INDUSTRIELLE UND KOMMERZIELLE INFRAROTSYSTEME, ENTWICKELT FÜR IHRE ANWENDUNG
Eurolinia bietet kundenspezifische Steuerungssysteme an, von kleinen Einzelheizungssteuerungen bis hin zu großen Mehrzonensystemen für eine zuverlässige, wirtschaftliche und effiziente Heizleistung zur Gewährleistung präziser Prozesstemperaturen.
Manche Kunden unterschätzen aus Kostengründen die Bedeutung geeigneter Steuerungssysteme und können daher keine effektive gleichmäßige Erwärmung und die gewünschte Qualität des Endprodukts erzielen. Wenn wir eine Steuereinheit für unser Infrarotheizsystem entwickeln, garantieren wir, dass das Endprodukt alle Anforderungen und Erwartungen erfüllt. In der Regel verwenden wir Produktmuster des Kunden, um unser Infrarotsystem zu testen und einzustellen, so dass die Produktion ohne Verzögerungen und mit minimalem Einrichtungsaufwand aufgenommen werden kann.
Ein wichtiger Faktor bei der Infraroterwärmung ist, dass die Leistungsdichte der vom Material absorbierten Wärmeenergie und damit die Temperatur auf der Oberfläche des zu erwärmenden Materials von der Temperatur der Strahlungsfläche der Heizelemente abhängt. Infrarot-Heizgeräte sind überwiegend offene Systeme, die unkontrollierbaren Umwelteinflüssen ausgesetzt sind. Dieser Effekt äußert sich in der Konvektion der erwärmten Luft und der Umverteilung der reflektierten Strahlungsenergie. Aufgrund dieser Einflüsse kann die Temperatur der Heizelemente in verschiedenen Teilen des Heizgeräts erheblich schwanken, was zu einer ungleichmäßigen Erwärmung des Produkts führt.
Eine ungeregelte Infraroterwärmung ist akzeptabel, wenn der Temperaturgradient auf der Oberfläche der Produkte die zulässigen Werte nicht überschreitet oder wenn die Wärmeleitfähigkeit des zu erwärmenden Materials hoch genug ist, um die ungleichmäßige Temperaturverteilung auszugleichen.
Um qualitativ hochwertige Produkte zu erhalten, ist jedoch in den meisten Fällen eine gleichmäßige Oberflächenerwärmung erforderlich, die nur unter ständiger automatischer Kompensation der äußeren Einflüsse auf die Infrarotelemente möglich ist. Bei unseren Heizgeräten wird dies dadurch erreicht, dass die gesamte Strahlungsfläche in Zonen unterteilt und die Temperatur jeder Zone automatisch geregelt wird.
Die Leistungsregelung der Infrarotheizung erfolgt in Abhängigkeit von der Temperatur der Strahlungsfläche jeder zonalen Elektroheizung. Die Temperaturdaten jeder beheizten Zone werden an einen Mehrkanal-Temperaturregler weitergeleitet, der die Versorgungsspannung der zonalen Infrarotheizungen regelt. Dies ermöglicht die Einhaltung der voreingestellten Temperatur der Heizelemente für jede Zone und bietet Schutz vor Überhitzung.
Die eingebaute Automatik überwacht ständig die Effizienz der Heizelemente und verhindert Notfälle. Bei fehlerhaftem Betrieb des Heizsystems oder in Notfällen werden Licht- und Tonalarme ausgelöst, und der entsprechende Problembereich wird auf der Steuereinheit angezeigt (Ausfall des Heizelements, Kurzschluss oder Unterbrechung).
Die von EUROLINIA hergestellten Infrarotsysteme können mit einem automatischen Kontrollsystem (ACS) ausgestattet werden, das es ermöglicht, die Temperatur der Heizelemente mit Hilfe eines speziell entwickelten mathematischen Algorithmus - "Vom ersten Schritt an zum Ziel" - einzustellen. Die Möglichkeiten dieses Algorithmus erlauben es, die Abweichungen der aktuellen Temperatur der beheizten Produktoberfläche von der eingestellten Solltemperatur schnell zu minimieren.
