Системы управления процессами гидротермической обработки древесины

§ 80. УПРАВЛЕНИЕ ПРОЦЕССАМИ СУШКИ В ЛЕСОСУШИЛЬНЫХ КАМЕРАХ

В деревообрабатывающей промышленности к основным процес­сам гидротермической обработки древесины относят: сушку — про­цесс удаления излишней влаги из древесины; пропарку — процесс тепловой обработки древесины перед распиловкой, лущением или

строганием шпона с целью снижения внутренних напряжений и улучшения качества обработки; пропитку — процесс термической и диффузионной обработки древесины путем введения в нее защит­ных веществ.

Среди процессов гидротермической обработки сушка является основным и предопределяет качество готовой продукции и изделий из древесины. Массовую сушку пиломатериалов, шпона и измель­ченной древесины осуществляют наиболее распространенным кон­вективным способом при атмосферном давлении.

Технологические требования и характеристики высушиваемого материала определяют тип лесосушильных камер, вид сушильного агента. Сушка листовых материалов (шпона, мягких плит) вы­полняется в камерах непрерывного действия — роликовых сушил­ках, в которых сушильным агентом является горячий воздух. Из­мельченная древесина высушивается в газовых барабанных сушил­ках, где в качестве сушильного агента используют топочные газы. В камерах периодического и непрерывного действия сушат пиломатериалы, сушильным агентом служит паровоздушная смесь.

Технологический процесс сушки. В камерах периодического действия сушка включает: прогрев материала, сушку, тепловлаго-обработку, конечную обработку и охлаждение. В камерах непре­рывного действия он характеризуется фазами: прогрев материала с нарастанием жесткости режима и переходом в сушку, конечная обработка и охлаждение.

В деревообрабатывающей промышленности применяют большое число видов сушильных камер, отличающихся принципом действия, емкостью, конструкцией. Существующие лесосушильные камеры имеют различную скорость агента сушки как по высоте, так и по длине штабеля.

Поэтому при определении их параметров важно знать распреде­ление температур и скорость циркуляции сушильного агента по сечению и длине камеры. Эти данные необходимы для выбора кон­трольных точек и получения достоверной информации о ходе про­цесса. В зависимости от типа камер отклонения температуры и псих­рометрической разности в различных точках камеры могут дости­гать 5—10° и более, поэтому правильный выбор точек контроля и особенно интенсивная равномерная циркуляция сушильного агента позволяют создать рациональный режим сушки.

Основным показателем, характеризующим режим сушки, яв­ляется психрометрическая разность, допускае­мые отклонения которой определяют допустимые отклонения тем­пературы, так как обычно режим регулируется по показаниям «су­хого» и «мокрого» термометров.

Исходя из анализа режимов сушки пиломатериалов допустимые динамические отклонения от средней психрометрической разности составляют + 1,5 2 °С, ГОСТ 19773—74 допускает погрешность температуры, равную ± 2 °С. Пределы изменения влажности в ка­мере 20—100 %, пределы изменения температуры 0—150 °С. В ка-

честве датчиков в системах контроля применяют медные ТСМ и пла­тиновые ТСП термометры сопротивления (см. главу 2).

Первоочередная задача автоматического регулирования про­цесса сушки — стабилизация режима. Для этого устанавливают регуляторы, обеспечивающие поддержание темпера­туры и относительной влажности на заданном уровне. Тип регуля­тора и параметры настройки выбирают с учетом статических и ди­намических свойств сушильных камер и требований, предъявляемых к системе регулирования.

Основным фактором, препятствующим интенсификации процесса сушки древесины, является внутреннее напряжение древесины. Превышение критических значений этих напряжений в процессе сушки приводит к образованию трещин и короблению, что резко ухудшает качественные характеристики сырья. Полные внутрен­ние напряжения, наблюдаемые в поперечном сечении высушивае­мого сортимента, равны алгебраической сумме влажностных напря­жений и остаточных напряжений от необратимых деформаций [8]. Динамическое развитие внутренних напряжений в процессе сушки представлено на рис. 173, а.

