A nagy késlekedésű rendszereket csak nagyon lassan lehet szabályozni. Egy retortás kemencében a munkadarab, vagy a hőkezelt anyag egy tokban van. Ezt a tokot körülveszi a fűtött kemencetér. A kemencetér hőmérsékletérzékelője, időállandójának megfelelő késedelemmel, küldi az ellenőrzőjelet a szabályozó bementére. A szabályozó az alapjel és az ellenőrzőjel összevetése alapján kiszámítja a kimenetet, amely az összes rendelkezésre álló energia egy részét (például Y=30% esetén, annak 30%-át) bevezeti a kemencetérbe.
A kemenceteret a jól behangolt szabályozó gyorsan, lengések nélkül felhevíti az alapjel értékére. A retorta csak lassan veszi át a hőt és minél jobban megközelíti az alapjelet annál lassúbb lesz a folyamat. Elvileg a folyamat végtelen hosszú ideig tart, de a gyakorlatban sem sokkal jobb a helyzet.
A technológus ezért a kemencetér alapjelét magasabbra állítja. A különbséget csak kísérlettel lehet megállapítani. A különbséget deltaT-nek nevezzük. Ez az érték a szerkezettől, az anyag tömegétől, hőmérsékletétől, fajhőjétől, színétől, felületétől, stb. függ. Tehát ezt az egyszerű módszert csak mindig azonos hőkezelésekhez lehet alkalmazni.
A HAGA kaszkád szabályozó algoritmusa automatizálja ezt a folyamatot. A kaszkádszabályozás egymásba ágyazott szabályozási körökből áll. Minden körhöz tartozik egy érzékélő. A belső kört master-nek, a külső kört slave-nek nevezzük. A master bemenetére érkezik a munkadarab (anyag) hőmérsékletének jele. A lineáris kimeneten a beavatkozójel átalakul hőmérsékletté. Ez a kimenet módosítja slave alapjelét úgy, hogy a master alapjeléhez hozzáadja a kimenet értékét. Ezt a kissé nehezen értelmezhető folyamat megértését segíti az 24. ábra.
Mint már említettük master érzékelője a munkadarab (anyag) közvetlen közelében van. A master alapjelét a hőkezelés hőmérsékletének megfelelően állítottuk be. Ha a masterrel szabályoznánk, a késlekedés miatt igen nagy túllövést kapnánk, amely esetleg a kemence sérülését is okozhatná. A kaszkád működését kísérjük figyelemmel az 24. ábra szerint.
A hőmérséklet emelkedésével az ábrán balról jobbra haladunk. A slave kimenete %-osan vezeti be az energiát a kemencébe. A szabályozón beállított arányos tartomány (P=100/Gain [°C]) alsó határáig 100% teljesítménnyel fűt. A slave alapjele (SPm+LiHi). Látható, hogy a szabályozók automatikusan hozzáadják a DT értéket a munkadarab előírt hőmérsékletéhez. Ezt az értéket a master LiHi tárolójába kell beírni a Conf lapon. Tehát a kemencetér a beállított értékre melegszik fel és ez annyi amennyit Ön megenged!
Az arányos tartományban a deltaT értéke lineárisan csökken a LiLo értékéig, amelyet a master LiLo tárolójába kell beírni a Conf lapon. Ez az érték lesz a tartós eltérés a kemence és a munkadarab hőmérséklete között.
A kemencében a hőmérsékletet az érzékelő végpontján mérjük. A gyakorlat mutatja, hogy a kemencetér többi pontjában a hőmérséklet ettől eltér. Természetesen ez a tokban lévő anyagra is igaz. Tehát ha a LiLo értéket 0-ra állítanánk, a kemence hőmérséklete a master alapjelére állna be és ez a legritkább esetben egyezik meg a tokban lévő anyag hőmérsékletével. Ezért a hőkezelési folyamat végén az egyensúly beállta után a LiLo értékét be kell állítani. Ha a retorta belsejében lévő érzékelő 10 °C-kal kevesebbet mutat állítson 10 értéket, ha 10-zel többet akkor
-10-et.
A kaszkád szabályozás teljesen automatizálja az Ön folyamatát. Nem kell táblázatokban rögzíteni a különböző hőkezelési folyamatok beállítási adatait. Biztos lehet abban, hogy a kemence a beállított hőmérsékletre hevíti az anyagot. A HAGA szabályozókból összeállított kaszkád a szabályozók minden tulajdonságát kezeli. Tehát a slave működtethet motoros szelepet gázfűtéshez. A master lehet programszabályozó. A bemenetek és kimenetek szabadon konfigurálhatók. Az adatgyűjtő szoftver működik.
A 25. ábra egy hőkezelés diagramját mutatja be
A diagramon jól láthatók a kaszkádolás előnyei. Az arányos tartomány alsó határáig maximális teljesítménnyel fűt. A beállás alatt a beállított deltaT értékkel magasabb hőmérséklettel növeli a hőátadást, majd ennek csökkentésével beállítja az előírt hőmérsékletet és ezt pontosan tartja. Ez a egy valós, kozmetikázatlan diagram, amely bármikor megismételhető!
A kísérlet beállított adatai:
master SP=600, LiHi=30, LiLo=13, GAin=5
slave önhangolás után: Gain=2.8, Int=307, dEr=68
A master több slave-et tud kezelni így többzónás (többcsatornás) rendszert is kitűnően szabályoz. A minden slave alapjele eltolható a "kaszkád" értéktől a manual reset helyén beírt értékkel. Tehát a HAGA rendszer kaszkád tulajdonságai rendkívül sok alkalmazásra adnak jó megoldást.
Az előzőekben a deltaT kaszkád szabályozási módot ismertettük, mert ez könnyen megérthető és áttekinthetően használható. A HAGA szabályozók a irodalomban leírt (normal) kaszkád szabályozási módban is működnek. Ez a működési mód több szakértelmet igényel. Általában hosszantartó folyamatokat lehet ezzel szabályozni. Célszerű ennek telepítését, beállítását, hangolását a gyártó szakembereivel megbeszélni.
A deltaT kaszkádszabályozás nemcsak kemencét tud szabályozni, hanem köpenyfűtésű, illetve köpenyhűtésű reaktorokat, autoklávokat, stb. is.
Kapcsolódó anyagok: