Автоматизация процесса сушки древесины

метки: Автоматизация, Древесина, Процесс, Влажность, Камера, Температура, Датчик, Материал

Техническое перевооружение предприятий стройиндустрии, ускоренное внедрение новых интенсифицированных технологических процессов невозможно без использования высокотехнологического оборудования комплексной автоматизации. Разработка и внедрение на предприятия стройиндустрии автоматических систем управления (АСУ) позволяет решать задачи оперативного управления на трех основных уровнях:

1) локальные средства автоматики;

2) автоматизированные системы управления предприятиями (АСУП);

3) отраслевые автоматизированные системы управления (ОАСУ).

Характерной особенностью современного этапа автоматизации является то, что она опирается на революцию в ЭВТ, а также быстрое развитие робототехники.

Применение современных средств и систем автоматизации позволяет решать задачи:

1. Вести процесс с производительностью, максимально достижимой для данных производительных сил, автоматически учитывая непрерывные изменения технологических параметров, свойств исходных материалов и полуфабрикатов, изменение в окружающей среде и ошибки операторов;

2. Управлять процессом, постоянно учитывая динамику производственного плана для номенклатуры выпускаемой продукции путем оперативной перестройки режимов технологического оборудования, перераспределения работ и т.д.

3. Автоматически управлять процессом в условиях вредных и опасных для здоровья человека.

Внедрение систем автоматизации направлено на повышение эффективности производственных процессов. Основными задачами внедрения СА является:

1) повышение культуры производства, качества продукции и эффективности использования технологического оборудования;

2) повышение производительности труда при выполнении технологических операций, резкое сокращение ошибок и брака, стабилизация технологического процесса, сокращение числа работающих;

3) увеличение выпуска и повышение надежности продукции, оптимизация номенклатурного распределения производственной продукции;

4) сокращение потерь рабочего времени на участках и технологических линиях, увеличение оперативности управления производственным процессом со стороны персонала и увеличение качества управления.

В результате создания АСУ ТП должны быть улучшены значения следующих показателей:

1) время сушки заданного количества материала;

2) качество получаемой продукции;

3) затраты расходуемой энергии;

4) количество и квалификацию операторов, управляющих процессом;

Управление производственным процессом (2)

... организации производственного процесса на предприятии. Рассмотреть современные методы и технологии управления производственного процесса. Определить роль информационных систем в управлении производственным процессом Сформулировать критерии эффективности производства и его управления. Для обоснования эффективности предлагаемых мероприятий в дипломной работе ...

5) скорость заполнения камеры;

6) температура сушки;

7) влажность древесины.

1. Состояние вопроса

При создании АСУТП сухого сушки материала в трубной сушильной камере целесообразно в первую очередь изучить передовой опыт отечественной и зарубежной промышленности в этой области. Был проведён анализ литературных источников, таких как «Основы автоматизации производства и контрольно-измерительные приборы на предприятиях строительных материалов», «Автоматическое регулирование процессов тепловлагообработки в промышленности», «Тепловой контроль и автоматизация тепловых процессов», «Автоматизация Сушильного цеха»,, а также изучены периодические издания за последние годы «Современные технологии автоматизации», «Строительные материалы, оборудование, технологии».

На производстве были внедрены разнообразные АСУТП. Одно из отличий заключается в использовании функциональных различных возможностей, связанных с применением тех или иных технических средств. Системы управления на базе локальных регулирующих комплексов с минимальными информационными функциями целесообразны при реконструкции отдельных цехов малой мощности. При строительстве новых технологических линий или реконструкции мощных заводов предусматриваются мини — или микро-ЭВМ, реализующие максимальный объем информационных и управляющих функций.

Возможности совершенствования разработанных систем далеко не исчерпаны. Дальнейшие работы ведутся как в направлении применения микропроцессорной техники, так и по созданию более совершенных алгоритмов управления со статической оптимизацией и динамической стабилизацией на базе адаптивной модели процесса.

В современных сушильных камерах используют новейшие

технологии для упрощения производства извести. В данный момент используются такие средства автоматизации для производства:

Регулятор сушильной камеры

Регулятор предназначен для регулирования режимов сушки пиломатериалов в сушильных камерах, контроля температуры воздуха в камере, абсолютной влажности древесины, относительной влажности воздуха и уровня воды в емкостях.

