使用KIC Auto-Focus工具优化炉温以达到省电的效果

未知 | 2013-05-15 11:21 | 点击： | 应用笔记

使用KIC Auto-Focus工具优化炉温以达到省电的效果
Photo courtesy of Flextronics 
序言
由于锡银铜合金的熔点较高，导致回流焊接的温度也提高了很多，这样回流炉的电能消耗相应增加了。这篇文章的目的是通过KIC公司的Auto-Focus软件找出更加节能的炉温设定。
简介
为了测试在无铅制程中电能的消耗量，我们把电能表装在回流炉上。接下来的几天电能表会一直记录数据。. Illustration: Non-Optimized vs. Optimized Process
实验描述
我们使用2005年七月份生产的 Heller 1912 EXL回流炉,一台配有Auto-Focus功能的SlimKIC 2000 测温仪。
测试选择了即将转换为无铅制程的电信产品。
实验由下面四部分组成 ：
·         使用原来炉温设定的有铅产品
·         使用优化炉温设定的有铅产品
·         使用原来炉温设定的无铅产品
·         使用优化炉温设定的有铅产品
所有优化过的链速都会高于产品的生产周期，这样回流炉就不会成为生产中的瓶颈。
Case A –使用原来炉温设定的有铅产品
直接选择原有的炉温设定， 最高温度范围205° to 225°C.
Case A Settings
炉温如下:

Zone 1 2 3 4 5 6
Setpoint 101 117 131 155 161 161
 
Zone 7 8 9 10 11 12
Setpoint 171 180 199 239 239 220
链速:  95 cm/minute (37”/minute)
测试结果如下:
最高温度 [°C]: 223.5
TAL [s]: 82.0
∆T [°C]: 11.06
Case A 结果
设定好炉温后开始记录电能消耗.  测出的平均电能消耗为10.4 kWh.
·         Case B –使用优化炉温设定的有铅产品
使用KIC Auto-Focus 找出最佳炉温,软件可以自动找出适合制程要求的最低设定温度。软件是在原来的温度基础上进行优化的。
Case B 设定
以下是优化过的炉温设定:
Zone 1 2 3 4 5 6
Setpoint 101 117 131 155 162 162
 
Zone 7 8 9 10 11 12
Setpoint 172 183 193 229 230 217
链速:  92.3 cm/minute (36”/minute)
测试结果如下:
最高温度 [°C]: 216
TAL [s]: 81.3
∆T [°C]: 9.18
Case B 结果
很明显最高温度和delta T 都比以前要低，电能表记录的数值为 8.8 kWh, 比Case A的电能消耗降低了15%.
Case C –使用原来炉温设定的无铅产品
直接选择原有的无铅炉温设定， 最高温度范围235° C到260°C.
Case C Settings
炉温设定如下:
Zone 1 2 3 4 5 6
Setpoint 120 130 150 179 190 222
 
Zone 7 8 9 10 11 12
Setpoint 235 235 243 263 262 222
链速:  90 cm/minute (35”/minute)
测试结果如下:
Peak temperature [°C]: 252.7
TAL [s]: 88.8
∆T [°C]: 9.71
Case C结果
平均电能消耗为 11.5 kWh. 
Case D –使用优化炉温设定的无铅产品
使用KIC Auto-Focus找出最佳设定。
Case D Settings
炉温设定如下:
Zone 1 2 3 4 5 6
Setpoint 116 104 140 166 193 211
 
Zone 7 8 9 10 11 12
Setpoint 219 231 257 247 245 208
链速:  80.6 cm/minute (32”/minute)
测试结果如下:
Peak temperature [°C]: 241.4
TAL [s]: 85.0
∆T [°C]: 4.67
Case D 结果
delta T降低了很多，  平均电能消耗10.6 kWh.与优化之前的炉温对比，Case D 比Case C的电能消耗降低了7.8 %
结论
以下是四次测试的电能消耗值.
  有铅 无铅
原有炉温 10.4 kWh 11.5 kWh
优化的炉温 8.8 kWh 10.6 kWh
以上的数字可以通过以下公式计算出实际节约的成本:
每年节约的电费 = 平均每小时电能消耗 • 电能价格 • 24 小时• 7 天 • 52 周
如果平均电能价格是 $0.076/kWh, 可以计算出如下数值：
  有铅 无铅
原有炉温设定 $6,904.93 $7,635.26
优化的炉温设定 $5,842.64 $7,037.72
节约的成本 $1,062.29 $597.54
 
这些测试表明KIC公司的Auto-Focus可以明显的降低电能消耗，为公司节约成本。
References
M. Apell, J. Dautenhahn, T. Formella, J. Morris, “Power Consumption and Nitrogen Control in Lead-Free Reflow,” OnBoard Technology, April 2004, pp. 24-26