找到了！工業環境適用的LED照明方案攻略！

作者： Jeff Shepard

當為各種作業（包括物流、機器操作、控製櫃、工作站和生産線）設計安全、高效且具成本效益的工業環境時，照明是一個關鍵要素。在越來越多的情況下，LED 都能提供卓越的照明解決方案。相比傳統熒光燈、金屬鹵化物、高壓鈉和其他照明技術，LED燈具更加節能，降低了運營成本，而且使用壽命更長，減少了維護成本。工業燈具通常用於具有挑戰性的環境中，除了支持職業安全和衛生之外，還可能需要具備侵入防護能力並達到指定的電能質量水平。若要平衡這些不同的要求，則會使燈具選擇過程變得複雜。

本文將回顧相關的性能指標，包括亮度（流明）、功率（瓦特）、光效、照度（勒克斯）、區域流明分佈、相關色溫、顯色指數、額定使用壽命以及工業燈具相關成本，並重點介紹 LED 的這些指標。接著，本文會詳細介紹環境考慮因素，包括侵入防護要求、總諧波失真和電能質量需求，以及危險環境的照明。最後，本文將介紹 Banner Engineering 提供的具體解決方案；這些方案可用於電子標簽揀貨係統、叉車引導，以及工作站、機器照明和控製櫃的一般照明（圖 1）。

圖 1：LED 燈具形式多樣，並能針對廣泛的應用進行優化。（圖片來源：Banner Engineering）

1. 性能指標

指定照明度是為特定應用選擇最佳燈具的基礎。其中有許多指標需要考慮，從燈具的工作效率到其模仿標準白光的程度。首先是單支蠟燭或燭光 (Cd)。Cd 是一個基本 SI 單位，用來衡量特定光源（標準蠟燭）在特定方嚮上發出的可見光的發光強度。根據 Cd 的概念，在比較燈具時要考慮的重要指標包括：

. 流明 (lm) – 光通量，等於 1 Cd 的均勻點光源在單位實體角內發出的光，考慮所有方嚮的光輸出。
. 瓦特 (W) – 電力消耗：對於直流電路，W = VDC x 安培數；對於交流電路，W = VRMS x 安培數。
. 光效 (lm/W) – 光源産生可見光的效率水平。
. 照度 (lm/m2) – 照射到錶麵的人眼感知光線強度。
. 區域流明分佈 – 燈具在離散垂直平麵的區域內發出的流明分佈。用於確定燈具的間距要求。
. 相關色溫 (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 範圍為 2700 K 至 6500 K。
. 顯色指數 (CRI) – 在參照理想光源或自然光源的情況下，光源忠實再現各種物體顔色的能力。CRI 範圍為 0 至 100。白熾燈泡的 CRI 為 100，LED 的 CRI 從 80 至 90 以上。

隨著照明技術的發展，指定最佳解決方案的過程也變得更加複雜。例如，LED 的光效大大高於熒光燈和高強度放電 (HID) 燈的光效。熒光燈和 HID 在各個方嚮發光，而 LED 有方嚮性。關鍵在於，這些指標對於 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，用戶往往需要對樣品進行並排評估，以確定哪種最好。

除了産生的光線質量外，用戶還需要註意為燈具供電的鎮流器或驅動器的總諧波失真 (THD) 和功率因數 (PF)。THD可用於衡量電流進入電子功率轉換器的失真程度。THD 越低，意味著建築內配電網絡的峰值電流越小，效率越高，並且對當地電力公司的需求減少。IEEE 519-2014 是理解諧波以及在電力係統中應用諧波限製的有益參考。通常要求THD 為 20% 或更低。PF 是一個同樣重要的指標。在同等輸出功率下，低 PF 值的負載（鎮流器或驅動器）比高 PF 值的負載消耗更多電流。PF 是一個介於 0 和 1 之間的無量綱數。鎮流器和驅動器的 PF 值應至少為 0.9。

2. 使用壽命和成本考慮

LED的使用壽命通常大於 25,000 小時，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於其下降到初始光輸出的 70% 所需的小時數，稱為 L70 參數。非 LED 照明技術在某個時間點會出現災難性故障；其使用壽命定義為 50% 的設備預計會失效的工作小時數。非 LED 技術也會發生流明值隨著老化而下降的現象。這種效應稱為燈管流明降落 (LLD)；對於不同的照明技術，此效應也有所不同（錶 1）。

錶 1：燈管流明降落和額定使用壽命的比較。（錶格來源：Banner Engineering）

要比較照明技術的成本，用戶需要考慮初始人工和設備成本，再加上燈具使用期內的能源、維護人工和設備成本（圖2）。初始人工和設備成本可以通過提高能效和降低維護需求來克服，更持久和更高效的 LED 可以顯著節省使用壽命期間的成本。

圖 2：基於 15 年使用壽命周期的照明成本比較。（圖片來源：Banner Engineering）

3. 環境要求

工業設施中使用的燈具需要能夠承受危險條件。《美國國家電氣規範》定義了三種類型的危險場所：

. I 類 – 易燃氣體或蒸氣
. II 類 – 可燃性粉塵
. III 類 – 容易點燃的纖維或飛散物

美國聯邦法規要求：“設備應以所批準的 40°C 工作環境溫度為基礎，標明類別、組別和工作溫度或溫度範圍。”

