CC BY
39
УДК 674.046
РАЗРАБОТКА МАТЕМАТИЧЕСКОГО, ИНФОРМАЦИОННОГО, ТЕХНИЧЕСКОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ АВТОМАТИЗИРОВАННОЙ СИСТЕМЫ ПРОВАРКИ ФАНЕРНОГО СЫРЬЯ
Е.А. Мануковский
В статье приводятся математические модели процесса гидротермической обработки фанерного сырья и на их основе математический, информационный, алгоритмический аппарат для создания системы автоматизированного управления процессом гидротермической обработки фанерного сырья
Ключевые слова: автоматизированные системы, гидротермическая обработка, фанерное сырьё
Гидротермическая
обработка
фанерного сырья является технологической операцией, которая предшествует процессу лущения шпона, она существенно влияет на качество лущеного шпона и на расход сырья при производстве фанеры. Отсутствие эффективных систем
автоматизированного управления ведёт к нарушению регламентируемого
технологического режима, что приводит к перерасходу тепловой энергии на выпуск фанеры и некачественному прогреву
древесины, к появлению сколов и трещин на шпоне. Без средств цифровой автоматики невозможно строгое
соблюдение режима прогрева древесины, и требуемой точности регулирования различных параметров технологического процесса гидротермической обработки. Поэтому необходимы разработки и внедрение в практику математического, информационного, алгоритмического, технического обеспечения
автоматизированных технологических процессов проварки фанерного сырья, снижающих длительность прогрева чураков для лущения, уменьшающих энергозатраты, повышающих
производительность процессов. [1]
При создании математического обеспечения для систем
автоматизированной проварки фанерных чураков необходимо определить наиболее точные математические модели объектов автоматизируемых процессов.
Мануковский Евгений Аркадиевич - ВГЛТА, аспирант, тел.: 8-920-421-32-41, e-mail: [email protected]
Математическое обеспечение отражает физические, информационные процессы, протекающие в каждом объекте системы управления и даёт возможность провести синтез систем, повысить эффективность автоматизированного управления
процессом. Структура математического обеспечения представлена на рис. 1.
Математическое обеспечение включает в себя модели:
1. Математическая модель бассейна гидротермической обработки, включает в себя математическую модель бассейна как тепловой емкости,
&в ёК3
Че = С р • Ve • [(1 - кз) •
-1„
'-] (1)
ёт ёт
где величина Се = се • ре • Ув кДж / (кг • К) является теплоемкостью воды в объеме бассейна, для бассейна; Ргрв - расход греющей воды, кг / ч ; рв - плотность
воды, кг / м3; Св - теплоёмкость воды, кДж / (кг •К); 1в - температура воды, °С ; Кз - коэффициент загрузки,Ув - объём воды, м .
подачи тепла в бассейн (2),
Огреэ = Ргре (Сгре • ^ре - Се ^е ) (2)
где Qгреэ - величина мощности тепловой энергии вносимой водой в бассейн, кДж ;
Р
грв
расход греющей воды,
кг / Ч ; Сгре -
теплоёмкость греющей воды,
кДж / (кг • К); 1грв - температура греющей
воды, °С . По данному уравнению определяется величина тепловой энергии, вносимой горячей водой в бассейн.
Потери тепловой энергии через поверхность вода в бассейне имеют различную физическую природу. Эти потери принято подразделять на следующие составляющие: конвективные потери, потери на излучение, потери на испарение воды с поверхности бассейна. Количество конвективного тепла, отдаваемого поверхностью воды.
Чк _ ак ' Рс ' (/пж — Ґс ) ' Ґг, кДж I ч (3)
где: ак- коэффициент теплообмена конвекцией, кДж I (м2 ■ ч ■ К) ; дк-количество конвективного тепла, отдаваемого поверхностью воды, кДж I ч; 1:пж - температура поверхности жидкости, °С; 1в - температура воды в бассейне, °С;
1г - температура земляного грунта, °С ; 1м-температура воздуха по сырому термометру, °С ; 1:с - температура воздуха по сухому термометру, Бс- площадь
поверхности сырья, м2 .Количество тепла, отдаваемого поверхностью воды излучением
Ч л _ 4,19 ■ £„-С0- Ев-
Т.'
100
_Т_
100
(4)
Ф ■ іг, кДж I ч
где: 8п- приведённая степень черноты системы равная 0,9; С0 - коэффициент лучеиспускания (излучения) абсолютно чёрного тела равный кДж / (м2 • ч • К) ; Тс и Тпж - абсолютные температуры поверхности жидкости и сухого термометра, К; 1г - температура земляного грунта, °С ; ф - угловой коэффициент который берётся в зависимости от местности по углу солнцестояния. Количество тепла, израсходованного с испарением воды.
(5)
ди = 4,19 • Жв-[597,4 -
- 0^7-*пж I * г , кДж / 4
где: 1:пж - температура поверхности жидкости, °С ; 1в - температура воды в бассейне, °С; 1г - температура грунта, °С;
1м- температура воздуха по сырому термометру, °С ; 1:с - температура воздуха по сухому термометру, °С ; Рб -барометрическое давление влажного воздуха, Па .
^Чфс + _ С & в
фс Лт Чфс фс
Т
Т
фс
йт +,
йт фс
йі
йт
Чфс
С
фс
фс
йт
(6)
здесь: Тфс _ тфс ■ Сфс постоянная времени фанерного сырья, час; Ґфс - средняя
температура сырья, °С ; Чд - тепловой поток, поглощаемый сырьем, кДж I ч . Математическая модель (6) позволяет получить описание нагрева фанерного сырья обыкновенным дифференциальным уравнением, для построения систем автоматизированного управления
технологическим процессом гидротермической обработки древесины.
