 燈具在鋁制框架中采用防碎的共聚物外殼，能夠抗破損和抗沖擊。IP69K等級使其能在惡劣的沖洗和戶外環(huán)境中正常工作。該系列集成了定時(shí)器和計(jì)數(shù)器功能，能利用脈沖信號顯示時(shí)間或數(shù)量信息，包括距離和位置。

WLS27Pro 燈具可與Q5X多功能激光傳感器相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)叉車引導(dǎo)系統(tǒng)。Q5X 的檢測范圍為 50 mm至 5 m。其他特性包括：

能可靠檢測透明和反光物體、多色目標(biāo)、金屬光澤背景中的黑色目標(biāo)、黑色背景中的黑色目標(biāo)以及深色物體（<0.1% 反光的黑色目標(biāo)）

雙重示教模式同時(shí)測量光強(qiáng)度和距離

可 270 度旋轉(zhuǎn)，以適應(yīng)各種安裝限制

可通過 IO-link、遠(yuǎn)程示教、板載用戶界面或可選的遠(yuǎn)程傳感器顯示屏進(jìn)行編程

06通用照明選擇

Banner的WLB32ZC285PBQMB是 285 mm 長的超亮 LED 燈具，具有 750 lm 的均勻光輸出和無眩光“光輝”。它來自 WLB32 系列，該系列包括長度為 285 至 1130 mm 的燈具，照明等級為 750 至 3000 lm。這些燈具設(shè)計(jì)用于工作站、機(jī)器照明、控制柜和生產(chǎn)線中。

WLB32燈條可以通過“菊花鏈”形成連續(xù)長度的照明，只需最少的接線，同時(shí)每個(gè)燈條保持獨(dú)立工作。其他特性包括：

高/低/關(guān) (High/Low/Off) 開關(guān)

防碎窗和金屬外殼

使用磁性或角形支架或卡扣進(jìn)行靈活安裝

某些型號有護(hù)眼功能，可阻擋側(cè)面眩光

某些型號帶運(yùn)動(dòng)檢測功能

結(jié)語

在確定工業(yè)照明解決方案時(shí)，需要考慮到各種性能、成本和環(huán)境因素。在越來越多的場景中，LED 燈是極具吸引力的選擇。與傳統(tǒng)照明技術(shù)相比，LED 燈具的照明靈活性和可靠性更好，能效更高，使用壽命更長，維護(hù)需求更少。因此，雖然 LED 的初始安裝成本可能高于其他照明技術(shù)，但 LED 除了提供卓越的照明解決方案外，還能降低使用壽命成本。

審核編輯：湯梓紅