Температурни контролери

• Поддържането на прецизен контрол върху термичните процеси, помещенията и средите със специален температурен режим в индустрията е критично условие за надеждност, ефективност и безопасност
  
  
• Температурните контролери са незаменим инструмент на съвременната промишлена автоматизация, който непрекъснато еволюира, за да предлага все по-висока точност и надеждност
  
  
• Глобалният пазар на индустриални температурни контролери се очаква да надхвърли 6,8 млрд. долара до 2032 г.

В динамичния пейзаж на модерната промишленост поддържането на прецизен контрол върху термичните процеси, помещенията и средите със специален температурен режим е критично условие за надеждност, ефективност и безопасност. Това важи в особена степен за ОВК сектора, хранително-вкусовото, фармацевтичното, химическото и електронното производство, нефтено-газовия отрасъл, енергетиката, полимерната промишленост и др. Температурните контролери са незаменим инструмент на съвременната индустриална автоматизация, който непрекъснато еволюира, за да предлага на предприятията все по-висока точност и надеждност.

Пазарът на решения в сегмента значително се изменя под влиянието на редица иновации в контекста на четвъртата промишлена революция, като изкуствения интелект, машинното и дълбокото самообучение, безжичните комуникации, IoT, облачните изчисления, прогнозната поддръжка и напредъка при сензорните технологии.

Функции и особености

Контролерите от този тип са устройства, използвани за регулиране на температурата на даден процес или среда без активна намеса на оператор. Те приемат като входящ сигнал данни от температурен сензор, например термодвойка или съпротивителен термометър, и сравняват реалните стойности с предварително зададен праг или диапазон. При отклонение задача на контролера е автоматично да върне температурата в рамките на допустимия обхват чрез подгряване или охлаждане, като подаде изходен сигнал към съответния контролен елемент. Обект на управление може да е отоплителна, хладилна или климатична система, инсталация за някакъв тип термична обработка на продукти или материали, котел или друг вид водоподгревател и т. н.

Най-използвани в съвременната индустрия са дигиталните контролери, които се отличават с висока точност и надеждност. Глобалният пазар на промишлени температурни контролери е на стойност 5,27 млрд. щатски долара през 2023 г., като се очаква да надхвърли 6,8 млрд. долара до 2032 г. Основни двигатели на растежа в сегмента са нарастващото търсене на компоненти за автоматизация и прецизно управление на температурата в редица индустриални сектори, както и все по-широкият обхват на дигитализацията и Industry 4.0 приложенията. Сред водещите тенденции при температурните контролери са безжичните технологии, които позволяват отдалечен мониторинг и контрол, както и интеграцията на интелигентни сензори и IoT устройства с възможности за събиране на данни в реално време.

Изборът на оптимален температурен контролер за даден практически сценарий зависи от няколко ключови фактора, като типът на сензора, от който ще се получава входен сигнал, температурният диапазон, който ще се поддържа, желаната функционалност, както и условията на средата, в която устройството ще се експлоатира.

Видове температурни контролери

Първият тип устройства в този сегмент са “On/Off” контролерите с функции за включване и изключване, при които не е предвиден междинен праг. Те са с базова конфигурация и са предпочитани за приложения с изисквания за двоичен отговор без прецизно (стъпково или плавно) регулиране – или пълно активиране, или пълно деактивиране на контролния елемент. Изходният сигнал може да е дискретна стойност (“Включено”/”Изключено”) или непрекъсната такава (“Отворено”/”Затворено”). Контролери от този тип се използват за регулиране не само на температура в индустрията, но и на други ключови параметри, като налягане и дебит.

Контролерите за включване и изключване са отлично решение за температурни аларми, за инсталации, в които не е препоръчително енергийният източник да се спира и пуска прекалено често, както и за случаи, в които масата на системата е твърде голяма и температурите се изменят бавно. Специален тип контролер в този сегмент е ограничителният – с ограничаващ превключвател или блокиращо реле, изискващи ръчно нулиране. Основно приложение е спирането на даден технологичен процес при достигане на определена температура.

