„Dobór parametrów oraz
elementów układu sterowania
pieca komorowego”

Przygotowali:
Mateusz Franckowiak
Maciej Stoń

Plan prezentacji

I.

Część teoretyczna

1.

Układ trójfazowy

2.

Wytwarzanie napięcia trójfazowego

3.

Rodzaje układów trójfazowych

II.

Część projektowa

1.

Piec komorowy do hartowania PKE 90/12

2.

Wymagania w stosunku do układu sterowania

3.

Dobór elementów układu sterowania

4.

Analiza działania układu regulacji

5.

Schemat układu sterowania i zasada jego działania

III.

Źródła

Układ trójfazowy

Układ trójfazowy - rodzaj układu, który
składa się z 3 obwodów
elektrycznych prądu przemiennego, w
których napięcia przemienne źródeł o
jednakowej wartości
i częstotliwości są przesunięte względem
siebie w fazie o 1/3 okresu. Napięcia
układu wytwarzane są w jednym
źródle energii
elektrycznej, prądnicy lub generatorze
fazowym.

Model: 3 prądnice na jednym
wale

Wytwarzanie napięcia trójfazowego

Rodzaje układów
trójfazowych

Rodzaje układów trójfazowych, pierwszy oznacza
połączenie w źródle napięcia, drugi w odbiorniku



układ trójprzewodowy (gwiazda-gwiazda)λ-λ



układ czteroprzewodowy (gwiazda-gwiazda)λ-λ



układ trójprzewodowy (trójkąt-gwiazda)Δ-λ



układ trójprzewodowy (gwiazda-trójkąt)λ-Δ



układ trójprzewodowy (trójkąt-trójkąt)Δ-Δ

Trójfazowy układ
nieskojarzony

Układ gwiazdowy, skojarzony
czteroprzewodowy

Elementy układu:



O – punkt neutralny generatora



N – Punkt neutralny odbiornika



Przowody fazowa



Przewód neutralny



Wielkości charakterystyczne:



Napięcie fazowe – między przewodem fazowym a
neutralnym



Napięcie międzyfazowe – między dwoma przewodami
fazowymi



Prądy liniowe – płynące w przewodach linii łączącej
odbiornik ze źródłem



Prądy fazowe – płynące w uzwojeniach prądnicy lub przez
odbiorniki

Przy połączeniu w gwiazdę:

• Wartość skuteczna

napięcia międzyfazowego
jest razy większa od
napięcia fazowego

• Prąd liniowy jest równy

fazowemu

 

Układ gwiazdowy
trójprzewodnikowy

Stosowany w warunkach równomiernego obciążenia
faz, gdy impedancje obciążenia każdej z faz są
identyczne

Połączenie odbiornika w
trójkąt



Wartość skuteczna napięcia międzyfazowego jest równa napięciu
fazowemu



Wartość skuteczna prądu liniowego jest razy większa od prądu
fazowego



 



Moc czynna:

– w przypadku obwodu trójfazowego symetrycznego.
Jest to inaczej napięcie między fazą a zerem układu.
W przypadku napięcia międzyfazowego wzór ma postać:



Moc bierna

dla napięcia fazowego, i analogicznie
Q dla napięcia międzyfazowego

Moc czynna zamieniana jest w pracę użyteczną, moc
bierną w zasadzie uznać można za moc strat. Obie te
moce sumują się wektorowo, uzyskuje się przez to moc
pozorną S
Dla napięcia międzyfazowego
S
I dla napięcia fazowego
S



 

Piec komorowy do hartowania
PKE 90/12

Piec stosowany w wielu
przemysłach, wszędzie tam gdzie
wymagane jest szybkie i
równomierne ogrzewanie wsadu,
doskonały rozkład temperatur w
piecu i dynamiczny przebieg
krzywej cieplnej, ewentualnie
regulowane chłodzenie.

Komorowe piece hartownicze są
używane przede wszystkim do
hartowania, wyżarzania,
wyżarzania międzyoperacyjnego
metalowego wsadu przed kuciem,
w atmosferze utleniającej.



