Thiết kế các bộ phận điều khiển tự động lò sấy gỗ với qui mô nhỏ

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
BỘ NÔNG NGHIỆP & PTNT
TRƯỜNG ĐẠI HỌC LÂM NGHIỆP

LÊ QUANG TRUNG

THIẾT KẾ CÁC BỘ PHẬN ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG LÒ SẤY
GỖ VỚI QUI MÔ NHỎ

LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT

Hà nội, 2011


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
BỘ NÔNG NGHIỆP & PTNT
TRƯỜNG ĐẠI HỌC LÂM NGHIỆP

LÊ QUANG TRUNG

THIẾT KẾ CÁC BỘ PHẬN ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG LÒ SẤY
GỖ VỚI QUI MÔ NHỎ

CHUYÊN NGÀNH: KỶ THUẬT MÁY, THIẾT BỊ VÀ CÔNG NGHỆ GỖ GIẤY
MÃ SỐ :60.52.24

LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT
NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC
PGS. TS. VŨ HUY ĐẠI

Hà nội, 2011

1

MỞ ĐẦU
Gỗ là loại vật liệu tự nhiên thân thuộc và gần gũi. Hiện nay với sự phát triển
của khoa học kỹ thuật đã tạo ra các xu hướng sử dụng gỗ hợp lý và nâng cao chất
lượng gỗ đáp ứng nhu cầu xã hội. Như chúng ta đã biết, gỗ là loại vật liệu có hệ số
phẩm chất tương đối cao so với các loại vật liệu khác như: sắt, thép, bê tông,
đá,..nhưng đồng thời gỗ có nhược điểm lớn đó là sự thay đổi kích thước khi gỗ hút
hoặc nhả ẩm. Điều này gây lên các khuyết tật như: cong vênh, nứt nẻ,… ở gỗ. Để
hạn chế nhược điểm đó trong quá trình gia công chế biến và sử dụng đối với mỗi
loại hình sản phẩm, công nghệ, thì gỗ phải được sấy đến độ ẩm nhất định.
Trong những năm gần đây, ngành chế biến gỗ ở Việt Nam đã đạt được tốc
độ phát triển rất cao. Gỗ đã trở thành một trong những mặt hàng xuất khẩu hàng
đầu thu ngoại tệ về cho đất nước. Đồ gỗ xuất khẩu phải là những mặt hàng có chất
lượng cao mà muốn nâng cao được chất lượng sản phẩm gỗ thì trong quá trình gia
công chế biến sấy gỗ là khâu rất quan trọng. Để đảm bảo chất lượng gỗ sấy thì gỗ
cần được sấy trong những lò sấy có chất lượng tốt. Tự động điều khiển quá trình
sấy đang là một xu hướng phát triển trên thế giới. ở Việt Nam xu hướng này cũng
đang là một tất yếu khi khoa học kỹ thuật ngày càng phát triển. Lò sấy với hệ
thống điều khiển tự động cho chất lượng gỗ sấy rất tốt có thể đáp ứng yêu cầu đồ
gỗ xuất khẩu.
Ở nước ta hiện nay đã xuất hiện những lò sấy với hệ thống điều khiển tự
động được nhập khẩu có mức độ tự động hoá khác nhau. Tuy nhiên việc lựa chọn
kết cấu lò sấy và mô hình điều khiển tự động đang gặp rất nhiều khó khăn ở các cơ
sở chế biến.
Trước những đòi hỏi của thực tế sản xuất, được sự phân công của khoa Chế
biến Lâm sản, tôi thực hiện đề tài: “THIẾT KẾ CÁC BỘ PHẬN ĐIỀU KHIỂN
TỰ ĐỘNG LÒ SẤY GỖ VỚI QUI MÔ NHỎ”