В начальный период сушки переход влажности W по сечению сортимента интенсивно нарастает и соответственно быстро растут влажностные напряжения _вл в результате усушки поверхностных слоев. В этот период полные напряжения _полн имеют знак влаж­ностных, так как остаточные _ост напряжения растут незначи­тельно. Точность регулирования температуры и влажности в этот период должна быть высока настолько, чтобы полные напряжения _полн не превысили предел прочности древесины _др., _{полн др}. _доп.

После достижения влажностными напряжениями максимальных значений начинается следующий этап сушки, для которого харак­терно значительное уменьшение влажностных напряжений _вл С некоторого момента времени t _полнначинают принимать знак остаточных напряжений и монотонно приближаться к значению последних. На этом этапе сушки менее жестки требования к точно­сти регулирования температуры и влажности, что следует учиты­вать при выборе регуляторов и систем автоматического регулиро­вания. Определение динамических характеристик, связывающих входные и выходные параметры, может быть выполнено аналити­чески или экспериментально (см. главу 9). На рис. 173, б представ­лена зависимость коэффициента теплообмена a_V и коэффициента теплопередачи k _Bот размера штабеля по ширине и скорости движе­ния теплоагента. Эти зависимости используют для определения постоянной времени сушильных камер.

Лесосушильная камера как объект регулирования. Количество тепла, передаваемое от калорифера в камеру за время dt опреде­ляется [8] уравнением теплового баланса

где k_K — коэффициент теплопередачи, калорифера, ккал/м² град;

Перепишем уравнение (109) в виде

S _К — поверхность калорифера, м²; _п и _С — температура пара
в калорифере и агента сушки в камере, °С.

Рассматривая динамику объекта по каналу «температура пара— температура агента сушки в камере», предполагают, что темпера­тура агента сушки по объему одинакова и отклонения температуры пара небольшие: _п = _{п. о} ± Q _п. Тепло, передаваемое от пара,

Рис. 173. Характеристики процесса сушки:

а — развитие внутренних напряжений; б — изменение коэффициентов теплообмена и теплопередачи; в — модель сушильной камеры; г — структурная схема системы автома­тического регулирования

расходуется на нагрев калорифера c_Mm_Kd _K, металла в камере c_Mm_Md _C, на покрытие потерь k _oг S _oг ( _K — _нар) dt _к и на теплооб­мен с древесиной S_Д = ( _K — д) dt.

Уравнение теплового баланса запишется:

где с_м — теплоемкость металла; m_к — масса металла в камере, кг; S _oг — поверхность ограждений, м²; _нар — температура внешней среды, °С; k _oг— средний коэффициент теплопередачи ограждений; — коэффициент теплообмена древесины в процессе сушки; S _Д — поверхность древесины, м²; _Д — температура древесины.

В установившемся режиме, когда d _K /dt = 0, уравнение (110) примет вид:

При небольших изменениях температуры агента сушки в камере _Д = const.

тогда

Обозначим

уравнение (112) примет вид:

Из уравнений (110), (111) получим

где Т — постоянная времени.

Из уравнения (113) очевидно, что по каналу «температура пара— температура сушильного агента» в камере объект является инер­ционным звеном.

Рассмотренная математическая модель не учитывает время за­паздывания в реальных условиях. Поэтому модель можно записать в общем виде

Таким образом, камера периодического действия может бытьпредставлена последовательным включением апериодического звена и звена чистого запаздывания.

При выводе уравнений принять, что при малых изменениях температуры агента сушки в камере, за короткие промежутки вре­мени, температура древесины остается постоянной. В этом случае

теплоемкость древесины не оказывает влияния на инерционность камеры (постоянную времени).

