Автоматизація процесу сушіння деревини

Міністерство освіти і науки України

Національний університет водного господарства та природокористування

Кафедра електротехніки і автоматики

 

 

 

 

 

 

 

 

ПОЯСНЮВАЛЬНА ЗАПИСКА

до курсової роботи

з дисципліни:

"Автоматизація періодичних технологічних процесів"

на тему:

“Автоматизація процесу сушіння деревини”

 

 

 

 

Виконав:

студент групи АУТП – 41

факультету ФПМ і КІС

Кузнюк А.Ю.

Керівник:

Клепач М. І.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рівне – 2011

 

Зміст

Вступ………………………………………………………………………………….4

1. Аналіз періодичного технологічного процесу як об’єкта керування

1.1. Характеристика технологічного  об’єкта управління періодичної  дії...6

1.2. Обґрунтування і вибір параметрів  контролю, реєстрації, дискретного  управління, програмного регулювання, захисту, блокування та сигналізації..10

2. Розроблення автоматизованої системи управління  технологічним  об’єктом періодичної дії

2.1. Вибір технічних засобів автоматизації для реалізації функцій автоматизованої системи управління об'єктом періодичної дії…………………14

2.2.  Розроблення розгорнутої  функціональної схеми автоматизації…….16

3. Розроблення програмного забезпечення проекту

3.1. Розроблення алгоритму управління технологічним об’єктом періодичної дії……………………………………………………………………...18

3.2. Характеристика інструментального програмного забезпечення ПЛК.............................................................................................................................20

3.3. Реалізація програмного забезпечення  для ПЛК………………………22

Висновки……………………………………………………………………………23

Список використаної літератури…………………………………………………..24

 

Національний університет водного господарства та природокористування

Кафедра електротехніки та автоматики

 

Завдання на курсову роботу

з дисципліни " Автоматизація періодичних технологічних процесів "

 

1. П.І.П студента___________________________________________________
2. Тема курсового проекту___________________________________________

__________________________________________________________________

__________________________________________________________________

3. Вихідні дані до курсового проекту __________________________________

__________________________________________________________________

__________________________________________________________________

__________________________________________________________________

__________________________________________________________________

__________________________________________________________________

4. Зміст пояснювальної записки (перелік питань, що підлягають розробленню)________________________________________________________

__________________________________________________________________

__________________________________________________________________

__________________________________________________________________

__________________________________________________________________

__________________________________________________________________

__________________________________________________________________

__________________________________________________________________

5. Перелік графічних матеріалів_______________________________________

__________________________________________________________________

__________________________________________________________________

6. Дата видачі завдання “_____”___________20___ р.

 

7. Термін захисту курсового проекту “_____” _________20___ р.

 

 

 

 

 

 

           Студент ___________________________

Керівник___________________________

 

Вступ

Автоматизація – це застосування комплексу засобів, що дозволяють здійснювати виробничі процеси без особистої участі людини, але під її контролем. Автоматизація виробничих процесів приводить до збільшення випуску, зниження собівартості і поліпшення якості продукції, зменшує чисельність обслуговуючого персоналу, підвищує надійність і довговічність машин, дає економію матеріалів, поліпшує умови праці і техніки безпеки.

Автоматизація звільняє людину від необхідності безпосереднього керування механізмами. В автоматизованому процесі виробництва роль людини зводиться до налагодження, регулювання, обслуговування засобів автоматизації і спостереження за їхньою дією. Якщо механізація полегшує фізичну працю людини, то автоматизація має на меті полегшити так само і розумову працю. Експлуатація засобів автоматизації вимагає від обслуговуючого персоналу високої технологічної кваліфікації.

Сушіння матеріалів є енергоємким процесом, зв'язаним зі значною витратою палива, пару, а також електроенергії, а отже використання високоточної автоматики дозволить значно скоротити термін сушіння та  знизити  енергетичні затрати. Сушать деревину у виді пиломатеріалів (дошок, брусів, заготовок), шпону (тонколистового матеріалу), трісок, стружки і волокон. Також поширеним є сушіння круглих лісоматеріалів (деталі опор ліній електропередачі, зв'язки, будівельні деталі).

