Подякувати Студентському архіву довільною сумою
Admin
26.02.2023 12:38
Дякуємо, що користуєтесь нашим архівом!
Автоматизована система керування технологічними процесами сушіння деревини з використанням ПК
Інформація про навчальний заклад
ВУЗ:
Інші
Інститут:
Не вказано
Факультет:
Не вказано
Кафедра:
Не вказано
Інформація про роботу
Рік:
2024
Тип роботи:
Дипломна робота
Предмет:
Інші
Частина тексту файла (без зображень, графіків і формул):
Дипломна робота
Автоматизована система керування технологічними процесами сушіння деревини з використанням ПК.
Перелік скорочень та термінологія
В документі прийняті наступні скорочення:
AI
AO
C7-613
CPU
DB
DI
DO
FB
FI
HMI
I/O
IM
MMC
MPI
PC
PG
PLC
PS
SM323
SM331
Step7
W
АСК
АЦП
ИВ-3
ОС
ПВЕ
ПІД
ПЛК
Тз
Тс
ввід аналоговий
вивід аналоговий
компактний блок керування SIMATIC
центральний процесорний модуль
блоки даних
ввід дискретний
вивід дискретний
функцій ний блок
відносна вологість сушіння
Human-Machine Interface, інтерфейс “людино-машина”
ввід/вивід
інтерфейсний модуль
мікро карта пам’яті
Multi Point Interface, стандартний багатоточковий інтерфейс
персональний комп’ютер
програматор
програмований логічний контролер
блок живлення
модуль дискретного вводу-виводу
модуль аналогового вводу
програмний пакет
вологість деревини
автоматизована система керування
аналогово-цифрове перетворення
вимірювач вологості деревини
операторська станція
правила влаштування електроустановок
пропорційно-інтегральний-диференціальний алгоритм керування
програмований логічний контролер
температура агента сушіння за зволоженим термометром
температура агента сушіння за сухим термометром
Нижче приведено список основних термінів, які використовуються в даному матеріалі.
Операторська станція – сукупність апаратних і програмних засобів, які використовуються оператором-технологом і призначені для вибіркового представлення інформації про технологічний процес на екрані телевізійного монітора, а також для ручного керування.
Миша – маніпулятор, який являє собою переміщуваний по столі пристрій, і використовується для встановлення курсора в потрібну точку екрану.
Стандартне програмне забезпечення – базове програмне забезпечення, розроблене сторонніми фірмами для персональних комп’ютерів, яке є комерційним продуктом і носить універсальний характер. В операторській станції стандартним програмним забезпеченням, зокрема є операційна система Microsoft NT 4.0 + Service Pack або Microsoft Windows 2000.
Програмне забезпечення споживача (прикладне) працює під керуванням базового програмного забезпечення. Воно розроблене з урахуванням конкретного проекту автоматизації.
Поточна (динамічна) інформація – інформація про параметри “на даний момент”. Поточна інформація, яка вимагається для представлення на екрані монітора, періодично (приблизно 1 раз за 3-4 секунди) запитується у ПЛК. Попадаючи на екран, кожне нове значення “затирає” попереднє значення.
Архівна інформація (тренд) – інформація, яка характеризує передісторію процесу. Архівна інформація з певним періодом часу передається від ПЛК до операторської станції, записується в її локальний архів і може викликатися на екран командою оператора.
Сигналізація – інформація про помилки, пов’язані з недопустимим значенням параметрів або неполадками програмно-технічних засобів. Сигналізація виконується в вигляді мигання і/або зміни кольору окремих частин зображення.
Попереджувальна сигналізація – сигналізація про безпечні помилки, які не вимагають негайного втручання людини.
Аварійна сигналізація – сигналізація про небезпечні помилки, які вимагають негайного втручання людини.
Технологічна сигналізація – сигналізація про помилки, пов’язані з недопустимими значеннями сигналів і викликані неправильним настроюванням системи, неполадками в технологічному обладнанні або неполадками периферійних засобів керування (здавачі, виконуючі пристрої).
Прикладна сигналізація – сигналізація про помилки, пов’язані з неполадками програмно-технічного комплексу.
Нова помилка – помилка, факт появлення якої не квітований оператором.
Поточна помилка – наявна помилка, факт появлення якої квітований оператором.
Квітування – команда оператора, яка свідчить про те, що він був повідомлений про появу помилки.
Робоча область екрану – область екрану, на якій подається викликана опертором інформація у вигляді мнемосхем і різних вікон. Робоча область займає основну площу екрану.
Мнемосхема – переважно графічне зображення, яке має імя і представляє динамічну інформацію на фоні статичної “картинки”, яка показує в умовному вигляді конфігурацію та взаємозв’язок окремих частин технологічного обладнання і елементів. Мнемосхема може містити зображення графічних примітивів, порівняно складних фігур, текстів, сигнатур і т.п.
