Acum citiți
Electronica-Azi nr. 263
Aprilie 2022

Soluții de iluminat cu LED-uri pentru mediul industrial

12 APRILIE 2022

Iluminatul este un element esențial în proiectarea unor medii industriale sigure, eficiente și rentabile pentru diverse activități, inclusiv logistică, exploatarea mașinilor, cabinete de control, posturi de lucru și linii de producție. Într-un număr din ce în ce mai mare de cazuri, LED-urile pot oferi soluții de iluminat superioare. În comparație cu tehnologiile tradiționale de iluminat fluorescent, cu halogenuri metalice, cu vapori de sodiu la înaltă presiune și cu alte tehnologii de iluminat, corpurile de iluminat cu LED-uri sunt mai eficiente din punct de vedere energetic, reducând astfel costurile de exploatare și au o durată de viață mai lungă, diminuând în acest fel costurile de întreținere.

Figura 1: Corpurile de iluminat cu LED-uri sunt disponibile într-o gamă de formate optimizate pentru o mare varietate de aplicații. (© Banner Engineering) 

Corpurile de iluminat industriale sunt adesea utilizate în medii dificile și se poate cere să includă diverse grade de protecție împotriva pătrunderii prafului/lichidelor și niveluri specificate de calitate energetică, pe lângă faptul că trebuie să susțină siguranța și sănătatea la locul de muncă. Echilibrarea acestor cerințe diverse complică procesul de selecție a corpurilor de iluminat.

Acest articol trece în revistă parametrii de performanță, cum ar fi lumeni, putere, eficacitate, lucși, distribuția zonală a lumenului, temperatura de culoare corelată, indicele de redare a culorii, durata de viață nominală și costurile asociate cu corpurile de iluminat industriale, cu un accent special pe LED-uri. În continuare, se detaliază considerațiile de mediu, inclusiv cerințele de protecție împotriva pătrunderii de impurități, distorsiunea armonică totală și cerințele de calitate a alimentării, precum și iluminatul pentru medii periculoase. La final, articolul prezintă câteva soluții concrete de la Banner Engineering pentru iluminarea în sistemele pick-to-light, pentru ghidarea stivuitoarelor și pentru iluminarea generală a posturilor de lucru, iluminarea mașinilor și a dulapurilor de control (Figura 1).

Măsurători de performanță

Specificarea nivelului de iluminare reprezintă baza alegerii corpului de iluminat optim pentru o anumită aplicație. Există numeroși parametri de luat în considerare, de la eficiența operațională a corpului de iluminat până la cât de bine imită lumina albă standard. Se începe de la nivelul unei candele (Cd).

Candela (cd) este o unitate de măsură standard definită în Sistemul Internațional de Unități (SI) pentru intensitatea luminoasă a luminii vizibile emise de o anumită sursă (lumânare standard) într-o anumită direcție. Pornind de la conceptul de Cd, parametrii importanți pentru compararea corpurilor de iluminat includ:

  • Lumen (lm) – Fluxul luminos egal cu lumina emisă într-un unghi solid unitar de către o sursă punctuală uniformă de 1 Cd, luând în considerare emisia de lumină în toate direcțiile.
  • Wați (W) – Consumul de energie electrică: pentru circuitele de curent continuu, W = VDC × A (amperi); pentru circuitele de curent alternativ, W = VRMS × A.
  • Eficiență (lm/W) – Eficiența cu care o sursă de lumină produce lumină vizibilă.
  • Lux (lm/m2) – Intensitatea luminii care atinge o suprafață, așa cum este percepută de ochiul uman.
  • Distribuția zonală a lumenului – Distribuția lumenului emis de un corp de iluminat în zone în planuri verticale discrete. Se utilizează pentru a determina cerințele de spațiere a luminatorului.
  • Temperatura de culoare corelată (CCT) – Temperatura, în grade Kelvin (K), a radiației unui corp negru cu o cromaticitate egală cu cea a sursei de lumină. CCT a luminii albe variază de la 2700K la 6500K.
  • Indicele de redare a culorilor (CRI) – Abilitatea unei surse de lumină de a reda cu fidelitate culorile diferitelor obiecte în comparație cu o sursă de lumină ideală sau naturală. Indicele CRI variază de la 0 la 100. Becurile cu incandescență au un IRC de 100, iar LED-urile au un IRC cuprins între 80 și 90+.

Pe măsură ce tehnologiile de iluminat au evoluat, procesul de stabilire a soluției optime a devenit mai complicat. De exemplu, eficacitatea LED-urilor este substanțial mai mare decât eficacitatea lămpilor fluorescente și a lămpilor cu descărcare de înaltă intensitate (HID). În timp ce fluorescenții și HID-urile emit lumină în toate direcțiile, LED-urile sunt direcționale. În concluzie, acești indicatori sunt extrem de utili pentru a compara LED-urile între ele, fluorescentele între ele și așa mai departe. Pentru a compara diferite tehnologii de iluminat, utilizatorii trebuie adesea să evalueze mostre alăturate pentru a determina care este cea mai bună.

În afară de calitatea luminii produse, utilizatorii trebuie să fie conștienți de distorsiunea armonică totală (THD) și de factorul de putere (PF) al balastului sau al driverului care alimentează corpul de iluminat. THD este o măsură a distorsiunii curentului electric care intră într-un convertor electronic de putere. Un THD mai mic înseamnă curenți de vârf mai mici și o eficiență mai mare în rețeaua de distribuție a energiei electrice dintr-o clădire, precum și o solicitare redusă a serviciului public local. IEEE 519-2014 este o referință utilă pentru înțelegerea armonicilor și aplicarea limitelor armonicilor în sistemele de alimentare. De obicei, sunt necesare THD-uri de 20% sau mai mici. PF este un indicator la fel de important. O sarcină (balast sau driver) cu un PF scăzut consumă mai mult curent decât o sarcină cu un PF ridicat pentru o putere de ieșire egală. PF este un număr adimensional cuprins între 0 și 1. Balasturile și driverele trebuie să aibă PF de cel puțin 0,9.

Considerații privind durata de viață și costurile

Tabelul 1: Comparație între deprecierea lumenului lămpii și duratele de viață nominale. (© Banner Engineering)

Figura 2: Comparație a costurilor de iluminat pe baza unui ciclu de viață de 15 ani. (© Banner Engineering)

În general, LED-urile au o durată de viață mai mare de 25 000 de ore, dar eficacitatea și luminozitatea lor scad pe măsură ce acestea îmbătrânesc. Durata de viață a corpurilor de iluminat cu LED-uri se bazează pe numărul de ore necesare pentru a scădea la 70% din puterea de iluminare inițială și se numește parametrul L70. Tehnologiile de iluminat fără LED-uri suferă defecțiuni catastrofale la un moment dat; durata de viață a acestora este definită ca fiind numărul de ore de funcționare la care se preconizează că 50% din unități vor fi cedat. De asemenea, tehnologiile non-LED înregistrează scăderi ale valorilor luminoase pe măsură ce îmbătrânesc. Denumit LLD (Lamp Lumen Depreciation – deprecierea lumenului lămpii), acest efect variază în funcție de tehnologiile de iluminat (tabelul 1).

Pentru a compara costul tehnologiilor de iluminat, utilizatorii trebuie să ia în considerare costul inițial al forței de muncă și al echipamentelor, plus costurile cu energia, forța de muncă pentru întreținere și echipamentele pe durata de viață a corpului de iluminat (Figura 2). Costurile inițiale cu forța de muncă și echipamentele pot fi depășite prin creșterea eficienței energetice și nevoile de întreținere mai reduse, iar LED-urile cu durată de viață mai lungă și mai eficiente pot produce economii semnificative pe durata de viață.

Cerințe de mediu

Corpurile de iluminat utilizate în instalațiile industriale trebuie să fie proiectate pentru a rezista la condiții periculoase. Codul tehnic al reţelelor electrice definește trei tipuri de locații periculoase:

  • Clasa I – gaze sau vapori inflamabili
  • Clasa II – praf combustibil
  • Clasa III – fibre sau pulberi ușor inflamabile

Reglementările federale americane impun: “echipamentul trebuie să fie marcat pentru a indica clasa, grupul și temperatura de funcționare sau intervalul de temperatură, pe baza funcționării la o temperatură ambiantă de 40°C pentru care este aprobat.”

Ratingurile gradului de protecție IP sunt importante și sunt specificate prin două cifre. Prima descrie rezistența echipamentului la corpuri străine solide, cum ar fi praful, iar cea de-a doua descrie gradul de protecție împotriva apei. Corpurile de iluminat cu indice IP67 sunt rezistente la praf și apă, ceea ce le face potrivite pentru multe medii industriale, și pot rezista la imersiune de scurtă durată în apă. Corpurile de iluminat clasificate IP68g oferă protecție suplimentară și sunt mai rezistente la pătrunderea uleiului și a apei.