Die speicherprogrammierbare Steuerung ermöglicht zusammen mit dem visuellen Kontrollsystem die Online-Einstellung, Steuerung und Überwachung der Heizmodi über das Bedienfeld oder einen externen Computer. Die Steuerung ermöglicht auch den Start des Heizsystems, technologische und Notabschaltungen der Heizung im Automatikbetrieb mit gleichzeitiger Aktivierung der Licht- und Tonalarme.
Die Betriebstemperatur der Heizelemente für jede Zone wird aus einer Voreinstellung ausgewählt oder manuell über das Bedienfeld oder über einen externen Computer eingegeben, der über eine integrierte RS-485-Schnittstelle angeschlossen ist. Die Überwachung erfolgt visuell auf dem Bildschirm des Bedienteils oder über einen externen Computer. Das Programm des SCADA-Systems ermöglicht die Kontrolle und manuelle Änderung der Heiztemperatur im Online-Modus, die Eingabe von Heizzoneneinstellungen aus der gespeicherten Voreinstellung, die Berechnung der aktuellen Infrarot-Leistungsdichte und deren Verhältnis für jede Zone.
Produktqualität und Produktivität waren schon immer die Hauptziele von Fertigungssystemen. Da Infrarot-Wärmebehandlungssysteme eine hohe Energieübertragungseffizienz bieten, ist diese Technologie eine gute Wahl für das Trocknen, Aushärten, Backen und andere Prozesswärmeanwendungen. Eine ordnungsgemäße Prozesssteuerung ist entscheidend für gleichbleibende, reproduzierbare Ergebnisse.
Üblicherweise werden zwei Arten von Regelsystemen verwendet:
Beispiele für Steuerungen in offenen Kreisläufen enthalten:
Heizgeräte, die direkt an eine Stromquelle angeschlossen sind; Heizgeräte, die an eine manuell geregelte Stromquelle wie einen siliziumgesteuerten Gleichrichter (SCR) angeschlossen sind; jedes Gerät, bei dem der Bediener das System manuell nach eigenem Ermessen einstellen muss, ohne Prozessinformationen zu verwenden.
Der Vorteil der offenen Regelung ist die Einfachheit. Der Nachteil ist, dass sich die Versorgungsspannung des Systems im Laufe des Tages, der Woche, des Monats oder der Jahreszeit häufig ändert. Aus diesem Grund ändern sich auch die Leistungspegel im Prozess, sofern keine Spannungsstabilisierung in die Stromversorgung eingebaut ist. Darüber hinaus wirkt sich die Umgebungstemperatur in den Räumen auf den Prozess aus, und auch Änderungen der Produkteinlasstemperatur können das Ergebnis beeinflussen. Und natürlich können auch Bedienerfehler ein Problem darstellen.
Kontrollsysteme mit geschlossenem Regelkreis sind auf einen Sensor angewiesen, um den tatsächlichen Prozessablauf zu überprüfen. Sensoren können zur Überwachung von Variablen verwendet werden, wie zum Beispiel:
Um einen stabilen Prozess zu gewährleisten, werden die Heizelemente mit einem Thermoelement, das die Temperatur der Quelle misst, geregelt. Dieses Kontrollschema gewährleistet täglich eine konstante Leistung. Während sich das Produkt durch das System bewegt, erfasst das Thermoelement den Temperaturabfall im Heizer aufgrund der von den Teilen absorbierten Energie.
Das System gleicht dann den Energieverbrauch aus, indem es die Energiezufuhr zur Heizung erhöht und so die eingestellte Temperatur aufrechterhält. Die Platzierung des Thermoelements ist entscheidend für die Aufrechterhaltung einer engen Verbindung zwischen dem Heizer und dem Prozess. Das Thermoelement muss die tatsächliche Temperatur des Heizgeräts schnell überwachen.
