呂 坤，梅玉春，張建平

(南京林業(yè)大學，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，南京 210037)

介紹了網(wǎng)帶式單板干燥節(jié)能監(jiān)控系統(tǒng)的原理及構成，結合余熱回收和蒸汽梯級利用兩套節(jié)能工藝，用PLC作為主控設備組建自動控制系統(tǒng)。筆者提出了可行的控制方案實現(xiàn)單板干燥節(jié)能工藝的自動化，結合觸摸屏實現(xiàn)了工藝參數(shù)的實時監(jiān)控，利用監(jiān)控到的工藝參數(shù)計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。

單板干燥；節(jié)能；PLC；觸摸屏

0 引 言

網(wǎng)帶式單板干燥機是膠合板、單板層積材、飾面板等單板類產(chǎn)品生產(chǎn)過程中耗能最大的熱工設備，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，將直接對生產(chǎn)成本和生產(chǎn)效率產(chǎn)生影響[1]。目前我國已成為世界上膠合板生產(chǎn)大國，但是從生產(chǎn)技術水平的層面上講，我國與世界先進的生產(chǎn)技術水平還存在著不小的差距。由于國內(nèi)的膠合板生產(chǎn)以中小型企業(yè)為主，沒有能力對設備進行優(yōu)化配置，而且生產(chǎn)工藝的落后也導致能源利用效率低下，造成大量能源浪費。因此，對網(wǎng)帶式單板干燥機進行節(jié)能改造就顯得尤為必要。

常建民和徐瑞玉[2]通過對單板干燥機熱能利用分析，認為可以通過以下途徑來提高干燥機的熱能利用效率：增加干燥機內(nèi)的濕空氣循環(huán)次數(shù)，預熱進氣和干燥單板；有效利用排氣和凝結水的余熱；減少機內(nèi)傳熱和氣體混合引起的損失；減小供入干燥機蒸汽的熱能能級與干燥單板所需熱能能級之差。周平[3]認為目前國內(nèi)運行的單板干燥機對網(wǎng)帶速度、風量、介質溫度、濕度的控制仍處于手動狀態(tài)，只能單一地控制其中某些參數(shù)，應該采用自動控制技術來控制干燥機內(nèi)的風速、相對濕度、溫度，從而利用最少的能量來獲得最大的干燥速度和最佳的干燥質量。

文中對網(wǎng)帶式單板干燥機節(jié)能作了相關監(jiān)控系統(tǒng)的研究，期望研究結果對相關膠合板生產(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)濟效益能有所幫助。

1 單板干燥機節(jié)能監(jiān)控方案

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

圖1 單板干燥機節(jié)能監(jiān)控方案

單板干燥機控制系統(tǒng)主要由干燥機主體、網(wǎng)帶電機、風機以及變頻器組成，實現(xiàn)對網(wǎng)帶及風機的變頻調(diào)速，根據(jù)單板含水率在線檢測設備提供的單板含水率檢測信號調(diào)節(jié)網(wǎng)帶的運行速度。單板干燥室內(nèi)設有溫濕度傳感器，根據(jù)溫濕度信號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、風機、熱泵等組成，環(huán)境空氣與尾氣在熱管中對流換熱實現(xiàn)尾氣的余熱回收，尾氣換熱后進入熱泵系統(tǒng)的蒸發(fā)器進一步回收低品質熱量，預熱后的新空氣進入熱泵冷凝器利用回收后的熱量對其進一步預熱升溫；蒸汽梯級利用系統(tǒng)主要由凝結水箱、汽水分離器、二次蒸發(fā)器、蒸汽噴射器等組成，實現(xiàn)蒸汽的梯級利用。

2 單板干燥機節(jié)能監(jiān)控硬件構成

在工業(yè)自動化控制的領域內(nèi)PLC還占據(jù)著核心的地位，PLC控制具有長期穩(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。目前在國內(nèi)的自動化進程中，PLC自動化控制備受青睞，有著很好的發(fā)展前景。本系統(tǒng)采用PLC作為主控設備，與傳感器件相結合，可以實現(xiàn)較高精度的測量與控制目的，圖2為單板干燥機節(jié)能監(jiān)控系統(tǒng)硬件構成圖。

圖2 單板干燥機節(jié)能監(jiān)控硬件構成

3 單板干燥機各系統(tǒng)控制要求及流程圖

此次設計的節(jié)能系統(tǒng)中包括三個部分的控制：余熱回收控制系統(tǒng)、蒸汽梯級利用控制系統(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部分，干燥室的尾氣先進入熱管實現(xiàn)尾氣余熱一次回收，換熱后的尾氣進入熱泵實現(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)控制進入排濕廢氣潛熱回收系統(tǒng)的風量為3 500 m3/h，溫度控制在45 ℃左右(通過補充少量新風來調(diào)節(jié))。

(2)風機均為變頻風機，可以控制所需要的風量。

熱泵余熱回收部分控制要求為：

(1)熱泵系統(tǒng)的啟?？刂??？紤]到氣候的影響，夏季環(huán)境溫度較高，當環(huán)境空氣達到30～35 ℃時進入熱管換熱后溫度已經(jīng)達到理想狀況，這時不需要熱泵對預熱的環(huán)境空氣進一步升溫，系統(tǒng)自動關閉熱泵系統(tǒng)節(jié)省電能。