2

Chương 1
TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU
1.1.GIỚI THIỆU CHUNG VỀ SẤY GỖ
Sấy gỗ là quá trình loại bỏ ẩm ra khỏi gỗ nhờ quá trình bay hơi. Quá trình
bay hơi ẩm được phát sinh khi áp suất riêng của hơi nước trong không khí thấp
hơn áp suất của hơi bão hoà ở nhiệt độ đó, thông thường hơi nước trong không khí
ẩm đều là hơi không bão hoà, do đó mà ở bất kỳ nhiệt độ nào thì đều phát sinh quá
trình bay hơi nước.
Như chúng ta đã biết, gỗ là vật liệu tự nhiên có nguồn gốc sinh học, cấu tạo
và tính chất của gỗ không đồng nhất theo các chiều. Gỗ có hệ số phẩm chất tương
đối cao, nhưng đồng thời cũng có những nhược điểm lớn như gỗ có khả năng hút
và nhả ẩm.Vì thế, gỗ bị thay đổi kích thước và dễ bị cong vênh, nứt nẻ khi độ ẩm
của gỗ thay đổi. Mặt khác hầu hết các tính chất của gỗ đều phụ thuộc đáng kể vào
độ ẩm. Để hạn chế nhược điểm đó trong quá trình gia công chế biến và sử dụng,
đối với mỗi loại hình sản phẩm thì gỗ phải được sấy khô đến độ ẩm nhất định.
Quá trình bay hơi ẩm ra khỏi gỗ ở điều kiện tự nhiên đặc trưng của quá trình
hong phơi gỗ ở môi trường tự nhiên, khi đó bề mặt gỗ được làm nóng nhờ năng
lượng mặt trời. Để nâng cao chất lượng gỗ sấy tạo điều kiện thuận lợi cho quá
trình gia công, chế biến gỗ đồng thời tăng năng suất lao động thì gỗ cần phải được
sấy trong các lò sấy hiện đại, khi đó quá trình truyền nhiệt vào trong gỗ, quá trình
thoát ẩm ra khỏi gỗ sẽ được thúc đẩy bởi hệ thống cấp nhiệt và hệ thống quạt gió
tạo sự tuần hoàn môi trường không khí trong lò sấy.
1.1.1. Lịch sử phát triển và thực trạng công nghệ sấy gỗ trên thế giới
Thời kì gia công gỗ bằng thủ công, con người ta đã biết hong phơi gỗ để
giảm độ ẩm của gỗ trước lúc đưa vào sản xuất đồ mộc. Đến thế kỷ thứ XIX, một
số xưởng gỗ của đường sắt, xưởng làm nhạc cụ có khối lượng tương đối lớn, có

yêu cầu cao về mặt chất lượng, lúc đó mới bắt đầu xây dựng lò sấy thủ công. Từ


3

đó mới có những đề tài nghiên cứu chế độ sấy. Năm 1875 đã bắt đầu xây dựng lò
sấy dùng môi trường sấy bằng không khí nóng, hơi quá nhiệt và khí đốt.
Cùng với sự phát triển của xã hội, công nghiệp gia công cơ giới gỗ cũng phát
triển ngày càng mạnh mẽ, những lò sấy thủ công năng suất thấp, chất lượng kém
không còn đáp ứng được nhu cầu về khối lượng sấy ngày càng lớn và đòi hỏi chất
lượng ngày càng cao. Từ đó đòi hỏi phải ra đời các lò sấy hiện đại về trang thiết
bị, tiên tiến về công nghệ. Trước những đòi hỏi bức thiết của thực tiễn, các công
trình nghiên cứu lý luận về bản chất của quá trình sấy, chế độ sấy gỗ với nhiều loại
môi trường trong các kiểu lò sấy khác nhau ngày càng phát triển sâu rộng ở các
nước trên thế giới.
Hiện nay, đặt biệt ở các nước có nền công nghiệp chế biến gỗ phát triển thì
họ đã cho ra đời các hệ thống điều khiển lò sấy hiện đại về trang thiết bị, tiên tiến
về công nghệ. Cho nên chất lượng sản phẩm sau khi sấy (gỗ) họ đạt được là rất
cao.
1.1.2.Lịch sử phát triển và thực trạng công nghệ sấy gỗ trong nước
Cũng như trên thế giới, từ xa xưa người thợ mộc Việt Nam đã biết sử dụng
phương pháp hong phơi để làm khô gỗ, nhất là khi chế tạo các sản phẩm mộc trạm
trổ có yêu cầu chất lượng cao. Nhưng có thể nói công nghiệp gia công cơ giới gỗ ở
nước ta phát triển rất chậm , đến trước năm 1975 mới chỉ có một số ít lò sấy môi
trường tuần hoàn sấy bằng hơi đốt ở miền Nam và các xí nghiệp sản xuất đồ gỗ,
đồ mộc ở miền Bắc để sấy gỗ xẻ làm nhạc cụ, học cụ, đồ chơi, ván bóc, dăm cho
ván dăm với những qui trình và chế độ sấy áp dụng cho lò sấy nhập nội được cái
tiến.
Hiện nay, cùng với sự phát triển của công nghiệp sản xuất đồ gỗ đã xuất hiện
nhiều kiểu lò sấy với hệ thống công nghệ, trang thiết bị có qui mô khác nhau ở

những doanh nghiệp chế biến gỗ rải rác trên cả nước. Tuy nhiên qua khảo sát một
vài doanh nghiệp cho thấy công tác về sấy gỗ chưa được quan tâm đúng mức, và


