Проект автоматизированной системы управления процессом сушки древесины

Описание

В проекте выполнена разработка автоматизированной системы управления процессом сушки древесины.

Приведена характеристика предприятия.

Деятельностью предприятия является лесное хозяйство и услуги в этой области, лесоводство и лесозаготовки, обработка лесоматериалов, заготовка леса, валка и прочее. На предприятии работает четыреста семьдесят девять человек, в том числе ИТР и бухгалтерии семьдесят пять человек. Имеется большой автотракторный парк. Общая установленная мощность электрооборудования составляет 1268,87 кВт.

Описаны особенности сушки древесины.

Сушка древесины осуществляется в виде пиломатериалов, шпона, щепы, волокон и стружки. В результате из естественного сырья древесина превращается в промышленный материал. Снижение влажности древесины улучшает её физико-механические и эксплуатационные свойства. Обязательное условие рентабельной работы - наличие сушильной камеры с энергосберегающими технологиями. Применяются камеры конвективного типа с разными системами вентиляции и теплоносителями. 

Рассмотрены виды сушилок древесины: конвективно-атмосферная, конвективно-тепловая, кондуктивная, радиационная и электрическая. Способы сушки: в жидкостях, конденсационная, атмосферная, камерная и атмосферно-камерная, ротационная, вакуумная. 

Описан технологический процесс сушки древесины. 

На предприятии применен трехступенчатый камерный режим сушки пиломатериалов хвойных и лиственных пород, лиственницы. Принцип трёхступенчатого режима основан на поэтапном увеличении температуры воздуха по мере снижения влажности в древесине к определенной величине. При этом процесс сушки переводится на следующую ступень с психометрической разницей и большей температурой. С помощью трех теплогенераторов выполняется нагрев и поддержание нужной температуры в сушильной камере. Работа теплогенератора выполняется вследствие сжигания дров или опилок, чем обеспечивается нагрев труб, по которым совершает движение в воздух посредством центробежного вентилятора. Подача нагретого воздуха выполняется в сушильную камеру. Работа второго теплогенератора выполняется на основе водяного котла и двух радиаторов, обдуваемых вентиляторами. Два теплогенератора применяются для грубой регуляции температуры, а для более точной регуляции используется третий – электрокалорифер. Регуляция влажности в сушильной камере обеспечивается вытяжками. 

Приведено описание содержания влаги в древесине с рассмотрением основных способов ее определения: весового и электрического.

Контроль влажности древесины в процессе сушки проводится способом контрольных образцов.

Качество сушки пиломатериалов характеризуется видимыми дефектами, средней величиной конечной влажности, ее равномерностью, перепадом влажности по толщине, остаточными напряжениями. Высушенная древесина должна отвечать по качества сушения своему назначению. Назначение древесины разнообразно, и потому разные и требования, относительно качества сушки.

Рассмотрено влияние сушки древесины на ее прочность и приведены особенности расчета производительности с учетом работы сушильных камер.

Выполнено совершенствование сушильного процесса. Для большей скорости и точности регулировки температуры в камере в проекте предложена установка электрокалорифера, работа которого контролируется КМС.

Даны рекомендации для проведения камерной сушки.

Проведено исследование динамических свойств объекта автоматизации.

Задачей автоматической регулировки процесса сушки является стабилизация ее режима. С этой целью выполняется установка регуляторов, обеспечивающих поддержание заданных значений температуры и относительной влажности на определенном уровне. 

Произведен расчет контура регулировки температуры с определением коэффициента передачи объекта регуляции – 0,0872, постоянной времени – 3,73.

 Выполнено проектирование автоматизированной системы управления процессом сушки древесины.

Сделан выбор и обоснование структуры системы управления и ее описание. 

Камерная сушка древесины является сложным технологическим процессомс характерными особенностями: многочисленность и сложная взаимосвязь параметров, наличие неконтролируемых внешних факторов. В процессе автоматизации процесса применяется самонастроечная система с комбинацией управляющих параметров, обеспечивающей их экстремальное значение. Составлена структурная схема системы автоматической оптимизации процесса сушки. Для ее создания применяются экстремальные регуляторы, обычные средства автоматики, специальные измерительные устройства. 

Произведен выбор комплекса технических средств, включающего датчик температуры TCN75, сенсор относительной влажности HIH-3602, центробежный вентилятор марки ВЦ4-75-5К1, электрокалорифер ПНЕ-15, циркуляционный насос Grundfos UPS 25-60.

Принят комплекс на базе микроконтроллера PIC16F877 однокристального 8-разрядный FLASH CMOS, компании Microchip Technology Incorporated.

Рассмотрена структура и метрологические характеристики каналов контроля и регуляции.

Разработана функциональная структура системы управления.

Система включает в состав лесосушильную камеру, вентиляторы, насосы и микропроцессорный комплекс, выполненный на базе микроконтроллера и периферийных датчиков сбора технических параметров системы.

Принцип работы. Перед началом сушки система находится в состоянии готовности. Выполняется загрузка древесины и ее стартовый прогрев. Затем оператором дается команда на начало. Он выполняет ввод значений заданных влажностей для каждой ступени сушки пиломатериалов, параметры температуры и влажности в камере для трех степеней сушки. Подбор значений выполняется в зависимости от вида древесины и геометрических размеров. Выполняется работа сушильной установки в соответствии с введенными данными. Включается нагрев котлов. При этом происходит поступление горячей воды в систему теплообменников. В сушильную камеру накачивается теплый воздух. От датчиков микроконтроллер получает значение влажности и температуры в камере, показатели влажности доски. В момент окончания степени сушки контроллер подает сигнал и ожидает команду оператора о переходе на следующую ступень. В момент достижения конечного значения влажности доски процесс останавливается, о чем извещает контроллер. 

Описан алгоритм работы системы.

Разработан раздел по безопасности труда.

Выполнено технико-экономическое обоснование внедрения автоматизированной системы управления процессом сушки древесины.

Рассчитаны показатели:

В дипломной работе разработана система автоматического управления процессом сушки древесины в трехступенчатой сушильной камере с использованием микроконтроллерных средств.