Способ автоматического управления процессом сушки измельченной древесины в барабанной сушилке

 

Использование: в технике сушки измельченной древесины и может быть применено на деревообрабатывающих предприятиях, например при производстве древесностружечных плит. Сущность: способ автоматического управления процессом сушки измельченной древесины в барабанной сушилке, включающий задание конечной влажности и значение температурного параметра, характеризующего степень пожароопасности, измерение температуры топочных газов, расхода исходного материала, влажности исходного материала, регулирование расхода исходного материала и температуры топочных газов, расчет с помощью математических моделей оценочных значений конечной влажности и температурного параметра, характеризующего степень пожароопасности, измерение фактических значений конечной влажности и температурного параметра, характеризующего степень пожароопасности, сравнение оценочных и фактических значений, на основании которых делают вывод об адекватности модели и по его результатам формируют управляющее воздействие, в качестве температурного параметра, характеризующего степень пожароопасности, измеряют температуру измельченной древесины на выходе из барабана. 1 ил.

Изобретение относится к технике сушки измельченной древесины и может быть использовано на деревообрабатывающих предприятиях, например при производстве древесностружечных плит.

Известен способ автоматического регулирования процесса сушки в барабанной сушилке путем воздействия на расход топлива по температуре сушильного агента на входе в барабан и на расход сырого материала по скорости изменения температуры сушильного агента на выходе из барабана и конечной влажности высушиваемого материала. Определяется разность между сигналом заданной влажности и алгебраической суммой сигналов скорости изменения температуры сушильного агента на выходе из барабана и конечной влажностью высушиваемого материала, по полученной разности формируют управляющий сигнал и используют его для коррекции расходов топлива и сырого материала [1] Недостаток способа опасность возгорания высушиваемого материала.

Известен способ автоматического управления процессом сушки в барабанной сушилке путем изменения расхода топлива, измерения температуры теплоносителя внутри сушилки и влажности готового продукта. Температуру теплоносителя измеряют на расстоянии 1/3 и 1/4 длины барабана от входа материала и по отклонению измеренных значений от заданных изменяют расход топлива [2] Недостаток способа повышенная пожароопасность.

Известен способ автоматического регулирования процесса сушки сыпучих и тонких листовых материалов путем изменения температуры сушильного агента на входе в сушилку при постоянных количествах подаваемого материала, агента сушки и скорости их движения в сушилке. С целью стабилизации конечной влажности материала при различной начальной влажности температуру агента на выходе поддерживают по линейному закону в зависимости от температуры на входе [3] Недостаток способа опасность возгорания высушиваемого материала.

Наиболее близким по технической сущности является способ автоматического управления процессом сушки измельченной древесины, который заключается в следующем. Задаются значения конечной влажности материала и температуры отходящих газов. Измеряются начальная влажность измельченной древесины, температура топочных газов, расход измельченной древесины, подаваемой в сушилку, температура сушильного агента на входе в барабан. Затем, используя математические модели конечной влажности материала и температуры отходящих газов, рассчитывают оценочные значения, которые сравнивают с фактическими и делают вывод об адекватности моделей. В случае их адекватности сравнивают оценочные и заданные значения. Если окажется, что разность между ними превысила ошибку регулирования, то пересчитываются величины управляемых воздействий, чтобы конечная влажность измельченной древесины и температура отходящих газов остались заданными по режиму. Если модели неадекватны, то на основании текущей информации об управляющих воздействиях определяют новые коэффициенты. В случае выхода температуры отходящих газов за предельно допустимое значение появляется опасность возникновения пожара. В связи с этим происходит непрерывное сравнение текущего значения температуры отходящих газов с допустимым. Если произойдет превышение текущего значения над допустимым, то осуществляется перерасчет значений управляющих воздействий. Если температура отходящих газов в норме, то управляющее воздействие отсутствует [4] Однако использование данного способа автоматического управления процессом сушки измельченной древесины может привести к возгоранию высушиваемого материала. При влажности измельченной древесины ниже регламентированной технологической инструкцией может произойти ее возгорание при температуре отходящих газов ниже допустимой.

Задача, на решение которой направлено изобретение -повышение безопасности процесса сушки.

Для решения этой задачи в способе, включающем задание конечной влажности и значение температурного параметра, характеризующего степень пожароопасности, измерение температуры топочных газов, расхода исходного материала, влажности исходного материала, регулирование расхода исходного материала и температуры топочных газов, расчет с помощью математических моделей оценочных значений конечной влажности и температурного параметра, характеризующего степень пожароопасности, измерение фактических значений конечной влажности и температурного параметра, характеризующего степень пожароопасности, сравнение оценочных и фактических значений, на основании которого делают вывод об адекватности модели и по его результатам формируют управляющее воздействие, в качестве температурного параметра, характеризующего степень пожароопасности, измеряют температуру измельченной древесины на выходе из барабана.

На чертеже приведена блок-схема устройства для реализации предложенного способа.

Устройство для автоматического управления процессом сушки материалов в барабанной сушилке 1 содержит датчики температуры топочных газов 2, влажности исходного материала 3, конечной влажности 4, температуры измельченной древесины на выходе из сушильного барабана 5 и расхода исходного материала 6, дозатор исходного материала 7, регулятор его расхода 8, привод 9, топку 10 с регулятором 11 температуры топочных газов, соединенный с датчиком 2 и исполнительным механизмом 12, преобразователем 13 сигналов датчиков в унифицированные сигналы напряжения, многоканальный преобразователь 14 напряжение-код, фильтры низкой частоты 15 с масштабирующими блоками 16-20, преобразующими значения кодов X в значения измеряемых физических величин Y, задатчик 21 предельно допустимой температуры измельченной древесины, блок сравнения 22, экстраполятор 23, анализатор адекватности модели 24, блок адаптации модели 25, анализатор критерия управления 26, задатчик 27 номинальных значений температуры измельченной древесины на выходе из барабана и ее конечной влажности, блок обратной модели 28 с преобразователем 29 код-напряжение.

Способ осуществляется следующим образом. Оператор с помощью задатчика 21 задает значение предельно допустимой температуры измельченной древесины. Задатчиком 27 задает номинальные значения этой температуры и конечной влажности материала, которые должны выдерживаться в соответствии с режимом. В начальный момент локальные регуляторы расхода 8 сырого материала и температуры 11 топочных газов настроены на номинальные значения. Информация с датчика 2 температуры топочных газов и датчика 6 расхода исходного материала, датчика 3 влажности исходного материала через измерительные преобразователи 14 напряжение-код, фильтры 15 и масштабирующие блоки 16-20 поступает в экстраполятор 23, в котором с помощью математических моделей процесса сушки рассчитываются оценочные значения влажности высушенного материала и температуры измельченной древесины: где X₁ расход исходного материала, кг/ч; X₂ температура топочных газов, ^oC; X₃ влажность исходного материала,
причем X₄ = X²₁, X₅ = X²₂, X₇=X₁·X₂, X₈= X₁·X₃, X₉=X₂·X₃.

