Слежку ведут знатоки

Иного и хлебом не корми, дай сэкономить на технологии, рабочей силе, да материалах. Только скупость кустарных дел мастеров чаще заканчивается провалом, а серьезный производственник обратится к специалистам, стряхнёт пыль с гранитной плиты науки, да и перешерстит форумы завсегдатаев-профессионалов, ведь за древесиной нужен глаз, да глаз!

Профессионалы утверждают, что сушка древесины представляет собой сложный технологический тепло- и массообенный процесс. Как правило, львиная доля производителей сушильного оборудования уже при проектировании разрабатывает схематическую модель сушильной камеры с комплексом приборов мониторинга технологических параметров, формируя предложение «под ключ». Однако на сегодняшний день стала популярной практика подбора отдельных элементов и программ автоматизации и мониторинга и оснащения ими сушильных агрегатов согласно требованиям заказчика.

Современные автоматизированные системы мониторинга и управления технологическими процессами строятся по иерархическому принципу. В идеале каждый уровень представляет гибкую подсистему, которую можно перестраивать в зависимости от технических требований. Например, система, состоящая из четырёх уровней, включает в себя:

• совокупности первичных датчиков, приборов и исполнительных устройств;
• совокупности локальных сетей, включающих в себя один или несколько измерительно-управляющих контроллеров;
• совокупности каналов связи, обеспечивающих связь между локальными сетями и диспетчерским пультом;
• диспетчерский пульт.

«Современная контрольная система измеряет в основном три параметра: температуру, влажность воздуха, влажность древесины. Они определяют настройки режимов сушки. Роль контрольной системы самая важная в процессе, так как то, что нельзя измерить, тем невозможно управлять. Материал сушится на основании тех данных, которые выдаёт измерительная аппаратура. Если контрольная система некорректно получает данные, результат сушки тоже будет не тот, который ожидаешь. Очень важно поставить измерительную аппаратуру (зонды, датчики) в правильном месте (в камере и в пакете заготовок), так как по 8 или 16 точкам съёма параметров сушится весь объём загрузки сушильной камеры. На самом деле, информация о том, как правильно загрузить сушильную камеру, поставить зонды, выдержать зазоры между пакетами, толщина и размер прокладок, расстояние между прокладками — это целый раздел науки», — поясняет генеральный директор SIA «BaltBrand» Арнис Зивертс.

Вся власть советам

Цикл общения компьютера с контроллером должен состоять из нескольких этапов. На первом компьютер осуществляет инициализацию системы, разрешая оператору загрузить программу-график сушки древесины. Программа содержит необходимую информацию, учитывающую тип древесины, размер брусьев и количество блоков, загружаемых в камеру. Как правило, алгоритм сушки задаёт заказчик, под него и разрабатывается программа сушки.

Арнис Зивертс со всей серьёзностью советует подходить к выбору сушильного комплекса: «Мы рекомендуем выбирать ту систему, которая позволяет вносить изменения в программу, видеть параметры всех циклов сушки, видеть и сохранять графики и таблицы для дальнейшего анализа и улучшения путём внесения изменений в режимы, чтобы в случае ошибок иметь возможность выявить причины. В том числе из любой точки мира на основе удалённого доступа через Интернет».

После запуска процесса сушки древесины компьютер с интервалом, заданным оператором, запрашивает у контроллера данные измерения с датчиков температуры и влажности, а также позицию всех реле, участвующих в процессе. После обработки полученной информации компьютер посылает контроллеру команду о новом положении реле, которую тот выполняет. Через заданный интервал времени цикл повторяется. На экране монитора строится график изменения параметров. Время сушки древесины может длиться от 38 до 200 часов. После окончания цикла сушки компьютер посылает команду закончить процесс, и контроллер, выполняя команду, устанавливает все механизмы сушилки в исходное состояние.

«Если под системой мониторинга понимать систему локальной или удаленной диспетчеризации, то в чистом виде такие системы присутствуют только на очень крупных предприятиях, как правило, оснащённых камерами непрерывного действия. Для предприятий с камерами периодического действия в составе системы автоматического управления опционально или штатно поставляется программа для ПК, которая при включённом ПК осуществляет функции сбора и хранения информации о процессе сушки. Но без непрерывного дежурства возле экрана ПК или установленной системы оповещения, это не диспетчеризация — это SCADA система», — рассказывает руководитель ООО «ЕнисейПромАвтоматика» Денис Павлов.

