Rysunek 1. Szafka z urządzeniami sterowniczymi. System sterowania procesem suszenia drewna Strona 1 z 5

Transkrypt

1 System sterowania procesem suszenia drewna Na etapie projektowania systemu, w oparciu o wyniki najnowszych badań Wydziału Technologii Drewna Akademii Rolniczej w Poznaniu, dokonaliśmy oceny przydatności zastosowania centralnego sterowania procesem suszenia drewna do produkcji meblarskiej oraz wydajności takiego systemu. Wynik tego badania zaskoczył nas bardzo. Historia Użytkownik systemu: Zakład Produkcyjny Przemysłu Drzewnego WUTKOWSCY Sp. z o.o. w Śliwicach Wykorzystane produkty: GE Intelligent Platforms: VersaMax Micro Okazało się bowiem, iż zastosowanie wielofunkcyjnego centralnego układu sterowania procesem suszenia daje możliwość połączenia dwu metod suszenia poprzez wybranie z każdej z nich tych procedur, która zapewniają uzyskanie najlepszych warunki w całym procesie. Dzięki temu można uzyskać najwyższe parametry suszonych elementów przy zminimalizowaniu odpadów, a także zredukować dodatkowe czynności związane z suszeniem drewna różnych gatunków z zachowaniem warunków optymalnych dla każdego z nich. Niebagatelne znaczenie ma też fakt wykluczenia czynnika ludzkiego, czyli zaangażowania osoby nadzorującej w trybie ciągłym pracę suszarni, ręcznych zmian parametrów procesu - w ten sposób wyklucza się możliwość popełnienia błędu i narażenia zakładu na straty. Rysunek 1. Szafka z urządzeniami sterowniczymi. System sterowania procesem suszenia drewna Strona 1 z 5

2 Potrzeby W fazie przygotowań do omawianej poniżej inwestycji, znając specyfikę zakładu, przeprowadziliśmy szczegółowy przegląd dostępnych na rynku ofert z zakresu urządzeń sterujących pod kątem następujących kryteriów: niezawodność; prostota obsługi; możliwość wielofunkcyjnego programowania; gwarancja i serwis; kompetencja dystrybutora i jego rzetelność oraz wiarygodność na rynku; cena podzespołów niezbędnych do realizacji projektu. Biorąc pod uwagę powyższe kryteria, zdecydowaliśmy się na zakup sterowników GE Intelligent Platforms w firmie ASTOR, zachęceni m.in. opiniami innych klientów firmy, użytkujących te urządzenia. Niebagatelne znaczenie miała dla nas także różnorodność oferowanych sterowników, umożliwiająca wybór sterownika optymalnego pod względem ceny i możliwości technicznych (maksymalne wykorzystanie możliwości CPU bez konieczności wyposażania sterownika w dodatkowe moduły). Schemat systemu Istnieją na rynku rozwiązania tańsze pod względem inwestycyjnym, popularnie stosowane w zakładach rzemieślniczych, a mianowicie urządzenia kontrolujące proces suszenia drewna w komorach izolowanych - konwekcyjnych, odczytujące wartość temperatury i wilgotności w komorze suszarniczej. W tym przypadku regulacja czynnika grzewczego i wilgotności nastawiana jest ręcznie, a nadzór nad procesem prowadzi osoba obsługująca suszarnię. Ponieważ system pomiarowy tego typu odczytuje tylko dwie wartości - temperaturę powietrza i wilgotność w komorze suszarniczej, nie pozwala on na kontrolowanie wilgotności wgłębnej suszonych elementów, a tym samym nie daje gwarancji jakości drewna użytego do produkcji. Wystąpienie błędów w procesie suszenia z zastosowaniem takiego układu pomiarowego może powodować straty od 20% do 56% wartości wsadu *. Stąd też, nawet jeśli w początkowej fazie inwestycji w komorę suszarniczą użytkownik poniesie mniejsze nakłady finansowe, w trakcie jej użytkowania może narazić się na niepotrzebne straty, a w efekcie - wzrost kosztów produkcji. Pamiętać też należy, że wady powstałe w procesie suszenia nie zawsze ujawniają się zaraz po wyjęciu wsadu z suszarni, często zdarza się bowiem, iż są one widoczne dopiero po obróbce wstępnej drewna, a czasem dopiero w trakcie użytkowania wyrobu. Z tego też względu profesjonalne układy pomiarowe wyposaża się w trzeci składnik - system pomiaru wilgotności wgłębnej suszonych elementów. Pozwala to na ustawienie temperatury i wilgotności w komorze w taki sposób, aby proces suszenia następował równomiernie na całej powierzchni oraz wewnątrz suszonych elementów. Zastosowanie pomiaru wilgotności wgłębnej pozwala zmniejszyć straty do około 5 15%. System sterowania procesem suszenia drewna Strona 2 z 5

3 Rysunek 2. Zespół suszarni. Podsumowując, na proces suszenia mają wpływ trzy zasadnicze czynniki - temperatura powietrza, jego wilgotność oraz wilgotność wgłębna suszonych elementów. Aby w pełni zsynchronizować wymienione czynniki w procesie suszenia, należy zastosować system sterujący urządzeniami stanowiącymi wyposażenie komory suszarniczej. Temperaturą należy sterować tak, aby umożliwić optymalne odparowywanie wilgoci z suszonego drewna, zaś wilgotnością powietrza w taki sposób, aby proces suszenia przebiegał równomiernie i nie pozwalał na zasklepienie się powierzchniowe wsadu, co uniemożliwiłoby odprowadzenie wilgoci z głębszych warstw drewna. Wystąpienie tego błędu w procesie suszenia naraża producentów na największe straty, ponieważ ujawniają się one dopiero w późnej fazie produkcji, a nawet w czasie użytkowania wyrobu, powiększając straty nie tylko o bardzo wymierne koszty robocizny i energii potrzebnej w produkcji, ale także o nieprzyjemności związane z przyjmowaniem reklamacji. Opłaca się więc zainwestować w sprawdzony, profesjonalny system, pomimo początkowych wysokich, wydawałoby się, kosztów wyposażenia komory suszarniczej w centralny układ sterowania. Rozwiązanie to przynosi bowiem ewidentne korzyści eksploatacyjne, mniejsze koszty produkcji oraz możliwość wykorzystania komory w pracy ciągłej. Realizacja W omawianej instalacji zastosowano sterownik programowalny VersaMax Micro firmy GE Intelligent Platforms. Umożliwia on uzależnienie przebiegu procesu suszenia od pomiarów początkowych, co jest istotne z uwagi na fakt, że z komory suszarniczej korzysta się w różnych porach roku. Przykładowo, latem wsad drewna składowanego na terenie otwartym jest powierzchniowo suchy i w dni słoneczne ma znaczną temperaturę. W tym więc przypadku, po dokonaniu wstępnych pomiarów wilgotności, sterownik automatycznie zmodyfikuje pierwszy etap procesu suszenia, a więc rozpocznie od zwiększenia wilgotności wsadu, tak aby umożliwić odparowywanie głębszych warstw drewna. System sterowania procesem suszenia drewna Strona 3 z 5

4 Z kolei w zimie, przy temperaturze zewnętrznej w granicach -15 C, wsad składowany na otwartym terenie jest zamrożonym - wówczas sterownik rozpocznie proces suszenia od równomiernego ogrzania wsadu do odpowiedniej temperatury pozwalającej na odparowywanie - suszenie. Zdarzyć się też może, iż do komory trafi wsad o dużej różnicy wilgotności w sztaplach - tu pierwszym zadaniem sterownika będzie doprowadzenie do uzyskania maksymalnie jednolitej wilgotności wsadu, co pozwoli na prawidłowe, czyli równomierne wysychanie całości. VersaMax Micro umożliwia także zachowanie optymalnych warunków suszenia dla różnych gatunków drewna. Sterownik kontroluje w trybie ciągłym temperaturę powietrza w komorze, sterując otwieraniem zaworów układu grzewczego oraz kierunkiem obrotów wentylatorów w taki sposób, aby całość wsadu była równomiernie przewietrzana, a zatem równomiernie suszona. Jednocześnie, sprawdzając poziom wilgoci i poziom wysuszenia wgłębnego wsadu, steruje on nasyceniem powietrza wilgocią poprzez uchylanie i zamykanie klap wentylacyjnych oraz otwieranie i zamykanie zaworów wodnych. Zaprogramowany proces suszenia może być wstrzymany w każdej chwili, np. z powodu braku energii elektrycznej. Po wznowieniu pracy cykl rozpocznie się od momentu wstrzymania bez konieczności ponownego ręcznego uruchamiania, odnosząc się do wartości odczytanych z układów pomiarowych - a nie, jak to się dzieje w przypadku innych sterowników, zapoczątkuje cykl od zera. Taka procedura minimalizuje ryzyko poniesienia przez firmę strat w wyniku zdarzeń nieprzewidzianych. Należy tu podkreślić jeszcze jedną korzyść wynikającą z zastosowania sterownika VersaMax Micro - globalne zarządzanie procesem suszenia umożliwia znaczne skrócenie czasu trwania procesu. Energia niezbędna do zasilania suszarni dostarczana jest tylko wtedy, gdy jest potrzebna, a czas przebywania wsadu w suszarni zmniejsza się o około 1/3 (warunkowane jest to przekrojem suszonych elementów), co bezpośrednio prowadzi do ewidentnego obniżenia kosztów produkcji. Ponadto VersaMax Micro nie wymaga wyposażenia w liczne urządzenia peryferyjne, jak to ma miejsce przy sterownikach innych firm, gdzie sam układ sterujący jest wprawdzie tańszy, ale łączny koszt instalacji jest równy lub większy od proponowanej, a w dodatku zamontowanie większej liczby urządzeń współpracujących zwiększa ryzyko wystąpienie awarii. Instalację centralnego sterowania procesem suszenia można z powodzeniem wykorzystać w już istniejących suszarniach starego typu. Nakłady, jakie będzie musiał w tym wypadku ponieść przedsiębiorca inwestujący w modernizację, są minimalne w stosunku do budowy nowego obiektu lub zakupu całej suszarni w wyspecjalizowanych zakładach produkcyjnych, koszt adaptacji wynosi bowiem w przybliżeniu około 20% ceny nowej suszarni (mowa tu o cenach zakupu). W ogólnym rozrachunku, biorąc pod uwagę zyski płynące z minimalizacji strat i uzyskania ciągłości pracy suszarni, nie wymagającej stałego dozoru, inwestycja zwróci się w bardzo krótkim czasie. Sprawa wygląda podobnie w przypadku adaptacji jakichkolwiek istniejących pomieszczeń gospodarczych, będących w użytkowaniu zakładów przemysłu drzewnego. Do celów suszarniczych można przystosować budynki murowane czy też pomieszczenia o konstrukcjach stalowych. Koszt takiej inwestycji powiększony jest naturalnie o wyposażenie w urządzenia wentylacyjno-grzewcze oraz w niezbędne instalacje wodne i elektryczne, lecz i w tym wypadku, szacunkowo rzecz biorąc, koszt System sterowania procesem suszenia drewna Strona 4 z 5

5 całości inwestycji nie powinien przekroczyć 50% wartości nowo zakupionej suszarni. Nie można też wykluczyć możliwości budowy takich obiektów od podstaw, na bazie istniejącego i sprawdzonego już projektu. Korzyści Omówiony w artykule centralny układ sterujący można, po niewielkim dostosowaniu programowym, z powodzeniem stosować do zarządzania wszelkimi procesami suszarniczymi, takimi jak proces suszenia płodów rolnych, runa leśnego czy też w przemyśle tytoniowym i zielarskim. Tak różnorodne zastosowanie jest możliwe dzięki podobieństwom w konstrukcjach wszystkich suszarni i wszechstronności sterowników VersaMax, które znakomicie obrazuje omawiany proces suszenia drewna. Przy budowie oprogramowania zarządzającego suszarnią wzięliśmy bowiem pod uwagę aż 16 gatunków drewna, dla każdego gatunku przyjęto zakres grubości elementów od 16 do 100 mm, zaś dla każdej grubości możliwość zastosowania trzech procesów intensywności suszenia w zależności od przeznaczenia wysuszonych elementów (meblarskie, budowlano-dekoratorskie, konstrukcyjno - budowlane itp.); a każdy z takich procesów jest zarazem uzależniony od wilgotności mierzonej początkowo. O ogromnych możliwościach wykorzystania sterownika i podległych mu urządzeń, a zarazem o skali oszczędności, jakie można uzyskać racjonalnie planując wsady do suszarni, przekonał się już użytkownik opisywanej instalacji - firma Wutkowscy Sp. z o.o. Obecnie na wyposażenie w centralny układ sterowania czeka następna suszarnia, a już dziś w Zakładzie Drzewnym w Śliwicach powstają dwie kolejne suszarnie z zastosowaniem sterowania opartego na sterowniku VersaMax Micro. Optymalizacja warunków suszenia drewna na każdym etapie procesu prowadzi nie tylko do uzyskania produktu wysokiej jakości, ale także - poprzez skrócenie czasu przebywania drewna w suszarni - do znaczącego obniżenia kosztów. Obecnie można już stwierdzić, iż zminimalizowanie odpadów powstających w wyniku nieprawidłowego suszenia oraz skrócenie do minimum czasu pracy suszarni, przy jednoczesnym zachowaniu najwyższych parametrów suszenia, prowadzi do zwrotu nakładów poniesionych przez inwestora w naprawdę krótkim czasie. * Dane oparte na badaniach Wydziału Technologii Drewna Akademii Rolniczej w Poznaniu. Katarzyna Sekudewicz, MS-auto System sterowania procesem suszenia drewna Strona 5 z 5