Метод измерения влажности пиломатериала, реализуемый на ПЛК

Цель исследования. Решение научно-практической проблемы измерения влажности пиломатериала на базе программируемого логического контроллера (ПЛК), позволяющее реализовывать системы управления сушкой пиломатериалов на недорогих контроллерах широкого применения с преимуществами современных SCADA систем.

Методы. Для достижения поставленной цели исследованы современные методы оценки влажности пиломатериала по электрическому сопротивлению. Приведён обзор и анализ известных зависимостей электрического сопротивления пиломатериала от влажности. Отмечена необходимость измерения сопротивления в диапазоне 2,5 Ком до 25 Мом. Описано схематическое решение согласования с ПЛК моста измерения высокоомного сопротивления с дополнительным источником напряжения. Предложена методика расчёта схемы согласования. Получены выражения для вычисления влажности по данным аналого-цифрового преобразователя. Приведена процедура настройки канала измерения по показаниям двух эталонных измерений.

Результаты. Выполнена оценка погрешности измерения влажности и сопротивления. Показано, что погрешность измерения сопротивления до 20 % приводит к погрешности измерения влажности до 1 %, при условии корректной настройки параметров. Для настройки достаточно выполнить два эталонных измерения, чтобы выполнить процедуру настройки параметров измерения влажности.

Заключение. В процессе проектирования современных систем сушки пиломатериалов можно воспользоваться доступными и хорошо представленными в литературе алгоритмами и программами технологического процесса для реализации на ПЛК. В статье предложено необходимое для указанных алгоритмов и программ решение основной проблемы измерения влажности пиломатериала. Материал может быть полезен для исследования технологических этапов процесса сушки и разработки промышленных систем управления на базе недорогих контроллеров.

1. Хандожко В. А., Матлахов В. П., Копыткин С. М. Система управления влажностью в сушильной камере на базе приборов фирмы" ОВЕН" // Современные инструментальные системы, информационные технологии и инновации: сб. научн. трудов. Курск, 2014. С. 270-275. URL: https://www.elibrary.ru/item.asp?id=22546753

2. Чепурин Г. В., Бронза Ю. В. Сухое хранение, как защита от коррозии // Сантехника, отопление, кондиционирование. 2013. №. 12. С. 80-84. URL: https://www.elibrary.ru/item.asp?id=23340406

3. Dumitran L. M., Oancea D. C., Dumitran G. E. Experimental study of air dehumidification in an electrostatic wire-cylinder condenser // 2017 10th International Symposium on Advanced Topics in Electrical Engineering (ATEE). IEEE, 2017. P. 440-443. DOI: 10.1109/ATEE.2017.7905182

4. A novel dehumidification technique using electric field / M. Arif-uz-Zaman, M. KhanA, Sadrul M. F. Khan // IEEE Transactions on Industry Applications. 1996. Vol. 32. No. 1. P. 36-40. URL: https://www.semanticscholar.org/paper/A-Novel-Dehumidification-Tec-Using-Electric-FieldArifuzzaman-Khan/b2c94eeb1e0f73d5ec22a4deec8bcc54802a02ef#paper-header

5. Measurement of lumber moisture content based on PCA and GS-SVM / J. Zhang, W. Song, B. Jiang, M. Li. // Journal of Forestry Research. 2017. Vol. 29. No. 2. P. 557–564. DOI:10.1007/s11676-017-0448-x

6. Oh G.-H., Kim H.-S., Park D.-W. In-situ monitoring of moisture diffusion process for wood with terahertz time-domain spectroscopy // Optics and Lasers in Engineering. 2020. Vol. 128. No. 106036. DOI:10.1016/j.optlaseng.2020.106036

7. Characterisation of wood–water relationships and transverse anatomy and their relationship to drying degrade / L. A. Redman, H. Bailleres, I. Turner, P. Perré // Wood Science and Technology. 2016. Vol. 50. No. 4. P. 739–757. DOI:10.1007/s00226-016-0818-0