Вікно – додаткове зображення, яке за командою оператора тимчасово вводиться поверх поточної мнемосхеми. Одночасно можна відкрити декілька вікон.
Графік – вікно, яке використовується оператором в процесі діалогу для пошуку необхідної інформації або задання певних параметрів.
Список – інформація в діалоговому вікні, організована у вигляді переліку.
Ручне керування – сукупність процедур зі зміни параметрів або стану об’єкта.
Клавіші миші – дві клавіші (ліва і права), при натисканні яких на екран викликається необхідна інформація або формується команда.
Екранні клавіші – зображення на екрані, яке за формою нагадує звичайні клавіші та використовується для виклику мнемосхем, пошуку необхідної інформації, подачі різних команд і т.д.
Селекторні кнопки – зображення на екрані, які за формою нагадують звичайні кнопки і використовуються для вибору одного з декількох значень або для вказування істинності деякого значення.
Кнопки з незалежною фіксацією – екранні елементи керування, стан яких при натисканні лівої кнопки миші можна переключати і відповідно змінювати їхній вигляд відображення. При включеному стані вони позначаються символом “х”, у виключеному стані це позначення знімається. За допомогою цих кнопок користувач може вибирати/відмінити певну опцію, а у випадку групи кнопок можна вибрати/відмінити декілька опцій.
Активність – стан зображення, при якому стосовно до нього можуть виконуватись задані дії. Активними можуть бути мнемосхема, окремий об’єкт на мнемосхемі, діалогове вікно, екранна клавіша і т.д.
1. ВСТУП
У наш час важко уявити собі галузь народного господарства чи промисловості, в якій не можна було б використати мікроконтроллер чи електронно обчислювальну машину. Новітні вимірювальні та інформаційні технології, на основі використання мостів змінного струму та імпедансних датчиків, що в основному застосовуються для розробки і налагодження серійного виробництва сучасних електронних засобів вимірювання широкого кола фізичних параметрів, вже впроваджені в різних галузях. Ці пристрої можуть вбудовуватись в контури керування цілими технологічними процесами, окремими приладами чи системами.
З появою мікропроцесорів почався новий період у сфері автоматизації виробничих процесів. У складі технічних засобів автоматизації виробничих процесів він використовується практично на всіх рівнях обробки даних, до обчислювальних комплексів і систем. При цьому істотно розширюються можливості периферійних пристроїв.
Завдання створення автоматизованих систем керування технологічними процесами (АСКТП) з використанням ПК (персонального комп’ютера) постають практично у всіх галузях. Перед розробниками автоматизованих систем виникають, у першу чергу, питання: яким чином реалізувати вже відомі технічні системи на надійнішій елементній базі та з більшою ефективністю. При цьому вирішується питання взаємозв’язку показників надійності системи та економічної ефективності.
Деревообробна промисловість теж не являється винятком серед інших сфер використання ПК. Особливо його застосування важливе у керуванні процесами сушіння деревини, що є обов’язковим етапом технологічного процесу деревообробного виробництва. Для досягнення найкращої якості матеріалу та виробів, що з нього виготовляють, там необхідний постійний контроль та регулювання параметрів технологічного процесу.
Сушіння деревини - це процес витіснення вологи з деревини шляхом її випаровування.
Основна задача сушіння – висушити пиломатеріали в мінімальний термін до необхідної якості в залежності від подальшого їх застосування: кінцева вологість Wk становить 6-8% для меблів, 10-12% для столярних виробів, 18-22% при транспортуванні і т.д.
Технологічна мета сушіння:
Запобігання формозмінності і розмірозмінності
Збільшення міцності і довговічності
Покращення всіх механічних показників
Захист деревини від гниття і псування
Деревина не заражається біологічними агентами руйнування при вологості, що не перевищує 150% (так званий вологий імунітет), або нижче аніж 25% (так званий сухий імунітет).
Зменшення маси деревини при сушінні
Покращення якості механічної обробки, склеювання, і опоряджування
Розвиток лісосушильної техніки в наш час базується на конструюванні нових типів лісосушильних камер, які є результатом інтенсивної науково-дослідницької діяльності. Проектними організаціями розроблені типові робочі проекти сучасних камер, налагоджений їх випуск. Однак не всюди використовуються автоматизовані системи керування цими камерами, що в значній мірі сприяло б швидкому зросту потужності лісосушильного господарства країни.
2. АНАЛІЗ РОЗГЛЯДУВАНОЇ ПРОБЛЕМИ
2.1. Характеристика процесу та існуючого стану поставленої задачі
При використанні деревини в будь-якій галузі народного господарства майже завжди потрібно зниження її вологості до визначеної величини, залежно від призначення деревини.
Процес видалення вологи із деревини шляхом випаровування називається сушкою. Її завданням є видалення лишньої вологи з деревини в максимально короткий термін без порушення цілісності деревини.