На основании оценочных значений и массива истинных значений Y_1i и Y_2i тех же величин, поступающих от датчика 5 температуры отходящих газов через преобразователь 13, 14, фильтры 15 и масштабирующие блоки 19 и 20, в анализаторе адекватности модели 24 дается заключение об адекватности модели. Если модель адекватна, то подается сигнал на управляющий вход анализатора критерия управления 26. В нем сравниваются оценочные и заданные значения Y₁ и Y₂. Если окажется, что разность между заданными и оценочными значениями любого из Y превысила ошибку регулирования, то из анализатора 26 подается сигнал на второй управляющий вход блока обратной модели 28. Используя текущее значение величины влажности (X₃) исходного материала, поступающее от датчика 3 через преобразователи 13, 14, фильтры 15 и масштабирующий блок 18 на второй информационный вход блока обратной модели 28, а также заданные значения Y₁ и Y₂, поступающие на его третий информационный вход от задатчика 21, блок обратной модели 28 рассчитывает величины управляющих расхода (X₁) сырого материала и температуры (X₂) топочных газов, которые необходимо поддерживать на входе в барабан, чтобы конечная влажность и температура измельченной древесины остались в норме. Рассчитанные значения X₁ и X₂ через преобразователь 29 в виде аналоговых сигналов подаются на регуляторы 8 и 11, которые приводят в соответствие текущие и заданные значения X₁ и X₂. Если заключением анализатора 24 является неадекватность модели, то с его второго выхода подается сигнал на управляющий вход блока адаптации модели 25. На основании текущей информации о расходе (X₁) сырого материала, температуре (X₂) топочных газов, влажности (X₃) исходного материала, конечной влажности материала (Y₁), температуре (Y₂) измельченной древесины на выходе из барабана блок 25 определяет новые коэффициенты A_i.j моделей 1 и 2. Полученные значения A_i.j, соответствующие уже адекватной модели, поступают на первые информационные входы экстраполятора 23 и блока обратной модели 28 взамен старых A_i.j. Если в процессе сушки произойдет выход за допустимое значение Y₂, то появится опасность возникновения пожара. Поэтому в блоке сравнения 22 непрерывно оценивается текущее значение Y₂, поступающее с масштабирующего блока 20 с ее заданным предельно допустимым значением от задатчика 21. В случае превышения Y₂ над допустимым из второго выхода блока 22 поступает сигнал на первый управляющий вход блока обратной модели 28. Происходит перерасчет X₁ и X₂ с целью предотвращения пожара. Если Y₂ в норме, то с первого выхода блока 22 поступает сигнал на управляющий вход экстраполятора 23 и устройство функционирует описанным способом.

Пример. Процесс сушки измельченной древесины осуществлялся при следующих начальных значениях параметров:
расход исходного материала 3600 кг/ч;
температура топочных газов 450^oC;
влажность исходного материала 40,5%
номинальное значение конечной влажности 3%
номинальное значение температуры измельченной древесины на выходе из сушильного барабана 120^oC;
допустимое значение температуры измельченной древесины на выходе из сушильного барабана 145^oC;
допустимое значение температуры отходящих газов 155^oC.

В процессе сушки произошел выход конечной влажности за номинальное значение. Конечная влажность измельченной древесины была равна 0,8% вследствие ее неравномерного перемещения по сушильному барабану. При температуре отходящих газов, равной 152^oC, которая была ниже допустимого значения, температура измельченной древесины составила 147^oC, то есть выше нормы - возникла пожароопасная обстановка. Для предотвращения возгорания высушиваемого материала изменяют температуру топочных газов на входе в сушильный барабан и расход сырого материала.

Таким образом, принятие для оценки степени пожароопасности температуры измельченной древесины на выходе из сушильного барабана позволяет более эффективно обеспечить безопасность процесса.

Формула изобретения

Способ автоматического управления процессом сушки измельченной древесины в барабанной сушилке, включающий задание конечной влажности и значения температурного параметра, характеризующего степень пожароопасности, измерение температуры топочных газов, расхода исходного материала, влажности исходного материала, регулирование расхода исходного материала и температуры топочных газов, расчет с помощью математических моделей оценочных значений конечной влажности и температурного параметра, характеризующего степень пожароопасности, измерение фактических значений конечной влажности и температурного параметра, характеризующего степень пожароопасности, сравнение оценочных и фактических значений, на основании которого делают вывод об адекватности модели и по его результатам формируют управляющее воздействие, отличающийся тем, что в качестве температурного параметра, характеризующего степень пожароопасности, измеряют температуру измельченной древесины на выходе из барабана.

РИСУНКИ

Рисунок 1