10-канальный датчик влажности древесины

Датчик влажности предназначен для измерения влажности цельной древесины во время ее сушки в камере. Метод измерения — кондуктометрический. Основными узлами датчика являются: измерительная схема, аналого-цифровой преобразователь, микропроцессорный блок, блок цифровой индикации, переключатель каналов и блок питания

Блок реверсирования

Блок реверсирования предназначен для цикличного управления направлением вращения двигателей вентиляторов в сушильных камерах, обеспечения экономии электроэнергии, исключения аварийных ситуаций при переключении направления вращения двигателей .

Термопреобразователи

Термопреобразователи предназначены для измерения температуры окружающей среды, жидких, газообразных и сыпучих химически неагрессивных сред, а также поверхности твердых тел в различных отраслях промышленности.

2. Описание технологического процесса

Объектом автоматизации является процесс сушки древесины в сушильной камере.

Вначале древесину прогревают паром, подаваемым через увлажнительные трубы, при включенных обогревательных приборах, работающих вентиляторах и вытяжных каналах. В начале прогрева агента температуры сушки должна быть на 5 град выше первой ступени режима, но не более 100град. Продолжительность нагрева древесины зависит от ее породы (сосна, пихта, кедр) при температуре наружного воздуха более 0 градусов составляет 1-5-2 часа на каждый сантиметр толщины. Продолжительность прогрева материалов лиственных пород (береза, липа, осина) увеличивается на 50% по сравнению с хвойными породами. После прогрева параметры агента сушки доводят до 1 режима,а затем приступают к сушке материалов, соблюдая режим температуру и влажность характеризуют вентилями на трубопроводах. В процессе сушки в древесине возникают остаточные внутренние напряжения, для их устранения проводят промежуточную и конечную влаготеплообработку в среде повышенной температуры и влажности. Промежуточная влаготеплообработка производится при переходе со второй на тертью ступень или с первой на вторую при сушке по высокотемпературным режимам. Конечную влаготеплообработку проводят по достижении необходимой влажности. В последней стадии температуру поддерживают на 8 градусов выше необходимого режима, но не более 100. По окончании пиломатериалы,прошедшие сушку выдерживают в камере 2-3 часа при параметрах, предусмотренных последней ступенью режима,после чего камеры останавливают.

В данном курсовом проекте будет рассматриваться сушильная камера с такими техническими характеристиками:

Таблица 1. Характеристика сушильной камеры

Сушильная камера	Периодического действия	—
Номинальный объем разовой загрузки условного пиломатериала	5	м3
Габариты загружаемых штабелей(ДхШхВ)	4000х1300х1600	мм
Интервал рабочих температур	50…125	град
Удельный расход электроэнергии на сушку 1м3 условного пиломатериала	220	кВт
Минимальная достигаемая влажность пиломатериалов	7…8	%
Установленная мощность электрооборудования	30,5	кВт
Габаритные размеры (ДхШхВ)	6480х2030х2720	мм
Масса	4500	кг
Время сушки условного пиломатериала до влажности 12%	43…53	час
Количество вентиляторов	4	шт
Мощность	13,5	кВт
Средняя потреб. тепловая мощность	175	кВт

Для разработки АСУ ТП сушки древесины в сушильной камере необходимы такие датчики и исполнительные механизмы:

1) Датчик уровня ЕasyTREK SCD-34, установленный в камере;

2) 2 датчика наличия материала MWS-DP-3. Один установлен непосредственно в камере, второй — на выходе, для контроля за полной выгрузкой материала;

3) Датчик температуры ДТС4-100П, установленный непосредственно на камере для контроля за температурой внутри ее;

4) Датчик влажности для древесины MD7820;

5) Микрофонный датчик FZ0166 для регулировки заполнения сушильной камеры;

6) Асинхронный двигатель АИ-355М-4У3, приводящий в действие вентилятор.

7) Вентеляторы для смешивания воздуха ADW550

8) Датчик влажности окружающей среды MKF 720

3. Назначение и цель создания системы

3.1 Назначение

Система предназначена для повышения производительности, надежности и качества изготавливаемой древесины. Основным назначением САУ является автоматизация процесса сушки древесины для производства материалов и изделий из дерева. В рамках проекта автоматизируется процесс сушки в следующих производственных процессах:

1) Процесс оптимальной загрузки сушильной камеры;

2) Поддержание заданной степени сушки;

3) Поддержание заданной температуры;

4) Выгрузка готового материала.

