中密度板密度在線檢測技術(shù)的研究

中密度板的密度是密度板質(zhì)量的重要指標(biāo)之一,而在密度板的生產(chǎn)過程中,精確地控制密度卻是十分困難的。目前世界上較先進(jìn)的檢測設(shè)備是德國格雷康公司生產(chǎn)的斷面密度儀,格雷康線性斷面密度儀StenOgraph實(shí)現(xiàn)了在線掃描檢測斷面密度結(jié)構(gòu),這就使得操作者可以在加工過程中對斷面密度進(jìn)行控制,同時(shí)還可以改變MDF和刨花板的特征。新產(chǎn)品生產(chǎn)加工時(shí)間被進(jìn)一步縮短,同時(shí),既能提高板材質(zhì)量又能優(yōu)化生產(chǎn),降低加工成本和減少原料使用。

在我國現(xiàn)在的人造板行業(yè)中,先進(jìn)的進(jìn)口密度測量裝置幾乎全部裝配在自動(dòng)化程度非常高的進(jìn)口連續(xù)平壓或連續(xù)滾壓生產(chǎn)線上。國產(chǎn)設(shè)備基本上沒有在線密度檢測裝置,密度檢測的方式是采用樣板化驗(yàn),檢測結(jié)果滯后。較近幾年,個(gè)別生產(chǎn)線配備了國產(chǎn)的密度儀,其檢測原理是在承載板坯的托盤下面安裝一只傳感器,當(dāng)板坯經(jīng)過時(shí)測量瞬時(shí)重量,并將稱重結(jié)果轉(zhuǎn)化為密度值,實(shí)現(xiàn)對板材密度的檢測。其缺點(diǎn)是在托盤與網(wǎng)帶之間經(jīng)常被纖維堵塞,測量結(jié)果與實(shí)際密度差距較大。大多數(shù)工廠只將測量結(jié)果作為參照,密度控制主要還是依靠操作工人的經(jīng)驗(yàn)。

為解決國產(chǎn)生產(chǎn)線纖維板密度在線檢測技術(shù)難題,吉林省紅石林業(yè)局和北華大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院開展協(xié)作,設(shè)計(jì)、研制了適合于國產(chǎn)生產(chǎn)線的“密度在線控制系統(tǒng)”,經(jīng)過調(diào)試運(yùn)行和實(shí)際生產(chǎn)使用,檢測精度符合國家標(biāo)準(zhǔn),實(shí)現(xiàn)了較為精確的密度在線檢測。目前,該項(xiàng)技術(shù)已在紅石林業(yè)局中密度板廠的國產(chǎn)生產(chǎn)線上使用。

2密度在線檢測技術(shù)

2.1控制系統(tǒng)工作原理

該密度在線控制系統(tǒng)采取在熱軋機(jī)與翻板機(jī)之間加入檢測系統(tǒng)的方法對中密度板的重量進(jìn)行檢測,通過單片機(jī)系統(tǒng)將其轉(zhuǎn)化為中密度板的密度值,并使密度值在原料鋪裝設(shè)備端進(jìn)行顯示,便于操作人員進(jìn)行鋪裝的調(diào)整。即在鋪裝設(shè)備當(dāng)中設(shè)置螺旋送料流量檢測裝置,檢測每次鋪裝的流量,并使流量值進(jìn)行顯示,便于數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)和流量調(diào)整。

2.2控制系統(tǒng)功能

本系統(tǒng)在生產(chǎn)線上完成對密度板原料重量的檢測后,將其數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成板材的密度值并顯示、回饋給鋪裝設(shè)備的操作人員,進(jìn)行鋪裝厚度的調(diào)整,同時(shí)對調(diào)整的量進(jìn)行記錄和顯示,以便于下次調(diào)整。整個(gè)控制系統(tǒng)分為鋪裝流量信號(hào)采集模塊、壓力信號(hào)采集模塊、鍵盤模塊和顯示模塊4個(gè)部分。

2.3控制系統(tǒng)硬件構(gòu)成與實(shí)現(xiàn)

控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。主控芯片采用的是高度集成的PIC16F877單片機(jī),其功能強(qiáng)大,集成度高,接口簡單,指令少易操作,便于修改,同時(shí)具有在線調(diào)試的功能,調(diào)試操作比較方便、快捷。由于本系統(tǒng)需要進(jìn)行傳感器的模擬數(shù)字信號(hào)的轉(zhuǎn)換,故可以利用其自身的轉(zhuǎn)換器件進(jìn)行轉(zhuǎn)換,不必進(jìn)行外部擴(kuò)展,減少了中間環(huán)節(jié),精度高,工作性能穩(wěn)定、可靠。