4

trong lĩnh vực nghiên cứu khoa học về sấy gỗ cũng chưa được quan tâm nhiều, chỉ
có một vài đề tài nghiên cứu về phân loại gỗ sấy, thiết bị sấy, kỹ thuật sấy. Do vậy,
việc đẩy mạnh công tác nghiên cứu khoa học và cải tiến công nghệ về sấy gỗ để
thấy được tầm quan trọng của khâu sấy gỗ ở Việt Nam là một việc rất thiết thực và
đặt lên tầm cao mới
Trong những năm gần đây, ngành chế biến gỗ Việt Nam đang phát triển với
tốc độ rất nhanh, chiếm vị trí thứ 4 ở châu Á về xuất khẩu đồ gỗ. Nhiều doanh
nghiệp đã đầu tư lớn về công nghệ và thiêt bị sấy gỗ hiện đại với mục đích nâng
cao chất lượng sản phẩm gỗ bảo đảm quy mô sản xuất.
Phương pháp sấy truyền thống như sấy bằng hơi đốt gián tiếp, sấy bằng hơi
nước với mức độ điều khiển quá trình sấy bán cơ giới vẫn được áp dụng rộng rãi ở
nhiều nhà máy. Hiện nay đã có nhiều thiết bị điều khiển quá trình sấy tự động
được nhập vào nước ta và được áp dụng rộng rãi như bộ điều khiển tự động sấy
gỗ Helios, trong đó sau khi cài đặt các thông số của chế độ sấy, quá trình sấy được
thực hiện hoàn toàn tự động.
Một số ít doanh nghiệp cũng đã áp dụng phương pháp sấy chân không; sấy
ngưng tụ ẩm; sấy bằng năng lượng mặt trời cho một số loại gỗ. Các phương pháp
sấy hiện đại khác như sấy bằng cao tần, sấy bằng vi sóng vẫn chưa có điều kiện áp
dụng ở nước ta. Cùng với sự phát triển của xã hội công nghiệp, gia công cơ giới gỗ
phát triển mạnh mẽ, những lò sấy nhỏ, năng suất thấp, chất lượng kém không còn
đáp ứng được nhu cầu về khối lượng gỗ sấy ngày càng lớn và chất lượng ngày
càng cao của các nước công nghiệp. Từ đó việc lựa chọn thiết bị cho lò sấy và bố
trí lò sấy là hết sức quan trọng. Trước những đòi hỏi cấp thiết của thực tiễn các
công trình nghiên cứu lý luận về bản chất của qua trình sấy gỗ, quy trình, chế độ

sấy gỗ với nhiều loại môi trường khác nhau ngày càng phát triển sâu rộng ở các
nước trên thế giới.
Xu hướng phát triển chủ yếu hiện nay của công nghệ sấy gỗ là:


5

- Hoàn thiện kỹ thuật công nghệ sấy.
- Rút ngắn thời gian sấy.
- Nâng cao chất lượng sản phẩm, giá thành sấy gỗ.
- Tự động hoá điều khiển quy trình sấy.
- Những vấn đề về tiết kiệm năng lượng khi sấy gỗ và bảo vệ môi trường.
1.2. MỤC TIÊU CỦA ĐỀ TÀI
- Thiết kế lựa chọn các bộ phận điều khiển tự động lò sấy gỗ với qui mô nhỏ, với
dung tích (20-25m3/ mẻ),
- Mô phỏng được điều khiển tự động hoá trong quá trình sấy gỗ phù hợp với lò
sấy.
1.3. PHẠM VI, PHƯƠNG PHÁP VÀ NỘI DUNG NGHIÊN CỨU
1.3.1. Phạm vi nghiên cứu
- Lựa chọn lò sấy có quy mô nhỏ, công suất 20-25 m3/mẻ (dung tích lò sấy)
- Thiết kế lựa chọn Xây dựng mô hình điều khiển tự động quá trình sấy gỗ.
1.3.2. Phương pháp nghiên cứu
Phương pháp kế thừa
Kế thừa một số kết quả nghiên cứu về thiết bị sấy và điều hành trong quá
trình sấy tự động ở trong và ngoài nước.
Phương pháp chuyên gia
Tham khảo ý kiến của chuyên gia về một số thiết bị sấy, về thiết bị điều
khiển và mô hình điều khiển tự động quá trình sấy.
1.3.3. Nội dung nghiên cứu :
-Nghiên cứu lựa chọn phương pháp điều khiển sấy

-Thiết kế lựa chọn các bộ điều khiển quá trình sấy
-Mô phỏng được hoạt động của các thiết bị điều khiển


