การกำหนดโซลูชันไฟ LED สำหรับสภาพแวดล้อมอุตสาหกรรม

ไฟส่องสว่างเป็นองค์ประกอบสำคัญในการออกแบบสภาพแวดล้อมทางอุตสาหกรรมที่ปลอดภัย มีประสิทธิภาพ และคุ้มค่าใช้จ่ายในกิจกรรมต่าง ๆ รวมถึงลอจิสติกส์ การทำงานของเครื่องจักร ตู้ควบคุม เวิร์กสเตชัน และสายการผลิต จากตัวอย่างการใช้งานที่เพิ่มขึ้น พบว่า LED สามารถให้โซลูชันไฟส่องสว่างที่เหนือกว่าได้ เมื่อเทียบกับเทคโนโลยีหลอดฟลูออเรสเซนต์ หลอดเมทัลฮาไลด์ หลอดโซเดียมความดันสูง และเทคโนโลยีการให้แสงสว่างแบบเดิม ไฟ LED ประหยัดพลังงานมากกว่า ลดต้นทุนการดำเนินงาน มีอายุการใช้งานยาวนานกว่า และลดต้นทุนการบำรุงรักษา ไฟส่องสว่างในอุตสาหกรรมมักใช้ในสภาพแวดล้อมที่ท้าทาย และอาจต้องมีการป้องกันน้ำและฝุ่นและมาตรฐานคุณภาพไฟฟ้าในระดับที่กำหนด นอกเหนือจากนั้นยังต้องมีมาตรฐานความปลอดภัยในการทำงานและสุขาภิบาล เพื่อให้ตรงตามความต้องการที่หลากหลายเหล่านี้ กระบวนการคัดเลือกโคมไฟมีความซับซ้อน

บทความนี้จะกล่าวถึงตัวชี้วัดด้านประสิทธิภาพ เช่น ค่าลูเมน กำลังวัตต์ ประสิทธิภาพ ค่าลักซ์ การกระจายลูเมนแบบเป็นโซน อุณหภูมิสีสัมพันธ์ ดัชนีวัดค่าความถูกต้องของสี อายุการใช้งานสูงสุด และค่าใช้จ่ายที่เกี่ยวข้องกับไฟส่องสว่างระดับอุตสาหกรรม โดยเน้นที่ LED เป็นพิเศษ จากนั้นให้ลงรายละเอียดการพิจารณาด้านสิ่งแวดล้อม รวมถึงข้อกำหนดในการป้องกันน้ำและฝุ่น ความเพี้ยนของฮาร์มอนิกโดยรวม (THD) และความต้องการด้านคุณภาพกำลังไฟฟ้า และการให้แสงสว่างในสภาพแวดล้อมที่เป็นอันตราย สุดท้าย บทความจะเป็นการนำเสนอโซลูชั่นเฉพาะจากBanner Engineering สำหรับการให้แสงสว่างในระบบหยิบตามไฟ (Pick To Light) ระบบนำทางสำหรับรถโฟล์คลิฟต์ และการส่องสว่างทั่วไปในเวิร์กสเตชัน ไฟส่องสว่างของเครื่องจักรและตู้ควบคุม (รูปที่ 1)

รูปที่ 1: ไฟ LED มีให้เลือกหลายรูปแบบ ซึ่งเหมาะสำหรับการใช้งานที่หลากหลาย (แหล่งที่มาของรูปภาพ: Banner Engineering)

ตัวชี้วัดด้านประสิทธิภาพ

การกำหนดระดับความสว่างเป็นพื้นฐานสำหรับการเลือกโคมไฟที่เหมาะสมที่สุดสำหรับการใช้งานที่กำหนด มีตัวชี้วัดมากมายที่ต้องพิจารณาตั้งแต่ด้านประสิทธิภาพในการทำงานของหลอดไฟไปจนถึงการเลียนแบบแสงสีขาวมาตรฐานได้ดีเพียงใด เริ่มต้นด้วยแรงเทียนหรือแคนเดลา (Cd) Cd เป็นหน่วย SI พื้นฐานที่วัดความเข้มของการส่องสว่างของแสงที่มองเห็นได้ที่ปล่อยออกมาจากแหล่งกำเนิดเฉพาะ (เทียนมาตรฐาน) ในทิศทางที่เฉพาะเจาะจง จากแนวคิดของ Cd ตัวชี้วัดที่สำคัญสำหรับการเปรียบเทียบหลอดไฟรวมถึง:

• ลูเมน (lm) – ฟลักซ์การส่องสว่างเท่ากับแสงที่ปล่อยออกมาในมุมตัน (Solid Angle) โดยแหล่งกำเนิดแน่นอนสม่ำเสมอที่หนึ่งแคนเดลา โดยคำนึงถึงปริมาณแสงที่ออกมาในทุกทิศทาง
• วัตต์ (W) – การใช้พลังงานไฟฟ้า สำหรับวงจรไฟฟ้ากระแสตรง W = V_DC x แอมป์ สำหรับวงจรไฟฟ้ากระแสสลับ W = V_RMS x แอมป์
• ประสิทธิภาพ (lm/W) – แหล่งกำเนิดแสงสร้างแสงที่มองเห็นได้อย่างมีประสิทธิภาพมากเพียงใด
• ลักซ์ (lm/m²) – ความเข้มของแสงที่กระทบพื้นผิวตามที่ตามนุษย์รับรู้
• การกระจายลูเมนแบบโซน – การกระจายของลูเมนที่ออกมาจากโคมไฟในโซนนั้นโดยอยู่ในระนาบแนวตั้งที่ไม่ต่อเนื่อง ใช้เพื่อกำหนดข้อกำหนดด้านระยะห่างของโคมไฟ
• อุณหภูมิสีที่สัมพันธ์กัน (CCT) – อุณหภูมิในหน่วยองศาเคลวิน (K) ของการแผ่รังสีของวัตถุดำที่มีสีเท่ากับแหล่งกำเนิดแสง CCT ของแสงสีขาวมีค่าตั้งแต่ 2700K ถึง 6500K
• ดัชนีวัดค่าความถูกต้องของสี (CRI) – ความสามารถของแหล่งกำเนิดแสงในการเผยให้เห็นสีของวัตถุต่าง ๆ ได้อย่างเที่ยงตรง เมื่อเปรียบเทียบกับแหล่งกำเนิดแสงในอุดมคติหรือแสงธรรมชาติ CRI มีค่าตั้งแต่ 0 ถึง 100 หลอดไส้มีค่า CRI 100, LED มี CRI ตั้งแต่ 80 ถึง 90+

เนื่องจากเทคโนโลยีด้านแสงสว่างมีวิวัฒนาการ กระบวนการกำหนดโซลูชันที่เหมาะสมจึงมีความซับซ้อนมากขึ้น ตัวอย่างเช่น ประสิทธิภาพของ LED นั้นสูงกว่าประสิทธิภาพของหลอดฟลูออเรสเซนต์และหลอดคาบประจุความเข้มสูง (HID) เป็นอย่างมาก ในขณะที่หลอดฟลูออเรสเซนต์และหลอด HID ปล่อยแสงในทุกทิศทาง LED จะเป็นปล่อยแสงแบบกำหนดทิศทาง กล่าวคือตัวชี้วัดมีประโยชน์มากที่สุดสำหรับการเปรียบเทียบ LED กับ LED, ฟลูออเรสเซนต์กับฟลูออเรสเซนต์ และอื่น ๆ เพื่อเปรียบเทียบเทคโนโลยีการให้แสงสว่างที่แตกต่างกัน ผู้ใช้มักจะต้องประเมินตัวอย่างเทียบกัน เพื่อพิจารณาว่าชนิดใดดีที่สุด

