Pid Forno Preriscaldo

[crileo]

Salve a tutti, lavoro lavoro come tecnico in un azienda metalmeccanica di lavorazione acciaio ed avevamo il forno di preriscaldo controllato da un sistema analogico vecchio tipo della Regaut. Un paio di anni fa all'ennesimo guasto irreparabile delle schede, non essendo più possibile trovare ricambi decidemmo di creare una logica a PID con LM90, con la supervisione creata tramite Cimplicity e così sostituire il sistema analogico.Ho creato io stesso la logica ricalcando il sistema della Regaut e funziona abbastanza bene. Solo che. visitando altre realtà più moderne della nostra, ho saputo che invece del classico sistema a due PID (Set point di temperatura che va a comandare con un PID la valvola dell'aria e l'altro PID che con la misura dell'aria ed il rapporto gestisce la valvola del gas ) adesso esiste il sistema a controllo incrociato con 3 PID, che riduce gli incombusti in chiusura . Il concetto del sistema l'ho capito, cioè con il set point di temperatura si agisce on un PID il quale output va a comandare un PID che comanda la valvola dell'aria e il terzo quella del gas ovviamente legati dal calcolo del rapporto; il problema è che non riesco a metterlo in pratica, c'è qualcosa che mi sfugge nella creazione della logica, anche perchè non ho uno schema, una base qualsiasi. Sapete dirmi dove recuperare informazioni, teorie e schemi da applicare a questo lavoro ? Ve ne sarei grato.

[Adelino Rossi]

Se ricordo bene,

La logica dovrebbe essere di tre pid un master e due slave, uno per il gas e uno per l'aria.

In automatico imposti la temperatura,

in caso di aumento si dovrebbe aprire prima l'aria e poi segue il gas sulla portata effetiva dell'aria calcolando il rapporto.

in caso di diminuzione si dovrebbe chiudere prima il gas e poi l'aria sulla portata effettiva del gas calcolando il rapporto.

Ci dovrebbe essere poi una piccola correzione in automatico del rapporto sulla base dei dati di un analizzatore di fumi.

[crileo]

Infatti è proprio così, soltanto che nel tentativo di realizzare questa logica mi blocco sullo scoglio della concatenazione a controllo incrociato dei due PID slave. In pratica, secondo lo scarno ed unico testo di cui sono a disposizione, i due PID dovrebbero essere legati da dei K che limitano le differenze fra l portate in relazione al fatto che si salga come regolazione o che si scenda. Sarebbe bello trovare un testo più esaustivo anche in Inglese o Francese che spieghi questo sistema.

[Adelino Rossi]

In effetti la logica non è semplice.

Mi sono dimenticato di dire, che bisognerebbe anche inserire la possibilità da operatore di impostare e variare quando serve, (per ottimizzare la combustione)

l'eccesso d'aria rispetto la tabella standard.

[ETR]

Ciao, quello che hai visto è un PID di rapporto tra aria e gas con eventuale trim dell'ossigeno per ridurre gli incombusti. Esiste da una vita ma è sempre stato applicato per caldaie e per forni ci si è sempre limitati alla regolazione di rapporto, nella maggior parte senza l'antifumo e senza analisi di CO o di ossigeno. Ti dico questo perchè è il mio lavoro e di rifacimenti di regaut ne ho fatti abbastanza...però ora sono alla seconda generazione, cioè stò rifacendo impianti con Hartman&Braun, Protronic o Digitric.

Solo ora con le nuove normative si incomincia nel settore metallurgico a valutare la possibilità di un controllo della combustione in funzione del rendimento e dell'inquinamento, ma saremo intorno al 10% a livello nazionale. Per qli impianti funzionanti poi, anche se qualcuno l'avesse, il suo corretto funzionamento sarebbe intorno al 4% di quelli installati, il tutto perchè la mentalità è ancora della fiamma riducente, in eccesso anche molto forte di gas, per non avere scoria sul metallo e quindi problemi nelle fasi successive di lavorazione (laminazione, stampaggio, forgia ecc...). Tu immagina un impianto con regolazione di rapporto, con trim dell'ossigeno, con analisi incontinuo di ossigeno e CO, installato presso una ditta tipo la tua quanto potrebbe funzionare senza essere manomesso dopo circa 1 gg di lavoro perchè considerato inopportuno per la produzione (di solito dicono di peggio).

Comunque per non divagare troppo è meglio che cerchi informazioni più in merito a sistemi di regolazione per caldaie (prova per esempio sul sito 1) alla voce sistemi di combustione, qualcosa trovi, oppure relative alla strategie di controllo degli AC Station, sempre in questo sito. Poi ti potrei consigliare 3 o 4 libri di teoria, una rivista su forni industraili o sistemi di controllo ed un libro in inglese sulle varie tipologie di forni e di sistemi di controllo e combustionw...però cosi la cosa andrebbe trattata magari in MP...

Se ti servono chiarimenti su qualche punto o su qualche cosa che trovi nel sito, fammelo sapere, ciao.

