SE507015C2 - Styrsystem för virkestork - Google Patents

Description

507 015 10 15 20 25 30 35 2 processen saknas. Med hjälp av återkoppling vore det möjligt att följa med torkschemats förverkligande och dess inverkan på tork- resultatet.

De förut kända styrsystemen uppvisar flera brister som gett anled- ning till föreliggande uppfinning. Torkvirket och torkprocess- förhâllandena varierar inom vida gränser. Dessa variationer har inte kunnat beaktas i tillräcklig.grad i de förut kända styr- systemen. T.ex. vinter/sommerförhållanden kräver olika långa pe- rioder för föruppvarmning av virkessatserna. Under dessa perioder torkar virket redan i viss mån. Detta har inte kunnat beaktas i de kända systemen. Störningar i processen, t.ex. variationer i tempe- raturen av cirkulationsvatten, påverkar torkprocessen på sådant sätt, att de kända styrsystemen inte kan reagera för dessa varia- tioner på sakenligt sätt. Med de kända styrsystemen har man dess- utom inte kunnat reglera processen på basis av kvaliteten t.ex. fukthalten av virket som skall torkas och inte heller uppskatta den slutliga fukthalten av det torkade virket och den slutliga torktiden. Ändamålet med föreliggande uppfinning år att vidareutveckla styr- systemen för förut kända virkestorkar, i synnerhet kammartorkar, så att ovan berörda brister i huvudsak undviks.

För uppnâende av ovan angivna och senare framgående mål är uppfin- ningen huvudsakligen kännetecknad därav, att torkprocessen och dess förlopp vid förfarandet regleras med en återkopplad tork- schemasimulator, med vilken torkprocessen ges nya ställvärden kon- tinuerligt eller med lämpliga mellanrum, och att mâtdata leds från torkprocessen till torkschemasimulatorn, varvid en i denna lagrad torkprocessmodell anpassas att motsvara torkprocesstillståndet på basis av nämnda mätdata.

En grund för den uppfinningsenliga torkstyrningen är den direkt kopplígen av en simuleringsmodell av fuktöverföring-torkspanníng till styrsystemet för torken. Med simuleringsmodellen enligt 10 15 20 25 30 35 507 015 3 uppfinningen kan torkningen av virket och risken för sprickor i virket i olika skeden av torkningen uppskattas genom beräkning. I styrsystemet för torken inmatas sprickrisk eller efterstravad sprickprocent, utgângsfuktighet, dimension och träslag. På basis av dessa simulerar torkprocessmodellen ställvärden för processen vid en första tidpunkt. Till processmodellen matas sedan förverk- ligade processvárden, på basis av vilka ställvärdena vid följande tidpunkt uträknas. Processmodellen enligt uppfinningen utnyttjar sålunda alltid de förverkligade processvardena vid tidigare tid- punkter då den gör beslut om kommande ställvärden. På detta sätt regleras torkningen på basis av àterkopplingen alltid på det mest fördelaktiga sättet med avseende pà sprickbildningen oberoende av störningar i processen. Denna princip kan kallas anpassningsbar on-line-styrning.

Anpassningsbar styrning avser i samband med uppfinningen, att den som resultat av modellsimuleringen utrâknade medelfukthalten pà- verkas genom utnyttjande av den uppmätta fukthalten i virket. Om simuleringsresultatet avviker från mâtresultatet, d.v.s. virket som torkas har t.ex. annorlunda förhållande mellan kärnved och ytved än det antagna, korrigeras modellens inre parametrar på sådant sätt, att modellen ger samma resultat som mätanordningen.

På detta sätt beaktas virkets bristande homogenitet och kompense- ras i startskedet feluppmätta eller feluppskattade utgángsvârden, närmast gällande virkets täthet och utgångsfuktighet. Anpassnings- barhet i samband med on-line-teknik resulterar i "intelligent" torkautomatik. där torkschemat omformas individuellt för varje torksats med beaktande av virket som torkas och de kvalitetskrav som användaren uppställt.

Genom uppfinningen uppnås flera i praktiken viktiga fördelar: - Vinter- och sommarförhållanden kräver olika förvärmnings- tider vid startande av torkningen. I detta inledningsskede sker torkning som tidigare styrmetoder inte beaktar. Sys- temet enligt uppfinningen övervakar hela tiden situationen 507 015 10 15 20 25 30 35 6 genom beräkning och beaktar automatiskt inverkan av för- värmningen.

