網(wǎng)帶式單板干燥節(jié)能監(jiān)控系統(tǒng)的研究

呂 坤，梅玉春，張建平

(南京林業(yè)大學(xué)，南京 210037)

網(wǎng)帶式單板干燥節(jié)能監(jiān)控系統(tǒng)的研究

呂 坤，梅玉春，張建平

(南京林業(yè)大學(xué)，南京 210037)

介紹了網(wǎng)帶式單板干燥節(jié)能監(jiān)控系統(tǒng)的原理及構(gòu)成，結(jié)合余熱回收和蒸汽梯級(jí)利用兩套節(jié)能工藝，用PLC作為主控設(shè)備組建自動(dòng)控制系統(tǒng)。筆者提出了可行的控制方案實(shí)現(xiàn)單板干燥節(jié)能工藝的自動(dòng)化，結(jié)合觸摸屏實(shí)現(xiàn)了工藝參數(shù)的實(shí)時(shí)監(jiān)控，利用監(jiān)控到的工藝參數(shù)計(jì)算單板干燥的能耗狀況以及能源使用效率，并在觸摸屏上加以顯示， 清晰直觀地顯示節(jié)能效果，便于節(jié)能工藝的改進(jìn)。

單板干燥；節(jié)能；PLC；觸摸屏

0 引 言

網(wǎng)帶式單板干燥機(jī)是膠合板、單板層積材、飾面板等單板類產(chǎn)品生產(chǎn)過(guò)程中耗能最大的熱工設(shè)備，其熱能消耗占全部生產(chǎn)熱能消耗的70%以上，它的熱能利用合理與否，將直接對(duì)生產(chǎn)成本和生產(chǎn)效率產(chǎn)生影響[1]。目前我國(guó)已成為世界上膠合板生產(chǎn)大國(guó)，但是從生產(chǎn)技術(shù)水平的層面上講，我國(guó)與世界先進(jìn)的生產(chǎn)技術(shù)水平還存在著不小的差距。由于國(guó)內(nèi)的膠合板生產(chǎn)以中小型企業(yè)為主，沒有能力對(duì)設(shè)備進(jìn)行優(yōu)化配置，而且生產(chǎn)工藝的落后也導(dǎo)致能源利用效率低下，造成大量能源浪費(fèi)。因此，對(duì)網(wǎng)帶式單板干燥機(jī)進(jìn)行節(jié)能改造就顯得尤為必要。

常建民和徐瑞玉[2]通過(guò)對(duì)單板干燥機(jī)熱能利用分析，認(rèn)為可以通過(guò)以下途徑來(lái)提高干燥機(jī)的熱能利用效率：增加干燥機(jī)內(nèi)的濕空氣循環(huán)次數(shù)，預(yù)熱進(jìn)氣和干燥單板；有效利用排氣和凝結(jié)水的余熱；減少機(jī)內(nèi)傳熱和氣體混合引起的損失；減小供入干燥機(jī)蒸汽的熱能能級(jí)與干燥單板所需熱能能級(jí)之差。周平[3]認(rèn)為目前國(guó)內(nèi)運(yùn)行的單板干燥機(jī)對(duì)網(wǎng)帶速度、風(fēng)量、介質(zhì)溫度、濕度的控制仍處于手動(dòng)狀態(tài)，只能單一地控制其中某些參數(shù)，應(yīng)該采用自動(dòng)控制技術(shù)來(lái)控制干燥機(jī)內(nèi)的風(fēng)速、相對(duì)濕度、溫度，從而利用最少的能量來(lái)獲得最大的干燥速度和最佳的干燥質(zhì)量。

文中對(duì)網(wǎng)帶式單板干燥機(jī)節(jié)能作了相關(guān)監(jiān)控系統(tǒng)的研究，期望研究結(jié)果對(duì)相關(guān)膠合板生產(chǎn)企業(yè)能有所借鑒，為企業(yè)節(jié)能降耗，降低企業(yè)成本，提高企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益能有所幫助。

1 單板干燥機(jī)節(jié)能監(jiān)控方案

整個(gè)節(jié)能監(jiān)控系統(tǒng)包括三個(gè)組成部分，分別是單板干燥機(jī)控制系統(tǒng)、余熱回收控制系統(tǒng)、蒸汽梯級(jí)利用控制系統(tǒng)，圖1為單板干燥機(jī)節(jié)能監(jiān)控方案圖。

