§ 81. Управление процессом сушки в конвейерных сушилках

Конвейерные сушилки для сушки листовых материа­лов (шпона, древесных плит) относят к агрегатам, где исполь­зуется принцип передачи тепла конвекцией. Агентом сушки яв­ляется воздух или пар, совершающий многократную циркуляцию по сушилке. Листовой материал, подаваемый в сушилку вращаю­щимися роликами, транспортируется по сушилке, отдает свою влагу и выходит из нее с заданной влажностью. Модель конвейерной су­шилки представлена на рис. 176, в. Регулируемая величина — влажность материала на выходе из сушилки W_к, возмущающее воздействие — колебание влажности материала на входе в сушилку W_H; толщина материала b, его порода — П, регулирующее воз­действие — изменение скорости прохождения материала через су­шилку и; температура агента сушки _С. Условия циркуляции при этом поддерживают постоянными. Конвейерная сушилка — это объект автоматизации, имеющей взаимосвязь и распределенность параметров. Сосредоточенность параметров в пределах одной зоны считают с допустимой для практики точностью.

Продолжительность сушки шпона в конвейерных сушилках с продольной циркуляцией воздуха определяют по урав­нению Д. М. Стерлина

где — продолжительность сушки, мин; W_H, W_K — начальная и конечная влажность шпона, %; С_п — коэффициент учитывающий породу древесины; k_{п. с}, k_{о. с} —коэффициенты, характеризующие периоды постоянной и переменной скорости сушки.

Статическая характеристика W_c = f (W_H, ) при уточненных k_{п. с}, k_{о. с} определяется уравнением

В соответствии с формулой (114), учитывая, что = L/V ста­тические характеристики сушилки W_K = f (W_H) и W_K = f (v) имеют прямолинейный вид, где L — длина сушилки, v — скорость прохождения шпона.

Рассмотрим динамические характеристики конвейерной сушилки, т. е. зависимость W_K = f (t) при W_K = var, а также при v = var.

Рис. 176. Модели и переходные процессы конвейерной сушилки:

а— с последовательным соединением усилительного и запаздывающего звеньев; б — с последовательным соединением интегрирующего и запаздывающего звеньев

Другие условия остаются неизменными. Если скачком изменить начальную влажность.шпона на величину W_н, влажность шпона на выходе W_к через время ₀ = L/v₀ пропорционально изменится на_; величину W_K.

где L — длина сушилки; v₀ — начальная скорость.

Поэтому по каналу «входная влажность — выходная влажность» сушилку можно представить [4, 18] в виде последовательного сое­динения усилительного звена и запаздывающего звена (рис. 176, а):

При возмущении по управляющему воздействию, т. е. при сту­пенчатом изменении скорости от v₀ до v_K, продолжительность пре­бывания материала в сушилке в различных точках по длине сушилки будет различной

где l — расстояние от начала сушилки.

На выходе из сушилки l = 0 и время пребывания шпона для данной точки равно т = L/v₀ = ₀.

Изменение продолжительности пребывания шпона в сушилке, выходящего из нее после изменения скорости, определится урав­нением

В диапазоне реальных изменений т нелинейную зависимость W_к = f ( ) можно удовлетворительно аппроксимировать прямой линией, и она примет вид:

График представлен на рис. 176, б. Из графика очевидно, что су­шилку можно представить в виде интегрирующего и запаздываю­щего звеньев, представленных на рис. 176, б.

Передаточная функция по управляющему воздействию записы­вается

Математические модели позволяют формировать управляющие воздействия по каналам: а) начальная влажность W_H — конечная влажность W_к; б) изменение скорости перемещения шпона v — ко­нечная влажность W_K.

Функциональная схема автоматического контроля и управле­ния представлена на рис. 177.

Исследования [4, 18] показывают, что наиболее перспективно направление регулирования процесса сушки шпона с помощью цифрового моделирования, позволяющего прогнозировать режимы сушки по начальной влажности листов, поступающих в сушилку, и формировать управления.

В качестве критерия оценки оптимальности способа регулирова­ния принимают следующие уравнения:

где v — скорость перемещения шпона; т — норма влажности; ± — допуск конечной влажности; t — время.

Минимизация I₁ (v) — это минимальный разброс конечной влажности шпона за пределы допуска. Минимизация I₂ (v) — ми­нимальное отклонение влажности шпона от нормы.

Критерии определяются по значениям выходного параметра си­стемы как функции возмущения.

Теория вероятностей позволяет вычислить выходные вероятност­ные характеристики по характеристикам входа, если они связаны линейной зависимостью. Используя допущение о среднем значе­нии W_H, вычисляют математическое ожидание, среднеквадратиче-ское отклонение выхода системы W_K по соответствующим характе­ристикам W_H.

Таким образом, появляется возможность, используя цифровое моделирование, прогнозировать режимы процесса сушки и разра­батывать системы автоматического регулирования на базе микро-ЭВМ.