Деревину висушують з метою: попередження розміро- і формозмінності деталей; запобігання псуванню і загниванню; збільшення питомої міцності; підвищення якості обробки і склеювання.

Широке впровадження систем автоматизації дає народному господарству  разом з прямим економічним ефектом значний організаційний ефект, тому що вимагає фахівців високої кваліфікації і підвищує загальний рівень організації виробництва, поліпшує стиль і ефективність керівництва. Тому рівень механізації та автоматизації виробничих процесів є одним з важливих показників науково-технічного прогресу в країні.

На даний час проблема автоматизації сушіння деревини вирішувалась шляхом використання застарілих, як морально так і в фізичному плані приладів. Для контролю технологічних параметрів використовувались аналогові прилади з малим класом точності та технічними показниками, що не відповідають сучасним вимогам.

Паралельно з застарілим обладнанням, останнім часом, на ринку автоматики з’явились засоби автоматизації, розроблені провідними брендовими фірмами. Ці засоби цілком задовільняють вимогам, поставленим перед автоматизацією процесу сушки, але негативним є той фактор, що ціни на них залишаються недоступними.

 

1. Аналіз технологічного процесу як об’єкта керування

1.1 Характеристика  технологічного об’єкта управління періодичної дії

Сушіння матеріалів є енергоємким процесом, зв'язаним зі значною витратою палива, пару, а також електроенергії, а отже використання високоточної автоматики дозволить значно скоротити терміни сушіння та  знизити  енергетичні затрати.

На підприємствах сушіння деревини здійснюють у виді пиломатеріалів (дошок, брусів, заготовок), шпону (тонколистового матеріалу), трісок, стружки і волокон. Інколи має місце сушіння круглих лісоматеріалів (деталі опор ліній електропередачі, зв'язки, будівельні деталі).

У результаті сушіння деревина з природної сировини перетворюється в промисловий матеріал, що відповідає найрізноманітнішим вимогам,  які висуваються до нього в різних виробничих і побутових умовах. При зниженні вологості деревини поліпшуються її фізико-механічні й експлуатаційні властивості. Відомо, що при зміні вмісту вологи в деревних сортаментах змінюються їхні розміри і форма. У тих випадках, коли при експлуатації виробів з деревини необхідна сталість розмірів і форми деталей, їхня вологість повинна бути заздалегідь доведена до визначеного рівня, що відповідає умовам експлуатації цих виробів, тобто до експлуатаційної вологості. Деревина, що містить велику кількість вологи, легко вражається грибами, у результаті чого вона загниває. Суха ж деревина відрізняється великою стійкістю. Зниження вологості деревини приводить до зниження її маси та одночасного підвищення міцності. Суха деревина, на відміну від сирої, легко клеїться, добре піддається обробці. Контроль за кінцевим показником вологості є головним чинником в процесі сушки [4,102].

Таким чином, деревину висушують з метою: попередження розміро- і формозмінності деталей; запобігання псування і загнивання; збільшення питомої міцності; підвищення якості обробки і склеювання.

Вибір способу сушіння і сушильного устаткування визначається рядом факторів: породним і сортаментним складом пиломатеріалів, що висушуються, вартістю  енергоносія, необхідною продуктивністю, умовами й інвестиційними можливостями споживачів. Сушильна камера з енергозберігаючими технологіями – обов’язкова умова рентабельної роботи.

На даний момент на ринку сушильних камер 90-95% класичного типу – конвективні  з  різними  системами  приточно-витяжної вентиляції і видами теплоносія. Їхні переваги: невеликі капітальні  витрати,  простота  процесу  сушіння,  зручність технічного  обслуговування.

Циркуляційна система сушки повинна забезпечувати необхідну швидкість і рівномірність розподілу сушильного агента по матеріалу для різних порід   з метою одержання вищої якості й оптимальної тривалості процесу. Для спонукання циркуляції сушильного агента використовують осьові і, в   окремих   випадках при великому опорі циркуляційного тракту, відцентрові вентилятори. До цього устаткування повинні пред'являтися жорсткі вимоги по його надійності  при   експлуатації   в   середовищі   з   підвищеною температурою і вологістю.