Спеціалістам по деревообробці, що надають великого значення якості продукції, давно відомо, що найкраща обробка деревини мало що дасть без оптимального сушіння вихідного матеріалу, оскільки якість висушеної деревини значно вища, ніж сирої. Сушка деревини підвищує міцність і довговічність споруджень і виробів з деревини, захищає від загнивань, зменшує чи повністю виключає формозмінюваність, надає можливість склеювання і обробки деревини та значно зменшує її вагу (на 30-40%). Пізніше він піддається різним деформаціям. Сушіння деревини повинно проводитись в таких умовах, при яких у висушеному матеріалі будуть відсутні як зовнішні, так і внутрішні тріщини, а також внутрішні напруження.
Сушіння деревини реалізується в основному в сушильних камерах та сушильних тунелях різноманітної модифікації, хоча застосовують ще й атмосферну сушку деревини, тривалість якої є набагато більша і залежить від пори року, температури і відносної вологості повітря, місцезнаходження. Проте для камерної сушки незалежно від виду сушильної камери технологічний процес сушіння має однакову схему та залежить від типових чинників.
Основні параметри, які впливають на якість сушіння:
Вентиляція – обмін між повітрям камери і зовнішнім. Чим вища швидкість вентиляції, тим швидше проходить відбір вологи і, відповідно, сушіння.
Температура в сушильній камері. Чим вища температура, тим швидше проходить процес виділення вологи з деревини, тобто пришвидшується сушіння.
Відносна вологість повітря – характеризує степінь його насичення водяними парами. Чим вона нижча, тим вища здатність вологопоглинання і сушіння.
Якісне сушіння буде залежати від правильної комбінації цих параметрів. Якщо в цій комбінації потрібно змінити один з параметрів, інші два також потрібно підлаштувати з новою конфігурацією параметрів сушіння.
Якість висушеного виробу знаходиться в оберненопропорційній залежності від швидкості сушіння. Підвищення температури та пониження відносної вологості повітря в камері при постійних інших параметрах надає змогу пришвидшити процес сушіння, але погіршує якість матеріалу.
Процес сушіння деревини проходить по чітко визначеному плану з правильним дотриманням усіх параметрів та проходить шість режимів сушіння деревини.
Режим №1. Попередній нагрів. Цей режим призначений, для того щоб зняти внутрішнє напруження, яке могло виникнути при транспортуванні чи зберіганні пиломатеріалів. Також цей режим призначений для розкупорювання капілярів деревини, які були «зациментовані» при зберіганні чи транспортуванні деревини. Режим проводиться при вологості в камері близькій до 100% з заданою різницею температур між деревиною і камерою та закінчується після досягнення температури в камері температури установки.
Режим №2. Попереднє сушіння деревини. Проводиться при відносній вологості повітря в камері 60-85% в залежності від вибраної програми сушіння. В процесі сушіння по цьому режиму із деревини виділяється «вільна» волога, яка заповнює капілярні судини і міжклітинні порожнини. Це велика частина вологи, що міститься в деревині. Сушіння на цьому етапі проходить доволі швидко, тому й потребує великої уваги при проведенні. Режим проводиться до досягнення вологості в деревині 25-30%.
Режим №3. Проміжна термовологообробка. Проводиться при вологості в камері близько 100% і температурі, при якій була досягнута вологість деревини 25-30%. Мета проведення проміжної термовологообробки в усуненні внутрішніх напружень (особливо для твердих листяних порід), що виникають в результаті нерівномірного висихання матеріалу, оскільки інтенсивність випаровування вологи з поверхні значно більша інтенсивності її переміщення всередині деревини, що й викликає перепад вологості між внутрішніми і зовнішніми шарами.
Режим №4. Кінцеве сушіння деревини. Проводиться при підвищеній температурі в камері і відносній вологості в камері 25-45%, в залежності від вибраної програми сушіння. В процесі сушіння по цьому режиму із деревини виділяється зв’язана (конструктивна) волога, що знаходиться в міжклітинних порожнинах (всередині клітинної мембрани). Процес сушіння іде доволі повільно. Закінчення сушіння по цьому режиму проходить при досягненні деревиною заданої вологості.
Режим №5. Кінцева термовологообробка. Проводиться при вологості в камері близько 65% і температурі, при якій була досягнута кінцева вологість деревини. Мета проведення кінцевої термовологообробки полягає в усуненні внутрішніх напружень, що виникають внаслідок нерівномірного висихання деревини (вирівнювання вологості поверхневого і внутрішніх шарів деревини).
Режим №6. Кондиціювання. Цей режим проводиться для зменшення різниці температур в камері та на вулиці (чи в розвантажувальному приміщенні) для запобігання від теплового удару по деревині при її розвантаженні. Режим проводиться при вологості, що не перевищує 45-50%, при цьому підтримується різниця температур між деревиною і камерою та ж, що й у першому режимі. Закінчення режиму проходить при досягненні температурою камери величини рівної температурі вулиці плюс різниця температур між деревиною та камерою.