Модель камеры сушки (рис. 173, в). Основными ре­гулируемыми величинами являются влажность высушенных лесо­материалов и температура агента сушки. На эти параметры влияют количество (объем) V и габариты L, порода П, W_H влажность сы­рых лесоматериалов, количество теплоты Q, или температура теп­лоносителя (пара) t _пи скорость циркуляции сушильного агента .

Рис. 174. Функциональная схема автоматической системы контроля и регу­лирования параметров сушильной камеры

Процесс сушки протекает при взаимосвязанности параметров-Объект обладает большой емкостью, незначительным запаздыва­нием и медленным изменением нагрузки, когда /Т <0,2. Наиболее рациональными системами регулирования являются позиционные системы (см. главу 5). Автоматическое управление сушки древесины в сушильных камерах ограничивается применением систем автома­тического регулирования параметров: сушильного агента (темпера­туры и влажности), высушиваемого материала (по влажности пило­материалов), усадки.

Наиболее широко применяется система автоматической стабилизации (регулирования) температуры сушильного агента t_c и его влажности W _c.

Структурная схема системы представлена на рис. 173, г. Регу­лирование температуры и влажности по схеме рис. 173, г осущест­вляется как несвязанное по отдельным каналам. Несмотря на не­достатки системы регулирования по косвенным показателям, она нашла применение в промышленности и оправдывает себя при экс­плуатации. Функциональная схема автоматической стабилизации параметров процесса сушки в камерах периодического действия представлена на рис. 174. При интенсификации процессов сушки данные системы не могут гарантировать оптимизацию режимов ввиду неоднозначной и слабо изученной зависимости между тем-

пературой, влажностью сушильного агента и влажностью пилома­териалов в камере. Поэтому разрабатываются и внедряются в про­изводство системы автоматизации с контролем состояния материа­лов в процессе сушки.

Стандартные режимы сушки предусматривают контроль переходной влажности древесины 30 и 20 % и конечную влажность 8—6 %. В некоторых случаях требуется контроль начальной влаж­ности, которая изменяется от 20 до 100 %.

В МЛТИ под руководством проф. П. С. Серговского разрабаты­вается метод дифференциальной усадки, позволяющий определять состояние древесины в процессе сушки по величине внутренних

Рис. 175. Блок-схема многоканальной системы контроля и регулирования

напряжений. Измерители усадки подробно рассмотрены в [18, 19].

Сушильные камеры обычно строят блоками по нескольку штук. Поэтому наиболее перспективно применение централизованных многоканальных систем регулирования, в которых при помощи обегающего устройства регулятор поочередно подключается к со­ответствующим датчиками температуры, влажности и регулирую­щим органам каждой камеры.

В многоканальных системах предусматривают блоки задатчи-ков, позволяющие устанавливать режимы по температуре и влаж­ности для каждой камеры. Блок-схема многоканального регулятора с дистанционным управлением устройством контроля и управления [18] приведена на рис. 175. В автоматическом режиме коммута­ционное устройство КУ поочередно подключает к измерительному прибору ИРП тот или иной канал регулирования сигналов, пред­ставленный в виде импульсов, сравнивается с опорным сигналом генератора импульсов ГИ, результат сравнения подается в распре­делитель Р, управляющий исполнительными механизмами. Опера­тор может перейти на дистанционный режим управления через устройство дистанционного управления. Используя ручной пере­ключатель, он может контролировать температуру и влажность сушильного агента в каждой камере и воздействовать на исполни­тельные механизмы ИМ.

Для создания многоканальных систем применяют выпускаемые промышленностью машины централизованного кон­троля и регулирования (см. главу 5).

Значительно расширяется производство микропроцессоров и микро ЭВМ. Низкая стоимость, малые габариты, надежность, вы­сокое быстродействие, достаточный объем памяти, возможность несложного соединения с измерительными и исполнительными уст­ройствами — все это указывает на реальную перспективу исполь­зования микропроцессоров и микроЭВМ в централизованных си­стемах контроля и регулирования технологическими параметрами процессов сушки в камерных сушилках.