Теплова енергія для сушарок виробляється в котельнях. Теплоносієм є пара чи гаряча вода. Електроенергію,  внаслідок  високої  ціни,  використовують  у рідких випадках. Хоча останнім часом значна частина матеріалу висушується   в   камерах, що працюють на електроенергії.

Параметри  середовища  в  сушильній  камері,  як  правило, вимірюють психрометром. Керування і регулювання процесу сушіння здійснюється автоматично.

Поряд із традиційними конвективними сушарками певне поширення   одержали вакуумні і конденсаційні сушарки.

Вакуумні сушарки доцільно використовувати для сушіння деревини твердих листяних порід великих перетинів (50 мм і більше),  коли тривалість  процесу є важливим чинником. При купівлі таких камер не можна забувати про великі капітальні вкладення.

Конденсаційні сушарки використовують у тих випадках, коли електроенергія,  як  енергоносій,  найбільш  дешева  в порівнянні з іншими  видами.  ККД таких  сушарок  найбільш високий при температурі сушильного агента до 45° С. При цих параметрах  собівартість  процесу  невелика,  зате  термін сушіння значний.

Раніш основний обсяг сушіння здійснювався на деревообробних і лісопильних підприємствах, де споруджувалися великі сушильні цехи продуктивністю до 100 тис.м3 умовного матеріалу в рік,  зараз основна маса  деревини  переробляється  на  малих  підприємствах, потреба  яких може бути забезпечена одною - двома камерами невеликої завантажувальної ємності.

Меблеві і деревообробні підприємства оснащені лісосушильними  камерами  застарілих  конструкцій,  що знаходяться в аварійному стані    і  не  можуть  забезпечити якісне   сушіння   матеріалу.   Разом   з   тим   ринок висуває  високі  вимоги  до  якості  виробів  з деревини.

Сучасні лісосушильні камери дозволяють досягти високої якості  сушіння.  Вони  оснащені   системою  автоматичного керування  процесом  і  є  складним комплексом устаткування, що  вимагає  кваліфікованого обслуговування.

Винятково велике значення має якісне сушіння деревини, без чого неможливий випуск високоякісної продукції. Низька якість сушіння,    обумовлена незадовільним  технічним  станом  сушильного устаткування   і   слабкою   технологічною   підготовкою обслуговуючого  персоналу, приводить  до  прихованого  браку - нерівномірності розподілу кінцевої вологості,  що довгий  час  може  залишатися  непоміченим і  позначитися тоді, коли виріб  знаходиться в експлуатації.

 Рис. 1.2. Технологічна схема процесу сушіння:

1 – котел; 2 – труби з повітрям; 3 – відцентровий вентилятор;

4 – труби з водою; 5 – вентилятор; 6 – радіатори з гарячою водою;

7 – витяжка.

 

1.2. Обґрунтування  і вибір параметрів контролю, реєстрації, дискретного управління, програмного регулювання, захисту, блокування та сигналізації

Камерне сушіння деревини — складний технологічний процес, для якого характерні наступні особливості: багатоманітність параметрів, їхній складний взаємозв'язок, наявність не контрольованих зовнішніх збурень. Модель такого складного об’єкту можна характеризувати сукупністю наступних параметрів:

1) група вхідних параметрів X1, що поєднує контрольовані, але не регульовані технологічні параметри процесу, наприклад кількість і вид матеріалу, що висушується, (порода і розмір пиломатеріалів, їхня початкова вологість);

2) група неконтрольованих  вхідних параметрів Х2 , що характеризують вплив таких факторів, як зміна навколишнього середовища, старіння і знос устаткування, неоднорідність матеріалу і нерівномірність розподілу його по об'єкті регулювання і т.д.;

3) група керуючих параметрів У, що характеризує регулюючі впливи, що підтримують заданий режим, сюди відносяться кількість тепла і швидкість циркуляції агента сушіння;

4) група вихідних параметрів Q, що характеризують якість матеріалу, що висушується, наприклад задана кінцева вологість при визначеному перепаді вологості по перетині пиломатеріалів і величина залишкових внутрішніх напружень;

5) група вихідних параметрів Е, що характеризує економічну ефективність об'єкта регулювання, а саме: найменшу тривалість процесу сушіння при збереженні якості матеріалу, що висушується, і ККД сушильної установки.