- Inverkan av störningar 1 processen (t.ex. sänkt temperatur av cirkulationsvatten) minskar och modellen kan göra rätta reglerrörelser med avseende på virkeskvaliteten oberoende av temperaturnivân. Om störningen är av den storleks- ordningen att reglersystemet inte förmår reglera processen, så uppskattar modellen den skada som virket lidit och fort- sätter torkningen med detta nya sprick-kriterium.

- Den anpassningsbara regleringen korrigerar de variationer som beror på ohomogent virke.

- Torkscheman behövs inte eftersom torkschemat anpassar sig optimalt skilt för sig vid varje torkning.

- Virkeskvaliteten kan väljas före torkningen.

- Modellen uppskattar den slutliga fukthalten i virket och den slutliga torktiden.

I det följande beskrivs uppfinningen i detalj under hänvisning till några i figurerna på bifogade ritning visade tillämpnings- exempel på uppfinningen. Uppfinningen är dock inte på något sätt snävt begränsad till detaljerna av dessa exempel.

Fig. 1 visar ett vertikalt tvärsnitt av en förut känd kammartork, i samband med vilken styrsystemet enligt uppfinningen kan tilläm- pas.

Fig. 2 visar ett blockschema över ett system enligt uppfinningen för styrning av en tork.

Fig. 3 och Å visar grafiskt ett kalkyleringsexempel på en simule- ring som tillämpas i samband med uppfinningen. 10 15 20 25 30 35 507 015 5 Pig. 1 visar en kammartork 10, i vilken virkespaket K1,K¿,K3, som skall torkas, införs i en sats på torkvagnar längs skenor genom en främre dörr ll. Genom denna förs även hela den torkade satsen ut i ett parti. Ovanför virkespaketen K1,K2,K3 i kammartorken är anord- nad en vågrät skiva 13, som tillsammans med ett mellantak 17 i torken begränsar en luftkanal 14. I denna luftkanal 14 ar anordna- de en av en motor l5a driven fläkt 15 och ett värmeelement 16, till vilket värmemedium förs genom rör l6a. Med luftkanalen 14 är dessutom förenade ett frånluftsrör 19 med ett reglerspjåll l9a och ett tilluftsrör 20 med ett reglerspjäll 20a. Rören 19 och 20 myn- nar i uteluften ovanom torkens 10 vattentak 18. I samband med nedre delen av tilluftsröret 20 finns vattensprutanordningar 21, med vilka tilluftsströmningen F¿n kan befuktas med vattenstrålar S.

Vatten förs till sprutanordningarna genom rör 2la.

I båda främre och bakre änden av luftkanalen 14 är anordnade mät- givare 22a,22b, med vilka torrtemperaturen TK och våttemperaturen Ik av cirkulationsluften Fl-F3 och fukthalten u i virket kan mätas.

Virkets fukthalt u kan mätas på i och för sig känt sätt t.ex. ge- nom vägning eller genom kapacitiv eller resistiv mätning. Den av fläkten 15 církulerade torkluften strömmar i pilens Fl riktning till ett utrymme lhb i torkkammaren, varifrån luften går i pilens FZ riktning genom de ströförsedda virkespaketen K1,K2,K3 till ett utrymme lha framför dörren ll och därifrån vidare i pilens F, rikt- ning till sugsidan av fläkten 15. Genom reglering av luftrörens 19,20 reglerspjáll l9a,20a kan fukthalten i cirkulationsluften F1,F2,F3 behärskas. Med elementet 16 behârskas temperaturen av cirkulationsluften. Luftrörens 19,20 reglerspjäll l9a,20a har manöveranordníngar l9b,20b såsom elmotorer, med vilka luftström- ningarna Fu,och Fm” behârskas. Med en reglermotor l6b för en tre- vâgsventil för elementet 16 behärskas i sin tur temperaturen av cirkulationsluften och med en reglermotor 2lb sprutningen S av befuktningsvatten. Rotationsriktningen av fläktens 15 motor 15a kastas om med lämpliga mellanrum, så att riktningen på luftcirku- lationen F1,F§,F§ genom virkespaketen K¿,K2,K3 växlar med lämpliga mellanrum för åstadkommande av jämn torkning. 507 015 10 15 20 25 30 35 6 Den ovan beskrivna kammartorken är i huvudsak förut känd, och den har i detta sammanhang beskrivits enbart som en miljö för tillämp- ning av styrsystemet enligt uppfinningen.