侵入防護 (IP) 等級很重要，用兩個數字錶示。第一個數字指設備對固體異物（如灰塵）的耐受力，第二個數字指防水性。IP67 燈具具有防塵和防水功能，適用於諸多工業環境，並且可以承受短期浸水。IP68g 燈具提供額外的防護，防油水滲透的能力更強。

工業環境中經常出現振動和極端溫度。一些照明技術所使用的細長燈絲、易碎元件和玻璃外殼可能特別容易受到振動的損害。LED 冇有易碎元件，對振動和沖擊的耐受能力要強得多。雖然 LED 在機械方麵很堅固，但高環境溫度往往會降低其光效和使用壽命。另一方麵，與其他照明技術相比，LED 更適合冷藏倉庫和其他溫度低至 -40°C 的設施。

4. 適用於電子標簽揀貨的燈具

電子標簽揀貨係統提供更高的效率、生産力和精度，可降低倉庫揀選作業的成本。對於電子標簽揀貨設施，Banner 提供 EZ-LIGHT® K50L 係列，包括 K50LGRASXPQ（圖 3）。根據具體型號，K50L 燈具提供一個 LED（綠光）、兩個 LED（綠光和紅光）或三個 LED（綠光、紅光和黃光），並且都有抗振性。K50LGRASXPQ 提供綠光和紅光 LED 照明，以及多種音調的聲音警報。K50L 係列的特性包括：

·  易於安裝，帶有明亮的 LED 指示燈和聲音警報
·  堅固耐用，完全密封。符合 DIN 40050-9 標準，達到 IP67 或 IP69K，具體等級取決於型號
·  這些自足式燈具不需要外部控製器
·  抗射頻幹擾 (RFI) 和電磁幹擾 (EMI)
·  IP67 型號的聲音警報強度可調節，可以是連續或間斷的
·  安裝靈活，輸入從 12 VDC 至 30 VDC，具有反極性保護

圖 3：Banner Engineering 的 K50 係列電子標簽揀貨燈具採用直流供電，有穩定或間斷的聲音指示，並有 1、2 或 3 個彩色 LED 指示燈可供選擇，具體取決於型號。（圖片來源：Banner Engineering）

5. 叉車引導燈具和傳感器

叉車司機的視線可能會受到阻礙，在放置難以擺放的貨物時需要多次下車。通過使用叉車引導燈具和傳感器，可以提高物料搬運操作的效率。例如，Banner 的 WLS27PXRGBW285DSQ 燈具屬於 WLS27 Pro 係列，長 285 mm，提供 IP66、IP67 和 IP69K 環境等級，包含紅光、綠光、藍光和白光 LED（圖 4）。

圖 4：這款燈具長 285 mm，包含紅光、綠光、藍光和白光 LED，可用於叉車引導。它具有 IP66、IP67 和 IP69K 環境等級。（圖片來源：Banner Engineering）

WLS27 Pro 係列的所有燈具都能以不同的速度和模式顯示多色動畫，並能進行分段，因此非常適合叉車引導係統。WLS27 Pro 燈具在鋁製框架中採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境中正常工作。該係列集成了定時器和計數器功能，能利用脈沖信號顯示時間或數量信息，包括距離和位置。

WLS27 Pro 燈具可與 Q5X 多功能激光傳感器相結合，實現叉車引導係統（圖 5）。Q5X 的檢測範圍為 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、金屬光澤背景中的黑色目標、黑色背景中的黑色目標以及深色物體（. 雙重示教模式同時測量光強度和距離
. 可 270 度旋轉，以適應各種安裝限製
. 可通過 IO-link、遠程示教、闆載用戶界麵或可選的遠程傳感器顯示屏進行編程

圖 5：諸如 Banner Engineering 的 Q5X 等多功能激光傳感器可以用來實現叉車導嚮係統。（圖片：Banner Engineering）

6. 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”（圖 6）。它來自 WLB32 係列，該係列包括長度為 285 至 1130 mm 的燈具，照明等級為 750 至 3000 lm。這些燈具設計用於工作站、機器照明、控製櫃和生産線中。

圖 6：Banner 的 WLB32ZC285PBQMB 型産品是 285 mm 長超亮 LED 條形燈，可滿足一般照明需求。（圖片：Banner Engineering）

WLB32燈條可以通過“菊花鏈”形成連續長度的照明，隻需最少的接線，同時每個燈條保持獨立工作。其他特性包括：
. 高/低/關 (High/Low/Off) 開關
. 防碎窗和金屬外殼
. 使用磁性或角形支架或卡扣進行靈活安裝
. 某些型號有護眼功能，可阻擋側麵眩光
. 某些型號帶運動檢測功能

結語

在確定工業照明解決方案時，需要考慮到各種性能、成本和環境因素。在越來越多的場景中，LED 燈是極具吸引力的選擇。與傳統照明技術相比，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，維護需求更少。因此，雖然 LED 的初始安裝成本可能高於其他照明技術，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。