雙源熱壓機(jī)快速恒溫控制裝置的設(shè)計(jì)及其控制流程

張素梅

（福建農(nóng)林大學(xué)材料工程學(xué)院，福建福州 350002）

雙源熱壓機(jī)快速恒溫控制裝置的設(shè)計(jì)及其控制流程

張素梅

（福建農(nóng)林大學(xué)材料工程學(xué)院，福建福州 350002）

對(duì)現(xiàn)有的單源熱壓機(jī)載熱體輸送裝置進(jìn)行改進(jìn)，設(shè)計(jì)了一種以導(dǎo)熱油為主加熱源，以蒸汽為輔助熱源，以水、冷導(dǎo)熱油為冷卻劑的人造板熱壓快速恒溫控制裝置;確定了溫度串級(jí)－流量分程－時(shí)間程序混合控制系統(tǒng)及程序流程.該控制裝置及系統(tǒng)可使不同冷、熱載熱體同時(shí)或分時(shí)進(jìn)入熱壓板的相應(yīng)孔道，實(shí)現(xiàn)雙源同時(shí)快速加熱、冷卻，保溫保壓階段快速達(dá)到恒溫.

雙源熱壓機(jī);載熱體;溫度控制;控制流程

傳統(tǒng)人造板熱壓一般采用蒸汽熱壓機(jī)，而蒸汽熱壓機(jī)以鍋爐提供的飽和蒸汽為加熱介質(zhì)，以水為冷卻介質(zhì)，其熱壓溫度的控制目前主要是采用PLC控制;蒸汽溫度波動(dòng)大，且飽和蒸汽隨著溫度的增加，壓力也增大，使得溫度控制的快速性及穩(wěn)定性難度加大［1］.而有機(jī)載熱體導(dǎo)熱油具有的在封閉狀態(tài)以低壓（一般不超過0.8 MPa）進(jìn)行液相循環(huán)及傳遞熱量、使用溫度高達(dá)340℃等一系列優(yōu)點(diǎn)，使其在人造板加工領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用.目前，人造板熱壓領(lǐng)域有機(jī)載熱體的應(yīng)用主要是將加熱后的熱油循環(huán)輸送到熱壓板，對(duì)板坯進(jìn)行熱壓膠合，其熱壓溫度控制與蒸汽熱壓機(jī)一樣主要是對(duì)加熱源及加熱設(shè)備采用PLC控制［1－2］，溫度變化慢，難以實(shí)現(xiàn)快速恒溫控制.文獻(xiàn)［3］對(duì)薄板熱壓快速達(dá)到恒溫的控制方法進(jìn)行了研究.對(duì)于人造板中三板典型的三段降壓降溫曲線所對(duì)應(yīng)的熱壓過程［4］，單源蒸汽熱壓機(jī)和導(dǎo)熱油熱壓機(jī)的溫度控制裝置及控制方法都難以滿足其要求.為此，研究一種快速恒溫控制裝置及控制方法，以實(shí)現(xiàn)雙源同時(shí)快速加熱、冷卻，保溫保壓階段快速達(dá)到恒溫，保證整塊熱壓板的溫度分布均勻.

1 雙源熱壓機(jī)快速恒溫控制裝置的組成及布置

1.1 載熱體輸送孔道結(jié)構(gòu)

針對(duì)目前人造板熱壓機(jī)所使用的單源載熱體蒸汽和導(dǎo)熱油不能相混合等特點(diǎn)［5］，對(duì)同時(shí)以蒸汽和導(dǎo)熱油為加熱源、以水和冷導(dǎo)熱油為冷卻源的雙源熱壓機(jī)載熱體輸送管道進(jìn)行重新設(shè)計(jì).參考文獻(xiàn)［6－10］，對(duì)現(xiàn)有蒸汽熱壓機(jī)熱壓板孔道結(jié)構(gòu)進(jìn)行改進(jìn)，設(shè)計(jì)出適合于冷熱導(dǎo)熱油和水或蒸汽同時(shí)或分時(shí)在不同孔道中循環(huán)輸送的孔道結(jié)構(gòu)及局部載熱體管道結(jié)構(gòu)［11］（圖1）.熱壓板的規(guī)格尺寸為2600 mm×1400 mm，采用不同孔道間距和結(jié)構(gòu)可得到熱壓板板面溫差適合于合格品或優(yōu)等品生產(chǎn)的結(jié)構(gòu)尺寸［11－12］.