Eine Verbesserung der Thermoelementregelung besteht darin, ein Gerät zu verwenden, das die tatsächliche Temperatur des Produkts am Ofenausgang sowie gegebenenfalls an Zwischenpositionen im Prozess misst. Einige Produkte absorbieren bei bestimmten Wellenlängen mehr Infrarotenergie. In diesen Fällen können die Anfangszonen auf die Temperatur des Ofens eingestellt werden, die am ehesten mit der Energieübertragung auf das Produkt übereinstimmt, die durch das Thermoelement im Ofen eingestellt wird. In der Endzone moduliert der Regler die Leistung, um die gewünschte Endtemperatur des Produkts zu erreichen. Ähnliche Schaltkreise können zur Messung anderer Prozessparameter wie Produktfeuchte, Glanz oder Farbabstimmung verwendet werden.
Die Zonenkontrolle kommt aus zwei Gründen zum Einsatz. Bei vielen Produkten besteht der Prozess darin, das Produkt auf die gewünschte Temperatur zu bringen und es dann für eine bestimmte Zeit auf dieser Temperatur zu halten. Andere Prozesse können mehrere Zwischenschritte erfordern, um die gewünschten Ergebnisse zu erzielen. Beide gewünschten Temperaturprofile können mit einer Zonenheizung erreicht werden. Die Zonenregelung bietet die Möglichkeit, die Leistung/Temperatur der Zonen in Richtung des Produkts zu ändern oder, wenn es sich in einer festen Position befindet, die Temperatur während des Zyklus zu ändern, um das gewünschte Profil zu erreichen.
Bei kontinuierlichen Bahnanwendungen können Kanteneffekte dazu führen, dass die Mitte des Bahnmaterials heißer ist als die Kanten. In diesen Fällen kann die Regelung die Temperatur in den Randzonen erhöhen und die Temperatur in den mittleren Zonen senken, um die Gleichmäßigkeit des Endprodukts zu verbessern.
Die Zonierung wird auch eingesetzt, um Ungleichmäßigkeiten im Netzwerk zu korrigieren, die durch einen früheren Prozess in das Produkt eingebracht worden sein können. So ist beispielsweise der Feuchtigkeitsgehalt einer Rolle gestrichenen oder beschichteten Papiers oft ungleichmäßig. Die selektive Steuerung der Heizzonen im gesamten Produkt hilft, die Gleichmäßigkeit zu erhöhen und so den Feuchtigkeitsgehalt auszugleichen.
Zu den Sensoren für die Messung der Heizkörpertemperatur, die in der Regelung verwendet werden, gehören:
Thermoelemente, die kleine, temperaturabhängige Spannungen erzeugen. RTDs, deren Widerstand mit der Temperatur schwankt. Berührungslose Temperaturmessgeräte wie optische Pyrometer oder Thermopiles, die die Produkttemperatur direkt und optisch messen.
Infrarot-Wärmescanner können kontinuierlich und automatisch mehrere Punkte in einem kontinuierlichen Netzwerk von Materialien abtasten und so eine Temperaturkarte erstellen.
Darüber hinaus können Feuchtigkeitsmesssysteme einen hohen oder niedrigen Feuchtegehalt in einem Ziel erkennen und die Informationen an das Heizungssteuerungssystem zurücksenden. Das Steuersystem nutzt diese Informationen über den Feuchtegehalt, um die Leistung dort bereitzustellen, wo sie benötigt wird.
Leistungsregler versorgen die Heizkörper mit elektrischer Energie. Sie können einfache Schalter oder Schütze sein, die den Strom mechanisch ein- oder ausschalten. Sie können Kontakte verwenden, die Funken schlagen und verschleißen können, oder Halbleiterrelais/-schütze, die die Leistung elektronisch schalten können, oder SCR-Leistungsregler.