Друг популярен тип температурни контролери са пропорционалните. Те са базирани на технология за управление с обратна връзка и се използват за поддържане на зададен температурен праг чрез регулиране на изходния сигнал, който е пропорционален на разликата между праговата стойност и реално отчетената. Пропорционалните контролери се характеризират с висока точност и бърза реакция, както и с възможности за лесно интегриране в различни системи. Те често се избират като алтернативи на други типове системи за управление, при които са налице повече отклонения от зададените стойности и колебания, тъй като разполагат с механизъм за ограничаването на тези ефекти.

Третият основен тип са т. нар. PID (Proportional, Integral, Derivative) контролери – с пропорционални, интегрални и производни коефициенти на управление. Пропорционалният принцип се използва за генериране на изходен сигнал, реципрочен на отклонението между зададената и реалната стойност. Интегралният – за елиминиране на грешки в стационарно състояние, а производният – за осигуряване на плавно регулиране и намаляване на пререгулирането (т. нар. “overshooting”). Трите параметъра се настройват поотделно, за да се постигне желаният отговор, като контролерът автоматично компенсира промените в системата.

PID контролерите се отличават с най-висока точност и стабилност на управлението от трите изброени типа, като се използват предимно в системи с относително малка маса, които реагират бързо на промените при подаване или отнемане на енергия от процеса.

Предпочитан избор са за инсталации, в които натоварването често се променя, а контролерът се очаква автоматично да компенсира регулярни изменения в праговата стойност на температурата, наличната енергия или масата, която се управлява.

Тъй като температурните контролери типично се монтират в инструментални/измервателни табла, те обикновено се предлагат в стандартни размери за панелен монтаж (или съгласно стандартните DIN шини). Така се гарантира лесна подмяна на едно устройство с друго в таблото.
Потребителите могат да избират и между единични и т. нар. многоконтурни (multiloop) контролери в зависимост то това дали се контролира един процес или множество зони.

Разнообразните типове модули за контрол на температурата се характеризират и с различен тип изходни сигнали. Времево-пропорционалните (time-proportional) сигнали са подходящи за управление на подгревателни елементи, докато аналогово-пропорционалните (analog-proportional) прецизно регулират напрежението или тока на управляваните устройства. Изборът на вариант с електромеханично или полупроводниково реле може значително да повлияе ефективността на контролера и продължителността на сервизния му живот при специфични експлоатационни условия.

Предимства на съвременните температурни контролери

Внедряването на температурен контролер от последно поколение в даден температурен процес или контролирана среда в индустрията осигурява множество ползи за предприятията. Сред основните предимства е гаранцията за постоянно качество на продукцията в сектори, като ХВП, фармацевтичната промишленост и електронното производство, където дори малки отклонения в температурата могат да доведат до разваляне, дефект или компрометирано качество на продукта.

Температурните контролери осигуряват и значително повишаване на процесната ефективност чрез оптимизирано използване на енергията и ресурсите и намаляване на загубите и свързаните с тях допълнителни разходи. Управлението на температурата чрез съвременно решение в сегмента спомага и за подобряване на безопасността на критичните технологични процеси в индустрията. Неконтролираните вариации в стойностите могат лесно да доведат до опасни ситуации, включително пожари, експлозии и повреди в оборудването. Самите контролери обикновено разполагат с прецизни функции за безопасност, като аларми и автоматично изключване, чрез които се предотвратяват прегряването или преохлаждането. Посредством надеждно управление на температурата се гарантира и значително по-дълъг живот на машините и системите, които не са изложени на екстремни температури, топлинни ефекти и механично натоварване, като същевременно се намаляват разходите за поддръжка и нежеланите престои.

