АВТОМАТИЗАЦИЯ ПРОИЗВОДСТВА ДСП С ПОМОЩЬЮ ИНФОРМАЦИОННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ

АННОТАЦИЯ

Древесно-стружечная плита — материал, который очень популярен в России. Чаще всего он используется для изготовления мебели. Этот материал недорог, прочен и позволяет утилизировать отходы древесного производства. Но есть у ДСП и свои нюансы: материал может быть токсичен и подходит не для всех видов мебели. В данной статье мы рассмотрим технологический процесс производства ДСП, а также попробуем автоматизировать его слабые участки.

ABSTRACT

Chipboard is a material that is very popular in Russia. Most often it is used to make furniture. This material is inexpensive, durable and allows you to recycle wood waste. But chipboard has its own nuances: the material can be toxic and is not suitable for all types of furniture. In this article, we will consider the technological process for the production of chipboard, and also try to automate its weak areas.

Ключевые слова: Производство ДСП, информационные технологии, ПЛК, датчики.

Keywords: Chipboard production, information technology, PLC, sensors.

ДСП – это листовой композиционный материал, изготовленный путём горячего прессования древесных частиц, преимущественно стружки, смешанных со связующим веществом неминерального происхождения. Древесностружечные плиты производятся из разных типов отходов пилорам, деревообработки и лесозаготовок, из низкокачественного леса-кругляка. Такой принцип обуславливает особую значимость данного производства – позволяя из древесины низкого качества и соответствующих отходов подготовить практичный и надежный материал.

Щепа с опилкой поступает на производство с лесозаготовок и пилорам, а затем также отправляется в рубительный цех, для однородного измельчения. Из щепы, опилок и отходов ведется подготовка стружки для дальнейшего производства на роторных станках. Для наружных слоев плиты используются наименьшие по своим размерам частицы.

Для хранения произведенной сырой стружечной массы применяются бункеры, подача в которые происходит при помощи системы пневмотранспорта либо механических транспортеров. Затем измельчённая щепа сушится в барабанной сушке. Сушка стружки должна обеспечиваться до влажности в пределах 4-6%, в расчете для внутреннего слоя – 2-4%. Поэтому для сушки различных слоев используются отдельные сушилки. В процессе сушки необходимо постоянно следить за наличием сырой стружки в буферных бункерах, равномерной загрузкой сырой стружки в сушилки, температурой газов на входе и выходе из сушилки, температурой обмуровки топки, сжиганием шлифовальной древесной пыли, влажностью сухой стружки.

После сушки, щепа проходит сортировку для разделения на фракции и отработку. Отработка отправляется в мельницы для дальнейшего доизмельчения. Производство стружки на данном этапе завершается. Данный этап представляет собой основу для успешного проведения последующих операций, качество плит и общую производительность работ.

Затем происходит процесс смешивания стружки со связующем. Для приготовления связующего используются карбамидоформальдегидные смолы, сульфат аммония, карбамид и вода техническая. В смесителях происходит смешивание стружки и связующего. Согласно технологии, требуется равномерное распределение смолы и отвердителя в стружечной массе. При помощи скребковых либо ленточных транспортеров, происходит подача осмоленной стружки в формирующие машины, в которых распределяется ровным слоем ленточные транспортеры.

В результате данной процедуры получается “ковер” в виде непрерывной ленты определенной толщины и ширины. Происходит его разделение по пакетам, с образованием из них в дальнейшем плит под действием горячего прессования. Удается добиться уменьшения толщины пакета в 2.5-4 раза. Работа ведется в условиях давления 1-1.5 Мпа. Выгрузка плит из пресса производится на приемную этажерку, далее они поступают на линию, где подрезаются под стандартный формат с четырех сторон. Данная линия в своем составе часто содержит агрегат охлаждения. Далее производится их укладка в пачки, с выдерживанием минимум пять суток. После чего происходит шлифовка плит. Шлифование древесностружечных плит производится с целью выравнивания толщины и улучшения качества поверхности. Пакеты готовых плит транспортируются на склад автопогрузчиком и укладываются в штабеля (стопы). На основе описанного технологического процесса, получаем следующую структурную схему.

Рисунок 1. Структурная схема производства

Из описания технологического процесса было выявлено, что наиболее неавтоматизированной частью производственного процесса является процесс замера влажности щепы после сушки, поэтому было принято решение автоматизировать именно данный этап производства. Для измерения влажности сыпучих материалов используются влагомеры. Влагомеры предназначены для измерения доли воды, содержащейся в сыпучих материалах, находящихся в бункерах, дозаторах или на конвейерах.