Неправильне проведення процесу сушки дає тріщини, викривлення, нерівномірність просихання матеріалу – все це знижує процент корисного виходу при наступній механічній обробці деревини і підвищує вартість виробів. Процес сушки являється найбільш довгим і одним із самих дорогих процесів у всій технологій деревообробки.
Більшість деревообробних підприємств застосовують на початковій стадії виробничого процесу камерну сушку пиломатеріалів. Серед промислових методів контролю за ходом процесу камерного сушіння деревини найбільшого застосування набув метод контролю температури і вологості сушильного агенту.
Сушильним агентом являється повітря чи топочний газ як вологоносій та теплоносій.
Поріг насиченості сушильного агенту в камері визначають за допомогою термодатчиків, так званих сухого і вологого термометрів які дають можливість визначити психрометричну різницю, а потім по таблицях – відносну вологість середовища в сушильній камері. Інформацію про температуру середовища отримують безпосередньо із сухого термометра. В зв’язку з цим системи контролю стану середовища в лісосушильних камерах базуються на застосуванні термометрів і психрометрів.
Психрометром називається пристрій, який складається з двох термометрів (рис.2.1.1), один з яких вимірює температуру навколишнього повітря, другий – температуру мокрої марлі опущеної одним кінцем у посудину, в якій підтримується постійний рівень води.
Психрометр
Рис.2.1.1
Випаровування вологи з поверхні мокрої марлі, яка обтягує кінець мокрого термометра психрометра, викликає зниження його температури до межі охолодження при випаровуванні. Різниця між показниками сухого і мокрого термометрів називається психрометричною різницею. Чим інтенсивніше іде випаровування, тим більша величина психрометричної різниці, тим сухіше повітря в камері.
Основним фактором, який сповільнює процес сушіння деревини, є внутрішні напруження деревини. Перевищення допустимих значень напружень в процесі сушіння, призводить до утворень тріщин і деформації матеріалів, що різко знижує якісні характеристики сировини в початковий період сушіння, перехід вологості ΔW по перерізі сортименту інтенсивно зростає і відповідно зростають вологові напруження δ ост напруження ростуть незначно. Точність регулювання температури і вологості в цей період повинна бути високою наскільки, щоб повні напруження не перевищували межу міцності δ др. δ повн. ≤ δ др.доп. Після досягнення вологовими напруженнями максимальних значень починається наступний етап сушіння, для якого характерне значення зменшення вологових напружень δ вл.
Функціонування багатоканальної установки для дистанційного контролю температури і вологості сушильного агента в камерах здійснюється за такою схемою (рис. 2.1.2).
Функціональна схема САР
Рис.2.1.2
В об’єкті регулювання (сушильна камера) необхідно підтримувати на даному етапі показники на постійному рівні Θ0. Якщо в даний момент вони відрізняються від заданої і становлять Θх сприймаючий елемент на виході видасть параметр, наприклад напругу Uх, пропорційну Θх. На вхід порівнюючого пристрою, крім Uх , подається еталонну напругу U0 від задаючого пристрою, причому U0=КΘ0, де К – коефіцієнт пропорційності.
Таким чином, напруга задаючого пристрою U0 відповідає потрібним показникам Θ0 в сушильній камері. Різниця напруг пропорційна відхиленню показників подається на підсилювач. В залежності від знаку сигналу різниці, виконавчий механізм діє на регулюючий орган (видає параметр ω1), який керує регулюючим параметром R1.
В діючих системах сушки деревини в якості задаючого та порівнючого пристрою працює оператор. Він періодично “опитує” з допомогою перемикачів (сприймаючий елемент) об’єкти контролю – лісосушильні камери, виконуючи наочний підрахунок показів з вимірювальних пристроїв ВПt, ВПΔt; порівнюючи ці показники із заданими на цей момент часу по режиму сушіння, він приймає рішення по видачі того чи іншого керуючого сигналу (керування підсилювачем).
Керуючі сигнали впливу здійснюються вручну шляхом зміни положення відповідних засувів та вентилів, які в свою чергу змінюють витрату пари в калорифери і на камеру, напрям повітряного потоку змінюють положенням шиберу.
Технологічні вимоги і умови експлуатації визначають методи застосування і технічних засобів контролю. Основною вимогою є точність виміру психрометричної різниці.
Допустимі динамічні відхилення від середньої психрометричної різниці складають +1.5-2.00. У відповідності із цими вимогами здійснюють вибір датчиків температури.
Межі вимірювання вологості середовища в камері приймаються рівними 20-100 %, межі вимірювань температури від 0 до 1500с. В якості давачів в системах контролю застосовують мідні ТОМ і платинові ТОП термометри опору.