[ETR]

Alcuni dati su cui basare poi un minimo di considerazioni sul funzionamento del forno :

Tipo di forno (dimensioni, portate ecc...)

Tipo di impianto di combustione installato (con preriscaldo o recupero di calore, rigenerativi, ad impulsi, standard ecc... evidenziando la potenza)

Combustibile (solo gas o multicombustibile)

Numero di bruciatori e zone di regolazioni

Tipo di regolazione installata (essendo di rapporto hai detto, serve sapere gli organi di misura e gli attuatori installati)

Sistemi di misura gas a valle sul camino ?

Poi di elementi ce ne sarebbero ancora altri più specifici, della parte di regolazione (qualcosa ti ho accennato), ma andremmo poi in un labirinto di supposizioni. Alcune considerazioni possono essere fatte sulla base nella metodologia costruttiva di forni (ipotizzo che il forno possa essere del 1970:80) che nell'arco degli anni si è evoluta ed ha portato all'inserimento di nuovi elementi, più performanti, senza modificarne il principio della regolazione.

Insomma c'è nè da discutere, se ti interessa qualcosa la possiamo vedere....ciao

[crileo]

Ciao ETR, ti ringrazio per l'interessamento, cercherò anche di chiarire gli aspetti che mi hai evidenziato anche se io non sono molto preparato in fatto di forni e combustioni , avendo buttato giù una logica con l'aiuto di un anziano consulente che conosceva il forno da anni. Comunque è un forno credo standard, che noi utilizziamo per portare delle barre di acciaio di vari diametri (da 20mm a 125 mm) alla temperatura di circa 1200-1250 °C, che poi passano in una forgiatrice che le riduce in sfere. Il forno ha una sola zona,all'incirca 7m x 5m, ha 8 bruciatori uguali di circa 600 Nmc/h di portata gas. Funziona a gas metano e si avvale di due trasmettitori di portata sui due fluidi che inviano un segnale in 4-20 mA e le valvole aria e gas principali sono mosse da due attuatori pneumatici che funzionano con un segnale in 4-20 mA. La sezione fumi ha solo un recuperatore di calore e due termocoppie che leggono la temperatura a valle e a monte aprendo se occorre un by-pass e la valvola del camino è regolata da un trasmettitore di pressione nel forno. La logica che ho fatto io è abbastanza semplicistica anche se funzionale, ricalcando come ho detto il principio del vecchio REGAUT che avevamo e, a parte la sezione fumi, si basa solo su 2 PID, quello principale che apre la valvola dell'aria secondo il setpoint impostato e la temperatura letta dalle 2 termocoppie ai lati del forno, poi in base alla trasmissione della portata dell'aria il secondo PID regola la quantità di gas secondo il rapporto impostato. Qualsiasi consiglio su libri, testi o altro è bene accetto e te ne sarei grato, anche perchè l'anziano consulente si avvale di una sua esperienza di anni di lavoro ma non riesce a colmare tante mie domande e lacune.

[ETR]

Perfetto cosi abbiamo già inquadrato meglio la situazione...

Regolazione di rapporto aria-metano (proprio da caldaia) e non gas-aria (più da forno di risclado per metalli ferrosi). Come primo punto, a differenza delle caldaie che regolano in base al carico (o pressione), i forni regolano in base alla temperatura, molto più stabile, quindi la portata dell'aria sarà molto stabile, mentre quella del gas sarà più "movimentata", dato che per prinicpio cambiano i due tipi di calcolo PID (nel primo abbiamo un PIS per temperatura di cui possiamo ipotizzare la classica terna da manuale) il secondo è già più un PI (o al massimo un PID ma con una parte D quasi nulla, ma queste sono sottigliezze). Per i forni di solito, almeno io, lascio il combustibile legato alla temperatura e l'aria in rapporto, di modo che ho un controllo migliore sul ratio, che è sempre fonte di discussione con il cliente (per via dei consumi e della scoria di cui ti accennavo). Anche qui se ne può discutere non ci sono leggi assolute. Come condizione di sicurezza assoluta o fai un feed back sulla posizione delle valvole, oppure verifichi molto bene il valore delle portate per evitare rischiose condizioni di eccesso o di difetto dei due gas. Di altro possiamo dire, che si potrebbe inserire una gestione antifumo, con anticipo, ma trattasi sempre di sottiglezze sempre legate al mondo delle caldaie che è molto più particolare rispetto ai forni.

Su questo impianto mi pare di capire che tu non abbia un sistema di controllo ne di ossigeno ne di CO, quindi non si potrebbe direttamente implementare un TRIM sul rapporto, però attravverso un analisi di un bruciatorista con annessa regolazione meccanica, si potrebbero definire dei punti, che inseriti in una curva ci fornirebbero un TRIM sul rapporto di combustione abbastanza affidabile, per le varie condizioni di funzionamento dell'impianto (il forno a freddo ha condizioni dinamiche diverse di quello a caldo, cosi come la condizione di minimo della zona a condizione diverse di quelle di massimo).

