Reglementarea controlului cuptoarelor cu rezistență electrică. Biblioteca deschisă - o bibliotecă deschisă de informații educaționale. Regulatoare de temperatură PID cu microprocesor „Thermolux”
Puterea cuptoarelor moderne cu rezistență electrică variază de la sute de wați la câțiva megawați.
Cuptoarele cu o putere mai mare de 20 kW sunt realizate trifazate cu o distribuție uniformă a sarcinii între faze și sunt conectate la rețele de 220, 380, 660 V direct sau prin transformatoare de cuptor (sau autotransformatoare).
Echipamentul electric utilizat în cuptoarele cu rezistență electrică include 3 grupe: echipamente electrice de putere, echipamente de control și instrumente.
Echipamentul electric de putere include
Transformatoare reductoare de putere și autotransformatoare de reglare,
Acționări electrice de putere ale mecanismelor auxiliare,
Comutarea puterii și echipament de protecție.
Echipamentul de control include posturi complete de control cu echipament de comutare. Întrerupătoarele, butoanele, releele, întrerupătoarele de limită, demaroare electromagnetice, relee sunt utilizate în designul obișnuit.
Instrumentația include instrumente (dispozitive) pentru control, măsurare și semnalizare. De obicei afișat pe un scut. Fiecare cuptor cu rezistență trebuie să fie echipat cu materiale pirometrice. Pentru cuptoarele mici necritice, acesta poate fi un termocuplu cu un dispozitiv de indicare în majoritatea cuptoarelor industriale, controlul automat al temperaturii este obligatoriu. Acest lucru se realizează folosind instrumente care înregistrează temperatura cuptorului.
Majoritatea cuptoarelor cu rezistență electrică nu necesită transformatoare de putere.
Transformatoarele de reglare și autotransformatoarele se folosesc atunci când cuptorul este realizat cu elemente de încălzire care își modifică rezistența în funcție de temperatură (wolfram, grafit, molibden), pentru a alimenta băile de sare și instalațiile de încălzire directă.
Toate cuptoare industriale Rezistențele funcționează în modul de control automat al temperaturii. Temperatura de funcționare într-un cuptor cu rezistență electrică este controlată prin modificarea puterii de intrare.
Reglarea puterii furnizate cuptorului poate fi discretă și continuă.
La discret Sunt posibile următoarele metode de reglementare:
Conectarea și deconectarea periodică a unui cuptor de încălzire cu rezistență electrică la rețea (reglare on-off);
Comutarea elementelor de încălzire ale cuptorului de la „stea” la „triunghi” sau de la conexiunea în serie la paralelă (control cu trei poziții).
Controlul în două poziții este cel mai răspândit, deoarece metoda este simplă și vă permite să automatizați procesul.
Conform acestei metode, cuptorul este fie conectat la rețea la puterea sa nominală, fie complet deconectat de la rețea. Valoarea necesară a puterii medii de intrare în cuptor este furnizată prin modificarea raportului dintre timpul stării de pornire și oprire.
Temperatura medie în cuptor corespunde puterii medii introduse în cuptor. Schimbările bruște ale puterii instantanee provoacă fluctuații de temperatură în jurul nivelului mediu. Din punct de vedere structural, controlul on-off poate fi asigurat fie printr-un contactor convențional, fie printr-un comutator tiristor. Comutatorul tiristoarelor conține tiristoare spate la spate conectate în paralel, care funcționează cu a=0.
La continuu reglarea reglează fără probleme tensiunea pe încălzitoare. O astfel de reglare poate fi efectuată folosind orice tip de amplificator de putere. În practică, regulatoarele de tensiune tiristoare sunt cele mai comune. tiristor surse de alimentare conțin tiristoare conectate spate la spate, echipate cu SIFU.
Sursele de alimentare cu tiristoare au o eficiență ridicată (până la 98%).