§ 81. УПРАВЛЕНИЕ ПРОЦЕССОМ СУШКИ В КОНВЕЙЕРНЫХ СУШИЛКАХ

Конвейерные сушилки для сушки листовых материа­лов (шпона, древесных плит) относят к агрегатам, где исполь­зуется принцип передачи тепла конвекцией. Агентом сушки яв­ляется воздух или пар, совершающий многократную циркуляцию по сушилке. Листовой материал, подаваемый в сушилку вращаю­щимися роликами, транспортируется по сушилке, отдает свою влагу и выходит из нее с заданной влажностью. Модель конвейерной су­шилки представлена на рис. 176, в. Регулируемая величина — влажность материала на выходе из сушилки W_к, возмущающее воздействие — колебание влажности материала на входе в сушилку W _H; толщина материала b, его порода — П, регулирующее воз­действие — изменение скорости прохождения материала через су­шилку и; температура агента сушки _С. Условия циркуляции при этом поддерживают постоянными. Конвейерная сушилка — это объект автоматизации, имеющей взаимосвязь и распределенность параметров. Сосредоточенность параметров в пределах одной зоны считают с допустимой для практики точностью.

Продолжительность сушки шпона в конвейерных сушилках с продольной циркуляцией воздуха определяют по урав­нению Д. М. Стерлина

где — продолжительность сушки, мин; W _H, W _K— начальная и конечная влажность шпона, %; С_п — коэффициент учитывающий породу древесины; k _{п. с}, k _о.с —коэффициенты, характеризующие периоды постоянной и переменной скорости сушки.

Статическая характеристика W_c = f (W _H, ) при уточненных k _{п. с}, k _о.с определяется уравнением

В соответствии с формулой (114), учитывая, что = L/V ста­тические характеристики сушилки W _K = f (W _H ) и W _K= f (v) имеют прямолинейный вид, где L — длина сушилки, v — скорость прохождения шпона.

Рассмотрим динамические характеристики конвейерной сушилки, т. е. зависимость W _K= f (t) при W _K = var, а также при v = var.

Рис. 176. Модели и переходные процессы конвейерной сушилки:

а— с последовательным соединением усилительного и запаздывающего звеньев; б — с последовательным соединением интегрирующего и запаздывающего звеньев

Другие условия остаются неизменными. Если скачком изменить начальную влажность.шпона на величину W _н, влажность шпона на выходе W _к через время ₀ = L/v₀ пропорционально изменится на_; величину W_K.

где L — длина сушилки; v₀ — начальная скорость.

Поэтому по каналу «входная влажность — выходная влажность» сушилку можно представить [4, 18] в виде последовательного сое­динения усилительного звена и запаздывающего звена (рис. 176, а):

При возмущении по управляющему воздействию, т. е. при сту­пенчатом изменении скорости от v₀ до v_K, продолжительность пре­бывания материала в сушилке в различных точках по длине сушилки будет различной

где l — расстояние от начала сушилки.

На выходе из сушилки l = 0 и время пребывания шпона для данной точки равно т = L/v₀ = ₀.

Изменение продолжительности пребывания шпона в сушилке, выходящего из нее после изменения скорости, определится урав­нением

В диапазоне реальных изменений т нелинейную зависимость W _к = f () можно удовлетворительно аппроксимировать прямой линией, и она примет вид:

График представлен на рис. 176, б. Из графика очевидно, что су­шилку можно представить в виде интегрирующего и запаздываю­щего звеньев, представленных на рис. 176, б.

Передаточная функция по управляющему воздействию записы­вается

Математические модели позволяют формировать управляющие воздействия по каналам: а) начальная влажность W_H — конечная влажность W _к; б) изменение скорости перемещения шпона v — ко­нечная влажность W _K.

Функциональная схема автоматического контроля и управле­ния представлена на рис. 177.

Исследования [4, 18] показывают, что наиболее перспективно направление регулирования процесса сушки шпона с помощью цифрового моделирования, позволяющего прогнозировать режимы сушки по начальной влажности листов, поступающих в сушилку, и формировать управления.

