中密度板的密度是密度板质量的重要指标之一,而在密度板的生产过程中,精确地控制密度却是十分困难的。目前世界上较先进的检测设备是德国格雷康公司生产的断面密度仪,格雷康线性断面密度仪StenOgraph实现了在线扫描检测断面密度结构,这就使得操作者可以在加工过程中对断面密度进行控制,同时还可以改变MDF和刨花板的特征。新产品生产加工时间被进一步缩短,同时,既能提高板材质量又能优化生产,降低加工成本和减少原料使用。
在我国现在的人造板行业中,先进的进口密度测量装置几乎全部装配在自动化程度非常高的进口连续平压或连续滚压生产线上。国产设备基本上没有在线密度检测装置,密度检测的方式是采用样板化验,检测结果滞后。较近几年,个别生产线配备了国产的密度仪,其检测原理是在承载板坯的托盘下面安装一只传感器,当板坯经过时测量瞬时重量,并将称重结果转化为密度值,实现对板材密度的检测。其缺点是在托盘与网带之间经常被纤维堵塞,测量结果与实际密度差距较大。大多数工厂只将测量结果作为参照,密度控制主要还是依靠操作工人的经验。
为解决国产生产线纤维板密度在线检测技术难题,吉林省红石林业局和北华大学机械工程学院开展协作,设计、研制了适合于国产生产线的“密度在线控制系统”,经过调试运行和实际生产使用,检测精度符合国家标准,实现了较为精确的密度在线检测。目前,该项技术已在红石林业局中密度板厂的国产生产线上使用。
2密度在线检测技术
2.1控制系统工作原理
该密度在线控制系统采取在热轧机与翻板机之间加入检测系统的方法对中密度板的重量进行检测,通过单片机系统将其转化为中密度板的密度值,并使密度值在原料铺装设备端进行显示,便于操作人员进行铺装的调整。即在铺装设备当中设置螺旋送料流量检测装置,检测每次铺装的流量,并使流量值进行显示,便于数据统计和流量调整。
2.2控制系统功能
本系统在生产线上完成对密度板原料重量的检测后,将其数据转换成板材的密度值并显示、回馈给铺装设备的操作人员,进行铺装厚度的调整,同时对调整的量进行记录和显示,以便于下次调整。整个控制系统分为铺装流量信号采集模块、压力信号采集模块、键盘模块和显示模块4个部分。
2.3控制系统硬件构成与实现
控制系统结构如图1所示。主控芯片采用的是高度集成的PIC16F877单片机,其功能强大,集成度高,接口简单,指令少易操作,便于修改,同时具有在线调试的功能,调试操作比较方便、快捷。由于本系统需要进行传感器的模拟数字信号的转换,故可以利用其自身的转换器件进行转换,不必进行外部扩展,减少了中间环节,精度高,工作性能稳定、可靠。
2.3.1铺装流量信号的检测与采集
在铺装设备中,由于采用的是螺旋送料机构,因此,送料的体积与螺旋装置的转数成一定的比例关系,经线性化后可得出其相应的数学模型,从而达到通过控制螺旋装置的转数实现控制铺装原料的厚度之目的,作出减少或添加木屑量的调整。采用霍尔组件对其螺旋装置进行转数的测量。
通过将比较器输出的方波信号送入单片机进行计数,即可测出流量信号。计数由单片机的TMR1完成,即霍尔组件输出信号经放大后再由比较器将电压信号转化为频率信号。
2.3.2压力信号采集模块的设计
作为压力信号采集的部件,可以选择IESENSORS公司生产的压力传感器,其主要特点是适用于低压工作条件。
2.3.3键盘模块的设计
本系统键盘模块设置3个按键,可根据需要任意扩展。
各按键功能如图2所示。
图中功能键:
K1———定义为功能键,在没有按下状态时,每按一次,在流量和压力间显示切换;
K2+K3———实现流量的清零;
K1+K3———进入置数状态。
在置数状态下,K2键定义为移位键,以闪烁表示光标所在位,每按一次光标移到下一位,到较后一位光标回闪到位;K3定义为增加键,对光标所在位的数值进行修改,每按一次,循环增加一个定义单位。这样便可以设定所要求的密度值,并可以显示设定值和检测的当前值。
2.3.4显示模块的设计
本系统采用段码式的液晶显示器LCM103,LCM103为10位多功能通用型8段液晶显示模块,内含看门狗(WDT)时钟发生器、2种频率的蜂鸣驱动电路。内置显示RAM,可显示任意字段。
3效益和应用前景
在年产6万m3的国产纤维板生产线上应用该项技术,同样的原料消耗就可以多生产600m3纤维板。按照目前市场价格1700元·m-3计算,价值102万元,年均提高产值1%,经济效益显著。
该项技术非常适合用于国产中密度板生产线,可以将每张密度板的密度差距控制在2%之内,密度很差比例由原来的12.5%降低为6.25%,系统检测精度达到2%左右。完全可以保证密度板市场对密度板密度差距的要求。
中密度板密度在线控制技术的应用可大幅度降低单位产品的原材料消耗,对节约木材资源、实现森林资源的永续利用具有重要意义。该控制系统为进一步提高国产生产线纤维板产品质量提供了必要的技术支撑。在国内推广应用该项技术,即可以降低纤维板单位产量的生产成本和原材料消耗,提高产品质量,又能够节约进口国外生产线的大量资金,对我国人造密度板行业的健康发展具有推动作用,市场前景十分广阔。