- A) continuitatea reglementării. Tiristoarele comută curentul din sarcină la frecvența rețelei (de 50 de ori pe secundă), ceea ce vă permite să mențineți temperatura cu o precizie ridicată și să răspundeți rapid la modificările influențelor perturbatoare;
- B) absența contactelor mecanice crește fiabilitatea și reduce costurile de întreținere și exploatare;
- C) posibilitatea de limitare a curenților de pornire a elementelor electrice de încălzire. Multe cuptoare se caracterizează prin rezistența scăzută a elementelor de încălzire în stare rece, astfel încât curenții de pornire pot fi de 10 sau mai multe ori mai mari decât curentul nominal. Curenții de pornire pot fi limitați numai prin controlul fază-impuls al tiristoarelor.
R Regulatorul de putere a tiristoarelor dezvoltat de Zvezda-Electronics LLC este un dispozitiv multifuncțional modern. Sistemul său de control este construit pe un procesor de semnal digital puternic care monitorizează continuu un număr mare de semnale de control în timp real. Acest lucru oferă o serie de avantaje față de echipamente similare:
- configuratie flexibila pentru orice tip de sarcina si proces tehnologic;
- indicație clară pe afișajul cu cristale lichide;
- un complex dezvoltat de protecție și autodiagnosticare a defecțiunilor;
- suport pentru două metode de control al tiristoarelor - fază-puls și numeric;
- moduri de stabilizare precisă sau limitare a curentului;
- posibilitatea implementării reglementării multizonale;
- integrare ușoară în sistemele automate de control al procesului.
Datorită acestui fapt, a fost posibilă dezvoltarea mai multor soluții de automatizare gata făcute. Deoarece aceste soluții se bazează pe produse produse în serie, achiziționarea și implementarea acestui echipament va costa mult mai puțin decât dezvoltarea unui sistem de automatizare personalizat.
Exemplul 1. Automatizarea unui cuptor electric.
Pentru controlul automat al cuptorului se folosește regulatorul PID TRM210-Shch1.IR. La intrarea sa universală este conectat un senzor de temperatură, al cărui element sensibil se află în interiorul cuptorului electric. Controlerul PID măsoară temperatura curentă și acționează asupra controlerului tiristor cu un semnal analogic de 4..20 mA. Astfel, este implementat un sistem de control cu o buclă de feedback închisă a temperaturii. Ieșirea releului a controlerului PID poate fi utilizată pentru semnalizarea alarmei.
Exemplul 2. Automatizarea camerei de uscare.
Folosind controlerul software TRM151-Shch1.IR.09, este implementat procesul de uscare a lemnului. Dispozitivul acționează asupra intrării de control a regulatorului tiristor cu un semnal analogic de 4..20 mA și, prin urmare, reglează puterea și, prin urmare, temperatura din interiorul camerei, în timp ce ieșirea releului pornește periodic ventilatorul, ceea ce contribuie la uscare mai uniformă. Controlerul software TRM151 vă permite să efectuați procesul de uscare conform diferitelor programe elaborate de tehnolog, de exemplu, pentru diferite tipuri lemn - molid, pin, stejar etc.
Exemplul 3. Automatizarea unui sistem de încălzire cu mai multe zone.
Un exemplu interesant este sistemul de control pentru încălzitoarele cu infraroșu, a cărui popularitate crește în fiecare an. În acest scop, este utilizat un controler PID multicanal TRM148. Încălzitoarele sunt conectate într-o configurație în stea cu un fir neutru comun, creând astfel trei bucle de control independente. Fiecare zonă are propriul senzor - D1, D2, D3 - luând citiri din care controlerul PID reglează semnalele de control 4..20 mA pentru controlerul tiristor, care reglează separat puterea în fiecare dintre elementele de încălzire.
Desigur, aceste exemple nu limitează gama de probleme care pot fi rezolvate folosind regulatorul tiristor TRM. Este posibil, de exemplu, să automatizezi camerele de ventilație de alimentare, camerele de vopsire, controlul automat al încălzirii electrice și cazanelor de apă caldă și multe altele.