Управление процессом с ушки древесины может быть автоматическим, полуавтоматическим или ручным. При нынешних требованиях к качеству высушенной древесины ручной способ управления может рассматриваться только как вспомогательный или аварийный. Системы управления процессом сушки древесины (автоматика и полуавтоматика) в обязательном порядке должны иметь режим ручного управления. Рано или поздно возникают внештатные ситуации, требующие вмешательства оператора.

Многие производственники задаются вопросами: существует ли возможность качественно осуществлять сушку древесины в камерах без систем мониторинга, и может ли опытный технолог обойтись без них?

«Можно, в случае, когда всё работает в постоянном режиме, не меняются сечения и породы древесины, не меняется, не отдыхает и не болеет оператор, пакеты всегда набирают очень ответственные работники, после этого происходит контроль перед загрузкой, корректно измеряется начальная влажность, зонды вставлены в правильные места, нет сбоев по температуре на подаче, корректно и без сбоев работает электроснабжение. Однако истинная картина, цена ошибок и боль известна, в большинстве случаев, только собственнику», — говорит Арнис Зивертс.

МНЕНИЕ ЭКСПЕРТА

«Для выпуска качественных систем управления необходим большой штат узких специалистов, обширная база знаний, лаборатории и немалое количество экспериментов. При этом производитель сушильных камер должен находиться в тесном контакте с разработчиком для предоставления обратной связи с полей, и на основании этого внесения изменений и улучшений в устройства».

Оборудование камер сушки автоматикой позволяет обеспечить оптимальные по качеству и цене условия сушки древесины.

Системы полуавтоматического управления устанавливают на небольшие сушильные камеры, так как автоматика имела бы слишком большой срок окупаемости. Управление отдельными исполнительными механизмами сушильной камеры, не требующими периодических переключений, осуществляется вручную. Например, вентиляторы: в небольших камерах не требуется реверс воздушного потока поэтому они включаются в начале с ушки пиломатериалов и выключаются при её окончании. Поддержание заданных климатических условий при сушке древесины осуществляется с помощью недорогих, серийно-выпускаемых блоков — регуляторов температуры и влажности воздуха.

«Стоит отметить, что универсальных путей модернизации производства нет, в каждом случае свой диагноз и решения. Есть сушилки, которые дешевле поменять полностью, чем модернизировать, всё упирается в целесообразность, которая зависит от ожиданий и возможностей клиента (ожидаемый срок эксплуатации после внесения изменений, финансовые возможности, время на переоснащение и прочее). В некоторых случаях достаточно добавить управление несколькими параметрами и результат будет превосходным (модернизация системы увлажнения, повышение мощности калориферов, изменение параметров воздушного потока и так далее)», — рассуждает управляющий SIA «BaltBrand».

Простая зависимость непростых величин Некоторые поставщики не оснащают сушильные камеры влагомерами древесины, объясняя это тем, что процесс сушки пиломатериалов можно вести по времени или тем, что определение влажности древесины можно осуществить косвенным путём — по температуре и влажности воздуха.

В обоих случаях подобные заявления неверны, так как продолжительность фазы режима сушки пиломатериалов зависит от региона (и даже места) произрастания, возраста дерева, вида распила и многих других факторов.

«Желаемый объём качественного материала можно получить только в случае загрузки в камеру качественного материала, то есть важно, когда лес заготовили, когда и как распилили, как и сколько времени хранили перед сушкой. Из некачественного сырья невозможно получить хорошее качество, но из качественного сырья очень просто получить брак при несоблюдении требований и параметров сушки, поэтому развитие систем управления идёт на повышение качества мониторинга на всех этапах, начиная от измерения изначальных параметров на входе», — уточняет Арнис Зивертс.

Следовательно, это время непостоянно и не может являться надёжным условием перехода на следующий этап сушки древесины. Также по влажности и температуре воздуха можно рассчитать только влажность поверхностного слоя пиломатериала, а не его действительную влажность. И тут существует очень высокая вероятность того, что переход на следующую фазу режима сушки будет проведён преждевременно, что в свою очередь приведёт к ещё большему градиенту влажности по толщине материала пока пиломатериал не будет испорчен. Обычно сушильщики называют этот процесс засушкой поверхностного слоя. Поэтому блок измерения влажности пиломатериалов является необходимым для процесса сушки оборудованием. Системы мониторинга большинства зарубежных производителей камер оснащены датчиками равновесной влажности. Отечественные же эксперты больше склоняются к психрометрам.