Влагомеры различных типов имеют широкую сферу применения и помогают избежать брака, финансовых убытков.

Влажность сухой стружки должна быть в пределах 1-3%, из этого следует, что погрешность влагомера должна составлять меньше 0.5%. И влагомер должен работать при температуре до 120 °C.

Проведя сравнительный анализ датчиков, было принято решение, использовать влагомер FIZEPR-SW100 ВИГТ.415210.100-10.41 для измерения влажности щепы после сушильной камеры.

Рисунок 2. Влагомер FIZEPR-SW100

Принцип работы влагомера основан на зондировании среды радиоволнами метрового диапазона. Выбор диапазона обусловлен тем, что длина волны должна на порядок и более превышать размеры гранул исследуемого материала, иначе зондирующий сигнал будет ослабляться и рассеиваться на неоднородностях. В отличие от сверхвысокочастотных влагомеров, в которых длина волны составляет сантиметры, данный прибор может быть использован на щебне, каучуке, на древесной щепе и т.п.

Влагомер сыпучих материалов содержит датчик, выполненный в виде прямого стержня, концы которого через специальные муфты фиксируются на противоположных стенках бункера. Датчик обеспечивает контроль большего объема материала и дает точную оценку влажности при неоднородном распределении влаги в материале. Материал зонда – нержавеющая сталь 12Х18Н10Т, стойкая к истиранию.

Измеряемый материал должен полностью закрывать зонд, причем толщина слоя материала над зондом должна быть не менее 10 см. Требуемую высоту горки засыпаемого материала можно обеспечить регулировкой скорости конвейера, а также установкой на выходе из короба дополнительной заслонки, частично перекрывающей поток. Влагомер не содержит радиоактивных материалов, что делает его использование безопасным и освобождает от необходимости обеспечения радиационной безопасности и затрат на утилизацию радиоизотопных приборов. Отпадает необходимость в получении лицензии для обращения с приборами и установками, генерирующими ионизирующее излучение.

Помимо датчика для автоматизации производства необходимо использовать ПЛК. Исходя из описания технологического процесса и датчиков, можно сделать вывод, что нам нужен ПЛК, который сможет получать на вход аналоговые и дискретные сигналы и подавать на выход дискретные. Также при выборе ПЛК, мы должны учитывать, что процесс может масштабироваться, для увеличения производства ДСП, то есть увеличится и количество датчиков, и количество актуаторов.

Проведя сравнительный анализ, было принято решение, использовать ПЛК Fastwel I/O CPM713-01.

Рисунок 3. ПЛК Fastwel I/O CPM713-01

Программируемый логический контроллер CPM713 предназначен для управления модулями ввода-вывода FASTWEL I/O в системах сбора и обработки данных, построенных на базе интерфейса Ethernet и протоколов прикладного уровня MODBUS TCP и DNP3. Контроллер должен быть запрограммирован пользователем в среде программирования CoDeSys, адаптированной для системы FASTWEL I/O. Контроллер может одновременно выполнять функции мастера и подчиненного узла сети Modbus TCP, а также обеспечивает возможность реализации пользовательских протоколов поверх UDP и TCP Контроллер имеет встроенный источник питания для модулей ввода–вывода, установленных на внутренней шине FBUS. Цепи интерфейса Ethernet гальванически изолированы от внутренних цепей контроллера CPM713. Именно с помощью ПЛК и влагомера планируется автоматизировать один из важнейших этапов производств щепы для ДСП. В дальнейшем планируется разработать симуляцию производственного процесса ДСП для более глубокого изучения автоматизации данного процесса.

Список литературы:

1. Блог компании «Евромапстер» «Технология производства ДСП (древесностружечных плит)». [Электронный ресурс]. – Режим доступа: URL – http://vegaplit.ru/articles/tehnologiya_proizvodstva_dsp/ (Дата обращения: 15.05.2022)
2. Блог конструкторского бюро «Физэлектронприбор» «ВЛАГОМЕРЫ ОПИЛОК И ЩЕПЫ. ИЗМЕРЕНИЕ ВЛАЖНОСТИ ДРЕВЕСНЫХ ОПИЛОК, ЩЕПЫ». [Электронный ресурс]. – Режим доступа: URL – https://fizepr.ru/vlagomery-opilok-i-shchepy (Дата обращения: 18.05.2022)
3. Документация «FASTWEL I/O распределённая система ввода–вывода. Руководство по эксплуатации». [Электронный ресурс]. – Режим доступа: URL – https://www.fastwel.ru/upload/files/FIO_UM.pdf (Дата обращения: 18.05.2022)