Научная электронная библиотека

Монографии, изданные в издательстве Российской Академии Естествознания

КОНТРОЛЬ ВЛАЖНОСТИ ДРЕВЕСИНЫ И УПРАВЛЕНИЕ ПРОЦЕССОМ ЕЕ СУШКИ

Макартичян С В, Шилин А Н, Стрижиченко А В,

Глава 8. РЕАЛИЗАЦИЯ ИНФОРМАЦИОННО-ИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ ПРОЦЕССОМ СУШКИ ДРЕВЕСИНЫ

Состояние материала в процессе сушки характеризуется несколькими параметрами: температурой t древесины, ее влажностью W и технологическими показателями H. Параметры t и W между собой взаимосвязаны и оказывают влияние на технологические показатели H. Следовательно, система управления должна в течение технологического процесса управлять двумя взаимозависимыми параметрами с минимальными энергетическими затратами.

Существующие системы управления процессом сушки в большинстве производимых сушильных установок опираются на приближенные эмпирически определенные графики сушильного процесса [80], учитывают лишь параметры сушильного агента [35, 51] без учета информации о температуре и влажности древесины в течение всего процесса сушки и не позволяют решить задачу оптимизации энергетических затрат.

Для повышения качества выпускаемой продукции и снижения энергозатрат необходима информация о температуре и влажности древесины в течение всего процесса сушки.

Поставленные задачи управления процессом сушки древесины и исследования динамики сушильного процесса могут быть решены с помощью предлагаемой информационно-измерительной системы для управления процессом сушки (рис. 8.1).

Нагревательные элементы 1 расположены в вентиляционном канале сушильной камеры. Влажность поверхностных и внутренних слоев древесины измеряется с помощью кондуктометрических датчиков влажности 2. Каждый датчик содержит по 2 изолированных по длине игольчатых электрода, внедряемых в древесину по направлению вдоль волокон на участке здоровой древесины без сучков.

Рис. 8.1. Информационно-измерительная система для управления процессом сушки пиломатериалов

Кондуктометрические датчики влажности распределены по объему штабеля древесины 3 таким образом, что на каждые 10 м3 древесины в сушильной камере приходится пара датчиков влажности, но не менее 2 пар датчиков на камеру. При этом пара датчиков выполнена таким образом, что один датчик внедряется в поверхностный слой древесины для измерения поверхностной влажности, а другой внедряется в центральный слой древесины для определения влажности центрального слоя (рис. 5.18) Расположение пар датчиков влажности выбирается таким образом, чтобы хотя бы одна пара датчиков была внедрена в древесину в месте наилучших условий влагообмена, т.е. со стороны входа сушильного агента в воздушные каналы штабеля, и хотя бы одна пара кондуктометрических датчиков была внедрена в месте наихудших условий влагообмена, т.е. со стороны выхода из штабеля сушильного агента. Информация о температуре и относительной влажности сушильного агента получается с помощью датчиков температуры и относительной влажности воздуха, установленных перед штабелем и за штабелем. Информация о значениях температуры и влажности сушильного агента и влажности центрального и поверхностного слоев пиломатериалов в местах наилучших и наихудших условий влагообмена, представленная в численно-графическом виде, поступает на ПК оператора и отображается в виде тренда. При этом на ПК в режиме реального времени рассчитываются внутренние напряжения в древесине, а также температурное поле в древесине для учета поправки на текущую температуру различных слоев древесины при измерении их влажности. Также в режиме реального времени на ПК по результатам измерений температуры и относительной влажности сушильного агента рассчитывается равновесная влажность древесины в зонах наилучшего и наихудшего влагообмена. При разнице равновесных влажностей пиломатериалов в зонах наилучшего и наихудшего влагообмена, не позволяющей обеспечить требуемую категорию качества сушки по критерию допустимого отклонения величины конечной влажности партии от средней (см. табл. 3.1) оператор подает команду на увеличение частоты вращения на блок 6 управления вентиляторами 7 с целью увеличения скорости циркуляции сушильного агента по штабелю для более равномерного распределения влаги в сушильном агенте.

При приближении внутренних механических напряжений к предельно допустимым, что имеет место в зоне наилучшего влагообмена, оператор подает команду на отключение принудительной циркуляции и нагревателей на блок 5 управления мощностью нагревательных элементов 1 и на блок 6 управления вентиляторами 7. В период паузы влажностное поле в материале выравнивается за счет механизма термодиффузии, и влажностные напряжения уменьшаются, а деформации оказываются преимущественно упругими [38]. Период паузы продолжается до достижения температурами центрального и поверхностного слоев установившегося значения. Затем опять производится включение принудительной циркуляции и нагревателей, и процесс сушки с чередующимися периодами подвода тепловой энергии к материалу и паузы продолжается до достижения в материале требуемой конечной влажности и допустимого перепада влажности по толщине.

На рис. 8.2 представлена функциональная схема информационно-измерительной системы для управления процессом сушки древесины.

Рис. 8.2. Функциональная схема информационно-измерительной системы для управления процессом сушки пиломатериалов

Микроконтроллер МК предназначен для опроса датчиков температуры и относительной влажности сушильного агента ДТ и ДВВ, а также датчиков влажности поверхностного и центрального слоев древесины ДВП и ДВЦ и представления данных на ПК. На ПК реализуется алгоритм учета температурной поправки на текущий результат измерения влажности древесины по результатам расчета температурного поля в материале. Зависимость сопротивления влажной древесины в зависимости от температуры описывается функцией:

(8.1)

где k1 и k2 – коэффициенты, зависящие от породы [10].

Система учета энергии также реализуется на ПК.

Алгоритм управления процессом импульсной конвективной сушки древесины представлен на рис. 8.3.

Рис. 8.3. Алгоритм управления процессом процессом импульсной конвективной сушки древесины

Данная ИИС получает информацию о текущей влажности древесины с помощью изолированных по длине контактных датчиков в поверхностном и центральном слоях материала. Периоды импульсов, т.е. интенсивного нагрева с учетом максимально допустимых сушильных напряжений, чередуются с периодами пауз, т.е. периодами отключения нагревательных элементов и принудительной циркуляции. Время импульса продолжается до момента достижения в материале максимально допустимых сушильных напряжений, при которых механические деформации остаются упругими.