3.2 Цель

САУ создается с целью:

1) оптимизировать процесс тепловлагообработки (свести к минимуму расходы на исходный материал, электроэнергию, человеческие ресурсы и пр.);

2) улучшить качество высушиваемого пиломатериала;

3) увеличить производительность сушки.

3.3 Требования к структуре и функционированию системы

Таблица 2. Основные требования

Функция (задача)	Форма представления выходной информации	Точность (погрешность) выполнения	Время выполнения	Регламент выполнения	Критерий отказа
Обеспечение необходимых параметров сушки	Унифицированная, 0-25В 4-15мА	±2%	40 сек.	Защита от электро-магнитных помех	Неточность в показаниях порядка 10%
Поддержание необходимой влажности материала	Унифицированная, 0-25В 4-15мА	±0,4%	5 мин.	Защита от электро-магнитных помех. Защита от пыли.	Неточность в показаниях порядка 10%
Поддержание заданной температуры	Унифицированная, 0-25В 4-15мА	0,5%	10 мин.	Пылезащищено. Защищено от сплошного обрызгивания.	Неточность в показаниях порядка 10%

4. Перечень входных и выходных сигналов и данных

Таблица 3. Перечень входных непрерывных сигналов

Наименование	Диапазон изменения	Форма подания	Периодичность изменения
Уровень материала в камере	1-10 м	Напряжение постоянного тока 0 — 40 мВ	2 мин.	Датчик уровня ЕasyTREK SCD-34
Температура камеры	80-100°С	Напряжение постоянного тока 0 — 60 мВ	3 мин.	Датчик температуры ДТСХХ4-100П
Влажность древесины до поступления его в камеру	30%	Напряжение постоянного тока 0 — 40 мВ	10 мин.	Датчик влажности M-Sens 2
Степень загрузки пиломатериала	0-100%	Напряжение постоянного тока 0 — 60 мВ	10 сек.	Микрофонный датчик FZ0166

Таблица 4. Перечень входных дискретных сигналов

Наименование	Диапазон изменения	Разрядность	Периодичность изменения
Наличие материала в камере и на выходе из нее	0-1 м	бит	10 сек.	Датчик наличия материала MWS-DP-3

Таблица 5. Перечень входных двухпозиционных сигналов

Наименование	Периодичность изменения
Команда «Завершение работы АСУ»	По инициативе оператора	Пульт оператора

Таблица 6. Перечень выходных непрерывных сигналов

Наименование	Диапазон изменения	Форма подания	Приемник
Сигнал на работу питателя	±15 об/мин	Напряжение переменного тока 220 В	Двигатель АО-42-4-2,8
Сигнал на изменения скорости двигателя вентилятора	±100 об/мин	Напряжение переменного тока 220 В	Двигатель АИ-355М-4У3

Таблица 7. Перечень выходных дискретных сигналов

Наименование	Диапазон изменения	Разрядность	Приемник
Изменение положения затвора в камере	0-1 м	32 бит	Затвор дисковый DE16 запорно-регулирующий с электроприводом МЭОФ
Индикация температуры в камере	80-100°С	Видеокадр	Дисплей на пульте оператора
Индикация влажности в камере	10-75%	Видеокадр	Дисплей на пульте оператора

5. Функциональная схема автоматизации и ее описание

Камера, что используется, снаряжена двумя внутренними осевыми вентиляторами и двумя напорными воздуховодами с насадками, которые работают по очереди каждые 4 часа, для реверсирования воздуха в камере. При достаточном производительности вентилятора и герметичным напорным воздуховодом такая камера может быть использована для высококачественной сушки материала любых пород и размеров.

Отработанный воздух смешивается со свежим, образуя смесь. Далее смесь нагнетается вентилятором в канал воздуховода с насадками, из которых она выбрасывается со скоростью 20-35 м / с, что вызывает подсос воздуха из штабеля, в результате чего образуется смесь заданного по режиму положения, и поступает в штабеля, проходя сквозь калорифер ( кл), где нагревается до необходимой температуры.

Управление камерой для сушки состоит в том, чтобы поддерживать заданный режим сушки : заданный по режиму температуры и влажность агента сушки.

