Temperaturregelung von Heizring über SSR und PID Regler

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Autor
Temperaturregelung von Heizring über SSR und PID Regler
Suche nach: temperaturregelung (303)

    







BID = 1094317

unclejamal

Gelegenheitsposter



Beiträge: 80
Wohnort: aut
 

  


Hallo,
bräuchte bitte eure werte Expertise!
Es geht um die Temperaturregelung eines Heizrings (Last), ähnlich wie bei einem Kunststoffextruder. Der Heizring hat 600W (230VAC) und ein Typ-K Thermoelement. Geregelt werden soll mit einem PID Prozessregler. Zum Schalten der Last wäre angedacht ein Solid State Relais (SSR) zu verwenden, welches über einen „switched DC“ Ausgang des Prozessreglers angesteuert werden soll.

Folgende Komponenten des Schaltkreises wären angedacht.


Regler:
  1. Typ Watlow EZ PM PID Regler PM6R1EC-AAAAAAA, https://www.watlow.com/-/media/docu......ashx (ab Seite 244 (=248 im PDF) sind die Spezifikationen)
  2. Eckdaten des Switched DC output (Logikausgang): max. 22 bis 25V (DC) Spannung im offenen Kreis , Stromabgabe bis maximal 40 mA, Kurzschluss begrenzt auf <50 mA, Typical drive 4.5V (DC) @ 30mA – weitere Details im angehängtem Bild (Watlow EZ PM spec and output).
  3. Zweiter Ausgang (mechanisches Relais) wird nicht benützt


SSR:
  1. Finder 77 Series, Typ# 77.01.0.024.8050, https://at.rs-online.com/web/p/halbleiterrelais/7114822
  2. Eckdaten: Schaltcharacteristik: Zero Crossing, Eingang: (16...32)V AC, (9.8...32)V DC, Ausgang: 5 A, (48...265)V AC – Details im angehängtem Bild (Finder 77 SSR specs detail.png)
  3. Diese Bauform des Relais wurde gewählt, um es erstens auf eine vorhandene DIN-Hutschiene montieren zu können und zweitens, aufgrund dessen geringen Breite (anstatt üblicher Oberflächenmontage bzw. „Hockey Puck“ Bauform)


Passen die Komponenten für diesen Zweck zusammen? Speziell die Spannungen vom Reglerausgang und Eingang SSR, usw.? Habe ich was übersehen?


Danke







BID = 1094353

Offroad GTI

Urgestein



Beiträge: 12690
Wohnort: Cottbus

 

  


Zitat :
Speziell die Spannungen vom Reglerausgang und Eingang SSR, usw.?
Ja, passt zusammen.

ABER, die Stromtragfähigkeit des SSR beträgt nur unter Idealbedingungen 5A.
Selbst die knapp 3A deiner Heizung werden schon nicht unter allen Bedingungen erreicht:






_________________
Theoretisch gibt es zwischen Theorie und Praxis keinen Unterschied. Praktisch gibt es ihn aber.

BID = 1094449

unclejamal

Gelegenheitsposter



Beiträge: 80
Wohnort: aut

Danke für die Antwort und dem Hinweis mit der Stromfähigkeit des SSR.
Demnach müsste man das nächstgrößere SSR nehmen mit 15A.
Wäre dann Teilenr. 77.11.9.024.8250

Das 15A ist gegenüber dem 5A lediglich 5mm breiter, dass lässt sich leicht unterbringen. Problematisch wird aber der Zuwachs in der Tiefe von 60mm auf 120mm.


Noch ne Frage zum PID Regler. Es wird im Abschnitt zum Logikausgang (anbei) einmal eine Halbleitersicherung im Lastkreis(siehe Schaltbild), als auch ein "limit control contacts" erwähnt.
Für was die Halbleitersicherung? Brauch ich da zwingend was im Lastkreis oder reicht meine Schmelzsicherung nach dem Netzeingang der Anlage?

Was ist mit "limit control contacts" gemeint? Eine Art Notaus?

Danke!




BID = 1094460

Rafikus

Inventar

Beiträge: 4109


Zitat :
Was ist mit "limit control contacts" gemeint? Eine Art Notaus?

Ich verstehe das so, dass man den Parameter für die Zeitbasis beachten soll.
Ein Relais/Schütz sollte nicht so schnell hin- und her schalten wie es bei einem SSR möglich ist (Seite 18/19 der Anleitung).

Edit: Das war jetzt Quark im Bezug auf "limit control contacts". Trotzdem sollte es beachtet werden.

