Эффективное управление технологическим процессом с помощью ИК систем нагрева

Управление инфракрасными нагревателями, используемыми для сушки, отверждения, выпекания и других операций тепловой обработки, становится простым, если вы понимаете варианты управления.

Качество продукции и производительность всегда были главными целями для производственных систем. Поскольку системы обработки инфракрасного тепла могут обеспечить высокую эффективность передачи энергии, эта технология является отличным выбором для сушки, отверждения, выпечки и других применений технологического нагрева. Для стабильных, повторяющихся результатов надлежащий контроль процесса имеет решающее значение.

Обычно используются два типа схем управления:

  • Управление без обратной связи, при котором установка энергии для мощности системы осуществляется вручную, без какой-либо обратной связи от нагревателей или процесса.
  • Управление с обратной связью, при котором измерение берется из процесса, чтобы обеспечить контрольную точку для того, чтобы процесс оставался стабильным.

Примеры управления без обратной связи включают:

  • Нагреватель, подключенный непосредственно к источнику питания.
  • Нагреватели подключены к ручному регулируемому источнику питания, такому как кремниевый выпрямитель (SCR).
  • Любое устройство, требующее от оператора ручной настройки системы на основе суждения оператора без помощи информации о процессе.

Эффективное управление технологическим процессом с помощью ИК систем нагрева от компании ТЕРМОЭЛЕМЕНТ

Преимущество управления без обратной связи заключается в простоте. Недостатком является то, что подача заводского напряжения в систему часто меняется в течение дня, недели, месяца или сезона. По этой причине уровни мощности в процессе также изменяются, если источник питания не имеет встроенной стабилизации напряжения. Кроме того, температура окружающей среды предприятия будет влиять на процесс, а изменения температуры продукта на входе также могут изменить конечный результат. И, конечно, ошибка оператора может быть проблемой.

Системы управления с обратной связью полагаются на датчик для проверки фактической работы процесса. Датчики могут использоваться для мониторинга таких переменных, как:

  • Температура на входе продукта.
  • Температура окружающей среды на производстве.
  • Температура источника тепла.
  • Подача напряжения.
  • Уровень влажности продукта.
  • Выходная или промежуточная температура продукта.

Для стабильного процесса управление нагревателями по замкнутому контуру осуществляется с помощью термопары, измеряющей температуру источника. Такая схема управления будет обеспечивать стабильную производительность изо дня в день. По мере движения продукта по системе термопара определяет падение температуры нагревателя из-за энергии, поглощаемой деталями. Затем система компенсирует потребление энергии, увеличивая подачу энергии на нагреватель, тем самым поддерживая заданную температуру. Размещение термопары имеет решающее значение для поддержания тесной связи между нагревателем и процессом. Термопара должна реагировать на реальную температуру нагревателя.

Усовершенствование термопарного регулирования с обратной связью заключается в использовании устройства для измерения фактической температуры продукта на выходе из печи, а также в промежуточных точках процесса, если это критично. Некоторые продукты поглощают больше инфракрасной энергии на определенных длинах волн. В этих ситуациях начальные зоны могут быть настроены на температуру нагревателя, которая наиболее тесно связана с передачей энергии продукту, установленной термопарой в нагревателе. В конечной зоне система управления модулирует мощность для достижения желаемой температуры конечного продукта. Аналогичные схемы можно использовать при измерении других переменных процесса, таких как влажность продукта, блеск или соответствие цвета.

Зональный контроль температуры с инфракрасным обогревом

Зональный контроль включается в систему по двум причинам. Для многих продуктов процесс включает нагревание продукта до желаемой температуры, а затем выдерживание его при этой температуре в течение заданного периода времени. Другие процессы могут потребовать нескольких промежуточных шагов для достижения желаемых результатов. Оба этих требуемых температурных профиля могут быть достигнуты с помощью зонального нагрева. Зональное управление дает возможность изменять мощность/температуру зон в направлении движения продукта или, если они находятся в фиксированном положении, изменять температуру во время цикла, чтобы помочь достичь профиля.