2.3.1鋪裝流量信號(hào)的檢測與采集

在鋪裝設(shè)備中,由于采用的是螺旋送料機(jī)構(gòu),因此,送料的體積與螺旋裝置的轉(zhuǎn)數(shù)成一定的比例關(guān)系,經(jīng)線性化后可得出其相應(yīng)的數(shù)學(xué)模型,從而達(dá)到通過控制螺旋裝置的轉(zhuǎn)數(shù)實(shí)現(xiàn)控制鋪裝原料的厚度之目的,作出減少或添加木屑量的調(diào)整。采用霍爾組件對其螺旋裝置進(jìn)行轉(zhuǎn)數(shù)的測量。

通過將比較器輸出的方波信號(hào)送入單片機(jī)進(jìn)行計(jì)數(shù),即可測出流量信號(hào)。計(jì)數(shù)由單片機(jī)的TMR1完成,即霍爾組件輸出信號(hào)經(jīng)放大后再由比較器將電壓信號(hào)轉(zhuǎn)化為頻率信號(hào)。

2.3.2壓力信號(hào)采集模塊的設(shè)計(jì)

作為壓力信號(hào)采集的部件,可以選擇IESENSORS公司生產(chǎn)的壓力傳感器,其主要特點(diǎn)是適用于低壓工作條件。

2.3.3鍵盤模塊的設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)鍵盤模塊設(shè)置3個(gè)按鍵,可根據(jù)需要任意擴(kuò)展。

各按鍵功能如圖2所示。

圖中功能鍵:

K1———定義為功能鍵,在沒有按下狀態(tài)時(shí),每按一次,在流量和壓力間顯示切換;

K2+K3———實(shí)現(xiàn)流量的清零;

K1+K3———進(jìn)入置數(shù)狀態(tài)。

在置數(shù)狀態(tài)下,K2鍵定義為移位鍵,以閃爍表示光標(biāo)所在位,每按一次光標(biāo)移到下一位,到較后一位光標(biāo)回閃到位;K3定義為增加鍵,對光標(biāo)所在位的數(shù)值進(jìn)行修改,每按一次,循環(huán)增加一個(gè)定義單位。這樣便可以設(shè)定所要求的密度值,并可以顯示設(shè)定值和檢測的當(dāng)前值。

2.3.4顯示模塊的設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)采用段碼式的液晶顯示器LCM103,LCM103為10位多功能通用型8段液晶顯示模塊,內(nèi)含看門狗(WDT)時(shí)鐘發(fā)生器、2種頻率的蜂鳴驅(qū)動(dòng)電路。內(nèi)置顯示RAM,可顯示任意字段。

3效益和應(yīng)用前景

在年產(chǎn)6萬m3的國產(chǎn)纖維板生產(chǎn)線上應(yīng)用該項(xiàng)技術(shù),同樣的原料消耗就可以多生產(chǎn)600m3纖維板。按照目前市場價(jià)格1700元·m-3計(jì)算,價(jià)值102萬元,年均提高產(chǎn)值1%,經(jīng)濟(jì)效益顯著。

該項(xiàng)技術(shù)非常適合用于國產(chǎn)中密度板生產(chǎn)線,可以將每張密度板的密度差距控制在2%之內(nèi),密度很差比例由原來的12.5%降低為6.25%,系統(tǒng)檢測精度達(dá)到2%左右。完全可以保證密度板市場對密度板密度差距的要求。

中密度板密度在線控制技術(shù)的應(yīng)用可大幅度降低單位產(chǎn)品的原材料消耗,對節(jié)約木材資源、實(shí)現(xiàn)森林資源的永續(xù)利用具有重要意義。該控制系統(tǒng)為進(jìn)一步提高國產(chǎn)生產(chǎn)線纖維板產(chǎn)品質(zhì)量提供了必要的技術(shù)支撐。在國內(nèi)推廣應(yīng)用該項(xiàng)技術(shù),即可以降低纖維板單位產(chǎn)量的生產(chǎn)成本和原材料消耗,提高產(chǎn)品質(zhì)量,又能夠節(jié)約進(jìn)口國外生產(chǎn)線的大量資金,對我國人造密度板行業(yè)的健康發(fā)展具有推動(dòng)作用,市場前景十分廣闊。