6

Chương 2
NGHIÊN CỨU LỰA CHỌN PHƯƠNG PHÁP SẤY
(CƠ SỞ LÝ THUYẾT )
2.1. CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN
- Độ ẩm tương đối của không khí (φ, %): Là tỷ lệ giữa áp suất thành phần
của hơi nước có trong không khí (Pn) và áp suất hơi bão hoà ở cùng nhiệt độ.
- Hàm lượng ẩm của không khí (d, g/kg không khí): Là lượng hơi nước tính
bằng gam có trong 1kg không khí khô.
- Hàm lượng nhiệt của không khí (I, kJ/kg không khí hoặc kcal/kg không
khí): Là lượng nhiệt nội tại của bản thân 1kg không khí, nó biểu thị năng lượng
tiềm tàng của chất khí đó.
- Vận tốc tuần hoàn của môi trường sấy (ω, m/s): Là đại lượng ảnh hưởng
đến quá trình bề mặt tức là quá trình trao đổi khi sấy. Khi vận tốc tuần hoàn của
môi trường sấy tăng thì thời gian sấy sẽ giảm và chất lượng sấy cũng giảm.
- Độ ẩm thăng bằng của môi trường sấy (EMC, %): Trong quá trình sấy
luôn xảy ra quá trình trao đổi ẩm. Độ ẩm thăng bằng của môi trường sấy là giá trị
độ ẩm mà tại đó lượng ẩm mà gỗ nhả ra môi trường bằng lượng ẩm mà nó hút từ
môi trường không khí vào trong.
- Môi trường sấy: Là khoảng không diễn ra quá trình sấy. Môi trường sấy
chủ yếu là không khí ẩm chiếm khoảng 99%, còn lại là môi trường hơi quá nhiệt.
Không khí ẩm là hỗn hợp của không khí khô (không khí trong môi trường tự
nhiên) và hơi nước bão hoà.
- Hơi quá nhiệt: Là hơi nước bão hoà được cấp thêm nhiệt. Chênh lệch nhiệt
độ giữa hơi quá nhiệt và hơi bão hoà ở cùng áp suất gọi là nhiệt độ quá nhiệt. Nếu

hơi quá nhiệt làm lạnh ở áp suất không đổi nó sẽ trở thành trạng thái bão hoà ở
nhiệt độ gọi là nhiệt độ điểm sương. Khi môi trường sấy là hơi quá nhiệt thì trong


7

môi trường sấy ấy không có không khí. Ở môi trường này hai thông số cơ bản đó
là áp suất hơi quá nhiệt (P), nhiệt độ của hơi quá nhiệt (T).
2.2. PHƯƠNG PHÁP SẤY
Hiện nay, trong thực tế sản xuất đã có nhiều phương pháp sấy được áp dụng như:
Phương pháp sấy quy chuẩn, phương pháp sấy tách ẩm, phương pháp sấy chân
không, phương pháp sấy hơi quá nhiệt,…
* Phương pháp sấy quy chuẩn

Hình 2.1. Sơ đồ nguyên lý và biểu đồ I-d của phương pháp sấy quy chuẩn
Phương pháp này còn gọi là phương pháp sấy gián tiếp trong môi trường không
khí. Đây là phương pháp sấy trong lò sấy kiểu chu kỳ môi trường không khí ẩm và
được áp dụng chủ yếu trong thực tế hiện nay. Sơ đồ nguyên lý và biểu đồ I-d được
biểu diễn ở hình 2.1.
* Phương pháp sấy ngưng tụ ẩm (hay phương pháp sấy tách ẩm):
Nguyên lý của phương pháp này là không có sự trao đổi không khí, ẩm trong
môi trường của lò sấy được ngưng tụ và dẫn ra ngoài. Không khí nóng và ẩm sau
khi qua đống gỗ phần lớn sẽ được hút qua giàn lạnh. Khi qua giàn lạnh, hơi nước
trong không khí sẽ được ngưng tụ lại thành nước ngưng. Không khí lạnh chứa hàm
lượng ẩm thấp này kết hợp một phần không khí qua đống gỗ nhưng chưa qua giàn


8

lạnh được đưa qua dàn nóng. Không khí có hàm lượng ẩm thấp, nhiệt độ sẽ đi qua

đống gỗ và làm cho gỗ khô. Sau khi qua đống gỗ, do nước trong gỗ thoát ra làm
cho không khí trở nên ẩm và quá trình sấy lại lặp lại chu kỳ biến đổi trạng thái như
trên. Sơ đồ nguyên lý và biểu đồ I-d được biểu diễn ở hình 2.2.

Hình 2.2. Sơ đồ nguyên lý và biểu đồ I-d của phương pháp sấy tách ẩm
(Ký hiệu DN là giàn nóng, ký hiệu DL là giàn lạnh)
Sấy tách ẩm có ưu điểm là tiết kiệm năng lượng nhất so với các phương
pháp sấy khác. Song nó vẫn chưa phổ biến tại Việt Nam do nó không có hiệu quả
khi sấy gỗ khó sấy, gỗ có chiều dày lớn và đặc biệt là yêu cầu về chất lượng vỏ lò,
môi chất để áp dụng phương pháp sấy này rất cao.
* Phương pháp sấy chân không:
Nguyên lý của phương pháp này dựa vào mối quan hệ giữa nhiệt độ sôi của
nước và áp suất hơi nước. Khi áp suất trong thiết bị giảm thì nhiệt độ sôi của nước
cũng giảm xuống. Khi áp suất giảm đến giá trị mà tại đó nước bắt đầu sôi và bốc
hơi thì trên tiết diện ngang của thanh gỗ có sự chênh lệch áp suất. Qua đó hình
thành lên dòng ẩm chuyển động trong gỗ theo chiều từ trong ra ngoài. Dưới điều
kiện chân không, quá trình bay hơi sẽ tiến triển nhanh chóng và qua đó quá trình