2. Математическая модель
теплообменника рекуперации включает в себя математическую модель теплового баланса (7), модели поверхности теплопередачи (8).
Ф _ Ср1 й -ЗТ _ Ср2 ^ З (7) где йт1 и йт 2 расходы теплоносителей, м31 ч ; ЗТ и ЗТ2 изменение температур
теплоносителей, °С ; Ф - количество переданной теплоты, кДж .
Модель поверхности теплопередачи й
к ■ Аї
где Б - площадь поверхности
(8)
теплопередачи, м ;
Ґ
к _ II
1
\а2
X
, коэффициент
теплопередачи разделяющей стенки где а1 и а2 - коэффициент теплоотдачи от
теплоносителя к стенке и от стенок к раствору, [Вт/ м2К]; X - коэффициент теплопроводности стенки, [Вт/м2К];
At = t1 -t2;при,t1 = const,t2 = const
разность температур теплоносителей, °С ; Q - тепловая нагрузка, Вт;
3. Математическая модель фильтра очистки оборотной воды включает в себя математическую модель площади поверхности фильтрования (9), процесса фильтрования с образованием осадка (10). (Q /3600)/уф
через сетку фильтроэлемента; 0- объем
фильтрата, м ; Математическая модель фильтрации с образованием осадка
й¥ йч Ар
Ш _-------_—-_---------—------- (10)
Рйт йт и(Кф + Я )
г V фп ос у
R
(9)
где уф - скорость протекания жидкости через поры сетки фильтроэлемента, м / с; Я - коэффициент пропускания жидкости
где W- скорость фильтрации, м /(м • с); V-объем фильтрата, м ; F- площадь
фильтрования, м ; т - время, с; q = V/F -объем фильтрата с единицы поверхности фильтра, м / м2; Roc - сопротивления слоя
осадка и фильтровальной перегородки, м 2; ц — динамическая вязкость фильтрата, Па •с.
Рис. 1 Структура математического обеспечения автоматизированных процессов гидротермической обработки фанерного сырья.
Информационное обеспечение
характеризует показатели состояния бассейна прогрева фанерного сырья, даёт возможность своевременно формировать и выдавать достоверную информацию по
показателям для принятия управленческих решений.
Информационное обеспечение системы управления гидротермической обработкой фанерного сырья включает в себя:
Рис. 2. Алгоритм автоматизированного управления технологическим процессом гидротермической обработки фанерного сырья в секции бассейна.
1.Показатели бассейна
гидротермической обработки фанерного сырья: длинна, ширина, глубина
бассейна, материал ограждения,
толщина стенок ограждения, величина
теплопроводности стенок бассейна,
материал и конструкция.
2.Информация о технических средствах автоматизации включают в себя:
• данные о промышленных
контроллерах: марка, число входных и выходных сигналов,
характеристики этих сигналов, законы регулирования, вид
интерфейса, число подключаемых модулей для расширения, язык программирования, а также стоимость промышленного
контроллера.
• данные о датчиках температуры:
марка, диапазон измеряемых температур, погрешность измерения, инерционная постоянная, вид выходного сигнала, стоимость.
• данные о датчиках давления: марка,
диапазон измеряемого давления,
погрешность измерения,
инерционная постоянная, вид выходного сигнала, стоимость датчика.
• данные о датчиках уровня: марка,
диапазон измеряемых значений
уровня, погрешность, инерционная постоянная, вид выходного сигнала, стоимость датчика.
• данные о исполнительных
механизмах: марка диаметр
условного прохода, погрешность,
инерционная постоянная.
Разработанное математическое и информационное обеспечение системы автоматизированной проварки
фанерного сырья, входят в состав АСУТП гидротермической обработки фанерного сырья и реализуются в алгоритмах, программах
автоматизированного процесса
управления гидротермической
обработкой фанерных кряжей. Алгоритм автоматизированного управления
технологическим процессом
гидротермической обработки фанерного сырья в секции бассейна представлен на Рис 2. Для работы автоматизированной системы подобран комплекс технических средств [2]: датчики давления,
температуры, расхода, уровня греющей воды, локальный контроллер для обработки сигналов датчиков,
исполнительные механизмы для
регулирования параметров процесса. Разработан алгоритм комплектации техническими средствами
автоматизированной системы
гидротермической обработки фанерного сырья рис. 3.
( Начало ^
/ I ^__________________
Вбод марок оборудования и I его стоимости
Рис. 3. Алгоритм комплектации техническими средствами автоматизированной системы
гидротермической обработки фанерного сырья.
Алгоритмическое обеспечение,
разработанное на основе использования математического и информационного обеспечения процессов гидротермической обработки фанерного сырья, позволяет эффективно управлять процессом гидротермической обработки проварки чураков для лущения, формировать комплекс технических средств
автоматизированных систем.
Литература
1. Кирилов, М.Г. Технология фанерного производства [Текст] : учеб. пособие I Кирилов, М.Г. - Москва , 1995. - 312с.
2. Данилов, А.Д. Технические средства автоматизации [Текст] : учеб. пособие I А.Д. Данилов ; Фед. агентство по образованию, ГОУ ВПО «ВГЛТА». - Воронеж, 2007. - 340с.
Воронежская государственная лесотехническая академия
DEVELOPMENT OF MATHEMATICAL, INFORMATION, TECHNICAL MAINTENANCE AUTOMATED SYSTEM PROCOOKING OF VENEER MATERIAL
E.A. Manukovskiy
The paper presents mathematical models of the hydrothermal treatment of raw plywood and, based on mathematical, information, algorithmic apparatus for creating a system of automated process control hydrothermal processing of raw plywood
Key words: automated systems, hydrothermal treatment, raw plywood