圖1 單板干燥機(jī)節(jié)能監(jiān)控方案

單板干燥機(jī)控制系統(tǒng)主要由干燥機(jī)主體、網(wǎng)帶電機(jī)、風(fēng)機(jī)以及變頻器組成，實(shí)現(xiàn)對(duì)網(wǎng)帶及風(fēng)機(jī)的變頻調(diào)速，根據(jù)單板含水率在線檢測(cè)設(shè)備提供的單板含水率檢測(cè)信號(hào)調(diào)節(jié)網(wǎng)帶的運(yùn)行速度。單板干燥室內(nèi)設(shè)有溫濕度傳感器，根據(jù)溫濕度信號(hào)控制干燥室溫度與排氣除濕；余熱回收系統(tǒng)主要由熱管換熱器、風(fēng)機(jī)、熱泵等組成，環(huán)境空氣與尾氣在熱管中對(duì)流換熱實(shí)現(xiàn)尾氣的余熱回收，尾氣換熱后進(jìn)入熱泵系統(tǒng)的蒸發(fā)器進(jìn)一步回收低品質(zhì)熱量，預(yù)熱后的新空氣進(jìn)入熱泵冷凝器利用回收后的熱量對(duì)其進(jìn)一步預(yù)熱升溫；蒸汽梯級(jí)利用系統(tǒng)主要由凝結(jié)水箱、汽水分離器、二次蒸發(fā)器、蒸汽噴射器等組成，實(shí)現(xiàn)蒸汽的梯級(jí)利用。

2 單板干燥機(jī)節(jié)能監(jiān)控硬件構(gòu)成

在工業(yè)自動(dòng)化控制的領(lǐng)域內(nèi)PLC還占據(jù)著核心的地位，PLC控制具有長(zhǎng)期穩(wěn)定性而且隨著各種新型功能模塊的發(fā)展，其控制功能越加完善。目前在國(guó)內(nèi)的自動(dòng)化進(jìn)程中，PLC自動(dòng)化控制備受青睞，有著很好的發(fā)展前景。本系統(tǒng)采用PLC作為主控設(shè)備，與傳感器件相結(jié)合，可以實(shí)現(xiàn)較高精度的測(cè)量與控制目的，圖2為單板干燥機(jī)節(jié)能監(jiān)控系統(tǒng)硬件構(gòu)成圖。

圖2 單板干燥機(jī)節(jié)能監(jiān)控硬件構(gòu)成

3 單板干燥機(jī)各系統(tǒng)控制要求及流程圖

此次設(shè)計(jì)的節(jié)能系統(tǒng)中包括三個(gè)部分的控制：余熱回收控制系統(tǒng)、蒸汽梯級(jí)利用控制系統(tǒng)以及單板干燥室的控制系統(tǒng)，具體的控制要求如下。

3.1余熱回收系統(tǒng)控制要求

余熱回收系統(tǒng)包括熱管換熱器余熱回收和熱泵余熱回收兩個(gè)部分，干燥室的尾氣先進(jìn)入熱管實(shí)現(xiàn)尾氣余熱一次回收，換熱后的尾氣進(jìn)入熱泵實(shí)現(xiàn)尾氣余熱二次回收，其中熱管換熱器余熱回收部分控制要求為：

(1)控制進(jìn)入排濕廢氣潛熱回收系統(tǒng)的風(fēng)量為3 500 m3/h，溫度控制在45 ℃左右(通過(guò)補(bǔ)充少量新風(fēng)來(lái)調(diào)節(jié))。

(2)風(fēng)機(jī)均為變頻風(fēng)機(jī)，可以控制所需要的風(fēng)量。

熱泵余熱回收部分控制要求為：

(1)熱泵系統(tǒng)的啟?？刂?。考慮到氣候的影響，夏季環(huán)境溫度較高，當(dāng)環(huán)境空氣達(dá)到30～35 ℃時(shí)進(jìn)入熱管換熱后溫度已經(jīng)達(dá)到理想狀況，這時(shí)不需要熱泵對(duì)預(yù)熱的環(huán)境空氣進(jìn)一步升溫，系統(tǒng)自動(dòng)關(guān)閉熱泵系統(tǒng)節(jié)省電能。

(2)熱泵的選用需注意壓縮機(jī)排氣壓力過(guò)高自動(dòng)保護(hù)、壓縮機(jī)吸氣壓力過(guò)低自動(dòng)保護(hù)、壓縮機(jī)停機(jī)后再次啟動(dòng)延時(shí)保護(hù)、壓縮機(jī)潤(rùn)滑油壓過(guò)低自動(dòng)保護(hù)，另外蒸發(fā)器與冷凝器應(yīng)具備溫度自動(dòng)控制功能。對(duì)于自身無(wú)卸載機(jī)構(gòu)的壓縮機(jī)，不希望壓縮機(jī)經(jīng)常開開停停，可以采用熱氣旁通能量調(diào)節(jié)法，可將熱氣旁通閥與噴液閥配合使用。

