способ автоматического управления процессом сушки измельченной древесины в барабанной сушилке

Формула изобретения

Способ автоматического управления процессом сушки измельченной древесины в барабанной сушилке, включающий задание конечной влажности и характеризующей степень пожароопасности температуры измельченной древесины на выходе из барабана, 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 температуры измельченной древесины на выходе из барабана, измерение их фактических значений, сравнение оценочных и фактических значений, на основании которого делают вывод об адекватности модели и по его результатам формируют управляющее воздействие, отличающийся тем, что дополнительно измеряют скорость изменения температуры измельченной древесины на выходе из барабана, рассчитывают прогнозируемое значение температуры измельченной древесины на выходе из барабана через промежуток времени , сравнивают прогнозируемое значение с заданным и, если значение прогнозируемой температуры измельченной древесины на выходе из барабана превышает заданное, регулируют расход исходного материала и температуру топочного газа.

Описание изобретения к патенту

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 влажности высушиваемого материала, по полученной разности формируют управляющий сигнал и используют его для коррекции расходов топлива и сырого материала /SU, авторское свидетельство N 1070405, кл. F 26 В 25/22, 1982/.

Недостаток способа - опасность возгорания высушиваемого материала.

Известен способ автоматического регулирования процесса сушки сыпучих материалов в барабанной сушилке путем воздействия на скорость вращения барабана. Измеряются величина влажности материала на выходе из барабана и скорость изменения температуры материала внутри барабана. В зависимости от величин измеренных параметров регулируют скорость вращения барабана /SU, авторское свидетельство N 785618, кл. F 26 В 25/22, 1979/.

Недостаток способа - опасность возгорания высушиваемого материала.

Наиболее близким по технической сущности является способ автоматического управления процессом сушки измельченной древесины в барабанной сушилке, который заключается в следующем. Задают значения конечной влажности и температуры измельченной древесины на выходе из барабана. Измеряются температура топочных газов, расход исходного материала, начальная влажность исходного материала. Используя математические модели конечной влажности и температуры измельченной древесины на выходе из барабана, рассчитывают оценочные значения, которые сравнивают с фактическими, и делают вывод об адекватности моделей. В случае их адекватности сравнивают оценочные значения и заданные значения. Если окажется, что разность между ними превысила ошибку регулирования, то пересчитывают величину управляющих воздействий, чтобы конечная влажность и температура измельченной древесины на выходе из барабана оставались заданными по режиму. Управляющими воздействиями являются расход исходного материала и температура топочных газов, которые регулируются с помощью локальных регуляторов. Если модели неадекватны, то на основании текущей информации об управляющих воздействиях определяют новые коэффициенты моделей. В случае превышения температуры измельченной древесины на выходе из барабана предельно допустимого значения появляется опасность возникновения пожара. Во избежание этого осуществляют непрерывное сравнение текущего значения температуры измельченной древесины на выходе из барабана с предельно допустимым. Если произойдет превышение текущего значения выше предельно допустимого то осуществляют перерасчет значений управляющих воздействий /SU, авторское свидетельство, N 2102664, кл. F 26 В 25/22, 21/10, 1995 г./.

Однако использование данного способа автоматического управления процессом сушки измельченной древесины в барабанной сушилке может привести к возгоранию высушиваемого материала. При температуре измельченной древесины на выходе из барабана в пределах нормы, но высокой положительной скорости ее изменения, температура в следующий момент времени может значительно превысить предельно допустимое значение, компенсировать которое невозможно за короткий промежуток времени.

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

Для решения этой задачи в способе, включающем задание конечной влажности и характеризующей степень пожароопасности температуры измельченной древесины на выходе из барабана, измерение температуры топочных тазов, расхода исходного материала, влажности исходного материала, регулирование расхода исходного материала и температуры топочных газов, расчет с помощью математических моделей оценочных значений конечной влажности и температуры измельченной древесины на выходе из барабана, измерение их фактических значений, сравнение оценочных и фактических значений, на основании которого делают вывод об адекватности модели и по его результатам формируют управляющее воздействие, дополнительно измеряют скорость изменения температуры измельченной древесины на выходе из барабана, рассчитывают прогнозируемое значение температуры измельченной древесины на выходе из барабана через промежуток времени , сравнивают прогнозируемое значение с заданным и, если значение прогнозируемой температуры измельченной древесины на выходе из барабана превышает заданное, регулируют расход исходного материала и температуру топочного газа.

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

Устройство для автоматического управления процессом сушки материалов в барабанной сушилке 1 содержит датчик температуры топочных газов 2, влажности исходного материала 3, расхода исходного материала 4, конечной влажности измельченной древесины 5, температуры измельченной древесины на выходе из сушильного барабана 6, скорости изменения температуры измельченной древесины на выходе из сушильного барабана 7. Исходный материал подается в топку с помощью дозатора 8. Регулирование расхода исходного материала осуществляется регулятором 9, соединенным с приводом 10. Заданное значение температуры топочного газа в топке 11 поддерживается с помощью регулятора 12 температуры топочных тазов, соединенного с датчиком 2 и исполнительным механизмом 13. Датчики 3, 4, 5, 6, 7 связаны с преобразователями 14 сигналов датчиков в унифицированные сигналы напряжения многоканальным преобразователем 15 напряжение-код, фильтрами низкой частоты 16 и масштабирующими блоками 17-22, преобразующими значения кодов X в значения измеряемых физических величин Y. Задатчик 23 предельно допустимой температуры измельченной древесины соединен с блоком сравнения 24, к одному из выходов которого подсоединен экстраполятор 25. К экстраполятору 25 подключен анализатор адекватности модели 26, блок адаптации модели 27, анализатор критерия управления 28. Задатчик 29 номинальных значений температуры измельченной древесины на выходе из барабана и ее конечной влажности соединен с блоком обратной модели 30, связанным с преобразователем 31 код-напряжение.