นอกจากคุณภาพของแสงที่ผลิตแล้ว ผู้ใช้ยังต้องตระหนักถึงความเพี้ยนของฮาร์โมนิกโดยรวม (THD) และตัวประกอบกำลัง (PF) ของบัลลาสต์หรือตัวขับที่จ่ายไฟให้กับหลอดไฟ THD คือการวัดความบิดเบี้ยวของกระแสไฟฟ้าที่เข้ามาในตัวแปลงกำลังไฟฟ้าอิเล็กทรอนิกส์ THD ที่ต่ำกว่าหมายถึงกระแสไฟสูงสุดที่ต่ำกว่าและประสิทธิภาพที่มากขึ้นในระบบเครือข่ายการจ่ายกำลังไฟฟ้าในอาคารและความต้องการสาธารณูปโภคในท้องถิ่นที่ลดลง IEEE 519-2014 เป็นข้อมูลอ้างอิงที่เป็นประโยชน์สำหรับการทำความเข้าใจเรื่องฮาร์โมนิกและการใช้ขีดจำกัดฮาร์มอนิกในระบบไฟฟ้า โดยปกติแล้ว THD จะต้องมีค่าเท่ากับ 20% หรือน้อยกว่า PF ก็เป็นตัวชี้วัดที่สำคัญเช่นกัน โหลด (บัลลาสต์หรือไดรเวอร์) ที่มีค่า PF ต่ำจะดึงกระแสมากกว่าโหลดที่มี PF สูงในกำลังเอาต์พุตที่เท่ากัน PF เป็นจำนวนไร้มิติมีค่าระหว่าง 0 ถึง 1 บัลลาสต์และตัวขับควรมีค่า PF อย่างน้อย 0.9

การพิจารณาอายุการใช้งานและต้นทุน

โดยทั่วไป LED จะมีอายุการใช้งานมากกว่า 25,000 ชั่วโมง แต่ประสิทธิภาพและความสว่างจะลดลงตามอายุ อายุการใช้งานของหลอด LED ขึ้นอยู่กับจำนวนชั่วโมงที่ใช้ในการปล่อยแสงเริ่มต้นให้เหลือ 70% และเรียกว่าพารามิเตอร์ L70 เทคโนโลยีไฟส่องสว่างที่ไม่ใช่ LED จะไม่สามารถใช้งานได้เมื่อถึงจุด ๆ หนึ่ง โดยมีอายุการใช้งานเท่ากับ 50% ของจำนวนชั่วโมงการใช้งานที่คาดไว้ เทคโนโลยีที่ไม่ใช่ LED ยังมีค่าลูเมนที่ลดลงตามอายุการใช้งาน เรียกว่าค่าการลดลงของลูเมนในหลอดไฟเรียกว่า (LLD) ซึ่งจะมีค่าแตกต่างกันไปตามเทคโนโลยีไฟส่องสว่าง (ตารางที่ 1)

ตารางที่ 1: ค่าการลดลงของลูเมนในหลอดไฟและการเปรียบเทียบอายุการใช้งานสูงสุด (ที่มาของตาราง: Banner Engineering)

เพื่อเปรียบเทียบต้นทุนของเทคโนโลยีไฟส่องสว่าง ผู้ใช้ต้องพิจารณาต้นทุนแรงงานและอุปกรณ์เบื้องต้น บวกกับค่าพลังงาน ค่าแรงบำรุงรักษา และค่าอุปกรณ์ตลอดอายุการใช้งานของหลอดไฟ (รูปที่ 2) ประสิทธิภาพการใช้พลังงานที่เพิ่มขึ้นและความต้องการการบำรุงรักษาที่ต่ำลงสามารถเอาชนะต้นทุนค่างานและค่าอุปกรณ์เมื่อเริ่มติดตั้ง โดย LED ที่มีอายุการใช้งานยาวนานและมีประสิทธิภาพที่สูงยิ่งขึ้นสามารถประหยัดค่าใช้จ่ายตลอดอายุการใช้งานได้อย่างมาก

รูปที่ 2: การเปรียบเทียบต้นทุนแสงสว่างตามวงจรการใช้งาน 15 ปี (แหล่งที่มาของรูปภาพ: Banner Engineering)

ข้อกำหนดด้านสิ่งแวดล้อม

หลอดไฟที่ใช้ในโรงงานอุตสาหกรรมต้องได้รับการออกแบบให้ทนต่อสภาวะที่เป็นอันตราย มาตรฐานด้านไฟฟ้าแห่งชาติ (National Electrical Code) กำหนดสถานที่ที่เป็นอันตรายสามประเภท:

• Class I – ก๊าซหรือไอระเหยที่ติดไฟได้
• Class II – ฝุ่นที่ติดไฟได้
• Class III – เส้นใยหรือเถ้าลอยที่ติดไฟได้ง่าย

ข้อบังคับของรัฐบาลกลางสหรัฐฯ กำหนดว่า: “จะต้องมีการทำเครื่องหมายบนอุปกรณ์ เพื่อแสดงประเภท กลุ่ม และอุณหภูมิหรือช่วงอุณหภูมิในการทำงาน ตามการทำงานในอุณหภูมิแวดล้อม 40°C ที่ได้รับการอนุมัติ”

มาตรฐานการป้องกันน้ำเเละฝุ่น (IP) นั้นมีความสำคัญและประกอบด้วยตัวเลขสองหลัก หลักแรกอธิบายการป้องกันอุปกรณ์ต่อวัตถุแปลกปลอมที่เป็นของแข็ง เช่น ฝุ่น ส่วนหลักที่สองอธิบายระดับการป้องกันน้ำ หลอดไฟที่มี IP67 นั้นกันทั้งฝุ่นและกันน้ำ ทำให้เหมาะสำหรับสภาพแวดล้อมทางอุตสาหกรรมหลายประเภท และสามารถทนต่อการแช่ในน้ำในระยะสั้น หลอดไฟที่มี IP68g ให้การป้องกันเพิ่มเติมและทนต่อการซึมผ่านของน้ำและน้ำมัน

การสั่นสะเทือนและอุณหภูมิที่สูงมากมักพบในสภาพแวดล้อมทางอุตสาหกรรม ใส้หลอดแบบบาง ส่วนประกอบที่ละเอียดอ่อน และแก้วหุ้มที่ใช้กับเทคโนโลยีส่องสว่างบางอย่างอาจเสี่ยงต่อความเสียหายจากการสั่นสะเทือนเป็นพิเศษ ไฟ LED ไม่มีส่วนประกอบที่ละเอียดอ่อน และทนทานต่อการสั่นสะเทือนและแรงกระแทกได้ดีกว่ามาก แม้ว่าจะมีความทนทานทางกล แต่อุณหภูมิแวดล้อมที่สูงมักจะลดประสิทธิภาพและอายุการใช้งานของ LED ในทางตรงกันข้าม เมื่อเทียบกับเทคโนโลยีการให้แสงสว่างอื่น ๆ LED เหมาะสำหรับคลังสินค้าห้องเย็นและสิ่งอำนวยความสะดวกอื่น ๆ ที่มีอุณหภูมิต่ำกว่า -40°C มากกว่า

โคมไฟในระบบหยิบตามไฟ (Pick To Light)

ระบบหยิบตามไฟ (Pick To Light) สามารถลดต้นทุนของการดำเนินการหยิบสินค้าในคลังสินค้าด้วยประสิทธิภาพ ผลผลิต และความแม่นยำที่เพิ่มขึ้น สำหรับการติดตั้งระบบหยิบตามไฟ (Pick To Light) Banner ขอเสนอซีรี่ส์ EZ-LIGHT® K50L ที่มี K50LGRASXPQ (รูปที่ 3) หลอดไฟ K50L มี LED หนึ่งดวง (สีเขียว) ไฟ LED สองดวง (สีเขียวและสีแดง) หรือ LED สามดวง (สีเขียว สีแดง และสีเหลือง) ขึ้นอยู่กับรุ่น โดยทุกหลอดทนต่อแรงสั่นสะเทือน K50LGRASXPQ มีไฟ LED สีเขียวและสีแดงพร้อมเสียงเตือนแบบหลายเสียง คุณสมบัติของซีรีส์ K50L ประกอบด้วย:

• ติดตั้งง่ายด้วยไฟ LED ที่สว่างและมีเสียงเตือน
• ทนทานและปิดสนิท มีระดับการป้องกัน IP67 หรือ IP69K ตามมาตรฐาน DIN 40050-9 ขึ้นอยู่กับรุ่น
• ไม่จำเป็นต้องใช้ตัวควบคุมภายนอกสำหรับโคมไฟในตัวเหล่านี้
• ทนต่อการรบกวนคลื่นความถี่วิทยุ (RFI) และการรบกวนทางแม่เหล็กไฟฟ้า (EMI)
• เสียงเตือนในรุ่น IP67 สามารถปรับความดังได้ ซึ่งสามารถเลือกให้ส่งเสียงแบบคงที่หรือแบบสแต็กคาโต
• การติดตั้งที่ยืดหยุ่นด้วยแรงดันขาเข้าตั้งแต่ 12 V_DC ถึง 30 V_DC และป้องกันการกลับขั้ว

รูปที่ 3: Banner Engineering K50 ซีรีส์โคมไฟในระบบหยิบตามไฟ (Pick To Light) ทำงานด้วยำฟฟ้ากระแสตรงง พร้อมสัญญาณเสียงคงที่หรือแบบสแต็กคาโต และไฟ LED สีให้เลือก 1, 2 หรือ 3 สี ขึ้นอยู่กับรุ่น (แหล่งที่มาของรูปภาพ: Banner Engineering)

ไฟและเซ็นเซอร์นำทางสำหรับรถโฟล์คลิฟต์

ผู้ขับขี่รถโฟล์คลิฟต์อาจมีสิ่งกีดขวางการมองเห็น โดยต้องลงจากเบาะนั่งหลายครั้งเมื่อพบความยากลำบากในการวางสิ่งของ ประสิทธิภาพของการดำเนินการขนย้ายสิ่งของ สามารถเพิ่มขึ้นได้ด้วยการใช้โคมไฟและเซ็นเซอร์นำทางสำหรับรถโฟล์คลิฟต์ ตัวอย่างเช่น รุ่นWLS27PXRGBW285DSQ โคมไฟจาก Banner เป็นส่วนหนึ่งของซีรีส์ WLS27 Pro มีความยาว 285 มม. มีระดับการป้องกัน IP66, IP67 และ IP69K และมีไฟ LED สีแดง เขียว น้ำเงิน และขาว (รูปที่ 4)

รูปที่ 4: โคมไฟยาว 285 มม. นี้มีไฟ LED สีแดง เขียว น้ำเงิน และขาว และสามารถใช้นำทางรถโฟล์คลิฟต์ได้ มีการระดับการป้องกันสิ่งแวดล้อม IP66, IP67 และ IP69K (แหล่งที่มาของรูปภาพ: Banner Engineering)

โคมไฟทั้งหมดในซีรีส์ WLS27 Pro สามารถแสดงการเคลื่อนไหวหลากสีด้วยความเร็วและรูปแบบที่แตกต่างกัน และแบ่งส่วนได้ ทำให้เหมาะสำหรับระบบนำทางสำหรับรถโฟล์คลิฟต์ ด้วยตัวเรือนโคโพลีเอสเตอร์ในเฟรมอะลูมิเนียมที่ป้องกันการแตก WLS27 Pro จึงทนทานต่อการแตกหักและแรงกระแทก การป้องกันระดับ IP69K ช่วยให้สามารถทำงานได้ในระหว่างการชะล้างที่รุนแรงและกลางแจ้ง ฟังก์ชันตัวจับเวลาและตัวนับในตัวช่วยให้แสดงข้อมูลเวลาหรือปริมาณ รวมถึงระยะทางและตำแหน่งโดยใช้สัญญาณพัลส์

โคมไฟ WLS27 Pro สามารถใช้ร่วมกับเลเซอร์เซนเซอร์แบบมัลติฟังก์ชั่น Q5Xเพื่อใช้ระบบนำทางสำหรับรถโฟล์คลิฟต์ (รูปที่ 5) Q5X มีช่วงความยาวตั้งแต่ 50 มม. ถึง 5 ม. คุณสมบัติอื่น ๆ ได้แก่ :

