Автоматизація процессу сушки деревини (стр. 9 из 17)
3) група керуючих параметрів У, що характеризує регулюючі впливи, що підтримують заданий режим, сюди відносяться кількість тепла і швидкість циркуляції агента сушіння;
4) група вихідних параметрів Q, що характеризують якість матеріалу, що висушується, наприклад задана кінцева вологість при визначеному перепаді вологості по перетині пиломатеріалів і величина залишкових внутрішніх напружень;
5) група вихідних параметрів Е, що характеризує економічну ефективність об'єкта регулювання, а саме: найменшу тривалість процесу сушіння при збереженні якості матеріалу, що висушується, і ККД сушильної установки.
При автоматизації процесу сушіння треба застосувати таку систему, яка б забезпечила проведення сушіння в режимі, близькому до оптимального, тобто повинні бути отримані задані параметри Q при максимальних значеннях параметрів Е. Ця задача може вирішуватися при застосуванні самонастроювальних систем, що вибирають таку комбінацію керуючих параметрів У, що забезпечують екстремальне значення параметра F.
На рис. 3.1 показана структурна схема системи автоматичної оптимізації (САО) процесу сушіння. Крім основних ланок звичайної системи автоматичного регулювання регульованого об'єкта О та автоматичного регулятора Р, у схему введений керуючий пристрій КП. Керуючий пристрій аналізує і підтримує на оптимальному рівні вихідні величини об'єкта при дотриманні заданих обмежень Н. Для підтримки оптимальних вихідних параметрів САО робить автоматичний пошук, що зводиться до спробної зміни вхідних параметрів системи (вхідної величини Х-р регулятора і регулюючих впливів В), аналізу результату
Рис. 3.1. Структурна схема системи автоматичної оптимізації : О – об'єкт регулювання; Р – регулятор; Кп – керуючий пристрій, Х1, Х2 — вхідні параметри; У — регулюючий вплив; Q, Е — параметри об'єкта, що характеризують якість і економічність; Н — обмеження.
цієї зміни і визначенню напрямку подальшої зміни для приведення системи до найвигіднішого режиму сушіння. За критерій оптимальності процесу сушіння вибирається один чи кілька вихідних параметрів Q і Е, при цьому інші показники задаються в САО у вигляді обмежень Н. Наприклад, за критерій оптимальності вибирають інтенсивність сушіння, а як обмеження задають збереження визначених показників якості матеріалу при сушінні [1,169].
Для створення САО необхідні, крім екстремальних регуляторів і звичайних засобів автоматики, деякі спеціальні вимірювальні пристрої:
а) для контролю якісних показників матеріалу в ході сушіння, наприклад температури і вологості деревини, перепаду вологості по товщині матеріалу, внутрішніх напружень у процесі сушіння;
б) для виміру енергетичних показників процесу сушіння, наприклад витрати тепла на сушіння чи на 1 кг вологи, що випаровується;
в) для виміру швидкості сушіння, наприклад автоматичний вологомір із пристроєм, що диференціює, і т.д. .
Відсутність розроблених методів для подібного автоматичного керування і технічних засобів для його здійснення не дозволяє в даний час орієнтуватися при автоматизації сушильного процесу на системи автоматичної оптимізації [4,34].
Схема регулювання процесу сушіння по температурі і вологості сушильного агента розімкнута по параметрах, що характеризує стан деревини, що висушується, (температура T, вологість W, показники якості Q). Інформація про ці параметри не подається на регулятори температури і вологості сушильного агента. Ця система регулювання не забезпечує заданої кінцевої вологості і необхідної якості висушеного матеріалу. Тому з метою запобігання браку параметри режиму сушіння встановлюють занижені, що перешкоджає інтенсифікації процесу.
Однак системи автоматичного регулювання по параметрах сушильного агента в даний час знайшли застосування в промисловості і виправдують себе при експлуатації.
3.2 Вибір комплексу технічних засобів
3.2.1 Датчики температури
TCN75 - програмований температурний датчик з послідовним портом, що формує сигнал на виході INT/CMPTR для контролера, коли навколишня температура перевищує запрограмовану користувачем межу. Вихід INT/CMPTR може бути запрограмований як вихід компаратора для роботи термостата або як вихід запиту переривання по температурі.
Напруга живлення давача може коливатися в межах від 2.7 V до 5.5 V.
Зв'язок з TCN75 здійснюється через двохпровідну шину, що є сумісною зі стандартним протоколом I2C. Шина дозволяє читати поточну температуру, програмувати межі і гістерезис. При включенні живлення TCN75 встановлювється в режим компаратора з межевою температурою 80 °C і гістерезисом 5 °C. Режим за замовчуванням дозволяє датчикові працювати в автономних термостатах. Режим малого енергоспоживання може бути встановлений передачею відповідної команди через двохпровідну шину [9,3].