Способ осуществляется следующим образом. Оператор с помощью задатчика 23 задает значение предельно допустимой температуры измельченной древесины на выходе из барабанной сушилки 1, задатчиком 29 задает номинальные значения этой температуры и конечной влажности материала, которые должны выдерживаться в соответствии с режимом. В начальный момент локальные регуляторы расхода 9 сырого материала и температуры 12 топочных газов настроены на номинальные значения. Информация с датчика 2 температуры топочных газов и датчика 4 расхода исходного материала, датчика 3 влажности исходного материала через измерительные преобразователи 15 напряжение-код, фильтры 16 и масштабирующие блоки 17-22 поступает в экстраполятор 25, в котором с помощью математических моделей процесса сушки рассчитываются оценочные значения влажности высушенного материала температуры измельченной древесины на выходе из барабана и прогнозируемое значение температуры измельченной древесины на выходе из барабана через промежуток времени

(1)

(2)

(3)

где X₁ - расход исходного материала, кг/час;

X₂ - температура топочных газов, ^oC;

X₃ - влажность исходного материала, %;

X₄ - скорость изменения температуры измельченной древесины на выходе из барабана;

A_ij, В_ij - коэффициенты уравнений, определяемые экспериментально, например методом наименьших квадратов.

На основании оценочных значений и массива истинных значений Y_1i и Y_2i тех же величин, поступающих от датчика 5 температуры измельченной древесины на выходе из барабанной сушилки, через преобразователи 14, 15, фильтры 16 и масштабирующие блоки 21 и 22 в анализаторе адекватности модели 26 дается заключение об адекватности модели. Если модель адекватна, то подается сигнал на управляющий вход анализатора критерия управления 28. В нем сравниваются оценочные и заданные значения конечной влажности Y₁, а также прогнозируемое и заданное значения температуры измельченной древесины на выходе из барабана Y₂. Если окажется, что разность между заданным и оценочным значением конечной влажности или разность между заданным и прогнозируемым значением температуры измельченной древесины на выходе из барабана превысила ошибку регулирования, то из анализатора 28 подается сигнал на второй управляющий вход блока обратной модели 30. Используя текущее значение величины влажности (X₃) исходного материала, поступающее от датчика 3 через преобразователи 14, 15, фильтры 16 и масштабирующий блок 19 на второй информационный вход блока обратной модели 30, а также заданные значения Y₁ и Y₂, поступающие на его третий информационный вход от задатчика 23, блок обратной модели 30 рассчитывает величины управляющих воздействий расхода (X₁) сырого материала и температуры (X₂) топочных газов, которые необходимо поддерживать на входе в барабан, чтобы конечная влажность и температура измельченной древесины не отклонялись от номинальных значений. Рассчитанные значения X₁ и X₂ через преобразователь 31 в виде аналоговых сигналов подаются на регуляторы 9 и 12, которые приводят в соответствие текущие и заданные значения X₁ и X₂. Если хотя бы одна из моделей неадекватна, то со второго входа анализатора адекватности подается сигнал на управляющий вход блока адаптации модели 27. На основании текущей информации о расходе (X₁) сырого материала, температуре (X₂) топочных газов, влажности (X₃) исходного материалу конечной влажности материала (Y₁), температуре (Y₂) измельченной древесины на выходе из барабана блок 27 определяет новые коэффициента A_ij, B_ij моделей (1) и (2). Полученные значения A_ij, B_ij, соответствующие адекватной модели, поступают на первые информационные входы экстраполятора 25 и блока обратной модели 30. Если в процессе сушки происходит выход за допустимое значение Y₂, появляется опасность возникновения пожара. Поэтому в блоке сравнения 24 непрерывно сравниваются текущее значение ₂, поступающее с масштабирующего блока 22, и заданное предельно допустимое значение от задатчика 23. В случае превышения Y₂ предельно допустимого значения из второго выхода блока 24 поступает сигнал на первый управляющий вход блока обратной модели 30. Происходит перерасчет значений X₁ и X₂. Пересчитанные значения управляющих воздействий X₁ и X₂ через преобразователь 31 поступают на регуляторы 9 и 12, которые корректируют расход исходного материала и температуру топочных газов.

Пример. Процесс сушки измельченной древесины осуществлялся при следующих начальных значениях параметров:

расход исходного материала - 2400 кг/ч;

температура топочных газов - 500^oC;

влажность исходного материала - 65,4%;

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.

В процессе сушки, вследствие изменения породного состава сырья, повысилась температура измельченной древесины на выходе из сушильного барабана до 123^oC. При этом скорость изменения температуры измельченной древесины на выходе из сушильного барабана составила 5^oC/с в сторону повышения. При отсутствии управляющего воздействия температура измельченной древесины на выходе из сушильного барабана через 5 с составила бы 148^oC, то есть выше нормы. Для предотвращения возгорания высушиваемого материала снизили температуру топочных газов на входе в барабан до 480^oC и увеличили расход сырого материна до 2800 кг/ч. При этом значение температуры измельченной древесины на выходе из сушильного барабана составила 120^oC, а скорость изменения температуры измельченной древесины на выходе из сушильного барабана снизилась до 0,1^oC/с. Влажность измельченной древесины на выходе из барабана составила 3,1%.