Першочергове завдання автоматичного регулювання процесу сушіння –стабілізація режиму. Для цього, на даний час, встановлюють регулятори, які забезпечують підтримку температури та відносної вологості на заданому рівні. Тип регулятора і параметри налагодження вибирають з урахуванням статичних і динамічних особливостей сушильних камер і вимог поставлених до системи регулювання.
При оснащенні сушильних камер автоматичними регуляторами велике значення набирає раціональний вибір компактних систем, які дозволяють регулювати процес сушки у великій кількості камер.
САК сушки деревини в камерах з термосигналізатором. Ця система (рис.2.1.3) відноситься до числа простіших.
САК сушки деревини в камерах з термосигналізатором ТС-100
Рис. 2.1.3
Автоматичне регулювання температури в сушильній камері здійснюється паровим вентилем 8 (рис.2.1.3,а) з електромагнітом, який керується релейним блоком 1. для сигналізації використовують електричний дзвінок 6. Термосигналізатор 2, релейний блок і дзвінок змонтовані на окремому щиті ззовні сушильної камери, в вигідному для спостереження місці. Вентиль 8 встановлюють на відвідній лінії паропроводу між двома ручними вентилями 7. поки температура в камері, яка вимірюється термобалоном 10, нижче тієї, яку показує стрілка 4 (рис.2.1.3, б), рухомий контакт 3 розімкнутий і котушка реле Р знеструмлена. В зв’язку з цим його нормально замкнутий контакт замкнутий, катушка електромагніту ЕМ вентиля знаходиться під напругою, сигнальна лампа Л2 горить, і в калорифери камери поступає пара. Коли температура в камері досягне заданої, контакт 3 торкнеться стрілки 4, викликаючи спрацювання реле, а відповідно, розімкнення його нормально замкнутого контакту і відключення електромагніту вентиля і сигнальної лампи Л2. Це потягне за собою перекривання подачі пари в калорифери сушки. У випадку несправності апаратури, яка викликає подальше підвищення температури в камері, рухомий контакт 3 сигналізатора торкнеться червоної стрілки 5, яка включає дзвінок. Для перевірки правильності показів пристрою в камері встановлюють термометр 9.
Сушильні камери періодичної дії з примусовою циркуляцією досить різноманітні по своїй будові. Розглянемо найбільш характерні системи цієї групи камер.
Камери з осьовими вентиляторами на поперечних осях з потужною реверсивною поперечною горизонтальною циркуляцією зі швидкістю 2,5-3 м/сек. (рис.2.1.4) найбільш ефективні.
Камера осьовими вентиляторами на поперечних осях
герметична алюмінієва коробка камери;
каркас з кутникової сталі;
стіни (цегла);
бетонна стеля;
теплоізоляція стелі;
калорифер (ребристі труби);
вентилятор осьовий;
електродвигун двофланцевий на два вентилятора;
вихлопний дросель-клапан;
містки для обслуговуючого персоналу;
штабель пиломатеріалів
Рис. 2.1.4
Осьові вентилятори по довжині камери встановлюються через 2-2,5 м. один двохфланцевий електродвигун може приводити в рух два вентилятора, які знаходяться в сусідніх камерах. При наявності потужного калорифера пари тиском 4-5 атм матеріал в цих камерах може прогріватися в 5-6 раз швидше, ніж у камерах з природною циркуляцією; тривалість сушки в них також в 4-5 раз зменшується в порівнянні з нормативними термінами для камер з природною циркуляцією.
Якщо сушка даного типу встановлюється всередині виробничого приміщення, то вона виконується у вигляді металічної камери з хорошою теплоізоляцією. Металічний каркас камери оброблюється зсередини листковим алюмінієм, а ззовні листковою сталлю.
Якщо сушка представляє окреме приміщення, то воно робиться цегляним з бетонною напівциркульною тепло ізольованою стелею і бажано з внутрішньою металічною коробкою.
Ці високотемпературні камери обов’язково повинні бути обладнані дистанційним контролем режиму сушки і вологості деревини в процесі сушки, механічним закладчиком контрольних зразків деревини, спостерігаючим пристроєм за станом деревини в камері і централізованою системою змазки підшпинників валів вентиляторів. Процес сушки повинен проходити без заходу в камеру де журного сушильника.
Ежекційно-реверсивні камери (рис.2.1.5) відрізняються простотою будови і надійністю в експлуатації.
Ежекційна реверсивна сушильна камера ЦНИИМОД
1- осьовий вентилятор серії В;
2- повітронапірні канали;
3- насадки;
4- екран;
5- труби калорифера;
6- зволожуючі труби;
7- електродвигун;
8- отвір для приточного повітря;
9- витяжна труба.