Es gibt Halbleiterrelais/-schütze, die von Null auf volle Leistung umschalten, wenn eine Sinuswelle den Nullpunkt durchläuft. Wechselstrom liefert Strom in einer Weise, dass die Leistung 60 Mal pro Minute (in Nordamerika) zwischen plus und minus wechselt (variiert). Wird der Strom in der Mitte des Zyklus umgeschaltet (außerhalb des Nullpunkts), kann dies zu Wärmeentwicklung und möglicherweise zu Leitungsgeräuschen führen, die andere Geräte beeinträchtigen und die Lebensdauer der Komponenten verkürzen können. Wird der Strom an dem Punkt umgeschaltet, an dem die Sinuswelle den Nullpunkt kreuzt (siehe Abbildung), wird der Strom nicht umgeschaltet und es entstehen nur geringe Leitungsgeräusche.
SCR-Leistungsregler sind als Nullspannungs- oder Phasenanschnittgeräte erhältlich. Nullspannungsregler schalten jeden vollen Zyklus proportional ein und aus: Heizgerät voll ein oder voll aus. Phasenanschnittgeräte "zerhacken" den oberen Teil der Sinuswelle und versorgen die Heizelemente mit einem gleichmäßigen Leistungspegel. (Die Phasenanschnittsteuerung ist vergleichbar mit der Funktionsweise eines Wanddimmers für Ihre Hausbeleuchtung). Ohne entsprechende Filterung kann diese Art der Steuerung auch lineares Rauschen erzeugen, das andere Geräte beeinträchtigen kann.
Darüber hinaus gibt es intelligente SCR-Leistungsregler, die die Kommunikation mit Steuerungssystemen wie SPS verbessern.
Zu den Variablen, die sich auf die Wahl des Leistungsreglertyps auswirken, gehören:
Ein Produkt mit geringer Masse reagiert beispielsweise empfindlich auf Änderungen der Heiztemperatur. Daher benötigt ein solches Produkt eine stabile Stromversorgung. Dies kann durch den Einsatz eines SCR mit Phasenanschnittsteuerung oder eines Nullspannungsauslösers mit einem sehr schnellen Zyklus erreicht werden. Diese Art der Steuerung kann auch für ein Heizgerät mit geringer Masse und schnellem Ansprechverhalten nützlich sein.
Produkte mit größerer Masse oder langsamer reagierende Heizelemente sind weniger wahrscheinlich von Änderungen betroffen, die durch einen Leistungsregler erreicht werden können. Das Gehirn des Systems - sei es ein eigenständiger Temperaturregler, eine SPS oder ein Computersystem - befindet sich entweder im Ein-/Aus-Modus, im Proportionalzeitmodus, im direkten Leistungsmodus oder in einer ähnlichen Schaltung.
Der Ein/Aus-Modus bietet den geringsten Grad an Prozesssteuerung. Bei diesem Regelschema schaltet sich das Heizgerät ein, wenn die Heiz- oder Prozesstemperatur unter den Sollwert fällt. Wenn die Prozesstemperatur den Sollwert überschreitet, wird das Heizgerät ausgeschaltet. Oft gibt es eine kleine Bandbreite oder einen Temperaturbereich, in dem das Heizgerät eingeschaltet bleiben kann, anstatt nur schnell umzuschalten. Dadurch kann sich der Prozess etwas einpendeln. Ein Heimthermostat funktioniert ähnlich wie ein Ein/Aus-Regelkreis.
Ein proportionaler Zeitsteuerungskreis stellt die Bandbreite in Abhängigkeit von der Geschwindigkeit des Heizgeräts ein. Der Schaltkreis ist so ausgelegt, dass die Heizung zu 100 Prozent eingeschaltet ist, wenn die Prozesstemperatur unter dem unteren Grenzwert liegt. Wenn die Prozesstemperatur den oberen Grenzwert überschreitet, ist die Heizung zu 100 Prozent ausgeschaltet. Innerhalb der Bandbreite schaltet das Gerät jedoch impulsartig ein und aus, möglicherweise sehr schnell, um die gewünschte Prozesstemperatur aufrechtzuerhalten. Sowohl Halbleiterrelais (SSRs) als auch SCRs mit Nullspannungsanlauf funktionieren auf diese Weise. Ein Phasenanschnitt-SCR moduliert die Leistung des Heizelements kontinuierlich ohne Ein- und Ausschaltzyklus.