Температуру воздуха в камере регулируют подачей пара в калорифер через вентиль. Влажность воздуха можно изменять через шиберы на приток — вытяжных каналах или при закрытых шиберных заслонках пуском пара сквозь увлажняющие трубы. Последним способом пользуются при переходе к промежуточной обработке, или в случаях опасности растрескивания материала, когда влажность воздуха и при закрытых шиберах наращивается медленно.

При регулировании режима следует помнить о тепловой инерции камеры: переход с одной ступени на другую следует проводить плавно, в течение некоторого времени (1-2 часа).

При резком повышении или понижении температуры сушильщик не сможет остановить на требуемой точке рост или падение температуры. Кроме того необходимо плавное регулирование влажности агента сушки в камере, так как резкое изменение влажности может вызвать опасные напряжения в материале.

Если появляются трещины режим корректируют на более мягкий или применяют промежуточную обработку воздухом повышенной температуры и влажности.

Температура воздуха в камере контролируется стандартным термометром сопротивления, аналоговый сигнал с которого поступает на вход контроллера МИК -51, в котором заданы, предельные значения температуры. При выходе температуры в сушилке за заданные границы контроллер МИК -51 посылает сигнал на транзисторные ключи, которые управляют открывая и закрывая вентилем соленоидом исполнительного механизма. Подача пара прекращается при превышении температурой в камере верхней заданной границы и восстанавливается при выходе температуры за нижнюю заданную границу. Таким образом в сушильной камере поддерживается необходимая по режиму температура.

Влажность контролируется с использованием психометрического эффекта двумя термометрами. Изменение влажности Психрометры сводится к определению разности температур двух параметров : сухого и увлажненного (мокрого ), в последнее теплоприймаюча часть все время должна остаться влажной. Аналоговый сигнал с психометра поступает на вход второго контроллера МИК -51, где нанесен интервал влажности. При снижении влажности на необходимую величину на выходе контроллера появится сигнал, который поступает на транзисторный ключ, который отключает вентилятор. При проведении процесса сушки положение шиберных заслонок не должно меняться. Также для контроля влажности используется третий контур : при изменении массы штабеля в процессе сушки два тензометрических датчика, находящиеся на рельсах под штабелем, передают сигнал на вход контроллера МИК -51, где заданный интервал изменения веса штабеля в процессе сушки.

6. Алгоритм решения

Начало процесса сушки древесины в сушильной камере начинается с проверки оборудования на исправность, если выявлены неполадки, то подается сигнал тревоги на пульт оператора и запуск не происходит. Если же в системе не выявлено поломок, то она запускается в работу. Определяются все исполнительные механизмы. Происходит опрос датчиков и последовательное включение в работу исполнительных механизмов.

В первую очередь опрашивается датчик уровня LE и, если полученное значение L будет больше 0, то включаются ИМ тарельчатого питателя и открывается заслонка.

Далее проходит опрос датчика наличия материала GE, полученное значение G которого проверяется на истинность G=1, если это так, то происходит включение вентилятора и двигателя камеры, если данное выражение ложь, то проводится повторный опрос датчика до тех пор, пока оно не окажется истинно.

Далее определяются такие показатели как влажность М, уровень шума В и температура горячего воздуха t. Задаются необходимые значения указанных параметров.

После чего опрашивается датчик влажности МЕ, если снимаемое с него значение М будет больше суммы необходимого значения влажности и погрешности, то происходит открытие клапана подачи горячего воздуха в сушильную камеру, выдержка времени и его дальнейшее закрытие, данный цикл повторяется до тех пор, пока условие станет неверным.

Затем проводится опрос микрофонного датчика GB, если снимаемое с него значение В будет больше суммы необходимого уровня шума и погрешности, то происходит отключение ИМ тарельчатого питателя и закрытие заслонки бункера.

Далее происходит высушивание древесины и выгрузка конечного продукта. После чего процесс или отправляют в начало для еще одного цикла сушки, или происходит проверка оборудования, после чего алгоритм завершается.

Список использованной литературы

[Электронный ресурс]//URL: https://drprom.ru/kursovaya/avtomatizatsiya-sushki-drevesinyi/

1. Пейч Н.Н. Сушка древесины. М., «Высшая школа», 1975

2. Кречетов И.В. Сушка и защита Древесины, М. «Лесная Промышленность», 1977.

3. Богданов Е.С. Сушка пиломатериалов, 1990

4. Мацепон П.Ф. Автоматизация в строительстве.-М, «Стройиздат»,1967