Ein intelligenter Leistungsregler ist intelligent, da er über einen Mikroprozessor, einen Speicher und eine ausgefeilte Programmierung verfügt und weil er über Sensorik (Spannung und Strom) verfügt, die es ihm ermöglichen kann, sich anzupassen und Entscheidungen zu treffen, wenn sich die Bedingungen innerhalb der Parameter der Anwendung ändern, für die er konfiguriert ist.
Es gibt viele Arten von Leistungsschaltern, die in kommerziellen und industriellen Anwendungen verwendet wurden. Mechanische Relais und Schütze eignen sich gut für Anwendungen, bei denen sie nicht sehr oft geschaltet werden, da sie relativ kostengünstig sind und nicht viel Wärme erzeugen, aber für eine präzise Regelung der elektrischen Erwärmung sind sie eine schlechte Wahl, da sie verschleißen und schnell ausfallen, wenn sie häufig geschaltet werden. Sie verursachen auch elektrisches Rauschen, das Temperaturmessungen stören kann. Zur Reduzierung von Ausfällen und zur Minderung von Rauschen werden häufig Halbleiter-Leistungsschalter wie die Watlow® DIN-A-MITE®-Familie für Temperaturregelungsanwendungen ausgewählt.
’Der ASPYRE Leistungsregler von Watlow ist ein intelligenter Regler, der von Branchen auf der ganzen Welt verwendet wird. Das Spezialprodukt wird mit einem Prüfzeichen mit UL 508-Einstufung geliefert. Dies ist ein Standard der industriellen Steuerungsausrüstungsindustrie, der mit Sicherheit verbunden ist und Arbeits- und Projektkosten reduzieren kann.
ASPYRE-Regler werden von Schwerlast-Industrieunternehmen in den Bereichen Petrochemie, Wärmebehandlung und Stromerzeugung eingesetzt. Für Starter ist das Modell in einem Bereich von 35 bis 2100 Ampere erhältlich, um eine Vielzahl von Anwendungen zu ergänzen. Eine ASPYRE-Einheit mit einem hohen Amp kann als kosteneffektive Lösung dienen. Dies ist ideal für Anwendungen, die mehrere kleine Einheiten mit Niederbereichsampere verwenden.
Die ASPYRE’-Familie von® intelligenten Leistungsreglern von Watlow hat die vorteilhaften Eigenschaften von Halbleiter-Leistungsschaltern, die es ihnen ermöglichen, lange zu halten, häufig auf Heizelemente genau zu schalten und minimale elektrische Störungen zu erzeugen, aber warum nennen wir sie “intelligente Leistungsregler?” Die Hauptmerkmale, die intelligente Leistungsregler von anderen Halbleiter-Leistungsschaltprodukten unterscheiden, sind:
- Integrierte Messung von Laststrom und Spannung
- Fähigkeit zur Berechnung der an die Last abgegebenen Leistung und des Lastwiderstands
- Regelung des geschlossenen Regelkreises des Ausgangs basierend auf dem gemessenen Strom und/oder der Spannung
- Option zur Begrenzung des Laststroms
- Option zur Integration mit anderen Automatisierungsgeräten über moderne Kommunikationsprotokolle wie EtherNet/IP™ und Profinet
Verbesserte Leistung
Die Fähigkeit, den Ausgang basierend auf der Messung der an die Last gelieferten Leistung zu steuern, verbessert die Temperaturregelungsleistung, da sie Netzspannungsschwankungen oder sogar Teillastausfälle schneller kompensiert und daher mit deutlich weniger Abweichung vom Temperatursollwert als mit demselben Temperaturregler in Verbindung mit einem herkömmlichen Halbleiter-Leistungsschaltprodukt auftritt.
Der Temperaturregler und der Leistungsregler arbeiten zusammen. Der Temperaturregler misst die Temperatur mit einem Sensor und bestimmt, wie viel der verfügbaren Leistung (von Null bis 100 %) erforderlich ist, um den Sollwert zu erreichen. Der Leistungsregler interpretiert den Ausgang des Temperaturreglers als Leistungssollwert und steuert die gelieferte Leistung entsprechend. Der Leistungsregler passt die gelieferte Leistung für Spannungsschwankungen und nach besten Kräften an, wenn ein Teilausfall des Heizelements vorliegt.