[ Diese Nachricht wurde geändert von: Rafikus am 21 Feb 2022 12:38 ]

BID = 1094475

Offroad GTI

Urgestein



Beiträge: 12690
Wohnort: Cottbus


Zitat :
Für was die Halbleitersicherung?
Dient zum Schutz des SSR. Gemeint ist eine Sicherung mit einer Kennlinie/Auslösecharakteristik, welche auf Halbleiter optimiert ist. Ist nicht zwingend erforderlich, eine "normale" flinke Sicherung geht auch.


Zitat :
Was ist mit "limit control contacts" gemeint? Eine Art Notaus?
Ganz allgemein ein "Grenzwertschalter". Da es sich um eine Heizung handelt, ist eine Temperaturüberwachung im Lastkreis nicht verkehrt.


Zitat :
Das 15A ist gegenüber dem 5A lediglich 5mm breiter, dass lässt sich leicht unterbringen. Problematisch wird aber der Zuwachs in der Tiefe von 60mm auf 120mm.
Muss es denn unbedingt ein SSR sein?



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BID = 1094547

unclejamal

Gelegenheitsposter



Beiträge: 80
Wohnort: aut


Zitat :
Offroad GTI hat am 21 Feb 2022 15:54 geschrieben :


Ganz allgemein ein "Grenzwertschalter". Da es sich um eine Heizung handelt, ist eine Temperaturüberwachung im Lastkreis nicht verkehrt.

Muss es denn unbedingt ein SSR sein?



Bezüglich Temperaturüberwachung der Heizung ist dort ein Typ K Thermoelement verbaut, was mit dem PID Regler verbunden wird. Wäre mit der Temperaturüberwachung "Grenzwertschalter" was anderes von dir gemeint?

Was sind die Alternativen zu einem SSR? Derzeit wird die Heizung über das interne mechanische Relais des PID Reglers gesteuert. Dessen Schaltzyklen sind sehr gering (100.000 Zyklen). Pro Minute gibt es etwa 3 Schaltvorgänge. Somit sind die Schaltzyklen rasch errreicht, und das Fehlverhalten (hängendes Relais) nicht weit.

Danke!

BID = 1094549

Rafikus

Inventar

Beiträge: 4109


Zitat :
Bezüglich Temperaturüberwachung der Heizung ist dort ein Typ K Thermoelement verbaut, was mit dem PID Regler verbunden wird. Wäre mit der Temperaturüberwachung "Grenzwertschalter" was anderes von dir gemeint?

Sollte das Thermoelement einen Defekt haben oder nicht mehr am richtigen Ort befestigt sein, dann könnte es passieren, dass der Regler eine zu kleine Temperatur erfasst und dann ständig heizt. Für den Regler ist es immer noch nicht warm genug, aber das Heizelement glüht schon vor sich hin.
Ein SSR kann auch mit einem Kurzschluß defekt gehen, dann hast du auch ein glühendes Heizelement.
Deswegen der Grenzwertschalter.

BID = 1094551

Offroad GTI

Urgestein



Beiträge: 12690
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Zitat :
Bezüglich Temperaturüberwachung der Heizung ist dort ein Typ K Thermoelement verbaut, was mit dem PID Regler verbunden wird.
Das Thermoelement ist für die Temperaturregelung erforderlich.


Zitat :
Wäre mit der Temperaturüberwachung "Grenzwertschalter" was anderes von dir gemeint?
Ja, ein Bimetallschalter.


Zitat :
Minute gibt es etwa 3 Schaltvorgänge.
Das ist aber eine sehr empfindliche Regelung...
Da bist du mit einem SSR schon gut dabei.






_________________
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BID = 1094552

unclejamal

Gelegenheitsposter



Beiträge: 80
Wohnort: aut


Zitat :
Offroad GTI hat am 23 Feb 2022 10:01 geschrieben :



Zitat :
Minute gibt es etwa 3 Schaltvorgänge.
Das ist aber eine sehr empfindliche Regelung...
Da bist du mit einem SSR schon gut dabei.


dennoch die frage was du genommen hättest, wären es nicht soviel schaltzyklen .... ein mechanisches Relais?

BID = 1094554

unclejamal

Gelegenheitsposter



Beiträge: 80
Wohnort: aut

Hallo zusammen,
also ein SSR mit kleiner Bauform und gleichzeitig adequater Stromtragfähigkeit zu finden ist recht schwierig. Die zwei Sachen scheinen sich gegenseitig auszuschließen.
Nach langer, fast schon vergeblicher Suche, habe ich nun ein DIN Rail SSR mit kompakten Maßen gefunden: Crydom/Sensata DRA1-SPFE240D25
https://at.rs-online.com/web/p/halbleiterrelais/7018660
Hat 12A(max) und liefert bis 80°C volle 4A.
Anbei ein Auszug der Daten.

An dieser Stelle nochmal die Frage, ob dieses SSR mit den Daten des Reglerausgangs kompatible ist, damit ich nichts übersehe.