3.2蒸汽梯級(jí)利用系統(tǒng)控制要求

(1)在蒸汽噴射器出口設(shè)有壓力變送器，根據(jù)噴射器出口的壓力信號(hào)來(lái)控制高壓蒸汽進(jìn)口的電動(dòng)閥門，以保證出口的壓力恒定在0.7 MPa左右。

(2)在中壓汽進(jìn)口處設(shè)有溫度變送器，通過(guò)變送器與進(jìn)水電動(dòng)調(diào)節(jié)閥配合將溫度控制在164 ℃左右，最后一定溫度壓力的中壓蒸汽送入單板干燥機(jī)供汽管道中。

(3)在汽水分離器低壓蒸汽出口處設(shè)有壓力變送器，通過(guò)補(bǔ)充少量高壓蒸汽的方法(在汽水分離器上設(shè)有高壓蒸汽進(jìn)汽閥)控制出口低壓蒸汽壓力不低于0.16 MPa。

3.3單板干燥機(jī)控制要求

實(shí)現(xiàn)對(duì)網(wǎng)帶運(yùn)行速度的自動(dòng)調(diào)節(jié)，在單板干燥室安裝含水率在線檢測(cè)設(shè)備，檢測(cè)到單板含水率高于12%時(shí)，降低網(wǎng)帶運(yùn)行速度延長(zhǎng)單板干燥時(shí)間以保證單板干燥質(zhì)量；檢測(cè)到單板含水率低于12%時(shí)，加快網(wǎng)帶運(yùn)行速度避免能源浪費(fèi)，在保證單板干燥質(zhì)量的同時(shí)，盡可能提高單板干燥速度，以提高單板干燥產(chǎn)量。

網(wǎng)帶式單板干燥節(jié)能監(jiān)控系統(tǒng)將實(shí)現(xiàn)單板干燥機(jī)控制系統(tǒng)、余熱回收控制系統(tǒng)以及蒸汽梯級(jí)利用控制系統(tǒng)的聯(lián)鎖控制，控制過(guò)程中一些重要的工藝參數(shù)將會(huì)在觸摸屏中予以顯示，并通過(guò)觸摸屏實(shí)時(shí)監(jiān)控尾氣以及蒸汽的溫度、壓力和流量。圖3為系統(tǒng)的控制流程圖，其中單板干燥機(jī)控制系統(tǒng)通過(guò)含水率檢測(cè)信號(hào)控制網(wǎng)帶運(yùn)行速度，系統(tǒng)啟動(dòng)后檢測(cè)到單板含水率高于12%降低網(wǎng)帶速度，小于12%加快網(wǎng)帶速度；余熱回收系統(tǒng)啟動(dòng)后根據(jù)溫度探頭判斷環(huán)境溫度大小，環(huán)境溫度高于30 ℃不需要啟動(dòng)熱泵系統(tǒng)，預(yù)熱空氣通過(guò)旁通管道直接進(jìn)入干燥室，環(huán)境溫度小于30 ℃熱泵系統(tǒng)啟動(dòng)。從熱管排出的尾氣溫度在45 ℃左右，熱泵啟動(dòng)后判斷進(jìn)入熱泵前尾氣溫度，尾氣溫度高于30 ℃打開補(bǔ)充新風(fēng)閥門鼓入環(huán)境空氣降低尾氣溫度，當(dāng)尾氣溫度降至30 ℃關(guān)閉閥門；蒸汽梯級(jí)利用系統(tǒng)啟動(dòng)后，調(diào)整高壓進(jìn)汽閥門開度保持噴射器出口蒸汽壓力為0.7 MPa，當(dāng)蒸汽壓力小于0.7 MPa調(diào)大閥門開度，當(dāng)蒸汽壓力大于0.7 MPa調(diào)小閥門開度，同理調(diào)整二次蒸發(fā)器出口蒸汽壓力為0.17 MPa。在蒸汽噴射器減溫段通過(guò)進(jìn)水電動(dòng)閥調(diào)節(jié)蒸汽噴射器出口蒸汽溫度為165 ℃，蒸汽溫度高于165 ℃打開進(jìn)水電動(dòng)閥門降低蒸汽溫度，當(dāng)蒸汽溫度降至165 ℃時(shí)關(guān)閉閥門。

