АСУ конвективной сушильной камеры

ВВЕДЕНИЕ 3
1. АНАЛИЗ ЗАДАЧИ И ФОРМУЛИРОВКА ТРЕБОВАНИЙ К РАЗРАБОТКЕ 7
1.1 Анализ и формализация решаемой задачи 7
1.2 Виды сушки 9
1.3 Математическое моделирование сушки пиломатериалов 11
1.4 Режимы сушки пиломатериалов 15
1.5 Обзор аналогичных решений 19
2. ПРОЕКТИРОВАНИЕ АВТОМАТИЗИРОВАННОЙ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ КАМЕРОЙ СУШКИ ДРЕВЕСИНЫ 27
2.1 Пользовательские требования к программному комплексу 27
2.2 Проектирование структуры автоматизированной системы управления камерой сушки древесины 27
2.3 Алгоритмы работы программно-аппаратного комплекса 43
3. РЕАЛИЗАЦИЯ, ТЕСТИРОВАНИЕ И ОТЛАДКА СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ КАМЕРЫ СУШКИ 53
3.1 Описание принципиальной электрической схемы 53
3.2 Программная реализация взаимодействия микроконтроллеров и датчиков 55
3.3 Реализация интерфейса пользователя 56
3.4 Реализация сборки конструкции прототипа сушилки 60
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 63
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ 66
ПРИЛОЖЕНИЕ А 69
ПРИЛОЖЕНИЕ Б 78
ПРИЛОЖЕНИЕ В 94
ПРИЛОЖЕНИЕ Г 95
ПРИЛОЖЕНИЕ Д 96
ПРИЛОЖЕНИЕ Е 97

Весь текст будет доступен после покупки

Совершенствование технологических процессов в деревообрабатывающей промышленности
Деревообрабатывающая промышленность представляет собой важнейший сегмент лесного хозяйства, ориентированный на комплексное использование лесных ресурсов. В рамках производственного цикла данная отрасль осуществляет как механическую, так и химико-механическую обработку древесины, преобразуя сырье в продукцию с высокой добавленной стоимостью.
Номенклатура выпускаемых изделий чрезвычайно широка и включает шпалы, фанеру, древесные плиты, пиломатериалы, а также специализированные компоненты для вагоно-, авто-, авиа- и судостроения. Кроме того, отрасль производит мебель, тару, упаковку, спички и множество других товаров.
Лесопиление остается одной из ключевых и динамично развивающихся подотраслей лесопромышленного комплекса. Стратегическим направлением ее развития является постоянное повышение качества выпускаемой продукции за счет внедрения инновационных технологий и модернизации оборудования [21].
Для использования в строительстве, машиностроении, мебельном и иных производствах пиломатериалы должны обладать рядом критически важных свойств. Древесине необходимо придать биологическую стойкость к гниению, обеспечить стабильность геометрических форм и размеров готовых деталей, а также достичь максимальных показателей механической прочности при минимальной плотности. Однако ключевым фактором, определяющим приобретение древесиной таких эксплуатационных характеристик, как низкая теплопроводность и электропроводность, является ее корректная сушка [1].
Снижение влажности древесины ниже уровня 30% приводит к значительному увеличению ее механической прочности, которая достигает пиковых значений при практически полном удалении влаги. Параллельно с этим снижается масса материала. Сушка до низких значений влажности существенно улучшает технологические свойства древесины: повышается качество ее обработки (распиловки, строгания, шлифования), возрастает прочность склеивания, улучшается отделка поверхности и другие параметры [2].
Задачи сушки и предъявляемые требования к качеству и свойствам конечного продукта варьируются в зависимости от целевого применения пиломатериалов. Так, на лесопильных предприятиях основной акцент делается на предотвращении биологического разрушения древесины и снижении транспортных расходов за счет уменьшения веса. В деревообрабатывающей же промышленности задачи усложняются: на первый план выходят предотвращение растрескивания и деформации, повышение износостойкости и улучшение физико-механических свойств материала.

