Автоматизація процессу сушки деревини

1) група вхідних параметрів X1, що поєднує контрольовані, але не регульовані технологічні параметри процесу, наприклад кількість і вид матеріалу, що висушується, (порода і розмір пиломатеріалів, їхня початкова вологість);

2) група неконтрольованих вхідних параметрів Х2 , що характеризують вплив таких факторів, як зміна навколишнього середовища, старіння і знос устаткування, неоднорідність матеріалу і нерівномірність розподілу його по об'єкті регулювання і т.д.;

3) група керуючих параметрів У, що характеризує регулюючі впливи, що підтримують заданий режим, сюди відносяться кількість тепла і швидкість циркуляції агента сушіння;

4) група вихідних параметрів Q, що характеризують якість матеріалу, що висушується, наприклад задана кінцева вологість при визначеному перепаді вологості по перетині пиломатеріалів і величина залишкових внутрішніх напружень;

5) група вихідних параметрів Е, що характеризує економічну ефективність об'єкта регулювання, а саме: найменшу тривалість процесу сушіння при збереженні якості матеріалу, що висушується, і ККД сушильної установки.

При автоматизації процесу сушіння треба застосувати таку систему, яка б забезпечила проведення сушіння в режимі, близькому до оптимального, тобто повинні бути отримані задані параметри Q при максимальних значеннях параметрів Е. Ця задача може вирішуватися при застосуванні самонастроювальних систем, що вибирають таку комбінацію керуючих параметрів У, що забезпечують екстремальне значення параметра F.

На рис. 3.1 показана структурна схема системи автоматичної оптимізації (САО) процесу сушіння. Крім основних ланок звичайної системи автоматичного регулювання регульованого об'єкта О та автоматичного регулятора Р, у схему введений керуючий пристрій КП. Керуючий пристрій аналізує і підтримує на оптимальному рівні вихідні величини об'єкта при дотриманні заданих обмежень Н. Для підтримки оптимальних вихідних параметрів САО робить автоматичний пошук, що зводиться до спробної зміни вхідних параметрів системи (вхідної величини Х-р регулятора і регулюючих впливів В), аналізу результату

24

Рис. 3.1. Структурна схема системи автоматичної оптимізації : О - об'єкт регулювання; Р - регулятор; Кп - керуючий пристрій, Х1, Х2 -- вхідні параметри; У -- регулюючий вплив; Q, Е -- параметри об'єкта, що характеризують якість і економічність; Н -- обмеження.

цієї зміни і визначенню напрямку подальшої зміни для приведення системи до найвигіднішого режиму сушіння. За критерій оптимальності процесу сушіння вибирається один чи кілька вихідних параметрів Q і Е, при цьому інші показники задаються в САО у вигляді обмежень Н. Наприклад, за критерій оптимальності вибирають інтенсивність сушіння, а як обмеження задають збереження визначених показників якості матеріалу при сушінні [1,169].

Для створення САО необхідні, крім екстремальних регуляторів і звичайних засобів автоматики, деякі спеціальні вимірювальні пристрої:

а) для контролю якісних показників матеріалу в ході сушіння, наприклад температури і вологості деревини, перепаду вологості по товщині матеріалу, внутрішніх напружень у процесі сушіння;

б) для виміру енергетичних показників процесу сушіння, наприклад витрати тепла на сушіння чи на 1 кг вологи, що випаровується;

в) для виміру швидкості сушіння, наприклад автоматичний вологомір із пристроєм, що диференціює, і т.д. .

Відсутність розроблених методів для подібного автоматичного керування і технічних засобів для його здійснення не дозволяє в даний час орієнтуватися при автоматизації сушильного процесу на системи автоматичної оптимізації [4,34].

Схема регулювання процесу сушіння по температурі і вологості сушильного агента розімкнута по параметрах, що характеризує стан деревини, що висушується, (температура T, вологість W, показники якості Q). Інформація про ці параметри не подається на регулятори температури і вологості сушильного агента. Ця система регулювання не забезпечує заданої кінцевої вологості і необхідної якості висушеного матеріалу. Тому з метою запобігання браку параметри режиму сушіння встановлюють занижені, що перешкоджає інтенсифікації процесу.