(2)熱泵的選用需注意壓縮機排氣壓力過高自動保護、壓縮機吸氣壓力過低自動保護、壓縮機停機后再次啟動延時保護、壓縮機潤滑油壓過低自動保護，另外蒸發(fā)器與冷凝器應具備溫度自動控制功能。對于自身無卸載機構的壓縮機，不希望壓縮機經(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蒸汽梯級利用系統(tǒng)控制要求

(1)在蒸汽噴射器出口設有壓力變送器，根據(jù)噴射器出口的壓力信號來控制高壓蒸汽進口的電動閥門，以保證出口的壓力恒定在0.7 MPa左右。

(2)在中壓汽進口處設有溫度變送器，通過變送器與進水電動調(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供汽管道中。

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

3.3單板干燥機控制要求

實現(xiàn)對網(wǎng)帶運行速度的自動調(diào)節(jié)，在單板干燥室安裝含水率在線檢測設備，檢測到單板含水率高于12%時，降低網(wǎng)帶運行速度延長單板干燥時間以保證單板干燥質量；檢測到單板含水率低于12%時，加快網(wǎng)帶運行速度避免能源浪費，在保證單板干燥質量的同時，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)將實現(xiàn)單板干燥機控制系統(tǒng)、余熱回收控制系統(tǒng)以及蒸汽梯級利用控制系統(tǒng)的聯(lián)鎖控制，控制過程中一些重要的工藝參數(shù)將會在觸摸屏中予以顯示，并通過觸摸屏實時監(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，其中單板干燥機控制系統(tǒng)通過含水率檢測信號控制網(wǎng)帶運行速度，系統(tǒng)啟動后檢測到單板含水率高于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 ℃不需要啟動熱泵系統(tǒng)，預熱空氣通過旁通管道直接進入干燥室，環(huán)境溫度小于30 ℃熱泵系統(tǒng)啟動。從熱管排出的尾氣溫度在45 ℃左右，熱泵啟動后判斷進入熱泵前尾氣溫度，尾氣溫度高于30 ℃打開補充新風閥門鼓入環(huán)境空氣降低尾氣溫度，當尾氣溫度降至30 ℃關閉閥門；蒸汽梯級利用系統(tǒng)啟動后，調(diào)整高壓進汽閥門開度保持噴射器出口蒸汽壓力為0.7 MPa，當蒸汽壓力小于0.7 MPa調(diào)大閥門開度，當蒸汽壓力大于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進水電動閥調(diào)節(jié)蒸汽噴射器出口蒸汽溫度為165 ℃，蒸汽溫度高于165 ℃打開進水電動閥門降低蒸汽溫度，當蒸汽溫度降至165 ℃時關閉閥門。

圖3 控制流程圖

4 監(jiān)控系統(tǒng)的設計

在這次系統(tǒng)設計通過與主控設備配套的觸摸屏完成整個監(jiān)控系統(tǒng)的設計，整個監(jiān)控系統(tǒng)完成對單板干燥室、余熱回收以及蒸汽梯級利用系統(tǒng)工藝參數(shù)的監(jiān)控，同時根據(jù)需要對一些參數(shù)進行數(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)還要完成對節(jié)能效果的實時顯示。干燥機運行工況的數(shù)據(jù)監(jiān)控界面，如圖4所示。

設計監(jiān)控系統(tǒng)時還相應地做出尾氣余熱回收系統(tǒng)監(jiān)控界面以及蒸汽梯級利用的監(jiān)控界面，最后做出一張節(jié)能效果實時顯示的界面。

圖4 干燥機運行工況監(jiān)控界面

5 結束語

(1)在這次單板干燥節(jié)能監(jiān)控系統(tǒng)采用PLC作為主控設備，結和觸摸屏技術，充分利用PLC的優(yōu)良的抗干擾能力，構造穩(wěn)定的控制系統(tǒng)，使系統(tǒng)更加穩(wěn)定、可靠。針對新的單板干燥余熱回收與蒸汽梯級利用節(jié)能工藝，針對其獨立的控制子系統(tǒng)，利用本測控系統(tǒng)實現(xiàn)設備聯(lián)鎖控制，使得測控系統(tǒng)能更為有效地運行。

(2)應用觸摸屏技術，使得人機界面更為友好，可對系統(tǒng)中的各初始參數(shù)實現(xiàn)隨時修改設定。并可對流量、溫度、濕度、單板含水率進行實時可視化監(jiān)控與在線監(jiān)測。同時還可對流量、溫度、濕度變化曲線進行有效記錄，為以后的研究留下數(shù)據(jù)基礎。

(3)通過本監(jiān)控系統(tǒng)可以有助于獲取可靠的技術參數(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，獲得節(jié)能效益。此外還可以實現(xiàn)各個子系統(tǒng)的聯(lián)動和能源利用效率實時監(jiān)測，同時可手動/自動控制切換，操作簡便，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。同時在保證單板干燥質量的同時，盡可能增加產(chǎn)量。

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

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

[3] 周 平. 提高單板干燥機效率降低能耗的芻議: 進口單板輥筒干燥機剖析[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

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

呂坤，男，碩士研究生，從事木材工業(yè)自動化控制系統(tǒng)研究。

10.3969/j.issn.1009-3230.2015.07.013

TP273

B

1009-3230(2015)07-0045-05