Een slimme vermogensregelaar is slim omdat hij een microprocessor, geheugen en geavanceerde programmering heeft en omdat hij detectie (spanning en stroom) heeft waarmee hij zich kan aanpassen en beslissingen kan nemen naarmate de omstandigheden veranderen binnen de parameters van de toepassing waarvoor hij is geconfigureerd.
Er zijn veel soorten stroomschakelaars die in commerciële en industriële toepassingen zijn gebruikt. Mechanische relais en contactoren zijn goed voor toepassingen waarbij ze niet vaak worden geschakeld omdat ze relatief goedkoop zijn en niet veel warmte produceren, maar voor een nauwkeurige regeling van elektrische verwarming zijn ze een slechte keuze omdat ze slijten en snel falen als ze vaak worden geschakeld. Ze veroorzaken ook elektrische ruis die temperatuurmetingen kan verstoren. Om storingen te verminderen en ruis te beperken, worden solid-state vermogensschakelaars zoals de Watlow® DIN-A-MITE®-familie vaak geselecteerd voor toepassingen met temperatuurregeling.
De ’ASPYRE-vermogensregelaar van Watlow is een slimme controller die wordt gebruikt door industrieën over de hele wereld. Het gespecialiseerde product wordt geleverd met een garantiemerk met een UL 508-classificatie. Dit is een standaard van de industriële regelapparatuurindustrie die gekoppeld is aan veiligheid en de arbeids- en projectkosten kan verlagen.
ASPYRE-regelaars worden toegepast door zware industriële bedrijven in petrochemie, warmtebehandeling en energieopwekking. Om te beginnen is het model verkrijgbaar tussen 35-2100 ampère als aanvulling op een breed scala aan toepassingen. Eén ASPYRE-eenheid met hoge ampère kan dienen als een kosteneffectieve oplossing. Dit is ideaal voor toepassingen met meerdere kleine eenheden met lage ampèrewaarden.
Watlow ’s ASPYRE®-familie van slimme vermogensregelaars heeft de gunstige kenmerken van solid-state vermogensschakelaars, waardoor ze lang meegaan, regelmatig overschakelen om verwarmingselementen nauwkeurig te bedienen en minimale elektrische ruis te genereren, maar waarom noemen we ze “slimme vermogensregelaars?” De belangrijkste kenmerken die slimme vermogensregelaars onderscheiden van andere solid-state vermogensschakelproducten zijn:
- Ingebouwde meting van de belastingsstroom en -spanning
- Mogelijkheid om het geleverde vermogen en de belastingsweerstand te berekenen
- Gesloten-lusregeling van de uitgang op basis van de gemeten stroom en/of spanning
- Optie om de belastingsstroom te beperken
- Optie om te integreren met andere automatiseringsapparatuur via moderne communicatieprotocollen zoals EtherNet/IP™ en Profinet
Verbeterde prestaties
Het vermogen kunnen regelen op basis van de meting van het vermogen dat aan de belasting wordt geleverd, verbetert de prestaties van de temperatuurregeling omdat het sneller compenseert voor schommelingen in de lijnspanning of zelfs gedeeltelijke belastingsstoringen en daardoor aanzienlijk minder afwijkt van het temperatuurinstelpunt dan zou gebeuren met dezelfde temperatuurregelaar in combinatie met een traditioneel solid-state vermogensschakelproduct.
De temperatuurregelaar en vermogensregelaar werken samen. De temperatuurregelaar meet de temperatuur met een sensor en bepaalt hoeveel van het beschikbare vermogen (van nul tot 100%) nodig is om het instelpunt te bereiken. De vermogensregelaar interpreteert de uitgang van de temperatuurregelaar als een vermogensinstelpunt en regelt het geleverde vermogen dienovereenkomstig. De vermogensregelaar past het geleverde vermogen aan voor spanningsschommelingen en naar beste vermogen bij een gedeeltelijke storing van de verwarmer.
Wat wordt bedoeld met een “gesloten-lusregeling van het vermogen” is niet altijd direct duidelijk, zelfs niet voor mensen die bekend zijn met een gesloten-lustemperatuurregeling. Het is de moeite waard om stap voor stap door te lopen:
- Het signaal van de temperatuurregelaar is het instelpunt voor de vermogensregelaar.
- De voedingsfeedback wordt gemeten/berekend door de vermogensregelaar (meet lijnspanning en belastingsstroom en berekent vermogen P = V x I geleverd aan verwarmers).
- De vermogensregelaar past zijn uitvoer aan (gaat min of meer aan) om de feedback gelijk te maken aan het instelpunt, d.w.z. het sluit de lus.
Karakterisering van processen en apparatuur
De slimme vermogensregelaar meet de lijnspanning en de stroom door de belasting. Met die informatie kan hij de belastingsweerstand berekenen en hoeveel vermogen de verwarmer levert. Fabrikanten van apparatuur kunnen deze informatie tijdens de inbedrijfstelling gebruiken als een indicatie of er een probleem is of dat alles goed is. Een abnormaal hoge weerstand kan bijvoorbeeld wijzen op een slechte verbinding die uiteindelijk een voortijdige storing of zelfs brand kan veroorzaken als deze niet wordt gecorrigeerd.
Eén Watlow-klant, een leverancier van grote apparatuur met hoog volume voor het bakken, bewaakt de laadparameters tijdens de installatie van de apparatuur en vergelijkt het profiel met eerdere bekende goede startups. Ze krijgen een vroegtijdige waarschuwing voor problemen die zich in de verwarmde zone bevinden en kunnen corrigerende maatregelen nemen voordat er een storing optreedt.
Eindgebruikers kunnen deze parameters op dezelfde manier overuren controleren en correleren met goede en slechte productieresultaten. Een leverancier van schuimrubberen plaatverpakkingsmateriaal verminderde de retournering van producten en verhoogde klanttevredenheid door snel te kunnen identificeren wanneer hun uithardingsproces buiten de tolerantie valt, omdat ze kunnen detecteren wanneer de weerstand van de zone toeneemt, wat wijst op een defecte IR-lamp.
Geïntegreerde communicatie
Door de slimme vermogensregelaar te integreren met andere automatiseringsapparatuur kunnen procesvariabelen op afstand worden bewaakt en kunnen operators en lijnonderhoudspersoneel snel problemen lokaliseren. Een grote fabrikant van krachtoverbrengings- en andere kabels vertrouwde erop dat mensen periodiek de stroommeters voor elke zone visueel controleren op elk van de extruders die de kabels coaten. Bij ploegendiensten met minder personeel was slecht product vaak de eerste indicatie van een probleem. Ze hebben de solid-state vermogensregelaars in de extruders vervangen door ASPYRE DT vermogensregelaars, zodat ze snel konden bepalen of een defecte verwarming zou resulteren in een kabel die zou moeten worden afgedankt of opnieuw bewerkt of dat de productie zou kunnen doorgaan tot het geplande onderhoud. Het ontwerp van de apparatuur is zodanig dat ze een goed product kunnen blijven produceren, waarbij één element in een zone defect is. Met de vermogensmetingen kunnen ze bepalen hoeveel stroom er per zone wordt geleverd, waardoor ze onderhoud kunnen plannen en afval kunnen verminderen in plaats van onverwachte uitvaltijd te ervaren.
Integratie met temperatuurregelaar
Traditioneel signaleren temperatuurregelaars en andere automatiseringsapparatuur de vermogensregelaar met een discreet tijdsevenredigend signaal of een processignaal zoals 4 tot 20mADC. Zodra een industrieel protocol wordt gebruikt om gegevens zoals lijnspanning en belastingsstroom uit de slimme vermogensregelaar te halen, is het gebruik van die functie voor het instellen van het instelpunt voor de vermogensvraag de volgende logische stap. Dit kan de complexiteit en voetafdruk van het systeem verminderen, vooral in systemen met meerdere zones.
Aanpasbaar voor toepassing
Dit artikel heeft gerefereerd aan, maar is niet gericht op, de mogelijkheden van een slimme vermogensregelaar die mogelijk wordt gemaakt door de microprocessor en geavanceerde programmering. Het is zeer configureerbaar en heeft verschillende functies om een breed scala aan toepassingen te ondersteunen. Meer hierover in toekomstige artikelen, maar in het kort twee configureerbare aspecten zijn type afvuur en feedback.
Slim afvuren verlengt de levensduur van de verwarmer
Het hebben van een door de gebruiker te selecteren afvuurtype moet bekend zijn bij mensen die vaak temperatuurregelaars instellen, die kunnen worden geconfigureerd voor aan-uit, vaste tijdbasis of variabele tijdgebaseerde schakeling. Het afvuurtype is een besteloptie voor traditionele vermogensregelaars, maar kan ter plaatse door de gebruiker worden geselecteerd voor slimme vermogensregelaars. Daarnaast kan het zelfs automatisch schakelen op basis van de toepassingsbehoeften. U kunt de ASPYRE DT bijvoorbeeld configureren om normaal gesproken op variabele tijd gebaseerde burst-afvuren uit te voeren om elektrische ruis te minimaliseren, maar gebruik de fasehoek om een stroomlimiet af te dwingen om de inschakelstroom in de verwarmer die lage weerstand heeft bij kou, zoals een wolfraamlamp, te minimaliseren.
Feedback passend bij de toepassing
De meeste toepassingen gebruiken stroomterugkoppeling (V x I), maar tijdens het opstarten gebruiken ovens met siliciumcarbideverwarmers spanningsterugkoppeling tot de elementen heet zijn en vervolgens overschakelen naar stroomterugkoppeling. De slimme vermogensregelaar kan worden geconfigureerd om dit automatisch te doen.
Samenvatting
Slimme vermogensregelaars kunnen de prestaties van de temperatuurregelaar verbeteren door het vermogen dat aan de verwarmer wordt geleverd te regelen en te reageren op veranderingen in de netspanning en de weerstand van de verwarmer in plaats van onbewust in en uit te schakelen volgens het signaal van de temperatuurregelaar. Dit levert consistente warmte door variaties in bronspanning, sneller herstel en minder ernstige temperatuurafwijkingen van gedeeltelijke verwarmingsstoringen.
Slimme vermogensregelaars kunnen stroom en spanning meten, wat zorgt voor procesprestatiekarakterisering en vroegtijdige waarschuwing van problemen tijdens de inbedrijfstelling en werking van het systeem en alarmen voor kortsluiting, belastingsstoring (verwarmingsonderbreking) en detectie van gedeeltelijke onderbreking.
Slimme vermogensregelaars hebben in het veld configureerbaar afvuren en feedback die geschikt is voor het beschermen en verlengen van de levensduur van verschillende verwarmingstypen.
Ultiem slimme vermogensregelaars bieden functies en functionaliteit die zijn ontworpen om gebruikers te helpen schroot en ongeplande uitvaltijd te minimaliseren.