В качестве критерия оценки оптимальности способа регулирова­ния принимают следующие уравнения:

где v — скорость перемещения шпона; т — норма влажности; ± — допуск конечной влажности; t — время.

Минимизация I₁ (v) — это минимальный разброс конечной влажности шпона за пределы допуска. Минимизация I₂ (v) — ми­нимальное отклонение влажности шпона от нормы.

Критерии определяются по значениям выходного параметра си­стемы как функции возмущения.

Теория вероятностей позволяет вычислить выходные вероятност­ные характеристики по характеристикам входа, если они связаны линейной зависимостью. Используя допущение о среднем значе­нии W _H, вычисляют математическое ожидание, среднеквадратиче-ское отклонение выхода системы W _Kпо соответствующим характе­ристикам W _H.

Таким образом, появляется возможность, используя цифровое моделирование, прогнозировать режимы процесса сушки и разра­батывать системы автоматического регулирования на базе микро-ЭВМ.

§ 82. УПРАВЛЕНИЕ ПРОЦЕССОМ СУШКИ В БАРАБАННЫХ СУШИЛКАХ

Одно из наиболее важных условий, обеспечивающих получение древесностружечных плит высокого качества — стабилизация влаж-ности стружки перед смешением со связующим и влажности стру-

Рис. 177. Функциональная схема контроля и регулирования параметров

барабанной сушилки

жечно-клеевой массы перед прессованием. Понижение влажности стружки вызывает адсорбирование связующего стружками, что приводит к преждевременной полимеризации клея и слабому склеи­ванию частиц между собой. Повышенная влажность стружечно-клеевой массы снижает сопротивление плит расслаиванию, повы-

шает расход тепла на испарение влаги. Неравномерное распределе­ние влаги в стружечно-клеевой массе перед прессованием приводит к образованию рыхлых мест в плитах, разнотолщинности плит, неоднородности физико-механических свойств, Для сушки древес­ных частиц применяют барабанные, ленточные, пневматические, а

также комбинированные сушил­ки. Наиболее часто сушка дре­весной стружки производится в барабанных сушилках.

Барабанная сушилка (рис. 177). Эта сушилка состоит из следующих основных узлов: топка 1, камера смешения 2, вращающийся барабан 3, загру­зочное устройство 4, разгру­зочное устройство 5, дымосос 6, создающий разрежение, циклон 7, дозирующий питатель 8, бункер сырой стружки 9.

В топке 1 расположена го­релка, к которой подводится топливо и воздух. Топочные га­зы высокой температуры посту­пают в камеру смешения 2, где смешиваются со вторичным воз­духом. С пониженной до 400 °С температурой они постушнот в барабан и отдают тепло на испарение влаги из материала. На выходе из барабана газы поступают в циклон, где осаж­дается пыль. Легкие частицы и воздух выбрасываются в ат­мосферу. Сушилка работает под разрежением, что препятствует выходу из нее газов и пыли в по­мещение цеха. Влажный материал из загрузочного бункера подается в переднюю часть барабана 3, где благодаря вращению последнего перемешивается и перемещается. Скорость перемещения материала зависит от уклона барабана, частоты вращения и скорости прохож­дения газа. Высушенный материал попадает через загрузочное устройство и пневмотранспорт в бункер сухой стружки.

Сушильный агрегат как объект управления. На рис. 178, б пред­ставлена его структурная схема, выражающая основные связи ме­жду параметрами.

Входными величинами являются: начальная влажность стружки W _h, расход абсолютно сухой древесины G _c, начальная температура газов _Н, расход теплоносителя F, скорость газов v, частота вра­щения барабана п.

Выходными величинами будут: конечная влажность стружки W _K, влажность отходящих газов W _K. _г, температура стружки _к и газов _{Г. к}.