Входи вибору адреси дозволяють вмикати до восьми TCN75 на одну двохпровідну шину для багатозонного контролю. Усі регістри датчика доступні для читання, а вихід INT/CMPTR — для програмування мікроконтролером. Датчик легко пристосовується до системи керування, тому що дозволяє працювати по опитуванню або перериванню. Невеликі розміри, низька вартість і зручність використання робить TCN75 ідеальним для побудови складних схем систем керування. Значення температури перетворюється внутрішнім АЦП у 8 – розрядний двійковий код. Допуск АЦП — 1 °С, номінальна швидкість перетворення - 8 вибірок/секунду.
Рис 3.2. Структурна діаграма давача
Рис 3.3. Тип корпусу
Таблиця 3.1.
Електрична специфікація давача.
| Символ | Параметр | Min | Typ | Max | Одиниці виміру | Умови тестування |
| VDD | Напруга живлення | 2.7 | - | 5.5 | V | |
| IDD | Струм живлення | -- | 0.250- | -1.0 | mA | *** |
| AV | Середній ухил вихідної струму | - | 1 | - | µA | * |
| VOL | Вихідна напруга (low) | - | - | 0.8 | V | IOL=4 mA |
| IOL | Вихідний струм | - | 1 | 4 | mA | |
| tTRIP | Час звітування | 1 | - | 6 | tCONV | Задається прог-рамно |
Примітка.
* - послідовний порт активовано.
** - послідовний порт неактивовано.
Таблиця 3.2.
Температура/bit конвертор
| T | Чутливість | - | ±3 | - | оС | |
| tCONV | Час конвертування | - | 55 | ± | мсек. | |
| TSET(PU) | Значення температури по замовчуванню | - | 80 | - | оС | При вмиканні |
| THYST(PU) | Значення гістирезису по замовчуванню | - | 5 | - | оС | При вмиканні |
Таблиця 3.3.
Інтерфейс двопровідної шини
| VIH | Високий логічний рівень (вхід) | VDDx 0.7 | - | - | V | |
| VIL | Низький логічний рівень (вхід) | - | - | VDDx 0.3 | V | |
| VOL | Низький логічний рівень (вихід) | - | - | 0,4 | V | IOL = 3mA |
| CIN | Вхідна ємність | - | 15 | - | pF | |
| IOL(SDA) | Струм зовнішнього кола | - | - | 6 | mA |
Зв'язок з TC74 здійснюється через двохпровідний послідовний порт сумісний з SMBus/I2C. Цей же порт, може використовуватися для керування режимом роботи датчика. Біт «SHDN» у регістрі стану дозволяє встановити режим малого споживання. У цьому режимі АЦП відключається, але послідовний порт продовжує функціонувати. Струм споживання мікросхеми 200 мкА (у режимі малого споживання —5 мкА) [9,5].
Рис.3.4. Розміри корпуса давача.( розмірність: дюйми (мм)).
3.2.2 Сенсор відносної вологості
Загальні відомості:
HIH-3602 – сенсор відносної вологості в TO-5 корпусі з гідрофобним фільтром з нержавіючої сталі.
Рис.3.5. Зовнішній вигляд давача
NIST калібрування
Кожен сенсор HIH-3602 включає специфічне NIST калібрування та роздрук даних.
Структура сенсора
Сенсор складається з планарного конденсатора з другим шаром полімеру для захисту від бруду, пилу, жирів та інших ризиків.
Рис.3.6. Внутрішня будова давача
Рис.3.7. Монтажні розміри
Таблиця 3.4.
Внутрішнє з’єднання виводів
| A,B | Не використовуються |
| С | +VDC живлення |
| D | (-) живлення або земля |
| E | VDC вихід |
| F | Заземлення корпуса |
Таблиця 3.5.
Специфікація виконання
| Похибка RH | ±2% RH, 0-100% RH не конденсується, 250C, Vsupply=5VDC |
| Взаємозамінність RH | ±5% RH, 0-60% RH; ±8% RH при 90% RH |
| Лінійність RH | ±0,5% RH типовий |
| Гістерезис RH | ±1,2% максимуму діапазона |
| Повторюваність RH | ±0,5% RH |
| Час реакції RH | 50 сек при повільному русі повітря і при 250С |
| Стабільність RH | ±1% RH типовий при 50% RH на пртязі 5 років |
| Вимоги живленняНапругаСтрум | 4...5,8 VDC, сенсор калібровано при 5VDC200mA при 5VDC |
| Вихідна напругаПри Vsupply=5VDC | Vout=Vsupply(0.0062(sensorRH)+0.16), типова при 250С |
| Температурна компенсаціяРезультат при 0% RHРезультат при 100% RH | RH=(sensorRH)/(1.093-0.012T) T в 0FRH=(sensorRH)/(1.0546-0.00216T) T в 0C±0.007% RH/0C-0.22% RH/0C |
| Діапазон вологостіРобочаЗберігання | 0...100% RH, не конденсується0...90% RH, не конденсується |
| Діапазон температурРобочаЗберігання | -400С...850С-400С...1250С |
| Копус | TO-5 з 60µ гідрофобним фільтром з нержавіючої сталі, стійким до конденсації |
| Поводження | Статичний чутливий діод захищає до 15 kV |