Standardowe wykonanie pieca:



ręcznie sterowane drzwiczki



regulator HT40P



stojak



drzwi otwierane w dół



elementy grzejne na bokach i dnie pieca



równomierne rozłożenie temperatury w piecu, wg DIN 17052-1



Wyposażenie dodatkowe za dopłatą:



graficzny rejestrator temperatury



rozszerzenie regulatora o linię komunikacyjną RS 232 lub RS 485
(możliwość zamówienia oprogramowania monitorującego Ht
Monit)



doprowadzenie atmosfery ochronnej



metalowa płyta na dno



pneumatyczne otwieranie drzwi



nietypowy stojak



SiC boczne płyty kryjące



stół hartowniczy

Parametry pieca



Tmax – 1280

o

C



Pojemność – 87l



Zewnętrzne wymiary – 800x1350x1600mm (szxwxg)



Wewnętrzne wymiary - 350x250x1000mm (szxwxg)



Moc – 18kW



Waga – 225kg



Napięcie – 400V



Element oporowy wykonany z kanthalu

Wymagania w stosunku do
układu sterowania



Dokładność pomiaru: do 1

O

C



Jako przybliżony model obiektu (transmitancję)
przyjęto:



 

Dobór elementów układu
sterowania

Na podstawie charakterystyki pieca komorowego
dobrano następujące elementy układu sterowania:

•

Regulator temperatury RE72

•

Czujnik temperatury typ 802

•

Przekaźnik półprzewodnikowy SSR LU

•

Bezpieczniki

•

Wyłącznik

Regulator RE72 firmy LUMEL

Dane techniczne

1.

Uniwersalne wejście pomiarowe

2.

Regulacja wg algorytmu:



PID



załącz/wyłącz



krokowa (sterowanie zaworem)



grzanie chłodzenie

3.

Automatyczny dobór parametrów PID (wg nowej
innowacyjnej technologii SMART PID)

4.

Rodzaje wartości zadanej:



stałowartościowa



programowa – 15 programów po 15 odcinków regulacji



z wejścia dodatkowego

5.

Sterowanie z wejścia binarnego,

6.

Funkcja miękkiego startu,

7.

Funkcja timera,

8.

Funkcja zatrzaśnięcia alarmu (LATCH) stosowana w
regulatorach bezpieczeństwa,

9.

Pomiar prądu grzałki oraz kontrola przepalenia grzałki lub
zwarcia elementu sterującego (np. SSR),

10.

Ochrona parametrów za pomocą hasła

11.

Przeznaczony do montażu w tablicy.

Wejście

Typ wejścia

Zakres

Błąd

NiCr – NiAl (K)

-100 … 1372

O

C

0,3%

PtRh10 – Pt (S)

0 … 1767

O

C

0,5%

PtRh30 – Pt (B)

200 … 1767

O

C

0,5%

Linie prądowe (I)

0/4 … 20 mA

0,2% +/- 1 cyfra

Linie napięciowe (U)

0 … 5/10 V

0,2% +/- 1 cyfra

Wyjścia

Typ wyjścia

Właściwości

Obciążalność

Wyjście przekaźnikowe

bez napięciowe

Styk zwierany

2 A/ 230 V a.c ( wyj. 1 i

2)

1 A/ 230 V a.c. (wyj. 3)

Wyjście tranzystorowe

napięciowe

0/5 V

Max 40 mA

Wyjście ciągłe

napięciowe

0 … 10 V

Przy R

obc

≥ 500 kΩ

Wyjście ciągłe prądowe

0 … 20 mA, 4 … 20 mA

Przy R

obc

≤ 500 kΩ

Interfejs cyfrowy

Typ interfejsu

RS – 485

Tryb

Protokół

Modbus RTU

8N2, 8E1, 8O1, 8N1

Prędkość transmisji

4.8, 9.6, 38.4, 57.6

kbit/s

Cechy zewnętrzne

Pole odczytowe

2 x 4 cyfry

wys. cyfr 10 mm, kolor

czerwony i zielony

Wymiary

48 x 48 x 93 mm

Masa

< 0,2 kg

Stopień ochrony

od strony płyty czołowej:

IP65

od strony zacisków: IP20

Znamionowe warunki użytkowania

Napięcie zasilania

85 ... 253 V a.c./ d.c.