Существу процесса в качестве управляемого параметра лучше всего соответствует остаточная влажность стружки W _K. Однако ог­раниченность и ненадежность датчиков влажности не всегда по­зволяют реализовать этот вариант.

При определенных условиях распределение температуры тепло­носителя по длине барабана с достаточной точностью соответствует абсолютной влажности материала (рис. 178, в), что позволяет кос­венно оценить качество стружки по температуре отходящих газов. При постоянной частоте вращения барабана п, колебание началь­ной влажности стружки W _нявляется возмущающим воздействием. Следовательно, управляющими воздействиями могут быть F, _н, G_с, v. Динамические свойства сушилки по ряду каналов на основе выполненных исследований [5] (см. рис. 178, а) записываются в виде моделей:

Абсолютные значения цифр справедливы только для конкретной сушилки. В других случаях их определяют экспериментально. Из модели видно, что по всем исследованным каналам модели представ­ляются апериодическими звеньями, последовательно включенными со звеном запаздывания, а параметры взаимосвязаны (рис. 178, б).

Данные математические модели (115) позволяют анализировать изменение выходных параметров в зависимости от входных и опре­делять рациональные режимы.

Регулирование процесса сушки изменением расхода стружки равнозначно работе сушильного агрегата с переменной производи­тельностью. Изменяя расход горячего газа, изменяется Q, что ве-

дет к изменению скорости прохождения стружки и, следовательно, к изменению производительности.

Наименее инерционным является канал «температура газа на выходе — температура газа на входе».

В процессе сушки стружка теряет влагу и влагосодержание га­зов увеличивается. Следовательно, температура газов, их влаж­ность, влагосодержание древесины взаимосвязаны. Равновесная влажность древесины W является функцией температуры и влаж­ности воздуха. На рис. 178, в представлены графики = f (L), W = f (L), характеризующие изменение равновесной влажности по длине барабана.

Стабилизировать влажность стружки возможно [18], поддер­живая соотношение температур в соответствии с уравнением

где _{Г. к}, _{Г. н} — соответственно температура газов на выходе и входе; _{К. с}, _{н. с} — соответственно температура стружки на выходе и входе.

Уравнение является основой для создания системы автоматиче­ского регулирования влажности стружки по соотношению между температурами ₁ = _{Г. к} — _{К. с}, ₂ = _{Г. н} — _{н. с}, которая дает удовлетворительное качество регулирования.

Из анализа воздействий очевидно, что наиболее целесообразно из условия максимизации производительности сушильного бара­бана в качестве управляющего воздействия принимать изменение расхода теплоносителя. На рис. 177 представлена функциональная схема автоматического управления режимом сушки. Схема состоит из автономных систем автоматического регулирования (САР): САР подачи стружки в сушильный барабан G _c; CAP температуры газов на входе в сушильный барабан _Н; САР скорости движения газов v; САР соотношения топливо — воздух; САР режима сушки материала W _K= const.

Системы автоматического регулирования (стабилизации) выше­перечисленных параметров реализуются просто и создают условия для эффективного ведения процесса сушки стружки.

Допущение автономности управления противоречит многосвяз-ности параметров объекта (сушильного барабана). При данной си­стеме управления обеспечивается стабилизация режима сушки, но не может быть реализовано оптимальное протекание процесса. Применение современных вычислительных машин позволяет соз­дать АСУ ТП процессом сушки и реализовать задачу оптимизации управления режимом.

§ 83. УПРАВЛЕНИЕ РЕЖИМОМ ГОРЯЧЕГО ПРЕССОВАНИЯ

В деревообрабатывающей промышленности процессы горячего прессования широко используют в производствах древесных плит (ДСтП и ДВП), фанеры, мебели (фанерование пластей и кромок, изготовление гнутых деталей и т. д.). Процессы горячего прессова-

ния определяют производительность участка, цеха и качество про­дукции. Изделия и технологические требования определяют ре­жимы для конкретных изделий.