圖3 控制流程圖

4 監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

在這次系統(tǒng)設(shè)計(jì)通過(guò)與主控設(shè)備配套的觸摸屏完成整個(gè)監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，整個(gè)監(jiān)控系統(tǒng)完成對(duì)單板干燥室、余熱回收以及蒸汽梯級(jí)利用系統(tǒng)工藝參數(shù)的監(jiān)控，同時(shí)根據(jù)需要對(duì)一些參數(shù)進(jìn)行數(shù)據(jù)以及數(shù)據(jù)曲線記錄以方便后續(xù)的研究分析。此外，監(jiān)控系統(tǒng)還要完成對(duì)節(jié)能效果的實(shí)時(shí)顯示。干燥機(jī)運(yùn)行工況的數(shù)據(jù)監(jiān)控界面，如圖4所示。

設(shè)計(jì)監(jiān)控系統(tǒng)時(shí)還相應(yīng)地做出尾氣余熱回收系統(tǒng)監(jiān)控界面以及蒸汽梯級(jí)利用的監(jiān)控界面，最后做出一張節(jié)能效果實(shí)時(shí)顯示的界面。

圖4 干燥機(jī)運(yùn)行工況監(jiān)控界面

5 結(jié)束語(yǔ)

(1)在這次單板干燥節(jié)能監(jiān)控系統(tǒng)采用PLC作為主控設(shè)備，結(jié)和觸摸屏技術(shù)，充分利用PLC的優(yōu)良的抗干擾能力，構(gòu)造穩(wěn)定的控制系統(tǒng)，使系統(tǒng)更加穩(wěn)定、可靠。針對(duì)新的單板干燥余熱回收與蒸汽梯級(jí)利用節(jié)能工藝，針對(duì)其獨(dú)立的控制子系統(tǒng)，利用本測(cè)控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)設(shè)備聯(lián)鎖控制，使得測(cè)控系統(tǒng)能更為有效地運(yùn)行。

(2)應(yīng)用觸摸屏技術(shù)，使得人機(jī)界面更為友好，可對(duì)系統(tǒng)中的各初始參數(shù)實(shí)現(xiàn)隨時(shí)修改設(shè)定。并可對(duì)流量、溫度、濕度、單板含水率進(jìn)行實(shí)時(shí)可視化監(jiān)控與在線監(jiān)測(cè)。同時(shí)還可對(duì)流量、溫度、濕度變化曲線進(jìn)行有效記錄，為以后的研究留下數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。

(3)通過(guò)本監(jiān)控系統(tǒng)可以有助于獲取可靠的技術(shù)參數(shù)和最佳節(jié)能工藝參數(shù)，提高能源利用效率，減少能源浪費(fèi)，獲得節(jié)能效益。此外還可以實(shí)現(xiàn)各個(gè)子系統(tǒng)的聯(lián)動(dòng)和能源利用效率實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，同時(shí)可手動(dòng)/自動(dòng)控制切換，操作簡(jiǎn)便，便于操作人員調(diào)試和控制，減少人力資源，降低生產(chǎn)成本。同時(shí)在保證單板干燥質(zhì)量的同時(shí)，盡可能增加產(chǎn)量。

[1] 徐金梅, 韓晨靜, 呂建雄,等. 單板干燥機(jī)理及其影響因素研究進(jìn)展[J]. 林業(yè)機(jī)械與木工設(shè)備, 2013, 41(6): 4-7.

[2] 常健民, 徐瑞玉. 單板干燥機(jī)的熱能利用分析[J]. 東北林業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào), 1990, 18(4): 74-79．

[3] 周 平. 提高單板干燥機(jī)效率降低能耗的芻議: 進(jìn)口單板輥筒干燥機(jī)剖析[J]. 木材工業(yè), 1995, 9(5): 33-36.

Energy-saving Monitoring System of Veneer Drying

LV Kun, MEI Yu-chun, ZHANG Jian-ping

(College of Wood Science & Technology, Nanjing Forestry University, Nanjing 210037，China)

Introduces the principle and structure of veneer drying energy-saving monitoring system, combined with two sets of energy-saving technology that were the use of waste heat recovery and steam cascade utilization, using PLC as the main control equipment to build the automatic control system. The author puts forward reasonable control scheme to realize the automation of energy-saving veneer drying, combining with the touch screen to realize the real-time monitoring of process parameters, using the monitoring process parameters to calculate the energy consumption status and energy efficiency of veneer drying, and display it on the touch screen, clear visual display of the energy-saving effect is convenient for the improvement of energy saving technology.

Veneer drying; Energy conservation; PLC; Touch screen

2015-05-27

2015-06-10

十二五國(guó)家科技支撐計(jì)劃“膠合板生產(chǎn)干燥節(jié)能技術(shù)”(2012BAD24B0304)

呂坤，男，碩士研究生，從事木材工業(yè)自動(dòng)化控制系統(tǒng)研究。

10.3969/j.issn.1009-3230.2015.07.013

TP273

B

1009-3230(2015)07-0045-05