Модерните температурни контролери дават възможност за гъвкаво персонализиране, което значително разширява приложенията им в производството и индустрията и ги прави подходящи за управление и на най-взискателните и критични технологични процеси с цел повишаване на стабилността и предсказуемостта.

Иновации и тенденции

Сегментът на контролерите за хранително-вкусовия и фармацевтичния сектор е поле за усилена научноизследователска, развойна и иновационна дейност. Разработчиците активно експериментират с интегрирането на авангардни технологии като изкуствен интелект и машинно самообучение в тези устройства, за да постигнат широка интелигентна функционалност и подобрена ефективност и прецизност.

С помощта на AI алгоритми съвременните решения за управление на температурата стават значително по-адаптивни и автономни, като разполагат и с възможности за непрекъснато усъвършенстване с времето. Възможна е интеграция с различни типове външни системи, като метеорологични станции, за да се обезпечат различни специфични приложения, като контрол на температурата съобразно атмосферните условия например.

Благодарение на умни сензори и IoT модули от нова генерация, както и на модерни инструменти за анализ на данни в реално време и в хронологичен ред температурните контролери разполагат не само с възможности за идентифициране на модели и тенденции в исторически план, но и за прогнозно моделиране и превантивна поддръжка. Така става възможно предотвратяването на редица нежелани ситуации и ефекти – повреди, престои, ремонти и разходи вследствие на драстични отклонения в температурата на даден процес или система.

Друга интересна иновация в сегмента на промишлените температурни контролери са облачните изчисления. В комбинация с безжична свързаност тази технология позволява надежден отдалечен мониторинг и прецизно дистанционно управление, които осигуряват огромна гъвкавост за индустриалните компании. Така контролните модули могат да бъдат конфигурирани практически от всяка точка във и извън предприятието чрез удобно преносимо потребителско устройство, като смартфон или таблет, и съответния софтуер. Тази възможност е особено ценна при управление на критична инфраструктура, разположена в отдалечени обекти или в агресивни среди, например офшорни съоръжения от нефтената и газовата промишленост, обекти в енергетиката, пречиствателни станции и др.

Често срещано предизвикателство в съвременната индустрия вследствие на бързия технологичен напредък при средствата за управление на температурата е безпроблемното интегриране на контролери от най-ново поколение в съществуващи и застаряващи процесни системи. Осигуряването на оперативна съвместимост обаче често е критично условие за гарантирането на безопасността и ефективността на ключови производствени и промишлени приложения. Към този проблем се подхожда гъвкаво, например чрез модулни концепции, които позволяват частично и постепенно модернизиране на оборудването, например посредством IoT гейтуей и други комуникационни устройства.

Сред иновациите в сегмента на температурните контролери е и използването на блокчейн технологии, изкуствен интелект и авангардни решения за обработка и сигурност на данните. Чрез тях се гарантират неприкосновеност и цялост на информацията, подобрена проследимост и сигурен мониторинг, защитен от киберзаплахи.
Експерти разглеждат някои от бъдещите приложения на контролерите за температура в различни отрасли и сфери, за да подчертаят все по-ключовата им роля за технологичното развитие на индустрията и бизнеса. Според прогнозите им с помощта на усъвършенствани контролери промишлените и сградните системи в бъдеще напълно автономно ще могат да управляват температурата и микроклимата, особено при комбиниране с инсталации за възобновяема енергия. Така се очаква значително да се повиши устойчивостта в производството, сградния сектор, сферата на услугите и т. н. – в изпълнение на целите за нисковъглеродно бъдеще. Ключов сегмент в това направление ще бъдат интелигентните домове и сгради, в които температурни контролери и релета от последно поколение, IoT сензори, изкуствен интелект и умни асистенти ще работят в синергия, за да оптимизират комфорта и потреблението на енергия съобразно актуалните потребности, климата и атмосферните условия, приложението на съответното помещение, моментната заетост и други ключови фактори.