20 .. 40 V a.c./d.c

Temperatura

pracy: 0 ... 23 ... 50˚C

przechowywania:

-20 ...70˚C

Wilgotność

< 85%

(bez kondensacji pary

wodnej)

Pozycja pracy

dowolna

Wymagania bezpieczeństwa i kompatybilność

Kompatybilność

elektromagnetyczna

odporność na zakłócenia

wg PN-EN 61000-6-2

emisja zakłóceń

wg PN-EN 61000-6-4

Stopień zanieczyszczenia

2

Kategoria instalacji

III

Maksymalne napięcie pracy

względem ziem

zasilanie, wyjścia: 300 V

obwody wejściowe: 50 V

Wysokość npm

2000 m

Czujnik temperatury CT – 802
firmy LUMEL

Dane techniczne:



Rodzaj termoelementu: PtRh90/10% - Pt (S) 0,50mm



Klasa termoelementu: 2



Średnica nośnika: Ø22 mm



Materiał osłony: ceramika C610 (Al

2

O

3

60%)



Średnica osłony: Ø15 mm



Temperatura maksymalna: 1300

O

C



Typ głowicy: B



Temperatura pracy głowicy: -40

O

C … +100

O

C



Długość czujnika L: 700 mm

Przekaźnik półprzewodnikowy
trójfazowy SSR LU firmy LUMEL

Dane techniczne



wejście sterujące typu źródło prądowe



bezstykowe załączanie mocy



zakres napięcia zasilania 50…480 VAC



prąd obciążenia 3x 25 A / 3x 50 A



sterowanie sygnałem impulsowym



sygnał sterujący 3…32 VDC

Wejścia

Typ wejścia

Zakres

Wejście impulsowe

0/3 .. 32 V d.c.

Wyjścia

Typ wyjścia

Właściwości

Kod wykonania

Wyjście bezstykowe

3-fazowy 3 x 25 A, 480

V

LU012 JDA 482500

Wyjście bezstykowe

3-fazowy 3 x 50 A, 480

V

LU012 SJDA 485000

Znamionowe warunki użytkowania

Napięcie zasilania

24...240 V a.c. 47 .. 63

Hz - LU001 i LU DIN

50 .. 480 V a.c. 47 .. 63

Hz

- LU012

Temperatura

pracy: -30...25...80°C

Wymagania bezpieczeństwa i kompatybilności

Kompatybilność

elektromagnetyczna

odporność na zakłócenia

emisja zakłóceń

Napięcie pobiercze

2500 V a.c.

Kategoria użytkowania

AC51 - LU001 i LU DIN

AC51, 52a, 53a - LU012

Bezpiecznik NH2 – 50 firmy
SIBA

Dane techniczne



Typ bezpiecznika topikowy, przemysłowy, gG



Rozmiar bezpiecznika 2



Zdolność wyłączania 120kA



Prąd znamionowy 50A



Napięcie znamionowe 500V AC, 440V DC



Właściwości bezpieczników wskaźnik zadziałania



Straty mocy 5.1W



Wymiar F 5.5mm



Masa 280g



Wymiar A1 150mm



Wymiar B1 20mm



Wymiar C1 48mm



Wymiar E1 46mm



Wymiar E2 29.5mm



Wymiar A5 65mm

Wyłącznik przemysłowy
590.HGE6302 firmy SCAME

Dane techniczne



Seria: ISOLATORS



Kolor: czerwony wyłącznik na żółtym przednim panelu



Opakowanie: 1/5



Stopień ochrony IP: IP65



Ilość pól: 2P



Natężenie prądu: 63A



Zakres: 0-1



Wymiary: 150x210x106



Materiał skrzynki: metal



Funkcja: wyłączni bezpieczeństwa z zamykaniem

Analiza działania układu
regulacji

Schemat układu sterowania i
zasada jego działania

Źródła



http://www.lumel.com.pl/



http://www.tme.eu/pl/



http://abm.p.lodz.pl/CONTENT/Materialy/Automatyka/B.pdf



http://www.scame.pl/



http://www.lac.cz/



http://www.im.mif.pg.gda.pl/

Dziękujemy za

uwagę