Особенности горячего прессования древесностружечных плит. Целевая функция при оптимизации процесса прессования плит —

Рис. 179. Модель процесса прессования (а), график прессования (б) Рис. 180. Характеристика изменения показателей процесса

обеспечение условий, при которых за минимальное время (произво­дительность) можно получить плиты заданного качества с низкой себестоимостью. Модель процесса прессования представлена на рис. 179, а.

К входным величинам в данной модели относят: температура плит пресса _пр, давление прессования Р _пр, время прессования Т _пр, влажность пакета W ^н_пaк, масса пакета m _пaк, норма расхода свя­зующего р %, количество отвердителя G _OtB. время отверждения Т₂.

Выходными величинами являются: объемная масса пакета _V, толщина пакета h, физико-механические характеристики [ _изг ] и [ _раст], конечная влажность пакета W ^к_пaк. Характер изменения этих величин показан на рис. 180. Кривые 1, 2 характеризуют из­менение температуры наружного и внутреннего слоя; 4 —изме-

нение влажности пакета W; 6 — изменение отвержденного связую­щего G _oтв; 5 — изменение объемного веса m_пак.

Выбор правильного режима прессования определяется необхо­димым соотношением между скоростью прогрева стружечного па­кета в прессе и скоростью отверждения связующего, зависящих от температуры плит пресса.

Временный график прессования представлен на рис. 179, б. Его можно разделить на стадии: загрузка плит и смыкание плит t₃; повышение давления — t _п. _д; уплотнение — t _y; снижение давле­ния — t _c. _и; размыкание плит и опускание — t_о; выгрузка плит — t _BЦикл прессования — t _ц. Период подъема давления и выдержки плит под давлением (уплотнение) оказывает решающее влияние на качество плит.

Исследованиями, выполненными на кафедре автоматизации про­изводственных процессов БТИ, установлена зависимость времени подъема и стабилизации давления прессования от технологических параметров процесса:

где G _K — средний вес ковра; k₁₄ — соотношение слоев ковра; k_y -отношение наружного слоя; W_BH — влажность осмоленной стружки.

Использование этого уравнения позволяет моделировать про­цесс подъема давления, определять величину t _пдо начала прессо­вания и автоматизировать процесс коррекции режима прессования.

Таким образом, пресс — это многомерный объект с недостаточно исследованными взаимосвязями. Выбор правильного режима прес­сования зависит от соотношения скорости прогрева стружечного пакета и скорости отверждения связующего, которые зависят от температуры плит пресса. В работах [4, 18] приведены математиче­ские зависимости, определяющие отверждение связующего. Время отверждения связующего определяется:

где t — время отверждения при температуре °С; t₀ — время от­верждения при температуре ₀; — постоянный коэффициент.

Общее время протекания процесса t _п= t₁ + t_K можно выра­зить уравнением

где t_K — время пребывания плиты при конечной температуре _К= ₂— ₁

Последнее уравнение дает возможность оценить влияние на время отверждения связующего, продолжительности нарастания температуры пакета до максимального значения, времени выдержки плит при конечной температуре и величины конечной температуры.

По каналу «теплоноситель — температура нагревательной плиты» передаточная функция имеет вид:

Структурная и математическая модели процесса позволяют фор­мировать теоретические, методологические предпосылки к изуче­нию объектов и созданию техно­логических основ автоматизации процесса.

Технологические основы прессо­вания фанеры. Они определяются оптимальным распределением тем­пературы внутри пакета. Рас­смотрим случай нагрева склеивае­мого пакета в промежутке плит пресса.

Этот пакет нагревается с двух сторон и для модели принимаем, что правая сторона нагревается одинаково с левой стороной па­кета. Левая часть полупакета (рис. 181), где плоскость, образуе­мая гранью, совпадающей с серединой пакета, оказывается изоли­рованной в тепловом отношении, т. е. нагрев левого и правого полупакета будет проходить симметрично. Можно считать, что вдоль каждой плоскости, параллельной рубашкам, температура будет одна и та же.