Однак системи автоматичного регулювання по параметрах сушильного агента в даний час знайшли застосування в промисловості і виправдують себе при експлуатації.

3.2 Вибір комплексу технічних засобів

3.2.1 Датчики температури

TCN75 - програмований температурний датчик з послідовним портом, що формує сигнал на виході INT/CMPTR для контролера, коли навколишня температура перевищує запрограмовану користувачем межу. Вихід INT/CMPTR може бути запрограмований як вихід компаратора для роботи термостата або як вихід запиту переривання по температурі.

Напруга живлення давача може коливатися в межах від 2.7 V до 5.5 V.

Зв'язок з TCN75 здійснюється через двохпровідну шину, що є сумісною зі стандартним протоколом I2C. Шина дозволяє читати поточну температуру, програмувати межі і гістерезис. При включенні живлення TCN75 встановлювється в режим компаратора з межевою температурою 80 °C і гістерезисом 5 °C. Режим за замовчуванням дозволяє датчикові працювати в автономних термостатах. Режим малого енергоспоживання може бути встановлений передачею відповідної команди через двохпровідну шину [9,3].

Входи вибору адреси дозволяють вмикати до восьми TCN75 на одну двохпровідну шину для багатозонного контролю. Усі регістри датчика доступні для читання, а вихід INT/CMPTR -- для програмування мікроконтролером. Датчик легко пристосовується до системи керування, тому що дозволяє працювати по опитуванню або перериванню. Невеликі розміри, низька вартість і зручність використання робить TCN75 ідеальним для побудови складних схем систем керування. Значення температури перетворюється внутрішнім АЦП у 8 - розрядний двійковий код. Допуск АЦП -- 1 °С, номінальна швидкість перетворення - 8 вибірок/секунду.

Рис 3.2. Структурна діаграма давача

Рис 3.3. Тип корпусу

Таблиця 3.1.

Електрична специфікація давача.

Примітка.

* - послідовний порт активовано.

** - послідовний порт неактивовано.

Таблиця 3.2.

Температура/bit конвертор

Таблиця 3.3.

Інтерфейс двопровідної шини

Зв'язок з TC74 здійснюється через двохпровідний послідовний порт сумісний з SMBus/I2C. Цей же порт, може використовуватися для керування режимом роботи датчика. Біт «SHDN» у регістрі стану дозволяє встановити режим малого споживання. У цьому режимі АЦП відключається, але послідовний порт продовжує функціонувати. Струм споживання мікросхеми 200 мкА (у режимі малого споживання --5 мкА) [9,5].

Рис.3.4. Розміри корпуса давача.( розмірність: дюйми (мм)).

3.2.2 Сенсор відносної вологості

Загальні відомості:

HIH-3602 - сенсор відносної вологості в TO-5 корпусі з гідрофобним фільтром з нержавіючої сталі.

Рис.3.5. Зовнішній вигляд давача

NIST калібрування

Кожен сенсор HIH-3602 включає специфічне NIST калібрування та роздрук даних.

Структура сенсора

Сенсор складається з планарного конденсатора з другим шаром полімеру для захисту від бруду, пилу, жирів та інших ризиків.

Рис.3.6. Внутрішня будова давача

Рис.3.7. Монтажні розміри

Таблиця 3.4.

Внутрішнє з'єднання виводів

Таблиця 3.5.

Специфікація виконання

Рис.3.8. Вихідні характеристики

3.2.3 Центробіжний вентилятор

Рис. 3.9. Центробіжний вентилятор.

а - загальний вигляд; б - колесо; в - вид зі сторони приводу; 1 - корпус; 2 - привідний шків; вихлопний отвір; 4 - всмоктуючий отвір корпусу; 5 - всмоктуючий отвір колеса; 6 - станина корпусу.

Вентилятори представляють собою машини для переміщення повітря. В центробіжних вентиляторах повітря переміщається в колесі що обертається в середині кожуха, в формі барабану з лопатками. Під дією відцентрової сили обертаєме повітря намагається переміститись по радіусу між лопатками зовнішнього колеса, потрапляє в корпус, а згодом по розвороту його спіралі нагнітається в примикаючий до нього повітропровід [4,126].