Danke!










BID = 1094556

Offroad GTI

Urgestein



Beiträge: 12690
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Zitat :
also ein SSR mit kleiner Bauform und gleichzeitig adequater Stromtragfähigkeit zu finden ist recht schwierig
Physikalisch bedingt.
Über einem Triac (allgemein) fallen knapp 2V ab. Beim von dir verlinken sind es 1,6V. Bei 5A bedeutet das schon eine Verlustleitung von 8W.
Hört sich erst mal nicht viel an, aber ohne Kühlkörper könntest du so keinen Halbleiter betreiben.
Kühlkörper brauchen natürlich Platz und irgendwohin müssen sie die Wärme auch noch abgeben.


Zitat :
ob dieses SSR mit den Daten des Reglerausgangs kompatible ist
Ja, passt.



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BID = 1094557

unclejamal

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Beiträge: 80
Wohnort: aut


Zitat :
Offroad GTI hat am 23 Feb 2022 13:03 geschrieben :


Zitat :
also ein SSR mit kleiner Bauform und gleichzeitig adequater Stromtragfähigkeit zu finden ist recht schwierig
Physikalisch bedingt.
Über einem Triac (allgemein) fallen knapp 2V ab. Beim von dir verlinken sind es 1,6V. Bei 5A bedeutet das schon eine Verlustleitung von 8W.
Hört sich erst mal nicht viel an, aber ohne Kühlkörper könntest du so keinen Halbleiter betreiben.
Kühlkörper brauchen natürlich Platz und irgendwohin müssen sie die Wärme auch noch abgeben.


Bei meinen 600W Laste wären es dann bei 1,6V Spannungsabfalls dieses SSR's 5W.
Ich weiß worauf du hinaus willst. Aber wozu hat dieses SSR dann schon einen Kühlkörper verbaut?
Wenn SSR Ausgang mit max 239V(50Hz) und max 10A spezifiziert ist, ergibt sich daraus 16W. Wäre das mit dem integrierten Kühlkörper nicht schaffbar? (abzüglich dem Stromabfall der sich durch höhere Temperaturen/Leistung - siehe Diagramm - ergibt). Ist da meine Schlussfolgerung falsch?

Danke

BID = 1094558

Offroad GTI

Urgestein



Beiträge: 12690
Wohnort: Cottbus


Zitat :
max 10A spezifiziert ist, ergibt sich daraus 16W. Wäre das mit dem integrierten Kühlkörper nicht schaffbar?
Doch, deswegen hat der Hersteller den Kühlkörper vorgesehen.
Zudem gibt es kein Kunststoffgehäuse, welches die Wärmeabfuhr behindert (wie beim Finder-SSR).
Für einen 'nackten Triac' wäre das halt nicht zu schaffen.



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BID = 1094560

unclejamal

Gelegenheitsposter



Beiträge: 80
Wohnort: aut

okay, dann verstehe ich deinen Anmerkung zur Verlustleistung als generellen Hinweis zur Thematik mit SSR.
Und für meinen konkreten Fall würde das heißen, dass das Crydom SSR passt (?).

Danke



[ Diese Nachricht wurde geändert von: unclejamal am 23 Feb 2022 15:26 ]

BID = 1094588

unclejamal

Gelegenheitsposter



Beiträge: 80
Wohnort: aut

Jetzt gehe ich einen Schritt weiter und es geht um Maßnahmen das System sicherer zu bekommen.
1) Hinweis von Rafikus (siehe Post oben), einen zweiten externen Temperatursensor zu verwenden um die Temperatur des Heizrings zusätzlich zu überwachen, um im Falle einer Fehlfunktion des im Heizelementes integrierten Temperatursensors, den Kreis zu unterbrechen (da u.U. das SSR dauerhaft ein ist). Hierfür mache ich mir noch Gedanken dazu.

2) Die Idee (von mir), in den Lastkreis ein mech. Relais in Serie schalten und über den zweiten Logikausgang des Reglers (Alarmfunktion, z.B. Übertemperatur) das Relais anzusteueren. Das wäre nun für andere Fehlerfälle (z.B. SSR dauerhaft an, Temp.sensor ok und zeigt Übertemperatur) als #1 oben.
Anbei ein einfaches Blockschaltbild dazu.
Hierfür hätte ich folgendes Relais ausgesucht (auch hier wieder das Thema rund um kompakte Maße):
Omron G2RV monostabiles Relais 24V
Anbei Auszüge aus dem Datenblatt.
Wäre das Relais dafür geeignet? Ist ein Relais für diesen Zweck überhaupt die richtige Lösung?

PS: natürlich ist im System nach dem Netzeingang eine Schmelzsicherung mit an Bord.

Danke!












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