9

khô của gỗ rất nhanh nên thời gian sấy được rút ngắn đáng kể (khoảng 20-25 %
thời gian sấy so với phương pháp sấy quy chuẩn).
* Phương pháp sấy cao tần:
Đây là phương pháp sấy gỗ trong từ trường điện xoay chiều có tần số cao.
Tần số ở đây nằm trong khoảng 3-50MHz. Để hạn chế hiện tượng nhiễu sóng khi
sử dụng dòng điện cao tần trong công nghiệp, người ta giới hạn ở các phạm vi tần
số: 13,560MHz ± 0,06 %; 27,120 MHz ± 0,06 %; 40,580 MHz ±0.06 %, và tần số
phổ biến nhất là 27,120 MHz.
Phương pháp sấy cao tần có đặc điểm khác so với các phương pháp sấy

khác là gỗ được làm khô từ trong ra ngoài và do đó nó có thời gian sấy rất ngắn.
Bên cạnh đó, phương pháp này còn có nhiều ưu điểm là dễ tự động hoá, thiết bị
gọn nhẹ, chất lượng sấy đảm bảo, quá trình sấy dễ điều tiết và có thể sấy các loại
nguyên liệu có hình dạng phức tạp.Tuy nhiên giá thành sấy của phương pháp này
cũng khá cao, yêu cầu phải có hệ thống bảo vệ tốt.
* Phương pháp sấy hơi quá nhiệt:
Ở phương pháp này sử dụng trực tiếp hơi quá nhiệt làm môi trường sấy, đây
là một giải pháp nhằm tăng cường năng lực sấy và hiệu quả kinh tế của quá trình
sấy. Bản chất của quá trình sấy này chính là sự tổng hợp của phương pháp sấy quy
chuẩn và phương pháp sấy chân không.
Hơi quá nhiệt chính là hơi nước được cấp thêm nhiệt. Trong quá trình cấp
nhiệt, áp suất (gồm áp suất xung quanh gỗ và áp suất trong gỗ) đều tăng. Khi tăng
đến áp suất nhất định ta tiến hành làm lạnh môi trường sấy  một phần hơi nước
ngưng tụ  áp suất xung quanh gỗ giảm xuống  chênh lệch áp suất ở phía trong
gỗ và môi trường sấy. Nên phương pháp sấy hơi quá nhiệt là phương pháp sấy kết
hợp giữa phương pháp sấy nhiệt độ cao và phương pháp sấy chân không.


10

Phương pháp này có thời gian sấy ngắn không kém phương pháp sấy chân
không và thiết bị thì không khác mấy so với phương pháp sấy quy chuẩn. Viêc
theo dõi kiêm tra quá trình sấy dựa và mối quan hệ EMC = f(T, P).
2.3. ĐẶC ĐIỂM CHUNG VỀ LÒ SẤY GỖ TỰ ĐỘNG
Đối với các lò sấy tự động, chế độ sấy bao gồm các thông số: Nhiệt độ Tk,
độ ẩm thăng bằng của môi trường EMC, dốc sấy U. Các thông số này thay đổi
theo độ ẩm MC của gỗ sấy. Ở đây EMC cũng là một thông số biểu thị gián tiếp độ
ẩm tương đối của không khí ( , %), thông qua mối tương quan giữa độ ẩm thăng
bằng EMC và độ ẩm tương đối của không khí (, %) với công thức sau đây cho
phép ta tính toán được giá trị của độ ẩm thăng bằng thông qua 2 thông số nhiệt độ

t0C và độ ẩm tương đối của không khí.
U

MCtucthoi
EMC

(2.1)

U- dốc sấy;
Giá trị dốc sấy là 1.3-4.0, khi chất lượng môi trường sấy yêu cầu tương đối
cao, thì kiến nghị lựa chọn những giá trị sau:
Đối với gỗ lá kim: lấy dốc sấy là 2; gỗ lá rộng lấy là 1.5
Khi độ dày của gỗ sấy nhỏ hơn 30mm, nếu cần tiến hành sấy tốc độ nhanh,
thì kiến nghị lấy những giá trị sau:
Đối với gỗ lá kim: dốc sấy lấy là 3.0-4.0. Đối với gỗ lá rộng lấy là 2.0-3.0.
MC- độ ẩm tức thời của gỗ sấy, %;
EMC- độ ẩm thăng bằng của môi trường sấy, %.
Hoặc thông qua bảng tra , hoặc biểu đồ để xác định các thông số trên. Cũng
có nơi sử dụng chế độ sấy với 2 thông số nhiệt độ (T) và dốc sấy (U). Dốc sấy (U)
cũng gián tiếp nói lên mức độ khô ẩm của không khí, tức là gián tiếp biểu thị độ
ẩm tương đối của không khí ( %). Từ chế độ sấy với các thông số Tk, T có thể
chuyển đổi sang các thông số chế độ sấy tự động.;