Рис. 2.1.5
В камері встановлюються два осьових вентилятора серії В, які працюють почергово. Вали вентиляторів виходять в коридор управління і через еластичні муфти безпосередньо з’єднуються з валами електродвигунів. Безпосереднім рушієм циркуляції повітря в камері являються ежектори – насадки, з отворів яких викидається під тиском вентилятора повітря зі швидкістю 25-30 м/сек.. Це повітря тягне за собою (ежектує) повітря зі штабелів і заставляє його циркулювати по замкнутому колу впоперек камери. Кількість ежектуючого повітря, яке подається вентилятором до насадок, приблизно в 4-5 раз менше всієї кількості циркулюючого в камері повітря. Швидкість циркуляції повітря по штабелю в існуючих ежекційно-реверсивних камерах складає 1-1,2 м/сек..
Для створення більш високих швидкостей циркуляції повітря в штабелі камери цього типу не можна рахувати ефективними через невиправдано великі потужності електродвигунів, які при цьому потрібно встановити.
Камери типу ВИАМ-ІІ також значно розповсюджені в промисловості. Суть будови цієї камери видно з рис.2.1.6.
Сушильна камера ЦНИИМОД-23
Рис.2.1.6
Зверху над штабелями розміщені калорифери і вентилятори. Осьові реверсивні вентилятори встановлені на загальному валі, який іде вздовж всієї камери. В 14-метровій камері встановлюються 6 вентиляторів; вал складається з декількох частин.
Камера забезпечує гарну рівномірну, реверсивну циркуляцію повітря по штабелю зі швидкістю 1-1,2 м/сек.. Продуктивність її не менша продуктивності ежекційно-реверсивних камер, а якість сушки навіть краща, рівномірніша.
Недоліками камер цього типу є: складність обладнання, необхідність детального монтажу вентиляційної системи і періодичної її наладки, велика кількість підшпинників, важкість і недостатність їх змазки, а внаслідок цього швидкий знос підшпинників і вихід їх із ладу.
2.2. Обґрунтування теми проекту
Недолік способу ведення сушіння пиломатеріалів по параметрам сушильного агента полягає в неоднозначній залежності між температурою і вологістю сушильного агенту та вологістю матеріалу в камері.
Якість висушених матеріалів не може бути гарантована. Тому на даний час доцільна була б розробка та впровадження у виробництво систем автоматизації з контролем стану пиломатеріалів в процесі сушіння.
Поява мікропроцесорів та ПК (персональних комп’ютерів) зумовила розробку і широке впровадження в промисловість високонадійних, гнучких щодо заміни алгоритму і порівняно дешевих автоматичних систем контролю технологічного процесу (АСКТП). Для їх впровадження необхідна наявність сучасних універсальних ПК (персональних комп’ютерів) з відповідним програмним забезпеченням, а також набір мікроконтроллерів з широким діапазоном технічних характеристик. Комп’ютер здійснює програмне керування верстатами, виробничими лініями, промисловими роботами та іншими складовими АСКТП. Він регулює параметри технологічних процесів та виконує низку інших функцій.
Суть пропозиції полягає в особливих принципах побудови вимірювально-інформаційного каналу між об'єктом контролю й оператором (або комп'ютером автоматичної системи управління). Цей канал містить у собі вимірювальні електроди або імпедансний (ємнісний, резистивний, індуктивний) датчик, за допомогою якого параметр об'єкту контролю, що вимірюється, перетворюється в пасивну або активну електричну величину, електронний мостовий вимірювальний блок, а також мікропроцесорний контролер для управління процесором виміру, математичної обробки, передачі і реєстрації отриманої інформації.
Структура вимірювально-інформаційного каналу, алгоритм його роботи, апаратне і програмне забезпечення є уніфікованими. Це дозволяє здійснювати розробку на одній технологічній базі, при мінімальних апаратних і програмних модифікаціях, широку гаму приладів різного призначення для використання з переважною більшістю існуючих датчиків. Уніфікація й універсальність апаратних і програмних засобів забезпечує високу серійноздатність і дешевизну розроблювальної за даною технологією контрольно-вимірювальних приладів і інформаційно-вимірювальних систем, завдяки використанню вимірювальних сигналів перемінного струму, формованих і оброблюваних за допомогою цифрових і аналого-цифрових методів. Перевагою запропонованих технологій також є: більш висока точність вимірів, можливість віддаленого підключення датчиків, застосування дешевих електронних компонентів.
Також позитивною рисою комп’ютерного керування є те, що комп’ютер може працювати в різних режимах, таких як:
збирання даних – є однією із найпростіших форм використання ПК. У даному випадку параметри виробничого процесу перетворюються на цифрову форму, сприймаються системою введення і переміщуються в запам’ятовуючий пристрій. МП (мікропроцесор) здійснює логічну обробку і перетворення інформації. Результати обчислень використовуються для керування. Для цього вони можуть відображатись на екрані монітора або ж передаватись після спеціальної обробки на виконавчі механізми.
