Инфракрасные системы: максимальное управление технологическим процессом
Достижение максимальной эффективности и контроля в технологических процессах, связанных с сушкой, отверждением, выпеканием и другими видами тепловой обработки, становится возможным благодаря применению инфракрасных систем нагрева.
Ключевыми целями любой производственной системы являются обеспечение высокого качества продукции и повышение производительности. Системы обработки инфракрасным теплом обеспечивают высокую эффективность передачи энергии, что делает их идеальным выбором для различных видов технологического нагрева. Однако для достижения стабильных и повторяемых результатов необходимо обеспечить надлежащий контроль над процессом.
Обычно применяются два типа схем управления:
- Управление без обратной связи. В этом случае энергия, подаваемая на систему, устанавливается вручную без учета обратной связи от нагревателей или процесса.
- Управление с обратной связью. Здесь происходит измерение фактических параметров процесса с целью обеспечения стабильности.
Примеры управления без обратной связи включают:
- Подключение нагревателя непосредственно к источнику питания.
- Подключение нагревателей к ручному регулируемому источнику питания, такому как кремниевый выпрямитель (SCR).
- Ручная настройка системы оператором на основе субъективного опыта без использования информации о процессе.
Преимуществом управления без обратной связи является его простота. Однако недостатком является то, что подача энергии на систему может меняться в зависимости от колебаний напряжения в источнике питания, а также от изменений окружающей температуры. Это может привести к изменениям уровней мощности в процессе. Кроме того, ошибки оператора также могут повлиять на конечный результат.
Зональный контроль температуры
Системы управления с обратной связью опираются на датчики, которые контролируют фактическое состояние процесса. Датчики могут измерять различные параметры, такие как температура продукта на входе и выходе, окружающая среда на производстве, температура источника тепла, напряжение и уровень влажности продукта.
Для обеспечения стабильности процесса при управлении инфракрасными нагревателями с использованием обратной связи обычно применяются термопары для измерения температуры источника. Такой подход позволяет поддерживать стабильную производительность из дня в день. Когда продукт проходит через систему, термопара обнаруживает падение температуры нагревателя вследствие энергии, поглощаемой продуктом. Система компенсирует эту потерю энергии, увеличивая подачу энергии на нагреватель, что позволяет поддерживать заданную температуру. Расположение термопары имеет решающее значение для обеспечения надежной связи между нагревателем и процессом, и термопара должна точно отражать температуру нагревателя.
Усовершенствованное управление с обратной связью с использованием измерения фактической температуры продукта на выходе из печи и в промежуточных точках процесса, если это необходимо, является важным шагом в развитии технологий. В зависимости от характеристик продукта на различных длинах волн инфракрасного излучения можно настроить зоны нагрева для наиболее эффективной передачи энергии продукту. В конечной зоне система управления регулирует мощность, чтобы достичь желаемой температуры конечного продукта. Аналогичные методы могут быть применены при измерении других параметров процесса, таких как влажность продукта, блеск или соответствие цвета.
Зональный контроль температуры с применением инфракрасного нагрева является важным аспектом технологий. Во-первых, многие процессы требуют нагревания продукта до заданной температуры и его выдерживания при этой температуре в течение определенного времени. Во-вторых, некоторые процессы могут потребовать нескольких промежуточных шагов для достижения желаемого результата. Зональное управление позволяет изменять мощность и температуру зон в направлении движения продукта или, если зоны находятся в фиксированном положении, изменять температуру во время цикла для достижения желаемого температурного профиля.
В системах с непрерывным производством, из-за краевых эффектов, центр полотна может быть более горячим, чем его края. В таких случаях можно использовать управление с обратной связью, чтобы установить более высокую температуру в краевых зонах и более низкую в центральных зонах, чтобы улучшить однородность конечного продукта.
Зонирование также может использоваться для коррекции дисбаланса, который возникает в продукте в результате предыдущих процессов. Например, уровень влажности может не быть одинаковым по всему полотну мелованной бумаги. Использование управления зонами нагревателей по всему продукту помогает достичь большей однородности, выравнивая содержание влаги.
Зонирование также используется для исправления дисбаланса в продукте, который может возникнуть в результате предыдущих процессов. Например, часто уровень влажности неоднороден по всей поверхности рулона мелованной бумаги. Селективное управление зонами нагревателя по всей продукции помогает повысить однородность, выравнивая содержание влаги.
Датчики температуры
Для измерения температуры нагревателей в замкнутом контуре управления используются различные датчики:
- Термопары, которые генерируют небольшие напряжения, изменяющиеся в зависимости от температуры.
- RTD (сопротивление температурного датчика), сопротивление которого меняется в зависимости от температуры.
- Бесконтактные измерители температуры, в частности оптические пирометры или термобатареи, способны измерять температурные показатели на поверхности продукта напрямую. ИК сканеры способны непрерывно и автоматически сканировать несколько точек одновременно и создавать температурную карту.
Также существуют системы измерения влажности, которые обнаруживают высокое и низкое содержание влаги в материале и отправляют информацию обратно в систему управления нагревателями. Система управления использует эту информацию о уровне влажности для обеспечения достаточной или снижения мощности нагревателей по мере необходимости.