«Датчики ЕМС (равновесное содержание влаги) здесь, скорее всего, подразумеваются как RH-датчики (относительной влажности). К ним отношение отрицательное. Valutec использует, главным образом, гигрометры для измерения температуры влажного термометра в туннельных и периодических камерах. Преимущества этого типа измерения в том, что это экономически более эффективно и технологически проще, чем при RH-датчике», — с уверенностью заявляет директор компании Valutec в Финляндии Микко Питкянен.

На самом деле торговые площадки отечественных фирм и стран зарубежья предлагают обширный выбор систем мониторинга на базе контроллеров и в составе автоматики для сушильных камер. Отметим устойчивую концентрацию российских предложений в этом направлении среди иностранцев, хотя всё ещё чувствуется непреодолимая тяга к заморскому аналогу, на базе которого отечественный производственный корпус плодит свои заметные достижения. Хватает и таких, чьи стремления облагородить изрядно потрёпанное оборудование посредством автоматики в итоге приносят свои плоды.

«В подавляющем большинстве случаев техническое перевооружение сушильных камер менее затратное, чем покупка новых, при условии, что камеры не отработали более половины своего ресурса (срок эксплуатации до 7-10 лет). Если камеры старше, то нужно рассматривать каждый вариант индивидуально», — рассуждает Денис Павлов.

Братья по разуму

В сущности, и отечественные, и импортные системы мониторинга, разрабатываемые на базе контроллеров, в основной своей массе комплектуются пользовательским интерфейсом, основанном на графическом дисплее. Во многих контроллерах применена система «интеллектуальных ключей» для сохранения или воспроизведения ранее использующихся программ сушки, а также защита от несанкционированного доступа. Другие же системы наделены усилителями сигналов датчиков для удобства расположения управляющего пульта. Разработчики оснащают оборудование всевозможным дополнительным нужным функционалом, например, при работе с автоматикой неквалифицированного персонала есть возможность устанавливать программы с чип-карт. Последние могут поставляться как со специальными программами, так и чистыми, и готовыми для программирования их самим пользователем. Спектр технических возможностей действительно безграничен, что позволяет клиентам сделать выбор в пользу любого оборудования и программного обеспечения в разрезе нужд собственного производства.

МНЕНИЕ ЭКСПЕРТА

«Если говорить о промышленной сушке пиломатериалов, где наибольшее предпочтение уделяется надёжности, повторяемости результатов, то наиболее правильно использовать датчики, которые не требуют постоянного обслуживания, а, следовательно, отсутствует «человеческий фактор». Такие датчики изготавливают на базе электронных чувствительных элементов Honeywell, Sensirion или Vaisala, они измеряют относительную влажность воздуха или влажность воздуха и температуру».

Впрочем, по словам Арниса, не все системы управления камерами содержат функции мониторинга, и сегодня, действительно, немногие производители сушильных камер могут себе позволить разработку, поддержку и развитие собственной системы автоматического управления.

Для систем мониторинга стоимость контроллеров зарубежных марок с учётом НДС варьируется в следующем диапазоне:

• полуавтоматический контроллер LG38 — 540 евро;
• автоматический контроллер HELIOS (2T,2E,4MC) — 1100 евро;
• автоматический контроллер DELPHI (2T,2E,6MC) — 2100 евро;
• автоматический контроллер LItouch (2T,2E,6MC) — 2100 евро;
• автоматический контроллер dTOUCH (2T,2E,6MC) — 2300 евро;
• автоматический контроллер dTOUCH XL (2T,2E,6MC) — 2750 евро;
• программа дистанционного контроля и управления — 1000 евро.

Отечественные же разработки имеют несколько иную ценовую категорию. В данном случае стоимость готовой автоматики, включающей систему мониторинга, с НД С составляет в среднем 160 000 рублей на одну камеру, если циркуляция воздуха реверсивная (большие камеры). Если циркуляция воздуха не реверсивная (маленькая камера, обычно не более 20 кубов), автоматика имеет примерную цену в 118 000 рублей на одну камеру.

При этом всегда стоит учитывать в статье затрат и стоимость услуг по внедрению или адаптации системы автоматизации, при необходимости написание программного обеспечения, монтаж и запуск сушильного оборудования.

По мнению директора ООО «M-ИМПУЛЬС» Михаила Граховского, любая интеллектуальная система, создаваемая для мониторинга того или иного производства, формируется по накопленным исходным данным разработок и аналогов. Конечно, её можно и н еобходимо а даптировать под то производство, где она установлена с учётом местных особенностей. Хотя на практике среди производственников наиболее популярна следующая модель поведения: зачем привлекать программиста, да ещё деньги за это платить. Гораздо проще содрать или слизать у кого-то, но ведь это не всегда работает. Безусловно, имея базовую работающую модель оборудования, установить любую автоматику и навязать ей алгоритм работы — задача не из простых, но приходится решать и такие головоломки.