порадник оператора – у цьому випадку виходи МП не пов’язані з органами керування, а інформація виводиться на пристрій відображення. Система за введеною в неї моделлю розраховує керуючі дії, необхідні для наближення режиму процесу до оптимального, виводить їх на спостереження. Оператор приймає рішення, враховуючи чи ігноруючи рекомендації, які видає йому система. В останньому випадку він здійснює керування на підставі власного досвіду та інтуїції. Одним із серйозних недоліків такого режиму використання МП в АСКТП є обмеження пов’язані з участю людини-оператора.
супервізорне керування – у цьому випадку процесор працює в замкнутому контурі, тобто виходи системи пов’язані з виконавчими механізмами і всі вставки регуляторів здійснюються безпосередньо системою. Робота вхідної частини такої системи ідентична роботі системи в режимі порадника оператора. Але в останньому випадку значення вставок перетворюється на величини, які можуть змінювати настройки регуляторів. Функція оператора щодо спостереження і втручання вимагається лише в разі виникнення відмов системи або непередбачених ситуацій.
безпосереднє цифрове керування – передбачає подачу керуючих сигналів, які використовуються для приведення в дію виконуючих механізмів, безпосередньо з керуючого ПК. Регулятори окремих параметрів взагалі вилучаються із системи. Система керування розраховує реальні дії і передає відповідні сигнали безпосередньо на виконавчі механізми. Розрахунки реальних дій і передавання відповідних сигналів на керуючі механізми здійснюються окремо для кожного контуру керування. Кількість таких контурів може змінюватись від кількох десятків до кількох сотень. Зрозуміло, що така система повинна бути в реальному режимі. Тому затримки часу в кожному контурі необхідно враховувати і аналізувати.
2.3. Огляд і аналіз відомих проектних рішень
На сучасному ринку товарів і послуг є багато різних пропозицій щодо програмних систем автоматичного керування, але собівартість їх досить висока. Так, німецька фірма „BESS BOLMANN” розробила цілу систему для технологічного процесу сушіння, яка називається „810-РС”. Компанія „BESS BOLMANN” пропонує як технологію сушіння, так і систему керування, в яку входять:
програмне забезпечення “810-РС” – комп’ютерна програма розроблена „BESS BOLMANN” для 810-РС мережі і її централізованої роботи, огляду створення (документів) програми, аналізу процесу сушіння, зберігання даних, настройки, програмування, узгодження дій комп’ютера, оператора і виконавчих та сприймаючих елементів;
з’єднувач ПК – забезпечує зв’язок між персональним комп’ютером і мережею „BESS BOLMANN”. Конвертує електричні сигнали послідовного com інтерфейсу RS-485 – формат для ПК мережі і навпаки;
пристрій для забезпечення живлення – забезпечує подачу живлення в систему;
мережевий кабель – встановлює зв’язок між окремими з’єднувальними коробками. Завдяки цьому спеціальному кабелю протяжність мережі може досягати 1300м;
з’єднувальні коробки – проміжні пункти сіткового кабелю. Окремі модулі вставляються в з’єднувальні коробки з допомогою з’єднувального кабелю;
з’єднувальний кабель - пов’язує окрему плату модуля із з’єднувальною коробкою;
з’єднувальна плата – ця знімна плата дає можливість модулю взаємодіяти із мережею BESS BOLLMAN. Два маленьких перемикачі, що розміщені над роз’ємом для з’єднувального кабелю, дозволяють налагодити системний номер модуля. Десятинне число настроюється верхнім перемикачем, а однозначне число нижнім перемикачем
модуль сушильної камери призначений для керування процесом. Незалежно запускає фазу активної програми, яка передається ПК, і подає запит на нову фазу у ПК. Кожна фаза складається з типу фази, часу виконання або кінцевого значення вологості деревини для цієї фази. Попередньо встановлені величини для теплового потоку положення повітряного клапану і процесу зволоження, так як і початкове та кінцеве значення температури, вологості повітря, потенціалу і обертів на хвилину. Після отримання фази модуль регулює встановлені величини із відповідного початкового значення до кінцевого значення. Якщо по якимось причинам ПК не посилає нову фазу, кінцеві значення попередньої фази продовжують регулюватись. Для того щоб запобігти недосушці, модуль закінчує процес сушіння по досягненні попередньо встановленої кінцевої вологості.
давач температури
давачі вологості
Також компанія „BESS BOLMANN” є постачальником в наступних сферах:
технологія сушіння
системи контролю
вимірювання вологості
Програмне забезпечення “BESS BOLLMAN 810-РС” надає такі можливості для роботи з ним:
показ всіх модулів процесу сушіння з різнокольоровими областями для відображення різних станів;
назви камер можуть бути вибрані індивідуально;
теоретично необмежена кількість програм сушіння (обмеження накладає тільки об’єм пам’яті жорсткого диску);
в межах однієї програми сушіння можливо до 50 фаз;
фази, залежні від часу, програми і вологості деревини, можуть бути індивідуально перемішані;
безпосередній показ загального терміну фази і терміну сушіння;
графічний і чисельний показ програм сушіння і процесу сушіння в реальному часі;
автоматичне програмування з малим числом параметрів;
зберігання усіх процесів сушіння для подальшого графічного аналізу;
легкий вибір необхідної мови;
дистанційне керування і технічне обслуговування по телефонній лінії можливе із будь якої частини світу (через модем чи спеціальне програмне забезпечення);
створені файли даних і конфігурації існують в відкритій зручній для читання формі;
показ процесу виконання певної команди в відсотках від часу виконання;
встановлення часу роботи клапану для оптимізації роботи контролера;
запуск перетворювача частоти для регулювання обертів на хвилину циркуляційних вентиляторів;
окремий запис параметрів процесу і помилок;
можна вибрати кілька давачів для отримання середнього значення (max 14 давачів).