11

Bảng 2.1. Các thông số chế độ sấy tự động

Stt

Độ ẩm, %

Nhiệt độ Tk
0

C

Độ

ẩm

thăng bằng
EMC

Dốc sấy
U

1

>40

T1

EMC1

-

2

40-35

T2

EMC2

-

3

35-30

T

4

30-25

U2

5

25-20

U3

6

20-15

U4

7

<15

T7

U1

EMC7

U5

SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA BỘ ĐIỀU KHIỂN
HELIOS

1:§é Èm gç MC

Y1: Van cÊp nhiÖt

2: NhiÖt ®é nhiÖt kÕ kh« Tk

Y2: Van phun Èm

3: §é Èm th¨ng b»ng EMC

Y3: Ven cña trao ®æi khÝ

4: Thêi gian T

Y4: Bé ®æi chiÒu qu¹t

Hình 3.1.4. Mô hình điều khiển tự động quá trình sấy bằng bộ điều khiển
HELIOS.
Các thông số cơ bản tín hiệu vào: (Input)
-Độ ẩm gỗ .


12

-Nhiệt độ môi trường sấy
-Độ ẩm môi trường
- Thời gian sấy.
Sử lý các tín hiệu trên ở 2 dạng chủ yếu là tín Analog và tính hiệu số .
* Thiết lập các thông số cơ bản tín hiệu ra:(Output)
-Điều khiển van cấp nhiệt.
-Điều khiển van phun ẩm.
-Điều khiển van trao đổi khí.
- Điều khiển hệ thống quạt thổi.
Các cơ cấu chấp hành lệnh khi điều khiển tự động

Hình 2.4 Sơ đồ kết nối các đầu đo và điều khiển hoạt động của lò
sấy

Thiết lập một hệ thống điều khiển lập trình cơ bản phải gồm có 2 phần :
- Khối xử lý trung tâm gọi là CPU (Central Processing Unit )
- Hệ thống giao tiếp vào /ra gọi là I/O (Input/Output)


13

I
N
P
U
T

S

O
U
T

Central
Processing
Unit

P
U
T
S

m
M
M
m
M
M
M
Mtrình

Hình 2.5 Sơ đồ khối của hệ thống điều khiển lập
M
M
M
Trong khối điều khiển trung tâm (CPU)gồm 3 bộ phận chính
M :
M
-Bộ xử lý (CPU).
M

-Hệ thống bộ nhớ (Menory).
-Hệ thống nguồn cung cấp (Power supply).
-Thiết lập mạch động lực và mạch điều khiển trong quá trình sấy.
-Sơ đổ khối hệ thống điều khiển :
Ngõ vào DIGITAL

LED Hiển Thị

ADC

GIAO TIẾP MÁY
TÍNH

Ngõ ra ANALOG

DAC

Ngõ vào ANALOG

Bộ nhớ

CPU

Ngõ ra DIGITAL

Nguồn


14

Hình 2.6 Sơ đồ khối hệ thống điều khiển
Trạng thái của môi trường sấy trong quá trình sấy gỗ xẻ (như nhiệt độ, độ
ẩm), cũng như độ ẩm của gỗ là những đối tượng cơ bản cần được kiểm tra và điều
khiển (khống chế). Để làm cho quá trình sấy được chính xác, cần thiết phải nhờ sự
giúp đỡ của một số thiết bị đo đếm để tiến hành kiểm tra, cũng là để thuận lợi cho
quá trình điều khiển.
a) Thiết bị kiểm tra nhiệt độ
Nhiệt kế bằng thuỷ tinh: là dựa vào nguyên lý của thể dịch (thuỷ ngân) bên
trong ống quản bằng thuỷ tinh (mao quản) khi gặp nhiệt sẽ dâng lên, để từ đó xác
định được nhiệt độ. Nhiệt kế thuỷ tinh được căn cứ vào kết cấu có thể phân ra
thành 3 loại là: dạng que, dạng ghi vạch đo độ bên trong và dạng ghi vạch đo độ
bên ngoài; nếu căn cứ vào hình dáng có thể được phân thành dạng thẳng, dạng có
góc 900 và dạng có góc 1360. Trong lò sấy gỗ thường sử dụng loại nhiệt kế thuỷ
tinh có góc 900, vạch đo độ được ghi bên trong và nhiệt kế được bảo vệ bởi một
lớp kim loại bên ngoài.
Ưu điểm của nhiệt kế thuỷ tinh là: sử dụng thuận tiện, tính ổn định tốt, giá
rẻ; nhược điểm của nó là: không thể xác định được từ cự ly xa, độ ỳ lớn, khi đọc
số dễ bị sai lệch.
Nhiệt kế kép bằng kim loại: là loại nhiệt kế dựa vào sự trương nở của kim
loại để đo nhiệt độ, loại này có được tính chịu rung động nhất định, có thể sử dụng

để xác định nhiệt độ đối với thể lỏng hoặc thể khí. Nhiệt kế này được hàn 2 lá kim
loại mỏng lại với nhau, khi nhiệt độ thay đổi, do hệ số trương nở của hai lá kim
loại mỏng này là khác nhau, nên làm cho chúng bị uốn cong đi, mức độ cong của
lá kim loại tỷ lệ thuận với độ cao hay thấp của nhiệt độ.
Ưu điểm của loại nhiệt kế này là: thuận tiện cho việc đọc kết quả; nhược
điểm là: sai số tương đối lớn.