Если провести ось ОХ, перпендикулярно ко всем этим плоско­стям, то температура Э в каждой точке оси ОХ зависит от времени t и абсциссы X, поэтому выделим в направлении оси ОХ призматиче­ский участок с основанием dF. Через сечение этого участка за ма­лый промежуток проходит количество тепла

где Q — количество теплоты; — коэффициент теплопроводности, Дж °С; — температура, °С; X — расстояние, м; t — время, с. Если взять элементарный участок между сечениями X и X + Х, то количество тепла, которое придет через второе сечение за время dt, равно

или

С учетом этих выражений уравнение (120) превратится в диффе­ренциальное уравнение первого порядка

Это тепло пойдет на повышение температуры в пакете на величину d . Бесконечно малое количество тепла можно также представить как

где с — удельная теплоемкость, Дж/кг град; — плотность, кг/м³. Если приравнять уравнения (116) и (117), то после сокращения получим:

или

Перейдя к частной производной, из (118) получим

Уравнение (119) есть дифференциальное уравнение теплопро­водности для одновременного потока тепла и отражает зависимость между температурой, временем и координатой расположения точки на оси X.

Будем считать, что точки на оси X расположены на небольшом расстоянии и температура для каждой из этих точек есть функ­ция лишь времени. Подставим координату Х_j некоторой точки j в уравнение:

Частная производная приближенно может быть выражена через значения функции (X, t) в точке X_j и в двух сосед­них с ней точках j + 1 и j —1 формулой:

где

Если рассматривать j точек (узлов) в объекте исследования, то получим систему дифференциальных уравнений.

Таким образом, математическая модель процесса может быть сформулирована в виде дифференциального уравнения типа

где Т — постоянная времени; = ( _i — _i-1)/ ₀ — температура в безразмерной форме; ₁ — мгновенное значение температуры в мо­мент измерения i; ₀— номинальное значение температуры; k — коэффициент передачи; (t) — возмущающее воздействие в без­размерной форме = (Q_i — Q_i-1)/ Q _max — степень открытия вентиля; Q_i, Q_i-1 — количество теплоты, переданное фанере в момент i и i —1 соответственно; Q _max — количество теплоты, передаваемое, через плиты пресса фанеры при полностью открытом вентиле.

Если обозначить (Х_j, ) через _j, , то

Автоматизация прессовых агрегатов. При этом решают две задачи автоматизацию цикла; автоматическое регулирование техно­логических параметров. Автоматизация циклов работы прессов для горячего прессования различных изделий (древесных плит, фанеры, гнутых изделий и т. д.) имеет одинаковое принципиальное построе­ние. Управление ими связано с автоматической координацией операций в циклическом процессе. На первой стадии автоматиче­ское устройство определяет момент начала загрузки пресса, за­пускает транспортирующее устройство, подающие плиты. На вто­рой стадии идет выполнение технологических режимов смыкания плит пресса, выдержка под давлением по определенному графику. На третьей стадии после окончания процесса автоматические уст­ройства включают транспортные механизмы и происходит выгрузка готового материала (плит и т. д.).

Автоматическое регулирование технологических процессов и обеспечение режимов выполняются в основном локальными систе­мами: программирования и стабилизации давления по участкам, стабилизации температурного режима и времени выдержки под давлением изделия.

Наиболее перспективны системы управления прессовыми уста­новками с использованием ЭВМ. На рис. 182 представлена схема управления прессовым агрегатом с обогревом плит горячей водой от аккумулятора сиспользованием миниЭВМ в системе АСУ ТП.

Управление может быть реализовано с использованием микро-или миниЭВМ.

Рис. 182. Функциональная схема контроля и регулирования прессовой установки

Применение ЭВМ позволяет оптимизировать режим прессова­ния по фактической информации о полуфабрикатах, поступающих на обработку.

Управление циклом работы непрерывных прессовых установок и их технологическими режимами принципиально не имеет отличий.

Дата добавления: 2015-07-25