Controlul puterii cuptorului cu rezistență
Există 2 abordări fundamental diferite ale controlului puterii:
1) Control continuu, la care orice putere necesară poate fi introdusă în cuptor.
2) Controlul în trepte, în care numai o serie discretă de puteri pot fi introduse în cuptor.
Primul necesită o reglare lină a tensiunii pe încălzitoare. O astfel de reglare poate fi efectuată folosind orice tip de amplificatoare de putere (generator, redresor cu tiristoare, EMU). În practică, cele mai comune sunt sursele de alimentare cu tiristoare construite conform circuitului TRN. Astfel de regulatoare se bazează pe proprietățile unui tiristor conectat într-un circuit de curent alternativ în serie cu rezistența activă a încălzitorului. Sursele de alimentare cu tiristoare conțin tiristoare conectate spate la spate echipate cu SIFU.
 |
În a doua metodă, tensiunea de pe încălzitor este schimbată, făcând o comutare în circuitele de alimentare ale cuptorului. De obicei, există 2-3 trepte de tensiune posibilă și puterea încălzitorului. Cea mai comună este metoda de control în două poziții. Conform acestei metode, cuptorul este fie conectat la rețea la puterea sa nominală, fie complet deconectat de la rețea. Valoarea necesară a puterii medii de intrare în cuptor este furnizată prin modificarea raportului dintre timpul stării de pornire și oprire.
Temperatura medie în cuptor corespunde puterii medii introduse în cuptor. Schimbările bruște ale puterii instantanee duc la fluctuații de temperatură în jurul nivelului mediu. Mărimea acestor oscilații este determinată de mărimea abaterilor lui P MGNOV de la valoarea medie și de mărimea inerției termice a cuptorului. În majoritatea cuptoarelor industriale generale, inerția termică este atât de mare încât fluctuațiile de temperatură datorate controlului în trepte nu depășesc precizia necesară pentru menținerea temperaturii. Din punct de vedere structural, controlul pornit-oprit poate fi asigurat fie printr-un contactor convențional, fie printr-un comutator cu tiristor. Comutatorul tiristor conține spate la spate
Există și întrerupătoare trifazate. Ele folosesc două blocuri de tiristoare spate în spate conectate în paralel. Circuitele de alimentare ale unor astfel de întrerupătoare sunt construite conform următoarei diagrame:Există modificări ale comutatoarelor cu tiristoare care nu folosesc deloc contacte.
Comutatoarele cu tiristoare sunt mai fiabile decât contactoarele, sunt rezistente la scântei și explozii, funcționează silențios și puțin mai scumpe.
Controlul pasului are o eficiență apropiată de 1, la M »1.
Cuptoarele cu rezistență electrică (cameră, arbore, tip clopot etc.) sunt utilizate pe scară largă pentru tratarea termică a produselor în diverse industrii: metalurgie, inginerie energetică, prelucrarea metalelor, producția de ceramică și sticlă. Utilizarea sistemelor de control automate în timpul tratamentului termic îmbunătățește calitatea produsului și facilitează munca personalului de exploatare.
Echipamentele moderne și noile metode de control automat fac posibilă reducerea costurilor de reparare și întreținere a echipamentelor și obținerea unui efect economic din utilizarea rațională a resurselor energetice datorită controlului optim al procesului tehnologic.
În acest articol, autorul propune două soluții de proiectare pentru modernizarea sistemului de control al cuptoarelor electrice, ținând cont de nevoi tehnologice precum controlul precis al temperaturii, capacitatea de a schimba rapid modurile în timpul procesării. diverse tipuri produse.