Zu den Heizgeräten mit geringer Masse und kurzer Ansprechzeit gehören Wolfram-Halogenlampen, Quarzrohr-Kohlefaser-Heizgeräte sowie Folien- und Bandheizgeräte. Standard-Quarzrohrheizungen sind ebenfalls relativ schnell, aber nicht so reaktionsschnell wie die oben genannten Heizungen. Flache Heizelemente haben in der Regel eine größere Masse, was zu einer langsameren Reaktionszeit sowohl nach oben als auch nach unten führt. Sie können einfachere Steuerschaltungen verwenden, um eine gleichmäßige Leistung zu gewährleisten. Jeder Heizer ist anders, und Ihr Lieferant kann Ihnen bei der Auswahl der richtigen Sensoren und Leistungsregler helfen.
Wenn Ihr Mitarbeiter den Prozess ausführt oder unterbricht, hilft es Ihnen, ihm die Arbeit zu erleichtern. Bei manuellen Steuerungen, bei denen lediglich die Leistungsstufen eingestellt oder die Heizungen ein- und ausgeschaltet werden, ist der Mitarbeiter stark darauf angewiesen, den Prozess ständig zu überwachen und die erforderlichen Anpassungen manuell vorzunehmen. Der Wechsel zu geschlossenen Regelkreisen und eigenständigen Temperaturreglern, die die Soll- und Ist-Temperatur anzeigen, funktioniert gut.
Wenn das System jedoch mehrere Zonen hat und viele verschiedene Produkte auf der Linie laufen, muss der Mitarbeiter die Informationen korrekt in jeden Temperaturregler eingeben. Speicherprogrammierbare Steuerungen (SPS) sind kostengünstig und ermöglichen die Einrichtung individueller Rezepte für jedes Produkt. Diese Rezepte können sowohl Temperatureinstellungen als auch andere Prozessvariablen wie Liniengeschwindigkeit und Luftstrom umfassen. Die SPS kann mehrere Sensoren aufnehmen, und diese Funktion kann genutzt werden, um einen Schaltkreis für jedes Produkt zu erstellen. Fehlerinformationen können angezeigt und aufgezeichnet werden. Der Operator muss nur die Rezeptnummer eingeben, um die gesamte Linie einzurichten. Für diesen Prozess können grafische Anzeigen auf der SPS bereitgestellt werden. Prozessdatensätze können für die Qualitätskontrolle gespeichert und heruntergeladen werden, und die SPS können so eingerichtet werden, dass sie über ein Netzwerk miteinander kommunizieren und die Daten dem Management im Büro zur Verfügung stehen. SCADA-Systeme (Supervisory Control and Data Acquisition) können mit den SPS-Steuerungen kommunizieren, um den gesamten Anlagenprozess zu steuern.
Auf diese Weise kann ein richtig gesteuertes elektrisches Infrarotsystem einen effizienteren Betrieb ermöglichen. Zu den Vorteilen gehören Energieeinsparungen, genaue und wiederholbare Prozesskontrolle, verbesserte Produktqualität und -konsistenz sowie eine einfache Einrichtung durch den Operator. Das Steuersystem kann Alarme auslösen, die den Operator warnen, wenn ein Teil des Prozesses außerhalb der Spezifikationen liegt, und Prozessaufzeichnungen zur Qualitätssicherung führen. Insgesamt werden durch diese Verbesserungen die Betriebskosten gesenkt, die Ausschussrate verringert und die Kunden mit der Qualität und Konsistenz Ihrer Produkte zufrieden gestellt.
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