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南京榮耀木材干燥設備公司
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一種新型的全自動木材干燥系統
發布時間:2014-4-2 11:58:08 點擊量:1293

一種新型的全自動木材干燥系統 

--- 甘英俊  機電院  副教授    

    摘要:本文論述了一種新型的全自動木材干燥智能控制系統,利用計算機取代常規木材干燥全自動控制器,具有結構簡練、功能齊全、投資少、性能可靠,能對木材干燥過程中的各參數進行在線測量,并能根據所選定的工藝基準對木材干燥的全過程進行自動監測和控制。該系統適合我國國情,有利于促進我國經濟發展,提高木材工業的地位。

    關鍵字:木材干燥;控制系統;計算機;RS485通訊

    木材干燥是一門綜合木材學、熱工學、機械與電子工程、工業儀表及自動控制等多學科的應用科學與技術,在現代信息與微電子技術推動下,其傳統生產方式正發生重大變化,木材干燥的自動化控制已成為不可逆轉的潮流。在我國,目前現有大量的干燥窯還處于手動、半自動控制狀態,干燥效率低,能源浪費較嚴重。本文推出一種新型的全自動木材干燥智能控制系統,利用PC機取代常規木材干燥全自動控制器,具有提高干燥效率,節省能耗、結構簡練、功能齊全、更容易實現復雜過程控制、存儲木材干燥工藝不受數量限制等優點。該項目投資少、效率高、性能可靠、推廣方便,可以對現有的干燥窯進行改造,適合我國國情,有利于促進我國經濟發展,提高木材工業的地位,具有很大的市場前景。

1.計算機組成的木材干燥窯智能控制系統

1.1系統總體介紹


    木材干燥窯智能控制系統由窯體、執行裝置、檢測裝置、電控單元及計算機等組成。其組成示意圖如圖1。


    由于木材干燥的特殊性,借鑒國內外木材干燥技術應用方法,該系統采用電測法測量木材含水率,采用干濕球法測量木材干燥窯內部環境溫度及相對濕度,同時增加了木心溫度測量儀表。環境溫度、相對濕度、木材含水率、木心溫度信號采用儀表采集將數據傳送給計算機。計算機處理所采集數據后,向干燥窯的電控單元發出控制命令,電控單元識別并解釋主機發送的命令,產生相應的控制。計算機與儀表采用RS485通訊形式相連,并采用光電隔離技術,特點是采集數據的穩定性高,抗干擾強,傳輸距離遠(單級通訊可達1200米,并可擴展),可連接多個木材干燥窯。計算機采集數據后及時在屏幕上畫出實時曲線并保存數據,并按照所設定的木材干燥工藝基準(可以是時間基準也可是含水率基準)控制溫度、濕度的執行器(溫度控制執行器是加熱器的高溫蒸汽輸入電磁閥,濕度控制執行器是噴蒸閥與進排氣電機)動作,從而完成控制目的。用戶可以創建新的干燥工藝基準,包含有適用樹種類別、適用木板厚度、初含水率、終含水率、預熱類型、中期處理次數、均衡時間、終了處理強度等參數。計算機能夠識別當前所處的工藝階段,并控制干燥過程,最終達到木材干燥的目的。計算機所采集的干燥工藝數據可隨時調出,以便查看、打印成工藝曲線等,方便了操作人員總結經驗,制定更好的工藝基準。系統中加入了木心溫度測量功能,可以近似計算被干燥木材的溫度梯度,以防止升溫過快,使被干燥木材產生應力、裂紋等缺陷。

1.2含水率的測量及溫、濕度的控制

    以含水率基準控制干燥木材是目前木材干燥的主要方式,準確測量及正確處理含水率是控制系統的關鍵。目前廣泛采用電測法測量木材含水率,但這是一種間接測量的方法,主要影響測量精度的因素有木材種類、木材溫度、木材中水份含量的多少,此外用戶選擇的測試點的不同、干燥過程中噴蒸處理(會使木材表面濕潤)等因素也會影響測量精度。為了較全面的反應出被干燥木材的含水率,采用6個木材含水率測量點,每隔15min計算機自動巡回監測各測點的含水率讀數,按各測量點讀數的加權平均值作為測量結果,再考慮窯內溫度的影響因素計算出最終的含水率值。從而為以含水率為基準的木材干燥工藝提供了參考基準。用這種平均算法可以去除含水率測量點的波動,較全面地反應出被干燥木材的含水率數值。實踐證明此法基本可以滿足以含水率為基準的木材干燥控制要求。