МНЕНИЕ ЭКСПЕРТА

«Обратился ко мне один из клиентов с вопросом: «А стоит ли покупать камеру с СВЧ, сделанную в Китае?». Преимуществ сушки в поле СВЧ нет — это лишь способ нагрева, и лучше камер именно пресс вакуумных на сегодняшний день тоже нет. Совместить, именно мне, СВЧ нагрев с пресс вакуумной камерой ПВСК не составит труда, но есть очень существенный отрицательный фактор — вредность и дороговизна! По цене камеры ПВСК — камеры двойного назначения с электрическим нагревом — безусловно, дешевле, чем камеры с СВЧ нагревом. Однако ни один производитель не пишет об их экологической вредности и опасности. И, тем более, о ряде конструктивных недостатков, которые выявляются при работе с ней. Сам способ имеет право на жизнь и во многих конструкциях оборудования уже давно применяется, но если не нарушается физика. А в этой конструкции сплошные нарушения.

Применение диапазона частот: мощные генераторные лампы выпускаются на определённый диапазон частот 910 МГц, 1.2 ГГц, 2.4 ГГц, 5.6 ГГц и т. д., которые определяют длину волны. И чем короче длина волны, тем на меньшую глубину проникает поле в древесину. При частоте в 910 МГц длина волны 33 см, при использовании 3-метровой доски в камере будет 18 точек нагрева, а при частоте 5.6 ГГц длина волны 5 см, для той же доски 3-метровой будет 120 точек нагрева. Каждому типу древесины присущ такой параметр, как «окно прозрачности» для данной длины волны. Я не буду раскладывать на лигнин и целлюлозу для других составляющих частот, которые зависят от типа древесины. Но следует понимать, что в одной камере сушка сосны и берёзы в зависимости от частоты будет происходить по-разному.

Есть генератор и камера, которая является нагрузкой генератора и должна быть настроена в резонанс с частотой генератора, или же генератор должен подстраиваться под камеру. В ряде случаев, если в оборудовании предусмотрена функция настройки, то влажный материал не позволит создать в процессе сушки 100% стоячие волны и резонанс, а нагрев будет осуществляться за счёт подведенной мощности, нагреваемой корпус камеры поверхностными токами СВЧ. При высокой частоте работает скин-эффект. Если камера внутри покрыта нержавейкой, то протекающие по поверхности камеры токи нагревают её корпус значительно сильнее, чем древесину. В камерах же с алюминиевым покрытием потери были бы меньше, а соответственно, и обогрев материала — более продуктивным.

Резонанс в камере подразумевает образование СВЧ полей Е и Н для прямоугольной камеры, Т и Е — цилиндрической камеры и возникновение пучностей тока и напряжения на расстоянии длины волны при условии резонанса. Пиломатериал, загруженный в камеру, будет иметь зоны перегрева через каждые 16 см, и отследить эти зоны проблематично. Древесина больше греется в тех местах, где больше воды, и фактически выгорает изнутри. Во избежание подобных неприятностей необходимо в широком диапазоне перестраивать генератор, а это не всегда возможно. Соответственно, будет теряться резонанс камеры, падать КПД до 10% даже при условии использования модулятора, которого, на мой взгляд, в таких камерах нет.

При мощностях СВЧ более 1 кВт каждое соединение и каждая щель уплотнения крышки излучают приличную мощность (надо знать, где и как измерить). И если не согласовать с Радиочастотным Центром использование такой частоты и мощности, то последствия могут быть плачевными для покупателя.

Ни для кого не секрет, что излучение влияет не только на оператора, но и на находящихся неподалеку людей. А такой тип камер — бомба замедленного действия. После пары-тройки лет работы с таким оборудованием работник получит букет неприятных заболеваний, в том числе и репродуктивной системы.

Очевидные сложности в стоимости конструкции, с эксплуатацией и ремонтом, поскольку стоимость генераторных ламп довольно высока, да и ресурс данных комплектующих отмерен не годами — в пределах 2000 часов (зачастую зависит от модели и типа лампы). А поскольку камеры сушки работают сутками, то через 6 месяцев готовьтесь к очередным затратам. Поэтому контактный метод нагрева, примененный в пресс вакуумной камере ПВСК, считаю самым экономичным и оптимальным».