La pregătirea proiectelor de modernizare a sistemelor automate de control, a fost efectuată anterior o analiză detaliată a procesului de tratare termică pentru a clarifica principalele deficiențe și probleme în funcționarea cuptoarelor. De exemplu, în timpul recoacerii pieselor și structurilor metalice, chiar și abateri minore de temperatură de la valorile specificate în harta tehnologica. Încălcări regim de temperatură poate duce la o discrepanță între proprietățile mecanice ale produselor declarate de producător, care, la rândul său, poate duce la accidente de muncă.
Sisteme de control al temperaturii pentru cuptoare electrice bazate pe dispozitive Aries
Ca dispozitiv de reglare în sistemul de control al cuptorului electric, se utilizează un regulator PID software cu două canale OWEN TPM151, dintre care două canale reglează temperatura elementelor de încălzire. Actuatorul este unitatea de control pentru triacuri și tiristoare (BUST), care asigură acuratețea controlului automat al puterii pe elementele de încălzire ale cuptorului folosind metoda controlului de fază.
Pentru a extinde intrările și pentru a obține o capacitate suplimentară de a măsura temperatura în produsul în sine sau în mufa cuptorului, este utilizat modulul de intrare OWEN MVA8. Schimbul de date între regulatoare și modulul de intrare analogic se realizează folosind un computer pentru a coordona interfețele RS-485/RS-232, se utilizează un convertor de interfață OWEN AC3-M (Fig. 1).
Orez. 1. Schema bloc generală a sistemului de control automat al temperaturii (ACS) pentru patru cuptoare electrice
Sistemul dezvoltat vă permite să efectuați moduri de recoacere de orice grad de complexitate. Setarile din sistemul de control al temperaturii sunt modificate automat conform unui program dezvoltat de tehnolog. Programele tehnologului sunt create pe un computer de nivel superior și introduse în fiecare dispozitiv TRM151.
Diagrama sistemului de control al temperaturii într-un cuptor cu arbore este prezentată în Fig. 2.
Orez. 2. Diagrama functionala reglare într-un cuptor electric cu arbore
Sistemul vă permite să setați rata de schimbare a temperaturii (creștere sau scădere la o valoare dată) în fiecare zonă de încălzire conform unui program individual, care asigură încălzirea uniformă a produsului în toate punctele. Este posibilă trecerea de la un program la altul la atingerea unei anumite valori a oricăruia dintre parametrii de temperatură sau timp. De asemenea, colectați date de la fiecare cuptor folosind sistemul SCADA OWEN PROCESS MANAGER.
Sistemul de control al temperaturii propus poate fi implementat în orice cuptoare electrice cu una sau două zone de încălzire. Sistemul necesită:
controler software cu două canale (ARIES TPM151);
unitate de control pentru triace și tiristoare (OWEN BOOST);
convertor de interfață (OWEN AC3-M);
modul de intrare analogică (OSEH МВА8);
calculator;
senzori de temperatură, triacuri de putere.
Sistemul de control propus crește fiabilitatea cuptoarelor electrice prin înlocuirea controlerelor analogice și a actuatoarelor cu relee cu elemente de control bazate pe microprocesor și întrerupătoare de alimentare fără contact (triac). Numărul de conexiuni externe și cutii de borne este redus de mai multe ori.
De exemplu, un controler PID TRM151, un modul de intrare OWEN MVA8 și un computer înlocuiesc trei controlere-inregistratoare vechi, dar foarte scumpe, cu două poziții, în timp ce precizia și capacitățile de reglare sunt crescute semnificativ prin utilizarea controlerelor PID cu ajustare automată a coeficienților .
Rețineți că costurile de modernizare vor fi reduse semnificativ dacă modernizarea este efectuată pe mai multe instalații simultan. De exemplu, pentru patru cuptoare, pe lângă regulatoarele de temperatură, veți avea nevoie doar de un modul МВА8 și de un computer.
Un sistem similar de control al temperaturii bazat pe regulatoare OWEN TPM151 și unități BUST a fost implementat la uzina OAO KZ OCM din Kirov pe linia de recoacere întinsă HEURTEY.
