Informatyka przemysłowa i gospodarcza

We współpracy z Zakładem Inżynierii Spajania Politechniki Warszawskiej, Instytutem Elektrotermii Ekologicznej w Warszawie i Przemysłowym Instytutem Elektroniki w Warszawie zbudowano w IIS oparty na algorytmach przetwarzania i analizy system pomiarowy THERMO-WET przeznaczony do automatycznych pomiarów podstawowych mierzalnych wielkości charakteryzujących oddziaływania międzyfazowe w temperaturach do 1700°C.

W ramach prowadzonych badań dotyczących właściwości fizykochemicznych materiałów w wysokich temperaturach opracowano unikalne urządzenie metrologiczne służące do wyznaczania parametrów zwilżania – siły i kąta, w szerokim zakresie temperatur do 1000 °C, dla różnych atmosfer gazowych. Urządzenie wspomaga opracowywanie nowych materiałów i technologii  zwilżania, jak również optymalizację już istniejących procesów przemysłowych [1].

System nagrzewanie indukcyjnego obracającego się walca stalowego nadaje się szczególnie do procesu dosuszania (inaczej wyrównywania wilgotności wstęgi papieru) w końcowym etapie jego produkcji [2] (*).

System składa się z szeregu niezależnie sterowanych wzbudników dostarczających energię w postaci pola elektromagnetycznego zamienianą na powierzchni walca w energię cieplną.  Energia ta wydzielana w określonych przez automatyczny układ sterowania wilgotnością papieru miejscach na powierzchni walca zapewnia lokalne dosuszanie bardziej wilgotnych miejsc przesuwającej się wstęgi papieru. W efekcie rozkład I wartość wilgotności nawijanej na szpulę wstęgi papieru spełnia założenia technologiczne.

W przedstawionym na rysunku poniżej półprzemysłowym, laboratoryjnym systemie suszenia rzeczywista wstęga papieru została zastąpiona wstęgą z bawełny imitującą zachowanie się papieru podczas procesu jego nawilżania i suszenia.  System ten składa się z  szeregu niezależnie sterowanych podsystemów odpowiedzialnych za pomiar wilgotności wstęgi, pomiar temperatury na jej wejściu i wyjściu, pomiar temperatury powierzchni walca oraz podsystemów zapewniających automatyczne utrzymanie  wilgotności na stałym, z góry założonym poziomie.

Symulację losowego zwilżania przesuwającej się wstęgi bawełny zapewnia sterowany komputerowo układ szeregu spryskiwaczy umieszczonych nad powierzchnią wstęgi bawełny.

Dzięki takiemu rozwiązaniu istnieje możliwość praktycznych badań nad doborem struktury I algorytmów  różnego typu regulatorów temperatury powierzchni walca oraz wilgotności wstęgi bawełny. Ma to szczególne znaczenie, gdyż tego typu układy charakteryzują się nietypową jak na układy cieplne dynamiką nagrzewania i suszenia.

Opracowano innowacyjne rozwiązania inteligentnych generatorów do nagrzewania indukcyjnego znamiennych funkcjonalnością auto-dopasowania energetycznego do zmieniającego się obciążenia [3](**). Rozwiązania te oparte na dwóch patentach RP dotyczą zarówno jednoczęstotliwościowych generatorów rezonansowych LLC [4] jak i nowej topologii LCLC generatora do nagrzewania dwuczęstotliwościowego [5]. W generatorze dwuczęstotliwościowym auto-dopasowanie energetycznego została wzbogacona o rozwiązania konstrukcyjno-informatyczne pozwalające na realizowanie, nie występującej w żadnym znanym rozwiązaniu światowym, funkcji kontrolowania stosunku równoważnej rezystancji obciążenia przy wysokiej HF i średniej MF częstotliwości rezonansowej (kompensującej wpływ efektu naskórkowości). Oparte o układ FPGA systemy sterowania pozwalają zarówno na jednoczesną pracę dwuczęstotliwościową, jak i pracę quasi-jednoczesną (naprzemienne MF i HF z sumarycznym czasem cykli ok. 50 ms) co umożliwia komutację miękką łączników zarówno dla MF jak i HF Wyniki prac zastosowano w prototypie generatora o mocy 100 kW i HF ok. 500 kHz.

Zastosowanie: efektywne, jednoczesne  hartowanie powierzchniowe wsadów wklęsło-wypukłych, np. kół zębatych.

[1] M. Bakala, et al. Metrol. Meas. Sys., 2017. 24: 175-184. DOI link

[2] A. Fraczyk, J. Kucharski. Appl. Therm. Eng., 2017. 125: 767-779. DOI link

[3] J. Zgraja, A. Cieslak. COMPEL, 2017. 36: 458-468. DOI link

[4] J. Zgraja, G. Lisowski, J. Kucharski,  Energies 2020, 13(8), 1860. DOI link

[5] J. Zgraja. IEEE T. Ind. Electron., 2019. 66: 8308-8317. DOI link

(*) N N519 579838 “Precyzyjny system pomiaru i kontroli temperatury Nagrzewanie indukcyjne obracającego się stalowego walca”, J. Kucharski (kierownik), A Frączyk, P. Urbanek, 2013-2015

(**) projekt NCBiR (PBS1/A4/2/2012). J. Zgraja (kierownik). 2012-2016