15

Nhiệt kế điện trở: nhiệt kế này được tổ thành từ một điện trở nhiệt, dây dẫn
điện và đồng hồ đo sự thay đổi của giá trị điện trở. Loại nhiệt kế này có độ chính
xác cao, có thể xác định được từ khoảng cách xa và có thể thực hiện đo ở nhiều
điểm cùng một lúc, mức độ ứng dụng của loại nhiệt kế này rất rộng. Phạm vi xác
định của đồng hồ đo là từ -2000C đến -6000C.
Nguyên lý hoạt động của nó là, trị số điện trở của thể dẫn hoặc thể bán dẫn
sẽ thay đổi dựa theo sự khác nhau của nhiệt độ, do đó khi sử dụng nhiệt kế điện trở
để xác định nhiệt độ, trên thực tế là đi xác định giá trị của điện trở nhiệt.
Nhiệt kế nhiệt - điện cao: là loại nhiệt kế được căn cứ theo hiệu ứng giữa
nhiệt và điện để tạo thành. Nó gồm có: ngẫu nhiệt điện, đồng hồ xác định giá trị và
dây dẫn điện. Loại nhiệt kế này có độ chính xác cao, phạm vi xác định được rộng,
thuận lợi cho việc xác định ở nhiều điểm khác nhau cũng như có thể xác định được
từ khoảng cách xa, nó được ứng dụng khá rộng rãi trong sản xuất hiện nay.
b) Thiết bị xác định độ ẩm không khí
Trong lò sấy gỗ điều khiển bằng thủ công, thường được sử dụng nhất là
phương pháp xác định độ ẩm của môi trường sấy dựa vào sự chênh lệch của nhiệt
độ, tức là sử dụng nhiều nhất vẫn là nhiệt kế cầu ướt.
Loại nhiệt kế cầu ướt này được tổ thành từ hai nhiệt kế có độ chính xác như
nhau (hình 6.4), trong đó ở một nhiệt kế, tại bộ phận cảm nhận nhiệt được bọc một
lớp vải xô, đầu bọc vải xô được nhúng chìm vào trong một máng nước, nên loại

nhiệt kế này được gọi là nhiệt kế cầu ướt (đơn giản được gọi là cầu ướt).
Do để nước bay hơi cần phải có một nhiệt lượng nhất định, do đó trị số đọc
được ở trên nhiệt kế cầu ướt thường thấp hơn so với nhiệt kế bên cạnh nó (nhiệt kế
cầu khô). Còn mức độ bay hơi nhanh hay chậm của hơi nước lại có liên quan trực
tiếp đến nhiệt độ của môi trường xung quanh. Nếu như môi trường xung quanh
càng khô (độ ẩm càng thấp), thì phần nước ở trên lớp vải xô ở nhiệt kế cầu ướt bay
hơi càng nhanh, do nước bay hơi cần tiêu hao nhiệt lượng, nên làm cho nhiệt độ


16

trên nhiệt kế cầu ướt giảm thấp, tức là độ chênh lệch giữa nhiệt độ cầu ướt và nhiệt
độ cầu khô càng lớn.
Căn cứ vào trị số chênh lệch giữa nhiệt độ cầu ướt và nhiệt độ cầu khô có
thể tra được độ ẩm tương đối của môi trường sấy.
c) Thiết bị xác định độ ẩm của gỗ
Gỗ xẻ trong quá trình sấy, ngoài sử dụng phương pháp sấy khô và cân khối
lượng để xác định độ ẩm ra, để có được tốc độ xác định nhanh mà vẫn cho ra kết
quả tốt, có thể sử dụng các phương pháp xác định độ ẩm của gỗ bằng điện. Loại
thiết bị thuộc phương pháp này có: thiết bị xác định độ ẩm kiểu điện trở, thiết bị
xác định độ ẩm kiểu điện dung, thiết bị xác định độ ẩm dạng cao tần, thiết bị xác
định độ ẩm dạng vi sóng,… trong đó loại thiết bị xác định độ ẩm kiểu điện trở
được sử dụng rộng rãi nhất.
Hình 2.7 là loại thiết bị xác định độ ẩm kiểu điện trở tương đối điển hình,
đặc điểm của nó là: khối lượng nhẹ, dễ dàng cho việc mang xách, xác định nhanh,
có thể đọc trực tiếp được giá trị. Nhược điểm của nó là: không thể xác định được
độ ẩm của gỗ ở bên trong lò sấy, về cơ bản chỉ có khả năng xác định được độ ẩm
của gỗ sau quá trình sấy.
Hình 2.8 là một loại thiết bị xác định độ ẩm dạng cao tần, thiết bị này không
bị ảnh hưởng bởi chiều dày của gỗ, nó cũng có thể xác định được độ ẩm của gỗ