Cuptorul are două zone de încălzire care funcționează independent (preîncălzire și încălzire precisă). Cuptorul are două circuite de control al temperaturii folosind regulatoare OWEN TRM151.
Linia este concepută pentru recoacere și gravare continuă a benzilor de cupru și alamă cu o grosime de 0,15 - 0,8 mm și o lățime de 200 - 630 mm. În timpul procesului de prelucrare, rulourile sunt derulate și trase în cuptor de-a lungul rolelor de susținere. După recoacere, metalul își schimbă structura și proprietățile mecanice.
Pentru a realiza un control precis al temperaturii, se folosesc două unități de control OWEN BOOST, câte una pentru fiecare canal al dispozitivelor TPM151, care reglează puterea elementelor de încălzire prin metoda controlului de fază.
Pentru sisteme mai complexe cu control a trei sau mai multe zone de încălzire, precum și funcționarea ventilatoarelor și a altor dispozitive de acționare, cel mai potrivit sistem va fi un sistem cu un dispozitiv de control sub forma unui controler logic programabil, de exemplu, OWEN PLC .
Un exemplu de acest tip de instalație este cel mai comun tip de cuptor în industrie - un cuptor cu rezistență electrică cu cameră sau un cuptor electric tip clopot. Aceste cuptoare, în funcție de design, pot avea trei zone de încălzire. Pentru un control optim al temperaturii, acestea trebuie să aibă trei bucle de control independente.
Sistemul reglează temperatura în fiecare zonă de încălzire: în prima, a doua și a treia zonă folosind primul, al doilea și, respectiv, al treilea canal de reglare. Toate circuitele sunt subordonate circuitului principal de control al temperaturii din mufă.
Circuitele de control slave sunt identice și constau dintr-un regulator de temperatură implementat în software în controler (OWEN PLC154), un actuator (OWEN BOOST și triacs) și un obiect de control (elementele de încălzire). Regulatorul buclei principale de control (Fig. 3), precum și regulatoarele buclelor slave, sunt implementate în software în controlerul PLC154.
Orez. 3. Schema funcțională a sistemului de control automat al unui cuptor electric
Datele de pe fiecare canal sunt trimise mai întâi către controlor, iar datele sunt trimise către computer, unde sunt procesate și stocate folosind un sistem SCADA adaptat să funcționeze cu un anumit proces tehnologic și controlerul selectat.
În sistemul dezvoltat, pe lângă reglare automată Temperatura poate fi reglată cu ajutorul rezistențelor de control manual. Control manual utilizat în timpul instalării sau în situații de urgență. Principalele elemente de control și monitorizare ale sistemului de control al tratamentului în cameră sunt:
controler logic programabil (OWEN PLC154);
unități de control pentru triace și tiristoare (OWEN BOOST);
THA (K) termocupluri și triacuri de putere;
calculator.
O caracteristică distinctivă a proiectului folosind PLC este capacitatea de a vizualiza pe un computer procesul de control al temperaturii în cuptorul electric selectat.
Astăzi, există o serie de aplicații care vă permit să selectați software-ul necesar pentru sistemele de control al procesului. Produsul TraceMode are astfel de capabilități, care combină standardele software cu majoritatea instrumentelor automatizări industriale de la producători globali, inclusiv producția OWEN. Prin urmare, acest produs, ca nimeni altul, este potrivit ca software de sistem principal atunci când se creează un sistem de control automat pentru un cuptor electric.
Acest lucru se datorează și faptului că programul Trace Mode are funcționalități extinse și un mediu de dezvoltare convenabil, precum și faptului că vine cu drivere gratuite pentru controlerul PLC ARIES selectat.
Formele de control și reglare pe ecran simplifică semnificativ funcționarea cuptoarelor și facilitează munca operatorului. Lor aspect iar structura poate fi realizată individual pentru fiecare dată proces si instalare.
