СВЧ-сушка древесины с применением систем управления на базе ПЛК Delta Electronics

СВЧ-сушка древесины с применением систем управления на базе ПЛК Delta Electronics
Установка «СВЧ-Лес»
Сушка леса — один из самых длительных и дорогостоящих процессов в подготовке качественного пиломатериала. Сегодня для этого чаще всего применяется конвективная технология с применением горячего воздуха, могут также использоваться топочные газы или перегретый пар. Однако эта технология имеет ряд существенных недостатков — длительное время сушки и растрескивание материала как в процессе сушки, так и после нее.

При конвективной сушке нагрев внутренних влажных слоев древесины происходит через уже высушенный верхний слой, теплопроводность которого очень низкая. В итоге встречные потоки тепла и влаги во внутренних слоях древесины существенно уменьшают скорость высушивания и процесс растягивается на 2-3 недели.

Для ускорения сушки разработчики некоторых установок используют сушильный агент повышенной температуры, вплоть до 250 °С. Наружные слои древесины при этом высыхают очень быстро. Однако внутри, на границах внешних сухих слоев древесины, нагретых до высоких температур, и внутренних влажных еще холодных слоев из-за большой разницы температур возникают напряжения, которые впоследствии приводят к растрескиванию материала или его геометрической деформации. Причём это может проявиться не только в процессе сушки, но и, например, после завершения строительства деревянного дома с применением такой ускоренно высушенной древесины.

Используя системы приточно-вытяжной вентиляции с вентиляторами, производительность которых регулируется, например, с помощью преобразователей частоты Delta Electronics, в ряде случаев удаётся обеспечить необходимые режимы конвективной сушки и оптимизировать продолжительность процесса. В то же время для сушки древесины можно использовать СВЧ-технологию, не только свободную от вышеуказанных недостатков, но и обладающую рядом других преимуществ.

СВЧ-технология сушки древесины
Учитывая особенности и недостатки конвективной сушки, специалисты давно уже занялись разработкой более эффективных методов. Автор статьи «Нетрадиционная сушка древесины: вакуумная и СВЧ», опубликованной в журнале «ЛесПромИнформ» №5 за 2004 год, — к.т.н. Фаузат Хамитович Гареев отмечал в ней, что достичь высокой скорости сушки и равномерного прогрева пиломатериала возможно только при использовании СВЧ-излучения.

Высокий коэффициент поглощения СВЧ-энергии влагой приводит к существенному ускорению процесса — время сушки материала составляет от нескольких часов до нескольких дней. А поскольку сухая древесина обладает малым коэффициентом поглощения СВЧ-энергии, то перегрев уже высушенных слоев исключен. В результате напряжение между высушенными и влажными слоями древесины полностью отсутствует, что предотвращает растрескивание и деформацию материала.

Преимущества СВЧ-технологии сушки древесины:

• позволяет передать в древесину энергию намного большей мощности, чем любая другая традиционная технология сушки
• мгновенный и бесконтактный избирательный нагрев, что позволяет получить требуемое распределение температур в древесине и точно регулировать нагрев
• преобразование практически всей СВЧ-энергии в тепловую внутри древесины
• длительность процесса высушивания составляет от нескольких часов до нескольких дней
• экологическая чистота благодаря отсутствию промежуточного теплоносителя, промышленных стоков и газовых выхлопов

 

возможность полной автоматизации процесса сушки.
СВЧ-сушка аналогична диэлектрической токами высокой частоты (~25 МГц), но осуществляется на более высоких частотах — 915-2500 МГц. При этом глубина ее проникновения внутрь древесины составляет 10-30 см. Современные генераторы СВЧ-излучения (магнетроны) обладают мощностью десятки киловатт, их КПД составляет 75-88%, а срок службы — до 5000 часов.

 

Система управления СВЧ-сушкой на основе ПЛК Delta Electronics
Автор вышеуказанной статьи, многие годы совершенствуя технологию СВЧ-сушки, добился прекрасных результатов. Установки «СВЧ-Лес», в которых она реализована, работают на многих деревообрабатывающих предприятиях как в России, так и за ее пределами. Установка «СВЧ-Лес» осуществляет сушку древесины с минимальными энергозатратами. При этом автоматизированная система управления на базе компонентов Delta Electronics позволяет не только оптимизировать время высушивания, но и получить высушенную древесину высокого качества.

СВЧ-энергия передаётся в древесину путём излучения свободных, не связанных линией передачи энергии (контуром) колебаний в пространство герметичной металлической камеры, где располагается штабель пиломатериалов. В этом случае взаимодействие электромагнитного поля с древесиной максимально и не зависит от нагрузочных способностей генераторов и характеристик древесины. Генераторы пространственно разнесены с высушиваемым материалом. Условия сушки близки к оптимальным.

Основные характеристики установки «СВЧ-Лес»:

• максимальный объем загрузки древесины в установку — 6-20 м3
• максимальные размеры штабеля древесины (ДхШхВ) — 12х1х2,3 м
• время сушки одной загрузки бревен или бруса (порода— сосна) от влажности 80% до влажности 18% — 22 часа
• производительность — 350-450 м3 бревен или бруса в месяц
• затраты электроэнергии на сушку бревен и бруса — 140-230 кВтч/м3
• СВЧ-генератор – 75 кВт, 915 МГц
• электропитание — 380 В, 50 Гц, 45-80 кВт (потребляемая мощность зависит от выбранного режима сушки). 

 

В системе управления установки «СВЧ-Лес» применяется оборудование Delta Electronics:

• Программируемый логический контроллер DVP ES2
  программируемый логический контроллер (ПЛК) DVP ES2 используется для управления током магнетрона, определяющим интенсивность излучения, вакуумным насосом (откачивает воздух для повышения КПД установки) и насосом откачки воды
• две панели оператора – одна установлена непосредственно на установке, а вторая — в операторской комнате, расположенной на расстоянии 50 метров от установки.
  Панель оператора Delta Electronics обеспечивает полное управление СВЧ-сушкой.

 

Примечательно, что влажность древесины определяется в этой системе не с помощью датчиков влажности, а математическим путем на основании регулярных измерений массы древесины в процессе сушки.

 

Состав системы управления установкой СВЧ-сушки древесины на базе компонентов Delta Electronics:

№	Наименование	Количество
1	DOP-B07S415 Операторская панель	2
2	UC-MS030-01A Кабель связи ПЛК DVP с HMI/ПК (RS-232 розетка DB-9 -> mini-DIN), 3м	1
3	UC-PRG020-12A Конвертер интерфейсов USB в RS232	1
4	DVP20EX200R, контроллер, 8DI/6DO (relay)	1
5	DVP32XP200R Модуль расширения для ПЛК	1
6	DVP14SS211R, контроллер, 8DI/6DO (relay)	1
7	DRC-24V10W1AZ Блок питания	1
8	DRC-24V30W1AZ Блок питания	2
9	DRC-24V60W1AZ Блок питания	2