Pig. 2 visar ett utföringsexempel på det anpassningsbara on-line- styrsystemet enligt uppfinningen. Systemet omfattar en logikenhet 21, en anvandaranslutning 22 och en torkschemasimulator 23. Simu- latorn 23 innehåller en simuleringsmodell av fuktöverföríng- torkspànning.

Torkprocessmodellen som tillämpas i samband med uppfinningen är lagrad för schemasimulatorn 22. Denna modell år skapad på basis av provkörningar av torkprocessen, mätningar och torkteori utgående från risken för sprickor i virket. Processmodellen enligt uppfin- ningen är för minimering av onoggranheter anpassningsbar på sådant sätt, att en eller flera bestämda parametrar i modellen är öppna variabler, som adapteras 1 ratt riktning på basis av matdata m från torkprocessen så att processmodellen som resultat för de upp- mätta parametrarna ger värden motsvarande mätresultaten.

Från schemasimulatorn 23 erhålls i form av en signal s ställvärden för styrsystemet t.ex. ställvärden för den relativa fuktigheten Rh av cirkulationsluften Fl-Fa och ställvarden för torrtemperaturen TK av cirkulationsluften. Från den bildskärmsterminalförsedda använ- daranslutningen 22 inmatas (signal a) utgängsvärden i schemasimu- latorn 22 t.ex. träslag, dimension, utgàngsfukthalt och täthet av satsen som skall torkas, hastighet av torkluften som används och högsta tillåtna spänningsnivå i virket. Användaranslutningen 22 får från logikdelen 21 (signal b) olika visade data, såsom data om processtillstând och uppskattad torktid.

Från torken 10 inmatas i logikdelen 21 mâtdata såsom den relativa fuktigheten Rh av cirkulationsluften Fl-P3, temperaturen TK av cirkulationsluften och fukthalten u i virket, vilket är betecknar med en mätsignal m. Dessutom förmedlas från logiken 21 till torken 10 ställvarden erhållna från schemasimulatorn 23, vilket är be- 10 15 20 25 30 35 507 015 7 tecknat med signal c. Mätuppgifterna erhålls från givarna 22a och 22b. I logikdelen 21 bildas signaler m-s, som uttrycker skillnaden mellan de ovannämnda âterkopplade mätuppgifterna m och ställvarde- na s. På basis av dessa signaler bildas reglersignaler c, som styr reglermotorerna l9b,20b för reglerspjállen l9a,20a, manövermotorn l6b för ventilen till värme-elementet 16 och/eller manövermotorn 2la för ventilen till vattensprutanordningarna 21 och eventuellt även rotationsriktningen och/eller hastigheten av flàktmotorn l5a.

I det följande beskrivs ett med ovan förklarade styrsystem förverkligar simuleringsexempel.

De utgàngsvärden som simuleringsmodellen erfordrar för uppskatt- ning av virkestorkningen genom kalkylering är följande: träslag: tall dimension: 75 x l5O mm utgångsfukthal: 60 % täthet: 1-60 kg/ma lufthastighet: 4 m/s Den maximala spänningsnivån i virket fastställs till l,0{ vilket motsvarar ca 10 % sprickor i ytveden.

I räkneexemplet försöker símuleringsmodellen reglera temperatur- skillnaden eller den relativa fuktigheten så att spänningen håller sig vid det fastställda gränsvärdet (1,0). Resultatet är alltså ett optimalt torkschema, där TFM-punkten - träfibrernas mättnads- punkt d.v.s. den punkt där spänningarna snabbt stiger har klar- lagts genom beräkning. Problemet är att beräkningen inte håller streck om torkschemat inte förverkligats i det tidigare skedet av torkningen. Genom matning av verkliga i processen uppmätta värden till modellen och genom uträkning av följande ställvârden på basis av dessa kan detta fel undvikas. Resultatet är ett system som alltid strävar att reglera processen på sprickriskens villkor. 507 015 10 15 8 I fig. 3 avbildar en kurva 5 spänningen enligt ovannämnda simule- ringsexempel i virket som torkas som funktion av torktiden t. En med streckad linje H ritad kurva avbildar virkets fukthalt u som funktion av tiden t. Vid tidpunkten t - 0 förs paketen K1,K2,K3 som skall torkas in i torken och vid tidpunkten t - ti påbörjas den egentliga torkningen, som enligt fig. 3 och 6 varar ca 275 h.

Torkningen fortskrider enligt den heldragna kurvan S på sådant satt, att risken för sprickor i virket håller sig inom ett område AS mellan en övre gräns Sy och en undre gräns SA.