1.2 快速恒溫控制裝置的組成及布置

為達(dá)到快速恒溫控制，以熱油為主要加熱源，以蒸汽為輔助加熱源，以冷水為主冷卻劑，以冷油為輔助冷卻劑，將熱壓板孔道溫度與進(jìn)油總管溫度串聯(lián)，構(gòu)成溫度－溫度串級(jí)控制系統(tǒng)，冷、熱導(dǎo)熱油的流量采用分程控制［3］.同時(shí)結(jié)合人造板熱壓工藝，采用流量分程－溫度串級(jí)－時(shí)間程序復(fù)雜混合控制.考慮進(jìn)板及卸板的需要，把導(dǎo)熱油和水及蒸汽的進(jìn)出口設(shè)置在與進(jìn)板方向（縱向）平行的熱壓機(jī)兩側(cè)，設(shè)計(jì)的載熱體輸送及溫度快速恒溫控制裝置如圖2所示.

圖2 載熱體輸送及溫度控制裝置布置示意圖Fig.2 The layout sketch map of equipment for temperature control and heat carrier transport

溫度控制裝置由分別安裝在冷熱導(dǎo)熱油、水及蒸汽輸送管道系統(tǒng)中的各流量控制閥和輸送泵，以及加熱器控制裝置、熱壓板溫度及導(dǎo)熱油溫度檢測(cè)控制系統(tǒng)、時(shí)間程序控制器、控制單元組成.導(dǎo)熱油輸送管道系統(tǒng)主要由熱油流量控制閥V1、熱油輸送泵b、冷油控制閥V2、冷油輸送泵a、滯留熱油導(dǎo)出控制閥V3、上壓板導(dǎo)熱油控制閥V6組成;水及蒸汽輸送管道系統(tǒng)主要由冷卻水控制閥V4、冷卻水導(dǎo)出及輔助加熱的蒸汽輸送泵c及蒸汽控制閥V5組成;加熱器控制裝置包括油爐加熱器和蒸汽發(fā)生器電源開關(guān)等.

熱壓板溫度及導(dǎo)熱油溫度控制系統(tǒng)由上熱壓板溫度控制系統(tǒng)、下熱壓板溫度控制系統(tǒng)和導(dǎo)熱油溫度控制系統(tǒng)、控制單元組成.上熱壓板的溫度控制系統(tǒng)主要由上壓板溫度檢測(cè)變送單元TT2、溫度控制器TIC2和控制閥V6組成;下熱壓板溫度控制系統(tǒng)由下壓板溫度檢測(cè)變送單元TT、主控制器TIC、副控制器TIC1、分程控制閥V1和閥V2組成，下壓板溫度控制系統(tǒng)構(gòu)成了溫度串級(jí)控制系統(tǒng)中的主回路;導(dǎo)熱油溫度控制系統(tǒng)主要由進(jìn)油總管溫度檢測(cè)變送單元TT1、副控制器TIC1、控制閥V1和V2組成，導(dǎo)熱油溫度控導(dǎo)系統(tǒng)構(gòu)成了串級(jí)控制系統(tǒng)的副回路;主控制器TIC、副控制器TIC1和時(shí)間程序控制器KC安裝在控制單元中.

導(dǎo)熱油加熱時(shí)的膨脹及其中的氣體、水分和低揮發(fā)組分分離裝置由油氣分離器、膨脹管、膨脹槽、排氣管、溢流管、過濾器組成，并按標(biāo)準(zhǔn)及安全要求進(jìn)行布置和安裝［13－15］.

2 快速恒溫控制方法及程序流程

2.1 快速恒溫控制方法

采用下熱壓板溫度控制系統(tǒng)中的主控制器TIC、導(dǎo)熱油溫度控制系統(tǒng)中的副控制器TIC1與時(shí)間程序控制器KC相串聯(lián)構(gòu)成的復(fù)雜混合控制系統(tǒng)，對(duì)安裝在2種不同冷、熱載熱體的各管道中的流量控制閥、輸送泵及加熱器進(jìn)行控制;以主控制器TIC的輸出信號(hào)作為副控制器TIC1的給定值，而副控制器TIC1輸出信號(hào)的不同范圍將分別控制閥V1和閥V2的閥門開度，主控制器TIC與副控制器TIC1串聯(lián).當(dāng)干擾作用引起進(jìn)油總管的油溫和熱壓板溫度發(fā)生變化時(shí)，先通過副回路快速克服這些波動(dòng)，使進(jìn)油總管中的油溫快速達(dá)到恒定;再由主回路進(jìn)行精確細(xì)致的控制使熱壓板溫度達(dá)到恒溫，主、副回路協(xié)調(diào)動(dòng)作使得熱壓板溫度快速達(dá)到恒溫.進(jìn)入上壓板導(dǎo)熱油溫度的控制同樣先由副回路進(jìn)行快速調(diào)節(jié)，再由上壓板溫度控制系統(tǒng)進(jìn)行精確控制.