• มีการตรวจจับวัตถุใสและสะท้อนแสงที่เชื่อถือได้ เป้าหมายหลากสี เป้าหมายสีดำบนพื้นหลังโลหะเป็นมัน เป้าหมายสีดำตัดกับพื้นหลังสีดำ และวัตถุสีเข้ม (เป้าหมายสีดำสะท้อนแสง <0.1%)
• โหมดสอนแบบคู่วัดทั้งความเข้มแสงและระยะทาง
• หมุนได้ 270 องศาเพื่อตอบสนองข้อจำกัดในการติดตั้งที่หลากหลาย
• ตั้งโปรแกรมได้ผ่าน IO-link สอนจากระยะไกล อินเตอร์เฟสผู้ใช้แบบออนบอร์ด หรือจอแสดงผลเซ็นเซอร์ระยะไกลที่เป็นอุปกรณ์เสริม

รูปที่ 5: เลเซอร์เซนเซอร์แบบมัลติฟังก์ชั่น เช่น Q5X จาก Banner Engineering สามารถใช้กับระบบนำทางสำหรับรถโฟล์คลิฟต์ได้ (ภาพ: Banner Engineering)

ตัวเลือกการส่องสว่างทั่วไป

WLB32ZC285PBQMB ของ Banner เป็นโคมไฟ LED ที่สว่างเป็นพิเศษยาว 285 มม. ให้แสงสว่างที่สม่ำเสมอถึง 750 ลูเมน พร้อม 'แสงวาว' ที่ไม่มีแสงสะท้อน (รูปที่ 6) เป็นส่วนหนึ่งของตระกูล WLB32 ซึ่งรวมถึงโคมไฟที่มีความยาวตั้งแต่ 285 ถึง 1130 มม. โดยมีระดับการส่องสว่างตั้งแต่ 750 ถึง 3000 ลูเมน โคมไฟเหล่านี้ได้รับการออกแบบในเวิร์กสเตชัน ไฟเครื่องจักร ตู้ควบคุม และสายการผลิต

รูปที่ 6: โคมไฟแถบ LED แบบสว่างพิเศษรุ่น WLB32ZC285PBQMB ของ Banner ยาว 285 มม. สำหรับการส่องสว่างทั่วไป (ภาพ: Banner Engineering)

มีโคมไฟแถบ WLB32 ที่สามารถสร้างแสงที่มีความยาวได้อย่างต่อเนื่องโดย "การเชื่อมต่อแบบ Daisy Chain" โดยมีการเดินสายไฟน้อยที่สุด ในขณะที่ยังคงการทำงานที่เป็นอิสระของโคมไฟแถบแต่ละดวง คุณสมบัติอื่น ๆ ได้แก่ :

• สวิตช์สูง/ต่ำ/ปิด
• กระจกกันแตกและตัวเรือนโลหะ
• การติดตั้งที่ยืดหยุ่นด้วยตัวยึดแม่เหล็กหรือมุมหรือคลิปหนีบ
• อุปกรณ์ป้องกันดวงตาจากแสงในบางรุ่น
• การตรวจจับความเคลื่อนไหวในบางรุ่น

สรุป

มีปัจจัยด้านประสิทธิภาพ ต้นทุน และสิ่งแวดล้อมหลายปัจจัยที่ต้องพิจารณาในการกำหนดโซลูชันแสงสว่างสำหรับอุตสาหกรรม โคมไฟ LED เป็นตัวเลือกที่น่าสนใจ จากตัวอย่างการใช้งานที่เพิ่มมากขึ้น เมื่อเทียบกับเทคโนโลยีการส่องสว่างแบบดั้งเดิม อุปกรณ์ติดตั้ง LED มีความยืดหยุ่นและความน่าเชื่อถือในการส่องสว่างที่มากกว่า และ LED ให้ประสิทธิภาพการใช้พลังงานที่สูงขึ้น อายุการใช้งานยาวนานขึ้น และความต้องการในการบำรุงรักษาที่ต่ำกว่า ด้วยเหตุนี้แม้ว่าต้นทุนการติดตั้งเริ่มต้นของ LED อาจมากกว่าเทคโนโลยีการส่องสว่างแบบอื่น แต่ LED ก็มีต้นทุนตลอดอายุการใช้งานที่ต่ำกว่า นอกเหนือจากโซลูชันการให้แสงสว่างที่เหนือกว่า