Весь текст будет доступен после покупки

АНАЛИЗ ЗАДАЧИ И ФОРМУЛИРОВКА ТРЕБОВАНИЙ К РАЗРАБОТКЕ
1.1 Анализ и формализация решаемой задачи
Процесс высушивания древесины заключается в избавлении её от воды с помощью испарения. Вода превращается в пар, который затем уносится в атмосферу. Существует несколько методов понижения влажности материала, которые различаются по способу теплообмена между материалом и его окружением. В зависимости от этого, существует четыре основных типа сушки: конвекционная, кондуктивная, радиационная и диэлектрическая.
«Конвекционная сушка – процесс сушки, основанный на передаче тепла материалу путем конвекции от газообразной или жидкой среды» [6].
«Конвективные сушильные камеры представляют собой один из самых распространенных видов оборудования для осуществления качественной сушки древесины» [6]. В процессе конвекционной сушки пиломатериалов происходит Технология конвективной сушки древесины заключается в циркуляции горячего потока воздуха, который нагревается за счёт установленных в сушилке калориферов.
Конвекционная сушилка представляет собой прямоугольный ящик с теплоизоляцией, в котором находятся мощные вентиляторы (рисунок 1) в потолке. Они циркулируют воздух или направляют пар, нагретый нагревателями, через древесный материал. Благодаря интенсивному нагреву влага из древесины быстро испаряется, покидая камеру через специальные регулируемые клапаны.
Данный тип камеры осуществляет сушку всех видов древесины, а также изделий из нее. Наилучших параметров сушки удается достичь, если уложить древесину штабелем или в стопки с просветами для вентиляции.
На рисунке 1 показана схема конвекционной камеры с вертикально- поперечной циркуляцией сушильного агента.
Если в конвекционных камерах, в соответствии с традиционной технологией сушки, нагретый воздух и влага, выделенная из древесины удаляется в атмосферу, то в конденсационных сушилках вся тепловая энергия в основном направляется на отопление производственных помещений различного назначения.
Это позволяет существенно экономить на энергозатратах и повысить эффективность работы оборудования в целом.

Рисунок 1 – Схема конвективной сушильной камеры
Сушильные камеры конденсационного типа имеют схожее устройство с обычными конвекционного типа (рисунок 2). В ней циркулирует воздух или пар, который нагревается калориферами. В них циркулирует агент, нагреваемый в местных котельных или электрическими нагревателями.

Рисунок 2 – Схема конденсационной сушильной камеры
Вентиляторы, которые осуществляют циркуляцию нагретого воздуха, размещены в верхней части камеры непосредственно за отопительными приборами. Благодаря герметичности, конденсационные сушильные камеры не выпускают в атмосферу образовавшийся в процессе сушки пар, а он собирается в специальных резервуарах. Камера конденсационного типа может быть построена из различных материалов: деревянного каркаса, железобетона, пеноблоков, кирпича или профилированного металла. Для утепления используются разнообразные пористые и волокнистые материалы.
Рисунок 2 отражает схему циркуляции сушильного агента в сушильной камере конденсационного типа.

Весь текст будет доступен после покупки

1. Артеменков, А. М. Технология сушки и защиты древесины. Технология защиты древесины: учебное пособие / А. М. Артеменков. – Санкт-Петербург: СПбГЛТУ, 2019. – 72 с.
2. Белов, А. В. Современная электроника для радиолюбителей и не только / А. В. Белов. – Санкт-Петербург: Наука и Техника, 2023. – 352 с.
3. Болдырев, П. В. Сушка древесины: практическое руководство / П. В. Болдырев. – Санкт-Петербург: Профи, 2010. – 165 с. – ISBN 978-5-903039-31-9.
4. Боровский, А. С. Программирование микроконтроллеров: от Arduino до ARM: учебное пособие / А. С. Боровский. – Москва: Диалог-МИФИ, 2022.
5. Втюрин, В. А. Программируемые логические контроллеры в автоматизированных системах управления: учебное пособие / В. А. Втюрин, Д. А. Иванов. – Санкт-Петербург: Лань, 2021. – 300 с.
6. Грозберг, Ю. Г. Анализ современных автоматизированных систем управления установками сушки пиломатериалов / Ю. Г. Грозберг, Ю. В. Мателенок // Вестник Полоцкого государственного университета. Серия В. Промышленность. Прикладные науки. – 2014. – № 3. – С. 73-79.
7. Давыдкин, М. Н. Программирование микроконтроллеров AVR: от Arduino к самостоятельному проектированию: учебное пособие / М. Н. Давыдкин. – Москва: ДМК Пресс, 2023. – 280 с.
8. Пендриков, Е. С. Микропроцессорные средства автоматизации и управления: учебное пособие / Е. С. Пендриков, И. В. Елисеев, А. В. Теппоев. – Санкт-Петербург: СПбГЛТУ, 2023. – 108 с.
9. Платонов, А. Д. Интенсификация процесса сушки древесины трудносохнущих пород: диссертация на соискание ученой степени доктора технических наук: 05.21.03 / Платонов Алексей Дмитриевич. – Воронеж, 2006. – 280 с.

Весь текст будет доступен после покупки