Was mit der Regelung des “geschlossenen Regelkreises der Leistung” gemeint ist, ist nicht immer sofort offensichtlich, selbst für Menschen, die mit der Regelung der Temperatur des geschlossenen Regelkreises vertraut sind. Es lohnt sich, Schritt für Schritt durchzugehen:
- Das Signal vom Temperaturregler ist der Sollwert für den Leistungsregler.
- Die Leistungsrückmeldung wird vom Leistungsregler gemessen/berechnet (Messung von Netzspannung und Laststrom und Berechnung der Leistung P = V x I, die an Heizelemente geliefert wird).
- Der Leistungsregler stellt seinen Ausgang ein (schaltet sich mehr oder weniger Zeit lang ein), um die Rückführung gleich dem Sollwert zu machen, d. h. er schließt den Regelkreis.
Prozess- und Gerätecharakterisierung
Der intelligente Leistungsregler misst die Netzspannung und den Strom durch die Last. Mit dieser Information kann er den Lastwiderstand berechnen und wie viel Leistung vom Heizelement geliefert wird. Gerätehersteller können diese Informationen während der Inbetriebnahme als Indikator dafür verwenden, ob ein Problem vorliegt oder alles gut ist. Ein ungewöhnlich hoher Widerstand könnte zum Beispiel auf eine schlechte Verbindung hinweisen, die schließlich einen vorzeitigen Ausfall oder sogar einen Brand verursachen könnte, wenn sie nicht korrigiert wird.
Ein Watlow-Kunde, ein Lieferant von großen, hochvolumigen Geräten zum Backen, überwacht die Lastparameter während der Geräteinstallation und vergleicht das Profil mit früheren bekannten guten Starts. Sie erhalten eine frühzeitige Warnung vor Problemen, die sich in der beheizten Zone befinden, und können Korrekturmaßnahmen ergreifen, bevor ein Fehler auftritt.
Endbenutzer können diese Parameter ebenfalls im Laufe der Zeit überwachen und mit guten und schlechten Produktionsergebnissen korrelieren. Ein Lieferant von geschäumtem Verpackungsmaterial reduzierte die Produktrückgaben und erhöhte die Kundenzufriedenheit, da er schnell erkennen konnte, wann sein Aushärtungsprozess außerhalb der Toleranz liegt, da er erkennen kann, wann der Widerstand der Zone steigt, was auf eine fehlerhafte IR-Lampe hindeutet.
Integrierte Kommunikation
Durch die Integration des intelligenten Leistungsreglers in andere Automatisierungsgeräte können Prozessvariablen aus der Ferne überwacht werden und Bediener und Wartungspersonal können Probleme schnell lokalisieren. Ein großer Hersteller von Stromübertragungs- und anderen Kabeln verließ sich darauf, dass Menschen die Strommessgeräte für jede Zone auf jedem der Extruder, die die Kabel beschichten, regelmäßig visuell überprüfen. In Schichten mit geringerer Personalbesetzung war schlechtes Produkt oft der erste Hinweis auf ein Problem. Sie ersetzten die Halbleiter-Leistungsregler in den Extrudern durch ASPYRE DT-Leistungsregler, so dass sie schnell feststellen konnten, ob ein ausgefallenes Heizelement zu Kabeln führen würde, die verschrottet oder überarbeitet werden mussten, oder ob die Produktion bis zur geplanten Wartung fortgesetzt werden konnte. Das Design der Ausrüstung ist so, dass sie weiterhin ein gutes Produkt herstellen können, wobei ein Element in einer Zone ausgefallen ist. Die Leistungsmessungen ermöglichen es ihnen, zu bestimmen, wie viel Leistung pro Zone geliefert wird, was es ihnen ermöglicht, Wartung zu planen und Ausschuss zu reduzieren, anstatt unerwartete Ausfallzeiten zu erleben.