Vibrațiile și temperaturile extreme sunt adesea întâlnite în mediile industriale. Filamentele subțiri, componentele delicate și învelișurile din sticlă utilizate cu unele tehnologii de iluminat pot fi deosebit de vulnerabile la deteriorarea cauzată de vibrații. LED-urile nu au componente delicate și sunt mult mai rezistente la vibrații și impact. Deși sunt robuste din punct de vedere mecanic, temperaturile ambientale ridicate tind să reducă eficacitatea și durata de viață a LED-urilor. Pe de altă parte, în comparație cu alte tehnologii de iluminat, LED-urile sunt mai potrivite pentru depozitele frigorifice și alte instalații în care se întâlnesc temperaturi de până la -40°C.

Figura 3: Corpurile de iluminat din seria K50 pick-to-light de la Banner Engineering sunt acționate în curent continuu, cu indicație sonoră continuă sau intermitentă și cu posibilitatea de a alege între 1, 2 sau 3 indicatoare LED colorate, în funcție de model. (© Banner Engineering)

Corpuri de iluminat de tip pick-to-light

Sistemele ‘Pick-to-light’ pot reduce costurile operațiunilor de ridicare din depozit prin creșterea eficienței, productivității și preciziei. Pentru instalațiile ‘pick-to-light’, Banner oferă seria EZ-LIGHT® K50L, inclusiv modelul K50LGRASXPQ (Figura 3). Corpurile de iluminat K50L sunt oferite cu un LED (verde), două LED-uri (verde și roșu) sau trei LED-uri (verde, roșu și galben), în funcție de model și sunt rezistente la vibrații. Modelul K50LGRASXPQ oferă iluminare cu LED verde și roșu, plus o alarmă sonoră cu tonuri multiple. Caracteristicile seriei K50L includ:

  • Ușor de instalat, cu LED-uri luminoase și alarmă sonoră
  • Robustă și complet etanșă. Clasificată IP67 sau IP69K conform DIN 40050-9, în funcție de model.
  • Nu este nevoie de un controler extern pentru aceste corpuri de iluminat autonome
  • Imunitate la interferențe de frecvență radio (RFI) și interferențe electromagnetice (EMI)
  • Alarma sonoră la modelele IP67 are o intensitate reglabilă ce poate fi continuă sau intermitentă
  • Instalare flexibilă cu intrări de la 12VDC la 30VDC și protecție împotriva inversării polarității

Corpuri de iluminat și senzori de ghidare pentru stivuitoare

Figura 4: Această coloană de semnalizare cu o lungime de 285 mm include LED-uri roșii, verzi, albastre și albe și poate fi utilizată pentru ghidarea stivuitoarelor. Dispune de gradele de protecție IP66, IP67 și IP69K. (© Banner Engineering)

Operatorii de stivuitoare pot avea o vizibilitate obstrucționată, ceea ce îi obligă să coboare de mai multe ori atunci când plasează încărcături dificile. Eficiența operațiunilor de manipulare a materialelor poate fi crescută prin utilizarea de senzori și corpuri de iluminat pentru ghidarea stivuitoarelor. De exemplu, corpul de iluminat WLS27PXRGBW285DSQ de la Banner face parte din seria WLS27 Pro, are o lungime de 285 mm, grade de protecție IP66, IP67 și IP69K și include LED-uri roșii, verzi, albastre și albe (figura 4).

Toate corpurile de iluminat din seria WLS27 Pro pot afișa animații multicolore la diferite viteze și tipare și pot fi segmentate, ceea ce le face foarte potrivite pentru sistemele de ghidare a stivuitoarelor. Cu carcase din copoliester incasabil montate în rame din aluminiu, unitățile WLS27 Pro sunt rezistente la spargere și impact. Clasificarea lor IP69K le permite să funcționeze în timpul spălărilor dure și în medii exterioare. Funcțiile integrate de cronometru și contor le permit să afișeze informații despre timp sau cantitate, inclusiv distanța și poziția, utilizând semnalizare pulsatorie.

Corpurile de iluminat WLS27 Pro pot fi combinate cu senzorul laser multifuncțional Q5X pentru a implementa sisteme de ghidare a stivuitoarelor (figura 5). Q5X are o rază de acțiune de la 50 mm la 5 m. Alte caracteristici includ:

  • Detectarea fiabilă a obiectelor clare și reflectorizante, a țintelor multicolore, a țintelor negre pe un fundal metalic strălucitor, a țintelor negre pe un fundal negru și a obiectelor întunecate (<0,1% ținte negre reflectorizante).
  • Modul dual de învățare măsoară atât intensitatea luminii, cât și distanța
  • Posibilitatea de rotire la 270 de grade pentru a satisface o varietate de constrângeri de montare
  • Programabil prin IO-link, învățare de la distanță, interfață utilizator integrată sau, opțional, configurare și monitorizare de la distanță a senzorului

