中密度板的密度是密度板質量的重要指標之一,而在密度板的生產過程中,精確地控制密度卻是十分困難的。目前世界上較先進的檢測設備是德國格雷康公司生產的斷面密度儀,格雷康線性斷面密度儀StenOgraph實現了在線掃描檢測斷面密度結構,這就使得操作者可以在加工過程中對斷面密度進行控制,同時還可以改變MDF和刨花板的特征。新產品生產加工時間被進一步縮短,同時,既能提高板材質量又能優化生產,降低加工成本和減少原料使用。

在我國現在的人造板行業中,先進的進口密度測量裝置幾乎全部裝配在自動化程度非常高的進口連續平壓或連續滾壓生產線上。國產設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,檢測結果滯后。較近幾年,個別生產線配備了國產的密度儀,其檢測原理是在承載板坯的托盤下面安裝一只傳感器,當板坯經過時測量瞬時重量,并將稱重結果轉化為密度值,實現對板材密度的檢測。其缺點是在托盤與網帶之間經常被纖維堵塞,測量結果與實際密度差距較大。大多數工廠只將測量結果作為參照,密度控制主要還是依靠操作工人的經驗。

為解決國產生產線纖維板密度在線檢測技術難題,吉林省紅石林業局和北華大學機械工程學院開展協作,設計、研制了適合于國產生產線的“密度在線控制系統”,經過調試運行和實際生產使用,檢測精度符合國家標準,實現了較為精確的密度在線檢測。目前,該項技術已在紅石林業局中密度板廠的國產生產線上使用。

2密度在線檢測技術

2.1控制系統工作原理

該密度在線控制系統采取在熱軋機與翻板機之間加入檢測系統的方法對中密度板的重量進行檢測,通過單片機系統將其轉化為中密度板的密度值,并使密度值在原料鋪裝設備端進行顯示,便于操作人員進行鋪裝的調整。即在鋪裝設備當中設置螺旋送料流量檢測裝置,檢測每次鋪裝的流量,并使流量值進行顯示,便于數據統計和流量調整。

2.2控制系統功能

本系統在生產線上完成對密度板原料重量的檢測后,將其數據轉換成板材的密度值并顯示、回饋給鋪裝設備的操作人員,進行鋪裝厚度的調整,同時對調整的量進行記錄和顯示,以便于下次調整。整個控制系統分為鋪裝流量信號采集模塊、壓力信號采集模塊、鍵盤模塊和顯示模塊4個部分。

2.3控制系統硬件構成與實現

控制系統結構如圖1所示。主控芯片采用的是高度集成的PIC16F877單片機,其功能強大,集成度高,接口簡單,指令少易操作,便于修改,同時具有在線調試的功能,調試操作比較方便、快捷。由于本系統需要進行傳感器的模擬數字信號的轉換,故可以利用其自身的轉換器件進行轉換,不必進行外部擴展,減少了中間環節,精度高,工作性能穩定、可靠。

2.3.1鋪裝流量信號的檢測與采集

在鋪裝設備中,由于采用的是螺旋送料機構,因此,送料的體積與螺旋裝置的轉數成一定的比例關系,經線性化后可得出其相應的數學模型,從而達到通過控制螺旋裝置的轉數實現控制鋪裝原料的厚度之目的,作出減少或添加木屑量的調整。采用霍爾組件對其螺旋裝置進行轉數的測量。

通過將比較器輸出的方波信號送入單片機進行計數,即可測出流量信號。計數由單片機的TMR1完成,即霍爾組件輸出信號經放大后再由比較器將電壓信號轉化為頻率信號。

2.3.2壓力信號采集模塊的設計

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

2.3.3鍵盤模塊的設計

本系統鍵盤模塊設置3個按鍵,可根據需要任意擴展。

各按鍵功能如圖2所示。

圖中功能鍵:

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

K2+K3———實現流量的清零;

K1+K3———進入置數狀態。

在置數狀態下,K2鍵定義為移位鍵,以閃爍表示光標所在位,每按一次光標移到下一位,到較后一位光標回閃到位;K3定義為增加鍵,對光標所在位的數值進行修改,每按一次,循環增加一個定義單位。這樣便可以設定所要求的密度值,并可以顯示設定值和檢測的當前值。

2.3.4顯示模塊的設計

本系統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,內含看門狗(WDT)時鐘發生器、2種頻率的蜂鳴驅動電路。內置顯示RAM,可顯示任意字段。

3效益和應用前景

在年產6萬m3的國產纖維板生產線上應用該項技術,同樣的原料消耗就可以多生產600m3纖維板。按照目前市場價格1700元·m-3計算,價值102萬元,年均提高產值1%,經濟效益顯著。

該項技術非常適合用于國產中密度板生產線,可以將每張密度板的密度差距控制在2%之內,密度很差比例由原來的12.5%降低為6.25%,系統檢測精度達到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的應用可大幅度降低單位產品的原材料消耗,對節約木材資源、實現森林資源的永續利用具有重要意義。該控制系統為進一步提高國產生產線纖維板產品質量提供了必要的技術支撐。在國內推廣應用該項技術,即可以降低纖維板單位產量的生產成本和原材料消耗,提高產品質量,又能夠節約進口國外生產線的大量資金,對我國人造密度板行業的健康發展具有推動作用,市場前景十分廣闊。