8. Effects of Drying Temperature and Drying Rate on Occurring Behaviors of Microcracks during Wood Drying / K. Kojiro , M. Ohno, K. Tanaka, Y. MiyoshI, Y. Furuta // Journal of the Society of Materials Science, Japan. 2020. Vol. 69. No. 4, P. 323–328. DOI:10.2472/jsms.69.323

9. Zhan J., Gu J., Cai Y. Analysis of moisture diffusivity of larch timber during convective drying condition by using Crank’s method and Dincer’s method // Journal of Forestry Research. 2017. Vol. 18. No. 3. P. 199–202. DOI:10.1007/s11676-007-0040-x

10. Рудак О. Г., Короб А. Ю. Исследование характера изменения влажности поверхностных и внутренних слоев древесины сосны при прогреве в ненасыщенной среде // Труды БГТУ. Сер. 1, Лесное хоз-во, природопользование и перераб. возобновляемых ресурсов. 2021. № 1 (240). С. 162–168. URL: https://cyberleninka.ru/article/n/issledovanie-haraktera-izmeneniya-vlazhnosti-poverhnostnyh-i-vnutrennih-sloevdrevesiny-sosny-pri-progreve-v-nenasyschennoy-srede

11. Simulation model of an automated system of wood drying process in the VisSim dynamic programming environment/ V. Gryzhov, V. Korolkov, V. Reut, L. Stepanenkova // Earth and Environmental Science. 2019. Vol. 403. No 012190. DOI: 10.1088/1755-1315/403/1/012190

12. Zheng Z., Keqi W. Rbf based sliding mode control method for lumber drying system// Wood and fiber science. 2019. Vol. 51. No. 3. DOI: 10.22382/wfs-2019-028

13. Energy saving in a convective dryer by using novel real¬time exergy¬based control schemes adjusting exhaust air recirculation / S. Zohrabi, M. Aghbashlo, S.S. Seiiedlou, H. Scaar, J. Mellmann // Journal of Cleaner Production. 2020. No. 120394. DOI: 10.1016/j.jclepro.2020.120394.

14. Дмитриев В. М., Ганджа Т. В. Принцип формирования многоуровневых компьютерных моделей SCADA-систем для управления сложными технологическими объектами // Информатика и системы управления. 2013. №. 2. С. 24-35. URL: http://ics.khstu.ru/media/2013/N36_03.pdf

15. Компьютерное моделирование визуальных интерфейсов виртуальных инструментов и приборов / В.М. Дмитриев, Т.В. Ганджа, В.В. Ганджа, С.А. Панов // Научная визуализация. 2016. Т. 8. №. 3. С. 111-131. URL: http://sv-journal.org/2016-3/09/?lang=ru

16. Cracking the code: real-time monitoring of wood drying and the occurrence of cracks / H. P. Botter-Kuisch, J. Van den Bulcke, J. M. Baetens, J. Van Acker// Wood Science and Technology. 2020. DOI:10.1007/s00226-020-01200-6

17. James W. L. Electric moisture meters for wood. – US Dept. of Agriculture, Forest Service, Forest Products Laboratory, 1963. Vol. 8. URL: https://www.fpl.fs.fed.us/documnts/fplrn/fplrn008.pdf

18. Fredriksson M., Thybring E. E., Zelinka S. L. Artifacts in electrical measurements on wood caused by non-uniform moisture distributions // Holzforschung. 2020. Vol. 1. No. ahead-of-print. DOI: https://doi.org/10.1515/hf-2020-0138

19. Lynch C. T. CRC Handbook of Materials Science: Material Composites and Refractory Materials. CRC press, 2020. Vol. 2. URL: https://books.google.ru/books?id=XDwY0WbE_EEC&printsec=frontcover&hl=ru#v=onepage&q&f=false

20. Wood moisture meter [Электронный ресурс]. URL: https://woodgears.ca/lumber/moisture_meter.html (свободный, дата обращения 25.01.2021)