Figura 5: Senzorii laser multifuncționali precum Q5X de la Banner Engineering pot fi utilizați pentru a implementa sisteme de ghidare a stivuitoarelor. (© Banner Engineering)

Opțiuni de iluminare generală

Modelul WLB32ZC285PBQMB de la Banner are o lungime de 285 mm, dispune de LED-uri ultra-luminoase și oferă o lumină uniformă de 750 lm cu o „strălucire” fără orbire (Figura 6). Face parte din familia WLB32, care include corpuri de iluminat cu o lungime între 285 și 1130 mm, cu valori de iluminare de la 750 la 3000 lm. Aceste corpuri de iluminat sunt create pentru posturi de lucru, iluminarea utilajelor, dulapuri de control și linii de producție.

Figura 6: Modelul WLB32ZC285PBQMB de la Banner este o bară de iluminat cu LED-uri ultra-luminoase, cu o lungime de 285 mm, pentru necesități generale de iluminare. (© Banner Engineering)

Sunt disponibile bare de lumină WLB32 care pot alcătui o lungime continuă de iluminat prin „daisy-chaining” cu un minim de cabluri, menținând în același timp funcționarea independentă a fiecărei bare de lumină. Alte caracteristici includ:

  • Întrerupător High/Low/Off
  • Fereastră și carcasă metalică incasabilă
  • Instalare flexibilă cu suporturi magnetice sau unghiulare sau cu cleme de prindere
  • Ochelari de protecție care blochează strălucirea laterală la unele modele
  • Detecția mișcării la unele modele

Concluzie

Există o gamă largă de factori de performanță, cost și mediu care trebuie luați în considerare atunci când se definesc soluții de iluminat industrial. Într-un număr din ce în ce mai mare de cazuri, corpurile de iluminat cu LED-uri reprezintă o opțiune atractivă. În comparație cu tehnologiile de iluminat tradiționale, corpurile de iluminat cu LED-uri oferă o mai mare flexibilitate și fiabilitate a iluminatului, iar LED-urile oferă o eficiență energetică mai mare, o durată de viață mai lungă și nevoi de întreținere mai reduse. Prin urmare, deși costurile inițiale de instalare a luminatoarelor cu LED-uri pot fi mai mari decât în cazul altor tehnologii de iluminat, LED-urile oferă costuri mai mici pe toată durata de viață, pe lângă soluții de iluminat superioare.


Autor: Rolf Horn – Inginer de aplicații

Rolf Horn, face parte din grupul European de Asistență Tehnică din 2014, având responsabilitatea principală de a răspunde la întrebările venite din partea clienților finali din EMEA referitoare la Dezvoltare și Inginerie, precum și la scrierea și corectarea articolelor și postărilor de pe platformele TechForum și  https://maker.io ale firmei Digi-Key pentru cititorii din Germania. Înainte de Digi-Key, el a lucrat la mai mulți producători din zona semiconductorilor, cu accent pe sistemele embedded ce conțin FPGA-uri, microcontrolere și procesoare pentru aplicații industriale și auto. Rolf este licențiat în inginerie electrică și electronică la Universitatea de Științe Aplicate din Munchen, Bavaria. Și-a început cariera profesională la un distribuitor local de produse electronice în calitate de Arhitect pentru Soluții de Sistem pentru a-și împărtăși expertiza și cunoștințele în calitate de consilier de încredere.

Hobby-uri: petrecerea timpului cu familia + prietenii, călătoriile (cu rulota familiei VW-California) și motociclismul (pe un BMW GS din 1988).

Digi-Key Electronics   |    https://www.digikey.ro

Lasă un răspuns

Adresa ta de email nu va fi publicată. Câmpurile necesare sunt marcate *

  • Folosim datele dumneavoastră cu caracter personal NUMAI pentru a răspunde comentariilor/solicitărilor dumneavoastră.
  • Pentru a primi raspunsuri adecvate solicitărilor dumneavoastră, este posibil să transferăm adresa de email și numele dumneavoastră către autorul articolului.
  • Pentru mai multe informații privind politica noastră de confidențialitate și de prelucrare a datelor cu caracter personal, accesați link-ul Politica de prelucrare a datelor (GDPR) si Cookie-uri.
  • Dacă aveți întrebări sau nelămuriri cu privire la modul în care noi prelucrăm datele dumneavoastră cu caracter personal, puteți contacta responsabilul nostru cu protecția datelor la adresa de email: gdpr@esp2000.ro
  • Abonați-vă la newsletter-ul revistei noastre