В системах с непрерывным полотном из-за краевых эффектов центр полотна может быть более горячим, чем края. В этих ситуациях можно использовать управление с обратной связью, чтобы установить более высокие температуры в краевых зонах и более низкие в центральных зонах, чтобы улучшить однородность конечного продукта.

Зонирование также используется для исправления дисбаланса в сети, который мог быть введен в продукт в результате предыдущего процесса. Например, часто уровень влажности неодинаков по всему рулону мелованной бумаги. Избирательное управление зонами нагревателя по всему продукту помогает повысить однородность, тем самым выравнивая содержание влаги.

Датчики для измерения температуры нагревателя, используемые в замкнутом контуре управления, включают:

  • Термопары, которые генерируют небольшие напряжения, изменяющиеся в зависимости от температуры.
  • RTD, сопротивление которых изменяется в зависимости от температуры.
  • Бесконтактные температурные устройства, такие как оптические пирометры или термобатареи, которые измеряют температуру продукта напрямую и оптически. Инфракрасные сканеры могут непрерывно и автоматически сканировать несколько точек на непрерывной сети материала, создавая карту температуры.

Кроме того, системы измерения влажности могут обнаруживать высокое и низкое содержание влаги в материале и отправлять информацию обратно в систему управления нагревателем. Система управления использует эту информацию об уровне влажности для обеспечения энергией там, где это необходимо.


Эффективное управление технологическим процессом с помощью ИК систем нагрева от компании ТЕРМОЭЛЕМЕНТ

Регуляторы мощности подают электроэнергию на нагреватели. Это могут быть простые переключатели или контакторы для включения или выключения питания с помощью механических средств. Они могут использовать контакты, которые могут образовывать дугу и изнашиваться, твердотельные реле/контакторы, которые могут переключать питание электронным способом, или средства управления питанием SCR. Доступны полупроводниковые реле/контакторы, которые переключаются с нулевой мощности на полную мощность, когда синусоида пересекает нулевую точку.  Если питание отключается в середине цикла (кроме нулевой точки), это может привести к нагреву, возможному созданию шума в линии, который может повлиять на другие устройства и сократить срок службы компонентов.

Регуляторы мощности для инфракрасного нагрева

Регуляторы мощности SCR доступны как устройства запуска с нулевым напряжением или фазовым углом. Регуляторы нулевого напряжения пропорционально включаются и выключаются при каждом полном цикле: нагреватель полностью включен или полностью выключен. Блоки зажигания с фазовым углом «отсекают» вершину синусоиды, обеспечивая равномерный уровень мощности для нагревателей. (Включение фазового угла похоже на то, как настенный диммер работает на вашем домашнем освещении.) Если этот тип управления не отфильтрован должным образом, он также может создавать линейный шум, который может влиять на другое оборудование.

Кроме того, доступны интеллектуальные контроллеры мощности SCR для улучшения связи с мозгом системы управления, такой как ПЛК.
Переменные, влияющие на выбор типа управления мощностью, включают:

  • Обрабатываемый продукт.
  • Скорость продукта через зоны нагрева.
  • Тип используемого нагревателя.

Например, продукт с небольшой массой будет чувствителен к изменениям температуры нагревателя. Таким образом, такому изделию нужен стабильный источник питания. Это может быть достигнуто с помощью тиристорного пускового устройства с фазовым углом или пускового устройства при нулевом напряжении, включающего очень быстрый цикл. Небольшой и быстро реагирующий нагреватель также может извлечь выгоду из этого типа управления.

Продукты большей массы или нагреватели с более медленным откликом менее подвержены влиянию изменений, которые могут быть обеспечены регулятором мощности. Мозг системы — будь то автономный регулятор температуры, ПЛК или компьютерная система — будет либо в режиме включения/выключения, либо в режиме пропорционального распределения по времени, либо в режиме прямого питания, либо в аналогичной схеме.

