Блок управления нагревом: зачем нужен шкаф управления и как обеспечить точное поддержание температуры

Промышленный нагрев используется практически во всех отраслях производства — от переработки пластмасс и металлообработки до пищевой промышленности, сушки материалов и гальванических процессов. Однако эффективность нагревателей напрямую зависит не только от их мощности и конструкции, но и от качества управления температурой.
Даже самый надежный ТЭН, инфракрасный излучатель или керамический нагреватель не сможет обеспечить стабильный результат без правильно настроенной системы контроля температуры. Именно поэтому в современных технологических процессах используются блок управления нагревом и шкаф управления нагревом.

Что такое блок управления нагревом

Блок управления нагревом — это устройство, которое автоматически контролирует работу нагревателей и поддерживает заданную температуру технологического процесса.

Простыми словами, система состоит из трех основных элементов:

• нагревателя;
• датчика температуры;
• контроллера управления.

Многие считают, что для работы достаточно подключить ТЭН напрямую к сети. Технически это возможно, однако в таком случае температура будет постоянно расти до максимума, что неизбежно приведет к перегреву оборудования, перерасходу электроэнергии и снижению ресурса нагревательных элементов.

Именно поэтому промышленный нагрев практически всегда требует использования системы контроля температуры.

Какие задачи решает блок управления нагревом

Современный шкаф управления нагревом выполняет сразу несколько важных функций.

Поддержание заданной температуры

Главная задача системы — автоматическое поддержание температуры на необходимом уровне без постоянного участия оператора.

Предотвращение перегрева

При достижении установленного значения система уменьшает мощность нагрева или полностью отключает нагрузку.

Экономия электроэнергии

Нагреватель работает только тогда, когда это действительно необходимо. Отсутствует бессмысленный перегрев оборудования.

Увеличение срока службы нагревателей

Постоянная работа на максимальной мощности существенно ускоряет деградацию нагревательных элементов. Контролируемый режим эксплуатации значительно продлевает срок службы.

Повышение стабильности технологического процесса

Для многих производств отклонение температуры даже на несколько градусов способно привести к ухудшению качества продукции.

Защита оборудования

Шкаф автоматики может контролировать аварийные режимы и отключать оборудование при возникновении опасных ситуаций.

Почему обычный термостат часто не справляется

Во многих системах до сих пор используются простые терморегуляторы с релейным принципом работы.

Такое решение подходит для бытовых задач, но далеко не всегда эффективно в промышленности.

Основная проблема — тепловая инерция

Любой нагреватель обладает определенной инерцией. Даже после отключения питание перестает подаваться, но температура продолжает расти.

В результате возникают:

• перегрев;
• колебания температуры;
• нестабильность процесса;
• снижение качества продукции.

PID-регулятор учитывает поведение системы и заранее корректирует мощность нагрева.

Какие датчики температуры используются

Термопары типа K

Наиболее популярное решение для промышленного нагрева.

Преимущества:

• широкий диапазон температур;
• высокая надежность;
• доступная стоимость;
• быстрый отклик.

Ограничения:

• требуется компенсация холодного спая;
• точность ниже, чем у Pt100.

Термосопротивления Pt100

Используются там, где необходима высокая точность измерения.

Преимущества:

• высокая точность;
• стабильность показаний;
• хорошая повторяемость результатов.

Недостатки:

• выше стоимость;
• ограничение по температуре по сравнению с термопарами.

Другие варианты

Также применяются:

• Pt1000;
• термисторы;
• инфракрасные датчики;
• специальные высокотемпературные термопары типов J, N, S и R.

Выбор зависит от условий эксплуатации и диапазона температур.

PID-регулятор: почему он обеспечивает точность до градуса

PID-регулятор считается стандартом для промышленного нагрева.

Аббревиатура PID означает:

• P — пропорциональная составляющая;
• I — интегральная составляющая;
• D — дифференциальная составляющая.

Контроллер постоянно анализирует:

• величину отклонения температуры;
• скорость изменения температуры;
• накопленную ошибку регулирования.

На основании этих данных система прогнозирует поведение процесса и заранее корректирует мощность нагрева.

В результате достигается:

• высокая точность;
• минимальное перерегулирование;
• быстрое достижение рабочей температуры;
• стабильная работа оборудования.

Для многих технологических процессов PID-регулятор позволяет удерживать температуру с точностью до 1 °C и лучше.

Где применяются шкафы управления нагревом

Сфера применения систем автоматического управления нагревом чрезвычайно широка.

Наиболее распространенные области:

• экструдеры;
• термопластавтоматы;
• сушильные камеры;
• термошкафы;
• лабораторные камеры;
• муфельные печи;
• камеры полимеризации;
• гальванические ванны;
• нагрев жидкостей;
• резервуары хранения;
• трубопроводы;
• инфракрасные системы нагрева;
• шкафы автоматики с обогревателями ОША;
• оборудование пищевой промышленности;
• упаковочные линии.

Практически любой процесс, связанный с нагревом, требует системы контроля температуры.

Как подобрать блок управления нагревом

При выборе оборудования необходимо учитывать несколько факторов.

Мощность нагрузки

Необходимо знать суммарную мощность всех подключаемых нагревателей.

Напряжение питания

Наиболее распространенные варианты:

• 220 В;
• 380 В.

Количество зон нагрева

Для сложного оборудования часто требуется многозонное управление.

Тип датчика температуры

Важно заранее определить используемый датчик температуры.

Условия эксплуатации

Следует учитывать:

• влажность;
• запыленность;
• температуру окружающей среды;
• наличие вибрации.

Какие решения предлагает ТЕРМОЭЛЕМЕНТ

Компания ТЕРМОЭЛЕМЕНТ разрабатывает и поставляет оборудование для промышленного нагрева, включая средства автоматизации.

В зависимости от задачи могут использоваться:

• компактные блоки управления нагревом;
• шкафы управления нагревом;
• PID-регуляторы;
• твердотельные реле;
• термопары типа K;
• датчики Pt100;
• многозонные системы управления нагревом;
• решения для ТЭНов;
• управление ИК-нагревателями;
• комплексные шкафы автоматики.

Подбор оборудования осуществляется с учетом особенностей технологического процесса, мощности нагрузки и требований к точности поддержания температуры.