Integration mit Temperaturregler
Traditionell signalisieren Temperaturregler und andere Automatisierungsgeräte den Leistungsregler mit einem diskreten Zeitproportionierungssignal oder einem Prozesssignal wie 4 bis 20mADC. Sobald ein industrielles Protokoll verwendet wird, um Daten wie Netzspannung und Laststrom aus dem intelligenten Leistungsregler zu extrahieren, ist die Nutzung dieser Funktion zur Einstellung des Leistungsbedarfssollwerts der nächste logische Schritt. Dies kann die Systemkomplexität und den Platzbedarf reduzieren, insbesondere in Mehrzonensystemen.
Anpassbar für Anwendungen
Dieser Artikel hat auf die Fähigkeiten eines intelligenten Leistungsreglers, der durch seinen Mikroprozessor und die ausgefeilte Programmierung ermöglicht wird, angespielt, aber nicht darauf geachtet. Es ist hochgradig konfigurierbar und hat verschiedene Funktionen, um eine Vielzahl von Anwendungen zu unterstützen. Mehr dazu in zukünftigen Artikeln, aber kurz gesagt, zwei konfigurierbare Aspekte sind Brenntyp und Feedback.
Intelligentes Brennen erhöht die Lebensdauer des Heizelements
Ein vom Benutzer wählbarer Zündtyp sollte den Personen bekannt sein, die häufig Temperaturregler einrichten, die für Ein-Aus-, Festzeitbasis- oder variable zeitbasiertes Schalten konfiguriert werden können. Der Zündtyp ist eine Bestelloption für herkömmliche Leistungsregler, ist aber im Feld für intelligente Leistungsregler wählbar. Darüber hinaus kann es sogar automatisch basierend auf den Anwendungsanforderungen wechseln. Sie können beispielsweise den ASPYRE DT so konfigurieren, dass er eine variable zeitbasierte Burst-Befeuerung normalerweise durchführt, um elektrisches Rauschen zu minimieren, aber einen Phasenwinkel verwenden, um eine Strombegrenzung durchzusetzen, um den Einschaltstrom in Heizelementen zu minimieren, die einen niedrigen Widerstand haben, wenn sie kalt sind, wie z. B. eine Wolframlampe.
Feedback passend zur Anwendung
Die meisten Anwendungen verwenden Leistungsrückführung (V x I), aber während des Hochfahrens verwenden Öfen mit Siliziumkarbid-Heizelementen Spannungsrückführung, bis die Elemente heiß sind und dann auf Leistungsrückführung umschalten. Der intelligente Leistungsregler kann so konfiguriert werden, dass dies automatisch erfolgt.
Zusammenfassung
Intelligente Leistungsregler können die Leistung des Temperaturreglers verbessern, indem sie die an das Heizelement gelieferte Leistung steuern und auf Änderungen an der Netzspannung und dem Heizelementwiderstand reagieren, anstatt gemäß dem Signal des Temperaturreglers sensibel ein- und auszuschalten. Dies liefert konstante Wärme durch Schwankungen der Quellenspannung, eine schnellere Wiederherstellung und weniger schwere Temperaturabweichungen von Teilheizelementausfällen.
Intelligente Leistungsregler können Strom und Spannung messen, was Prozessleistungscharakterisierung und Frühwarnung bei Problemen während der Systeminbetriebnahme und des Betriebs bietet und Alarme für Kurzschluss, Lastausfall (Heizelementbruch) und teilweise Unterbrechungserkennung liefert.
Intelligente Leistungsregler verfügen über vor Ort konfigurierbare Feuerungs- und Rückführungsfunktionen, die geeignet sind, die Lebensdauer verschiedener Heizelementtypen zu schützen und zu verlängern.
Letztendlich bieten intelligente Leistungsregler Funktionen und Funktionalitäten, die den Anwendern helfen sollen, Ausschuss und ungeplante Ausfallzeiten zu minimieren.