Fig. 4 visar torktiderna t som funktion av temperaturen T av cir- kulationsluften med utgångsvården enligt ovan beskrivna simule- ringsexempel, varvid en kurva Ik avser torrtemperaturen av cirkula- tionsluften P1-F, och en streckad kurva TH våttemperaturen.

Uppfinningens olika detaljer kan variera och avvika från det ovan endast som exempel angivna inom ramen för den i vidstàende patent- krav definierade uppfinningstanken.

Claims (6)

10 15 20 25 30 q 5 Û 7 Û 'i 5 Patentkrav

1. l. Förfarande för styming av funktionen av en virkestork, speciellt en kam- martork (10), vid vilket förfarande man styr temperaturen (T) på luften som går genom vir- kesomgången (KU Kz, K,) som skall torkas och fuktigheten (Rh) under det att torkningspro- cessen framskrider, och vid vilket förfarande torkningsprocessen regleras med ett återkopp- lat system, med vilket man ger nya börvärden (S) för torkningsprocessen, kontinuerligt eller med lämpliga mellanrum, och till vilket system man leder mätdata (m) på basen av vilka systemet adapteras till ett tillstànd som motsvarar torkningsprocessen, k ä n n e te c k n a t därav, att man vid förfarandet använder en simulator (23) för torkningsschemat, varvid man i modellen för torkningsprocessen som registrerats i denna lärnnar kvar en given eller givna parametrar som variabler, vilkenlvilka adapteras i rätt riktning på basen av mätdata (Rh, TK, u) som erhållits från processen, att man vid förfarandet som nämnda processmodell använ- der sig av en simuleringsmodell för fuktöverföringen och spänningen vid trätorkningen, med vilken modell man genom kalkyler uppskattar risken för att virket skall spricka i de olika skedena av torkningen och att man matar den största tillåtna risken för sprickor till styrsys- temet i början av torkningen av omgången, alltså den eftersträvade söndersprickningspro- centen.

2. Förfarande enligt patentkrav 1, k ä n n e t e c k n a t därav, att sönder- sprickningsrisken för virket som ska torkas, utgångsfiiktigheten, dimensionen och vir- keskvaliteten, matas till styrsystemet, på basen av vilka torkningsprocessmodellen simulerar börvärdena för processen vid en första tidpunkt, efter vilket man till processmodellen matar de från torkningsprocessen måtta, genomförda processvärdena på basen av vilka börvärdena vid följande tidpunkt av torkningen räknas ut och att processvärdena som genomförts vid de föregående torkningstidpunkterna används pâ ett sätt enligt simuleringsmodellen vid defini- tionen av kommande börvärden för processen.

3. Förfarande enligt patentkrav 1 eller 2, k ä n n e t e c k n at därav, att man vid förfarandet tillämpar en logikenhet (21), till vilken man leder mätdata (Rh, TK, u) från torkningsprocessen (10) och som ger reglersignaler (c) till funktionsanordningarna av tork- ningsprocessen, såsom till reglermotorerna (l9b, 20b) av reglerorganen (19a, 20a) för luftcirkulationen eller till funktionsanordningarna (l6b) som reglerar temperaturen på upp- värmningsmediet och att man från nämnda logikdel (21) matar mätdata (Rh, TK, u) till tork- so? 015 *Û ningsschemasimulatorn (23), från vilket man erhåller börvärden (Rh, TK) fór torkningspro- cessen till logikenheten (21).

4. Förfarande enligt något av patentkraven 1-3, k ä n n e t e c k n a t därav, att man med processmodellen som tillämpas vid förfarandet också uppskattar slutfuktigheten 5 av den torkade virkesomgàngen och/eller den slutgiltiga torkningstiden av omgången.

5. Förfarande enligt något av patentkraven 1-4, k ä n n e t e c k n a t därav, att man vid förfarandet använder sig av en drivanslutning (22) som är försedd med visnings- anordning, via vilken anslutning man matar utgångsvärden (a) för torkningen till torknings- schemasimulatorn (23) och att man matar visningsdata (b) från styrsystemets logikenhet (21) 10 till drivanslutningens (22) visningsterminal.

6. Förfarande enligt något av patentkraven 1-5, k ä n n e te c k n at därav, att man vid förfarandet mäter den relativa fuktigheten (Rh) på torkningsluften frän tork- ningsprocessen, torrtemperaturen (T K) och virkets fuktandel (u) och att den relativa fuktig- heten (Rh) på torkningsluften och torkningsluftens torrtemperatur (TK) ges som börvärden 15 från torlcningsschemasimulatorn (23) for regleringen av torken (10).