Proiectele descrise iau în considerare pe deplin solicitările și cerințele pentru tratarea termică a produselor în instalațiile electrotermale. Proiectele necesită costuri economice minime pentru instalarea echipamentelor de instrumentare și întreținerea acestuia. Implementarea acestor soluții va îmbunătăți calitatea produselor, va reduce numărul de defecte, va reduce consumul de materii prime, va reduce defecțiunile și timpul de nefuncționare a echipamentelor și, prin urmare, va crește volumul producției, precum și va crește productivitatea prin îmbunătățirea condițiilor de lucru pentru personalul de service.
Sergey Mokrushin, șeful departamentului de automatizare al companiei Alfa-Prom, Kirov
Articolul „Automatizarea controlului cuptoare electrice" în jurnalul "Automatizare și producție":
Există 2 abordări fundamental diferite ale controlului puterii:
Control continuu, în care orice putere necesară poate fi introdusă în cuptor.
Controlul în trepte, în care doar o gamă discretă de puteri poate fi introdusă în cuptor.
Primul necesită o reglare lină a tensiunii pe încălzitoare. O astfel de reglare poate fi efectuată folosind orice tip de amplificatoare de putere (generator, redresor cu tiristoare, EMU). În practică, cele mai comune sunt sursele de alimentare cu tiristoare construite conform circuitului TRN. Astfel de regulatoare se bazează pe proprietățile unui tiristor conectat într-un circuit de curent alternativ în serie cu rezistența activă a încălzitorului. Sursele de alimentare cu tiristoare conțin tiristoare conectate spate la spate, echipate cu SIFU.
Unghiul de control și, prin urmare, tensiunea efectivă pe sarcină, depinde de tensiunea externă aplicată sursei.
În a doua metodă, tensiunea de pe încălzitor este schimbată, făcând o comutare în circuitele de alimentare ale cuptorului. De obicei, există 2-3 trepte de tensiune posibilă și puterea încălzitorului. Cea mai comună metodă de control în două poziții. Conform acestei metode, cuptorul este fie conectat la rețea la puterea sa nominală, fie complet deconectat de la rețea. Valoarea necesară a puterii medii de intrare în cuptor este furnizată prin modificarea raportului dintre timpul stării de pornire și oprire.
Temperatura medie în cuptor corespunde puterii medii introduse în cuptor. Schimbările bruște ale puterii instantanee duc la fluctuații de temperatură în jurul nivelului mediu. Mărimea acestor oscilații este determinată de mărimea abaterilor lui P MGNOV de la valoarea medie și de mărimea inerției termice a cuptorului. În majoritatea cuptoarelor industriale generale, magnitudinea inerției termice este atât de mare încât fluctuațiile de temperatură datorate controlului în trepte nu depășesc precizia necesară pentru menținerea temperaturii. Din punct de vedere structural, controlul pornit-oprit poate fi asigurat fie printr-un contactor convențional, fie printr-un comutator cu tiristor. Comutatorul tiristor conține contra-paralel cu 
tiristoare conectate care funcționează cu=0.
Dacă contactul de curent scăzut S este deschis, circuitul de control VS1, VS2 este întrerupt, tiristoarele sunt închise și tensiunea pe sarcină este zero. Dacă S este închis, sunt create circuite pentru curgerea curenților de control. Catodul este pozitiv, anodul VS1 este negativ.
În acest caz, curentul de control circulă prin catodul circuitului VS1 – VD1 – R – S – electrodul de control VS2 – catodul VS2. 
VS2 pornește și conduce curentul electric pe toată durata semiciclului. În următoarea jumătate de ciclu, VS1 este pornit în mod similar.
CU
Există și întrerupătoare trifazate. Ei folosesc două blocuri de tiristoare spate în spate. Circuitele de alimentare ale unor astfel de întrerupătoare sunt construite conform următoarei diagrame:
Există modificări ale comutatoarelor cu tiristoare care nu folosesc deloc contacte.