На рис. 3.9. показано центробіжних вентилятор. Колесо обертається приводом 2, вал якого проходить всередину корпуса. В центрі бокового колеса є циліндричний отвір для кріплення колеса на кінець вала в середині корпуса. Воно повинно обертатись тільки по розвороті спіралі корпусу. Повітря потрапляє в бокову частину корпуса, а виходить з корпуса під кутом 90 градусів. В лісосушильній техніці використовуються вентилятори низького тиску - до 1000 Па.

3.2.4 Електрокалорифер

Рис. 3.10. Електрокалорифер

Нагрівач складається з U-подібної, або більш складної зігнутої трубки діаметром 10…16 мм. Довжиною в розгорнутому стані 1…2,5 м, в слою електроізоляції якою запресована ніхромовий гріючий дріт діаметром 0,3…0,5 мм і довжиною 8 … 17 м. габаритні розміри ТЕНів: довжина 0,5 … 1 м, ширина 50…120мм, товщина (в місці під єднання до електромережі) біля 20мм, маса 1…2,5 кг. Таким чином ТЕН - досить компактний нагріваючий елемент. Температура його поверхні 300…350 оС; вона понижується з прискоренням обдування зі збереженням постійної тепловіддачі. Потужність ТЕНів 0,4…5 кВт.

На основі ТЕНів з ребрами і потужністю 1,6 кВт виготовляють компактні електрокалорифери, зокрема ОКБ-3083, ОКБ-3084, ОКБ-3085 потужністю 20, 40, 100 кВт і напругою живлення 380В [4,123].

В лісосушильних камерах можна використовувати опалювальні електрокалорифери СФО потужністю 16…250 кВт, напругою живлення 380В призначені для нагріву повітря до 100 оС.

3.2.5 Циркуляційний насос

Циркуляційний насос - один з найважливіших елементів системи водопостачання. Він змушує рідину циркулювати в замкнутом контурі, що підвищує тепловіддачу в системі опалення.
Циркуляційні насоси Grundfos мают просте електричне підєднання, низкий рівень шуму, високоякісні матеріали, низке енергоспоживання , захист електродвигуна не потрібен, широкая номенклатура та широкий спектр використання.
Циркуляційний насос дозволяет підтримувати постійну температуру води в системі горячого вододопостачання.

Для циркулювання води в водяному контурі обігріву камери вибираємо циркуляційний насос Grundfos UPS 25-20.

Таблиця 3.6.

Рис. 3.11. Циркуляційний насос.

Особливості та переваги:

- Довговічні керамічні підшипники

- Зручність монтажу

- Вбудоване теплове реле

- Не потребує технічного обслуговування

- Низкий рівень шуму

- Низкий рівень енергоспоживання

- Широкий рабочий діапазон

- Довгий строк служби

- Однофазне виконання має вбудований модуль захисту електродвигуна.

Технічні дані:

- Витрата до: 10 м3/ч;

- Напор до: 12 м;

- Температура перекачуваної рідини: від -25 С до +110 С4;

- Макс. тиск: 10 бар;

3.3 Вибір мікроконтролера

Для виконання поставлених до системи автоматизації вимог вибираємо комплекс побудований на базі мікроконтролера PIC16F877 та засобів вимірювання та індикації стану системи автоматизації.

PIC16F877 однокристальний 8-розрядний FLASH CMOS мікроконтролер компанії Microchip Technology Incorporated. [5,22]

3.3.1 Характеристика мікроконтролера:

Високошвидкісна RISC архітектура 35 інструкцій усі команди виконуються за один цикл, крім інструкцій переходів, виконуваних за два цикли. Основні характеристики мікроконтролера PIC16F877 приведені в таблиці 3.7.

Таблиця 3.7.

Основні характеристики

- Прямий, непрямий і відносний режим адресації

- Скидання по включенню живлення (POR)

- Таймер скидання (PWRT) і таймер чекання запуску генератора (OST) після включення живлення Сторожовий таймер WDT із власним RC генератором

- Програмований захист пам'яті програм

- Режим енергозбереження SLEEP

- Вибір параметрів тактового генератора

- Високошвидкісна, енергозберігаюча CMOS FLASH/EEPROM технологія

Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8