Регуляторы мощности подают электроэнергию на нагреватели. Существует несколько типов регуляторов мощности, включая:
- Простые переключатели или контакторы, которые включают или выключают питание с помощью механических средств.
- Твердотельные реле/контакторы, которые переключают питание электронным способом.
- Полупроводниковые реле/контакторы, которые переключаются с нулевой мощности на полную мощность, когда синусоида пересекает нулевую точку.
Выбор типа управления зависит от различных факторов, таких как тип обрабатываемого продукта, скорость продукта через зоны нагрева и используемый тип нагревателя. Например, продукт с небольшой массой будет чувствителен к изменениям температуры нагревателя, поэтому требуется стабильный источник питания, который может быть достигнут с помощью тиристорного пускового устройства с фазовым углом или пускового устройства при нулевом напряжении. Нагреватели большей массы или с более медленным откликом могут использовать другие типы управления мощностью, такие как режим включения/выключения, режим пропорционального распределения по времени или аналогичные схемы.
Режим включения/выключения обеспечивает наименьший контроль над процессом. При такой схеме управления, если температура нагревателя или процесса падает ниже заданного значения, нагреватель включается. Когда температура процесса превышает заданное значение, нагреватель выключается. Это позволяет некоторой регулировке процесса. Аналогично домашнему термостату, который работает по схеме включения/выключения.
Схема управления с пропорциональным распределением по времени устанавливает полосу пропускания в зависимости от чувствительности нагревателя. При такой схеме, когда температура процесса находится ниже нижнего предела, нагреватель включается на 100 процентов. Когда температура процесса превышает верхний предел, нагреватель отключается на 100 процентов. Однако в пределах полосы пропускания устройство включается и выключается, возможно, очень быстро, для поддержания требуемой температуры процесса. Так работают твердотельные реле (SSR) и SCR с нулевым напряжением. SCR с фазовым углом будет постоянно модулировать мощность нагревателей без цикла включения/выключения.
Нагреватели с небольшой массой и быстрым временем отклика включают в себя вольфрамовые галогеновые лампы и кварцевые нагреватели с греющими спиралями из углеродного волокна. Стандартные кварцевые нагреватели также относительно быстрые, но не так чувствительны, как описанные ранее нагреватели. Керамические инфракрасные нагреватели обычно имеют большую массу, что приводит к более медленному времени отклика как при нагревании, так и при охлаждении. 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.
Зонирование и контроль температуры являются важными аспектами в процессе нагрева материалов. Они позволяют обеспечить равномерное распределение тепла и поддерживать стабильную температуру во всем продукте. Правильный выбор и управление системой нагрева с использованием соответствующих датчиков и регуляторов мощности позволяют достичь оптимальных результатов и повысить качество производства.
Если у вас есть вопросы относительно выбора и установки системы нагрева, обратитесь к нашим специалистам, которые с радостью помогут вам с выбором наиболее подходящих решений.
Роль оператора
Роль оператора в системе нагрева имеет важное значение для обеспечения эффективной работы. Переход от ручного управления к автоматическому контролю с обратной связью и автономным регуляторам температуры упрощает работу оператора и повышает эффективность процесса.
При наличии нескольких зон нагрева и обработки различных продуктов, оператору необходимо правильно вводить информацию в каждый контроллер температуры. Программируемые логические контроллеры (ПЛК) предоставляют экономичное решение, позволяющее задавать индивидуальные настройки для каждого продукта. Они могут управлять не только температурой, но и другими переменными, такими как скорость линии и поток воздуха. ПЛК могут принимать данные от нескольких датчиков, что позволяет создавать различные схемы управления для каждого продукта. Ошибки и предупреждения могут быть отображены и записаны, а графические дисплеи на ПЛК обеспечивают удобный мониторинг процесса.
Системы диспетчерского управления и сбора данных (SCADA) могут взаимодействовать с ПЛК для общего управления производственным процессом. Записи процесса могут быть сохранены для истории контроля качества, а данные могут быть доступны для управления и мониторинга из офиса. Это позволяет более эффективно контролировать процесс и реагировать на любые отклонения.
Правильно управляемая электрическая инфракрасная система нагрева предлагает ряд преимуществ, включая экономию энергии, точное и повторяющееся управление процессом, улучшенное качество и согласованность продукции. Оператору становится легче настраивать и контролировать процесс, а система управления может предупреждать о возможных проблемах и вести учет процесса для обеспечения качества продукции.
В целом, эффективная система управления нагревом поможет снизить эксплуатационные расходы, уменьшить количество брака и повысить удовлетворенность клиентов качеством и стабильностью вашей продукции.
В заключение, максимальное управление технологическим процессом с использованием инфракрасных систем обеспечивает эффективное и стабильное управление тепловыми операциями, такими как сушка, отверждение и выпечка. Применение систем управления с обратной связью позволяет достичь более высокого качества продукции и повысить производительность. Зональный контроль температуры обеспечивает гибкость в настройке процессов для достижения оптимальных результатов. Развитие и совершенствование таких технологий будет способствовать дальнейшему прогрессу в области инфракрасной технологии и ее применения в различных отраслях промышленности.
2023-07-03