Режим включения/выключения обеспечивает наименьший контроль процесса. При такой схеме управления, если температура нагревателя или процесса падает ниже заданного значения, включается нагреватель. Когда температура процесса превышает заданное значение, нагреватель выключается. Часто существует небольшая полоса пропускания или диапазон температур, который позволяет нагревателю оставаться включенным, а не просто быстро переключаться. Это позволяет несколько уравнять процесс. Домашний термостат работает аналогично схеме включения/выключения.

Схема управления с пропорциональным распределением по времени устанавливает полосу пропускания в зависимости от чувствительности нагревателя. Схема устроена так, что при температуре процесса ниже нижнего предела нагреватель включается на 100 процентов. Аналогичным образом, когда температура процесса выше верхнего предела, нагреватель отключается на 100 процентов. Однако в пределах полосы пропускания устройство включается и выключается — возможно, очень быстро — для поддержания требуемой температуры процесса. Таким образом работают как твердотельные реле (SSR), так и SCR с нулевым напряжением. SCR с фазовым углом будут постоянно модулировать мощность нагревателей без цикла включения / выключения.

Нагреватели с малой массой и малым временем отклика включают в себя вольфрамовые галогенные лампы, кварцевые карбоновые нагреватели с греющими спиралями из углеродного волокна. Стандартные кварцевые нагреватели также относительно быстры, но не так чувствительны, как нагреватели, описанные выше. Керамические инфракрасные нагреватели обычно имеют большую массу, что приводит к более медленному времени отклика как вверх, так и вниз. Они могут использовать более простую схему управления для поддержания равномерного выхода. Каждый нагреватель уникален, и наши специалисты могут помочь вам выбрать подходящие датчики и регуляторы мощности.

Роль оператора

Поскольку ваш оператор станка включает и выключает процесс вручную, облегчение его работы поможет и вам. Ручное управление, которое просто устанавливает уровень мощности или включает/выключает нагреватели, в значительной степени зависит от оператора, который постоянно контролирует процесс и вручную вносит коррективы по мере необходимости. Переход к управлению с обратной связью и автономным регуляторам температуры, которые отображают заданную температуру и фактическую температуру, работает так же отлично.

Если в системе несколько зон нагрева и на линии обрабатывается много разных продуктов, оператор должен правильно вводить информацию в каждый контроллер температуры. Программируемые логические контроллеры (ПЛК) экономичны и позволяют задавать индивидуальные настройки для каждого продукта. Эти установки могут включать настройки температуры, а также другие переменные для процесса, такие как скорость линии и поток воздуха. ПЛК может принимать несколько датчиков, и эту функцию можно использовать для создания схемы для каждого продукта. Информация об ошибках может отображаться и записываться. Оператору нужно только ввести номер установки, чтобы настроить всю линию. Графические дисплеи могут быть предусмотрены на ПЛК для контроля процесса. Записи процесса могут быть сохранены и загружены для истории контроля качества, плюс ПЛК могут быть настроены для связи друг с другом по сети с данными, доступными для управления в их офисах. Системы диспетчерского управления и сбора данных (SCADA) могут взаимодействовать с ПЛК для общего управления производственным процессом.

Таким образом, правильно управляемая электрическая инфракрасная система нагрева может обеспечить более эффективную работу. Преимущества включают экономию энергии, точное и повторяющееся управление технологическим процессом, улучшенное качество и согласованность продукции, а также простоту настройки оператором. Система управления может включать в себя сигналы тревоги, чтобы предупредить оператора, если часть процесса не соответствует спецификации, и вести учет процесса в целях обеспечения качества. В целом, благодаря этим улучшениям эксплуатационные расходы снизятся, количество брака уменьшится, а клиенты будут удовлетворены качеством и стабильностью вашей продукции.




Возврат к списку


Задать вопрос

×
Вход на сайт