Додатки для програмного забезпечення.
“Kiln overview” (огляд камер) є стандартною точкою для роботи 810-РС системи. Звідси можна запустити всі інші додатки.
Додаток Kiln overview спочатку показує кілька камер з різним станом. Як тільки з’єднання з модулями сушки стає можливим та здійснюється, показуються тільки встановлені камери і їх стан. Kiln overview (огляд камер) схематично може показати тільки 32 камери. Стан відображається через комбінацію кольорів. Kiln overview (огляд камер) служить звичайним інтерфейсом для РС – системи. Звідси можна викликати всі „BESS BOLMANN” додатки і таким чином всі операційні функції.
Programs (програми) - показує останню програму сушіння, а також надає можливості по створенню нового шаблону програми без значень, відкриття вже існуючої програми, збереження програми користувача, знищення, друк програми у вигляді таблиці, резервне копіювання даних та закриття додатку.
Status (статус) - зображається поточний стан вибраної камери (помилки, робочий стан, режим роботи)
Time Calculator (калькулятор часу) - дозволяє розрахувати приблизний час сушіння і має калькулятор для перетворення кліматичних умов в різні одиниці вимірювань.
Energy (енергія) - показ керування і аналіз використання потоків енергії.
Tele Alarm (телефонний сигнал збою) – запуск і установочні параметри автоматичного телефонного сигналу збою у випадку особливих помилок.
Error List (список помилок) - показує список помилок всіх активних камер у вигляді відкритого тексту. Після отримання необхідної інформації зразу потрібно вийти із програми, так як при відкритому вікні не можуть бути записані нові дані.
Install (встановити) - встановлює програму для модулів сушки, програмне оточення, порти і кольори.
Colors (кольори) - показує „легенду” (умовні позначення) комбінацій кольорів в Kiln Overview (огляд камер).
Help (допомога) - викликає на монітор вписаний набір функцій меню Help.
ПРИЗНАЧЕННЯ СИСТЕМИ
Автоматизована система керування лісосушильними камерами (далі по тексту - система) – це комплексна автоматизована система, яка побудована на базі сучасної універсальної системи автоматизації фірми SIEMENS SIMATIC C7 і комп’ютера, що в цілому виконують функції вимірювання, контролю, автоматичного керування, візуалізації та архівування подій і параметрів процесу сушіння деревини різних порід в лісосушильних камерах (далі по тексту - сушарка) періодичної дії.
За своєю суттю система представляє собою керуючий комплекс зі заданою структурою, вільні параметри якої налаштовуються згідно з характеристиками деревини і конструктивними параметрами сушарки, тобто, система реалізує принцип детермінованого регулятора з параметричною оптимізацією.
Система визначає момент переключення попередньо заданих раціональних режимних параметрів агента сушіння залежно від зміни вологості деревини, яку визначають за допомогою вимірювача вологості ИВ-3 УкрНДІМОД або автоматично на підставі моделювання процесу кінетики сушіння деревини в штабелях, а в проміжках між цими моментами стабілізує режимні параметри за стандартним ПІД-законом регулювання.
До складу системи входять два програмовані пристрої: контролер SIMATIC С7 з пристроєм людино-машинного інтерфейсу і операторська станція (ОС) на базі сучасного комп’ютера і відеотерміналу, програмне забезпечення яких є відкритим і дозволяє вносити необхідні зміни.
Система виконує автоматичне керування всім циклом сушіння деревини, починаючи з моменту завантаження штабелів деревини в камеру і закінчуючи технологічною операцією витримки деревини в камері. Вона забезпечує процес сушіння за стандартом ГОСТ 19773-84 («Режимы сушки в камерах периодического действия»), а також нестандартними режимами для різних порід деревини, що ростуть на Україні, і різних сортиментів пиломатеріалів, проте, після додаткових змін в програмному забезпеченні.
Система включає в себе електропостачання і керування електроприводами циркуляційних вентиляторів і підтримує функціонування інших агрегатів, що характерні для сушарок. Після відповідних змін у апаратному і програмному забезпеченні система
23.05.2013 20:05-
Ділись своїми роботами та отримуй миттєві бонуси!
0%
Оголошення від адміністратора