    溫度的控制由加熱執行器——高溫蒸氣加熱電磁閥——的開關來控制,由于干燥窯是典型的一階滯后環節,采用PID算法進行控制。為防止加熱電磁閥動作過于頻繁,適當調整了PID參數,使之溫度控制精度約為±1.5℃,每分鐘電磁閥動作不超過1次。


    濕度的控制采用點位控制形式。窯內相對濕度用干、濕球溫度計測量,干、濕球溫度差△t大,表明相對濕度低,反之,△t小,則反映相對濕度高。窯內相對濕度由進、排氣執行器(電動氣門)和增濕執行器(噴蒸電動閥門)共同控制;即當實測值△t大于設定值△T時,表明空氣偏干,電動氣門關閉,若20分鐘后未能使窯內空氣增濕,甚至繼續變干,達到△t比△T高2℃時,則打開噴蒸電動閥門進行噴蒸增濕。當△t低于△T 時,偏濕,停止噴蒸。當△t低于△T 2℃時,較濕,打開電動氣門。為防止執行器頻繁動作及降低能耗(電動氣門打開后將增大窯內熱量向外界的擴散速度),設定氣門關閉或噴蒸打開的最短時間為10分鐘,氣門打開的最短時間為5分鐘。且噴蒸時氣門一定是關閉的,而氣門在開啟狀態時不能噴蒸。

2.系統軟件組成

    木材干燥窯自動控制系統的軟件用VB6.0編制。軟件部分主要由以下幾個模塊組成:數據采集模塊、干燥控制模塊、實時監測模塊、數據保存模塊、數據讀取模塊、數據打印模塊、用戶定義干燥工藝基準模塊等組成。

    數據采集模塊通過串口實現數據的采集,控制指令的發送等功能。計算機串口發出的為RS232信號,通過RS485轉換器轉為RS485電平進行通訊。計算機編程時可以調用MSCOMM控件,VB6.0所帶的通信控件MSCOMM易學易用。微機串行通信的基本原理在許多書中都可以找到,本文不再敘述。以圖2為計算機與干燥窯溫度控制儀表通訊及參數設置的界面。

    干燥控制模塊將采集的數據進行處理,按選定的基準控制干燥過程,并在屏幕中畫出實時曲線。系統允許用戶在計算機上手動控制干燥窯,用戶可以進行干球溫度、相對濕度、風機運轉、濕度調節等操作。數據保存模塊實現數據加密保存,以備查詢、打印及數據分析之用,數據經加密處理,只有本系統可以打開,防止更改、刪除數據。數據處理模塊把保存的加密數據讀入系統,可以進行有關干燥狀態的分析、回放等操作。數據打印模塊為系統打印曲線等功能,可以進行彩色、黑白打印,中英文方式打印等。用戶定義干燥工藝基準模塊指導用戶自定義新的干燥工藝基準。

3.應用實例


    例如某企業干燥厚度25-40mm的西南樺鋸材,長度2-4m,初含水率39.2%,要求終含水率低于10%。采用系統中樹種類別3、10#基準進行干燥。干燥結束后統計結果如下:預熱時間4小時、干燥時間90小時、冷卻時間9h(總干燥時間103小時)。圖3為實際干燥過程中干球溫度(環境溫度)、相對濕度、木心溫度、含水率變化曲線圖。

    干燥結果按GB6491-86《鋸材干燥質量》標準進行檢驗:終含水率8.4%,變異系數<7%;干燥應力指標<2%;無內裂、外裂、變形、皺縮等干燥缺陷,符合一級材質量標準,合格率100%。

10#基準

階段

含水率區間%

干球溫度℃

相對濕度%

1

2

3

4

5

6

7

升溫預熱

40-35

35-30

30-25

25-20

20-15

15-10

52

55

70

70

73

76

76

80-90

85-90

80

70

65

75

55

 4.結束語

    本文推出木材干燥智能控制系統,利用計算機取代常規木材干燥全自動控制器,與常規干燥窯控制系統相比具有投資少、效率高、節省能耗、性能可靠、維護簡單等特點,可以對現有的干燥窯進行改造,適合我國國情,具有著很大的推廣前景。本系統主要應用于木材干燥控制、木材干燥工藝自動記錄、進出口木制品熱處理殺蟲工藝的自動化記錄等。目前該系統已成功地在南京、蘇州等地試點使用,取得了較好的社會效益。

參考文獻

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  • 趙壽岳.木材干燥的自動控制[J].林業科技開發 1997(4):26-27
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