2.2 快速恒溫控制程序流程

根據(jù)三板典型三段降壓降溫曲線對(duì)應(yīng)的熱壓過程設(shè)計(jì)的程序流程圖見圖3.分程串級(jí)控制系統(tǒng)可采用DeltaV控制系統(tǒng)或Honeywell TDC300集散控制系統(tǒng)中的相應(yīng)模塊進(jìn)行組態(tài)［16－17］.

圖3 程序流程圖Fig.3 Program diagram

圖3中TB（i+1）表示熱壓板的實(shí)時(shí)檢測(cè)溫度;TB0（i+1）表示各保壓保溫階段的溫度設(shè)定值;TB0（i+1）±△TB表示溫度的變化范圍;△TB表示工藝允許的溫度波動(dòng)幅值;tbi=tbi+1表示時(shí)間程序控制器KC實(shí)時(shí)計(jì)時(shí)時(shí)間.當(dāng)tbi=tbi+1=tB0i時(shí)保壓保溫結(jié)束，tB0i為設(shè)置的保壓保溫時(shí)長(zhǎng).i與降壓降溫進(jìn)行冷卻的次數(shù)相對(duì)應(yīng)，如第1次保壓保溫，i=0;第1次冷卻，i=1;第2次冷卻，i=2，依此類推.

3 小結(jié)

（1）采用雙源熱壓機(jī)快速恒溫控制裝置，使不同冷、熱載熱體同時(shí)或分時(shí)進(jìn)入熱壓板的相應(yīng)孔道，以實(shí)現(xiàn)雙源同時(shí)快速加熱、冷卻，保溫保壓階段快速達(dá)到恒溫，熱壓板溫度分布均勻.蒸汽發(fā)生器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，便于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制.

（2）該控制裝置可用于單層熱壓機(jī)或多層熱壓機(jī)，多層熱壓機(jī)取各下壓板的溫度平均值作為主回路的溫度輸入信號(hào)，適用于薄板及厚板的熱壓膠合.導(dǎo)熱油加熱源可以是電源或燃料氣和燃料油.上、下熱壓板溫度控制可各自獨(dú)立完成.冷卻階段可根據(jù)需要進(jìn)行快速冷卻或慢速冷卻.慢速冷卻時(shí)用冷油冷卻即可，無需用水.加熱階段若同時(shí)用導(dǎo)熱油和蒸汽加熱，可縮短加熱時(shí)間;也可切除蒸汽通路，只用導(dǎo)熱油加熱.

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（責(zé)任編輯:葉濟(jì)蓉）

Design and control diagram of the control equipment w ith quickly constant tem perature of hot-pressmachine w ith double energy

ZHANG Su-mei
（College of Material Engineering，F(xiàn)ujian Agriculture and Forestry University，F(xiàn)uzhou，F(xiàn)ujian 350002，China）

The control equipment of quickly constant temperature using thermal oil asmain heating source，vapor as assistant heating source，water and cool oil as cooling source，was designed by improved hot-pressmachine of artificial platen with signal energy.The control system was constituted by temperature in channel of hot-press platen and temperature of heat carrier oil in top pipe and time program.The cool carrier and heat carrier transported in corresponding hole in hot-press platen simultaneously or in different time tomake hot-press platen quickly up to constant temperature by double heat carrier in control system.

hot-pressmachine with double energy;heat carrier;temperature control;control diagram

S777;TP205

A

1671-5470（2015）03-0333-04

10.13323/j.cnki.j.fafu（nat.sci.）.2015.03.020

2014－07－16

2015－03－11

福建省自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目（2012J01189）.

張素梅（1965－），女，副教授.研究方向:林產(chǎn)品加工及裝備、機(jī)械設(shè)計(jì)及理論.Email:zhangsm16305@126.com.