Se hai un recuperatore, dovresti avere anche la temperatura di ingresso e di uscita del'aria calda, dato che se effettui una regolazione di rapporto, questa, se variano le condizioni di pressione o di temperatura, andrebbe compensata per riferire il corretto rapporto alla massa e non al volume (varia la densità per cui cambiano le ns. considerazioni da forno freddo a forno caldo). Guarda che questo punto non è da sottovalutare, specialmente per i consumi.

Sulla lettura dell'aria inoltre, se hai delle flange tarate (o organi di strozzamento), ricordati che dovresti mantenere la pressione a monte dell'organo di misura il più possibile stabile, perchè altrimenti introdurresti un errore nel calcolo del deltaP che modificherebbe il valore di portata che gli strumenti ti forniscono. Infatti di solito i forni o erano dotati di dapò (valvola di regolazione della pressione del collettore dell'aria a monte degli organi di misura) o ultimamente di inverter con relativo trasduttore di pressione. Questo discorso viene un pò a decadere se hai dei vortex, mentre non penso assolutamente che tu abbia dei massici come misura di aria (non quelli a dissipazione termica che non vanno assolutamente bene con gas che non siano puri).

Quindi per concludere, un forno del genere dovrebbe avere 2 PID per la combustione (Master temperatura e rapporto), il PID della pressione collettore, il PID della pressione forno, la diluizione fumi è ON-OFF e la compensazione dell'aria calda, ma questo non perchè lo dico io ma perchè forni con H&B o Regaut di una certa dimensione, li ho visti sempre attrezzati con il neseccario anche se del 1970...

Un buon libro lo trovi su RS, Controllo dei Processi Chimi e Termici e se vuoi posso mandarti alcuni manualetti pdf.

Ciao

[crileo]

Ciao ETR, leggendo il tuo post, ho capito che sono ad un buon punto, ma ho ancora molte cose da chiarire. Non ho controlli ossigeno o CO, ma c'è un recuperatore che però ha le termocoppie fumi pre e post recuperatore, una termocoppia aria post recuperatore, ma non quella dell'aria all'ingresso , quindi mi manca un dato importante ma che potrò implementare facilmente (non conosco però le formule di compensazione). Per quanto riguarda la pressione dell'aria a monte del disco di misura, avevamo un dapò meccanico semimanuale che io ho sostituito appunto con un sistema a trasduttore di pressione ed inverter (non sapendo neanche che fosse ufficialmente utilizzato e credevo fosse una mia trovata......povero illuso). Ho un PID che regola la valvola dell'aria secondo il setpoint e la lettura della temperatura, un secondo PID che regola la valvola del gas secondo la portata dell'aria e il rapporto impostato, il PID della pressione forno che regola la valvola del camino, il PID che regola la pressione del collettore tramite inverter e la diluizione fumi on/off, praticamente come hai detto tu. Non ho capito bene se tu preferisci usare il GAS come pilota e l'aria che segue con il secondo PID del rapporto o se ho capito male. Inoltre io ho visto uno schemino di un sistema usato da una fabbrica vicina alla mia con un controllo double cross, con un PID in più che però non so se ho capito bene le relazioni che legano le portate (vedo se riesco a mandarti il .pdf ). Ti ringrazio comunque per le spiegazioni date fino ad ora

[ETR]

Come dici appunto tu sei sulla buona strada. Preciso subito che la temperatura in ingresso al recuperatore non è che ti serva un gran chè, di solito si ha la temperatura fumi in ingresso (fondamentale per la sicurezza del recuperatore), in uscita per capirne il rendimento e la temperatura dell'aria comburente in uscita dal recuperatore per compensare in temperatura la variazione della densità dell'aria. Per le formule che devi considerare sono le classiche formule di compensazione pressione/temperatura (tu utilizzerai solo la parte della temperatura), che puoi trovare sui manuali di fisica, oppure sui manuali di misuratori di portata. Quindi non aggiungere quello che è superfluo perchè a meno che da te la temperatura dell'aria possa variare da -30 a +50, tieni conto di 20°C nel tuo calcolo che vedrai risulterà OK.

Ma nella fabbrica vicino alla tua utilizzano per caso questo ? Reg Multi Loop

La regolazione in double cross è appunto una regolazione incrociata dei due componeti del rapporto, con regolazione antifumo (volgarmente "sempre in vantaggio l'aria rispetto al metano"), in aggiunta ad opportuni accorgimenti di anticipo, per evitare dei ritardi fisici della risposta del calcolo del PID generati dall funzione stessa inserita.

In poche parole, in salita (con l'aumento del carico), il valore maggiore tra calcolo e portata reale dell'aria, regola il gas, mentre in discesa, tra i due valori citati, si sceglie il minore, come riferimento per il PID del metano. Ripeto sono assolute finezze sviluppate per la gestione di caldaie, per forni di riscaldo, per mio parere ed esperienza, sarebbe più utile affinare il valore del rapporto sui vari punti della curva, vedere bene il rendimento dello scambiatore e affinare il più possibile il PID. Il tutto si traduce in risparmio.

Ciao