Com s'integra la prevenció de sobre-temperatura en un sistema de control de calefacció? 11 de setembre de 2019

Quan s'escalfa substàncies càustiques o sensibles, una gran preocupació és que "el meu controlador principal podria fallar". Què es pot fer per aturar el sobreescalfament abans que l'escalfador de PTFE perjudiqui el procés o ell mateix? Aquesta pregunta demostra que enteneu bé els riscos que comporta la gestió d'un negoci. No hauríeu de confiar només en una part, per molt bona que sigui, com a única línia de defensa. En sistemes de calefacció-ben dissenyats, la protecció de la-temperatura excessiva s'aconsegueix mitjançant una estratègia redundant i escalonada en lloc d'un sol mecanisme de control.

Límit de seguretat vs. Punt de consigna de control
El primer que cal saber és la diferència entre un límit de seguretat i un punt de consigna de control. El punt de consigna de control és un component del bucle que funciona amb normalitat. Un controlador de temperatura PID fa que tot funcioni sense problemes comparant la temperatura observada amb el punt de consigna desitjat i canviant la sortida de l'escalfador segons sigui necessari. El seu propòsit és ser precís i ràpid.

Un límit de seguretat, d'altra banda, només existeix per evitar que les coses es facin perilloses. No intenta mantenir la temperatura estable. En canvi, funciona com un tall independent que només s'activa quan s'arriba a una determinada temperatura. En resum, el límit de seguretat és una barana que funciona per si sola, separada del sistema de control principal.

Aquesta divisió de responsabilitats és molt important. Si un sensor o controlador fa tant la regulació com la protecció, tot el sistema podria fallar si falla.

La idea de seguretat en capes
La majoria dels sistemes de calefacció industrials tenen diverses capes de seguretat, cadascuna construïda per gestionar un tipus de fallada diferent. El controlador de procés, que normalment és un controlador PID, és la capa principal que manté la temperatura de funcionament normal.

La següent capa és un gadget que protegeix per si sol contra el sobreescalfament. Pot ser un controlador de límit de temperatura amb el seu propi sensor, o pot ser un tall tèrmic mecànic integrat a l'escalfador. Aquesta capa funciona fins i tot si el bucle de control principal es trenca perquè no està connectat al controlador principal de cap manera.

En aplicacions amb un risc més elevat, es poden afegir altres capes, com ara sensors addicionals, enclavaments connectats a interruptors de cabal o de nivell o circuits d'aturada d'emergència que funcionen a tot el sistema. Cada capa fa que sigui menys probable que un error provoqui danys a l'equip o un problema de seguretat.

Sensors dedicats i controladors de límit de temperatura
Un dels dispositius de protecció secundària més freqüents és un controlador de límit de temperatura. Normalment té una temperatura màxima fixa en lloc d'un punt de consigna variable, que és diferent d'un controlador PID. El controlador talla l'energia a l'escalfador immediatament si la temperatura detectada supera aquest límit. La majoria de les vegades, l'escalfador s'ha de restablir a mà.

Aquests controladors utilitzen sovint un sensor diferent del llaç de control primari, la qual cosa és molt important. Aquest sensor es pot col·locar més a prop de la superfície de l'escalfador o en un punt calent reconegut, cosa que farà que sigui més fàcil de trobar quan la temperatura augmenta massa ràpidament. Fins i tot si un controlador PID falla o està configurat malament, el límit de seguretat seguirà funcionant perquè funciona per si sol.

La possibilitat de reiniciar manualment és una característica crucial. Fa que l'operador examini què ha causat l'ocurrència de-temperatura excessiva en comptes de deixar que el sistema es reiniciï, cosa que podria provocar que el problema es torni a produir.

Dispositius de protecció tèrmica incorporats
Alguns tubs de calefacció de PTFE tenen una protecció addicional integrada directament a la unitat de calefacció. Els fusibles tèrmics o talls tèrmics bimetàl·lics es fan per tal de trencar de manera permanent o temporal el circuit elèctric quan s'assoleix una determinada temperatura.

Aquests dispositius només et protegeixen mecànicament. No necessiten sensors, cablejat o lògica de control des de l'exterior. Això els fa extremadament útils com a darrera línia de defensa davant situacions molt dolentes com ara cocció en sec, pèrdua de nivell de líquid o fallada important del control.

Però la protecció tèrmica integrada-s'ha de veure com una addició, no com una substitució. Alguns dispositius necessiten un escalfador nou un cop s'encenen i no ofereixen la mateixa supervisió a nivell de procés-que els controladors externs.

Control addicional i idees de "votació".
En sistemes que són molt sofisticats o valen molts diners, la redundància pot anar més enllà d'un sol dispositiu de còpia de seguretat. El sistema de control pot comparar les lectures de dos sensors que mesuren el mateix punt. Si les lectures estan massa allunyades, el sistema sonarà una alarma o s'apagarà. Aquest mètode ajuda a trobar la deriva o la fallada del sensor abans que les temperatures siguin perilloses.

Alguns sistemes més complexos poden utilitzar una lògica de votació simple, la qual cosa significa que dos de cada tres senyals han d'estar d'acord abans que el sistema pugui seguir funcionant. Aquest tipus de dissenys són més típics a les grans indústries de processos, però la idea bàsica és la mateixa: no hi hauria d'haver cap punt de fallada que faci que el sistema sigui insegur.

Coses a tenir en compte a l'hora d'implementar i provar
Fer capes de seguretat és simplement una part de la solució. Les proves periòdiques són igualment crucials. Quan es posa en servei i després de manera regular, s'han d'inspeccionar els controladors de límit de temperatura per assegurar-se que s'apaguen correctament. Comproveu els sensors per detectar òxid, acumulació de recobriment o danys mecànics que puguin frenar la seva resposta.

També és important tenir registres clars dels punts de consigna de seguretat. Els límits de seguretat s'han d'establir de manera que siguin superiors a les temperatures de funcionament habituals, però inferiors als nivells que podrien danyar l'escalfador, el medi de procés o altres equips propers. les restriccions que són massa altes per a la seguretat no tenen el seu propòsit, i les restriccions que són massa baixes per a la seguretat poden crear viatges innecessaris.

Pensaments finals
Un únic controlador o funció no proporciona protecció contra-excés de temperatura als sistemes de calefacció. Depèn de tenir còpies de seguretat, ser independent i un disseny acurat del sistema. Un controlador PID principal fa que les coses funcionin amb normalitat i, si alguna cosa va malament, els límits de seguretat independents, els talls tèrmics i altres controladors estan preparats per intervenir. En l'enginyeria del sistema tèrmic actual, la millor manera de defensar-se contra líquids corrosius, altes temperatures o grans amenaces a la seguretat és utilitzar un pla de protecció multi-que inclogui proteccions elèctriques i mecàniques.