ТЕХНОЛОГИЯ СОЗДАНИЯ ЭНЕРГОСБЕРЕГАЮЩИХ АВТОМАТИЗИРОВАННЫХ СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ

ПРОЦЕССОМ СУШКИ ДРЕВЕСНЫХ ЧАСТИЦ

 

Сафонов А.О. (ВГЛТА, г. Воронеж, РФ)

 

Improvement of reduced wood drying technology resulted in creation of the computer system for searching the controlled parameters. This system provides with high technical, economic and technological efficiency of the process Introduction of the system designed in substantial workshop conditions allows to cut production costs at drying on more than 6,5 rubles for one ton of dried material.

 

Применяемые системы управления процессами сушки древесных частиц в большинстве случаев не удовлетворяют современным требованиям к быстродействию, надежности, достоверности получаемой информации. В связи с этим была поставлена задача создания автоматизированной системы управления, обеспечивающей высокое качество высушенных древесных частиц, минимальные расходы топлива и электроэнергии, безопасность проведения процесса, высокую производительность оборудования.

Технология создания такой системы заключалась в выполнении следующих основных этапов.

 

1. Системный анализ процесса сушки древесных частиц как объекта управления.

На этом этапе проводятся исследования барабанной сушилки во всей полноте и многообразии связей в ней. Это позволяет сделать переход от сложной физической модели к ее формализованному виду. Также определяются регулируемые параметры технологии сушки, входные нерегулируемые факторы, выходные технико-экономические показатели процесса.

 

2. Теоретическая разработка математического описания процесса сушки древесных частиц.

Правильный, научно, технологически, технически обоснованный выбор метода математического моделирования процесса сушки, общего вида уравнений, описывающих перемещение влаги из древесных частиц при конвективном подводе теплоты, позволяет создать адекватное реальным условиям описание рассматриваемой технологии.

Закономерности удаления влаги под воздействием температурного поля из древесных частиц описываются системой дифференциальных уравнений [1]:

,                                                                    (1)

 

                                              (2)

 

где и - температура и влажность высушиваемого дисперсного материала, °С и %, - текущее время сушки, с;- коэффициент температуропроводности, м²/с; - текущий радиус частицы, м; - фактор формы, - критерий фазового перехода, - скрытая теплота испарения, Дж/кг; - коэффициент диффузии влаги, м²/с;- коэффициент термовлагопроводности, 1/град.

Начальные и граничные условия, гидродинамика процесса сушки определяются в зависимости от особенностей тепловой обработки и конструкции применяемого сушильного оборудования. Только в этом случае может быть обеспечен требуемый уровень адекватности математических зависимостей реальному процессу.

 

3. Активный производственный эксперимент.

Активные производственные исследования процесса сушки древесных частиц исключают субъективность проведения эксперимента, позволяют получать полное, всестороннее представление о рассматриваемом объекте. При этом на численные значения режимных параметров накладываются ограничения во избежание аварийных ситуаций, например, плавления футеровки топки.

 

4. Математический анализ результатов экспериментов.

Его цель выявить значимые и незначимые параметры, степень и характер влияния входных параметров на эффективность проведения процесса. По результатам статистического, регрессионного, корреляционного анализов данных экспериментальных исследований производится отсеивание незначимых параметров. Это приводит к упрощению математического описания процесса с учетом допустимого уровня адекватности.

 

5. Разработка математического обеспечения энергосберегающей автоматизированной системы управления.

Создание адекватного реальному процессу математического аппарата и оптимизация выходных целевых функций являются одним из основных этапов разработки высокоэффективной автоматизированной системы управления процессом сушки древесных частиц. Разработка аддитивной функции с последующей ее  оптимизацией позволяют проводить процесс сушки с обеспечением заданных или экстремальных значений нескольких выходных функций или технико-экономических показателей.

 

6. Создание и апробация автоматизированных систем управления на реально действующих сушилках.

На этом этапе осуществляется разработка системы управления на базе созданного математического аппарата. С учетом специфических условий производства выбирается соответствующая контрольно-измерительная аппаратура. Реализация автоматизированной системы управления осуществляется в режиме «советчика» и в контуре управления процессом сушки древесных частиц [2 ].

При использовании системы управления в режиме «советчика» оператор сушильной установки вводит в оперативную память компьютера численные значения возмущающих воздействий. ЭВМ по разработанной вычислительной процедуре определение режимных параметров, обеспечивающих получение наилучших технико-экономических показателей. При этом оператор вручную задает установки локальных регуляторов и реализует оптимальные режимы. Функционирование разработанной системы в контуре управления осуществляется следующим образом. Оператор сушильной установки вводит в память ЭВМ значения нерегулируемых возмущающих воздействий. Компьютер автоматически вычисляет и устанавливает оптимальные значения режимных параметров. Численные значения управляющих параметров в этом случае находятся на уровне, обеспечивающем получение экстремальных величин технико-экономических показателей процесса сушки.

 

7. Апробация и технико-экономический анализ применения автоматизированной системы управления в производственных условиях.

Апробация результатов работы позволяет оценить эффективность применения созданной системе управления. Выбор приемлемого варианта использования системы управления в зависимости от специфики проведения процесса. Определение размера капитальных вложений  и срока  окупаемости реконструкции сушильной техники.

 

8. Внедрение автоматизированной системы управления в промышленное производство.

Монтаж разработанной системы управления, корректировка математического описания с учетом особенностей конкретного предприятия. Выдача рекомендаций по управлению. Обучение производственного персонала.

Разработанная таким образом система управления процессом сушки древесных частиц в сушилках барабанного типа применяется на производственных установках. Экономический эффект использования созданной системы управления составляет в среднем, в зависимости от условий проведения процесса сушки 6,5 рублей на тонну  древесных частиц.

   

 

Литература

1. Лыков А.В. Теория сушки. М.: Энергия, 1968. – 472 с.
2. Петровский В.С., Сафонов А.О. Статика процесса сушки древесных частиц в барабанных сушилках. – Воронеж: Воронеж. гос. лесотехн. акад., 2000. – 114 с.