một cách rất nhanh chóng.
Hình 2.9 là loại thiết bị xác định đường ẩm (đường cong của độ ẩm) sử
dụng cho lò sấy gỗ, loại thiết bị này không những là có thiết bị xác định được độ
ẩm của gỗ bên trong lò sấy, nó còn có khả năng kiểm tra được cả nhiệt độ cầu khô
và nhiệt độ cầu ướt, căn cứ vào yêu cầu có thể in ngay được ra độ ẩm của gỗ cũng
như nhiệt độ cầu khô và nhiệt độ cầu ướt ở nhiều khoảng thời gian khác nhau.


17

Hình 2.7 Thiết bị xác định
độ ẩm dạng điện trở

Hình 2.8 Thiết bị xác định
độ ẩm dạng điện trở

Hình 2.9 Thiết bị xác định
độ ẩm dạng điện dung

Đặc điểm của loại thiết bị này là có thể xác định một cách nhanh chóng độ
ẩm của gỗ, nhưng do tính năng điện học của gỗ không những được quyết định bởi
độ ẩm, mà còn liên quan đến khối lượng thể tích, cấu tạo hoặc điều kiện môi
trường khi xác định, do đó loại thiết bị này cho kết quả không đủ độ chính xác, mà
kết quả của nó thường phải được hiệu chỉnh dựa theo những điều kiện như trình
bày ở trên. Loại thiết bị xác định độ ẩm kiểu điện trở xách tay này bị hạn chế bởi
một số nguyên nhân về kết cấu của nó, chỉ có khả năng xác định được độ ẩm ở
một độ sâu nhất định từ bề mặt gỗ. Khi gỗ có chiều dày lớn, rất khó xác định được
độ ẩm trung bình của nó.

18

đầu khoan

đầu đo

a

b

c
Hình 2.10 Đo độ ẩm gỗ trong lò sấy tự động

a- khoan ván xẻ để cắm đầu đo; b- đầu đo độ ẩm gỗ
c- vị trí cắm hai đầu đo; d- vị trí đặt các ván đo độ ẩm
trong lò sấy
Trong lò sấy tự động, độ ẩm gỗ được đo bởi các đầu đo được cắm sâu vào
trong gỗ (hình 2.10). Chiều sâu để cắm đầu đo khoảng 1/3 chiều dày ván xẻ,
khoảng cách giữa hai đầu đo ít nhất là 30 mm. Trong lò sấy tự động thường có từ 4
đến 6 vị trí cần phải đo độ ẩm gỗ, các ván xẻ được đo độ ẩm cần phải được đặt ở
các vị trí khác nhau trong lò sấy như trên hình 2.10 d.
2.4. THIẾT BỊ ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG
Loại thiết bị điều khiển bằng tay không những có cường độ lao động lớn,
điều kiện lao động kém, mà còn do một số người công nhân điều khiển có trình độ
hiểu biết thấp, hoặc vô ý, nên khó mà đảm bảo được chất lượng của gỗ sấy. Để
giải phóng sự lao động với cường độ quá lớn của người công nhân, cũng để đảm
bảo được chất lượng của gỗ sấy, nâng cao hiệu ích kinh tế, tiết kiệm được những
loại gỗ quý hiếm, trong quá trình sấy gỗ rất cần thiết một hệ thống điều khiển
mang tính tự động.

d


19

Thiết bị điều khiển:
Hiện nay, thiết bị điều khiển trong công nghiệp sấy gỗ được phân thành 2
loại lớn, một loại là điều khiển bằng đồng hồ, còn một loại khác là điều khiển bằng
lập trình sẵn. Hai loại này khác nhau rất lớn, loại điều khiển bằng lập trình có tính
năng rất tốt, hiện nay cũng đã được sử dụng rất rộng rãi.
Thiết bị điều khiển tự động bằng lập trình: thiết bị điều kiện tự động bằng
lập trình trong công nghiệp sấy gỗ là một loại thiết bị có hệ thống vi xử lý tiên
tiến, căn cứ vào các số liệu tập hợp được từ nhiệt độ cầu khô, độ ẩm của môi
trường sấy, độ ẩm của gỗ, thiết bị sẽ điều khiển tự động đồng thời rất nhiều các
thiết bị (như van điện động, vòi phun hơi nước, van điện từ của vòi phun nước
dạng sương mù, động cơ điện để đóng hoặc mở cửa hút, cửa xả khí,…). Thiết bị
điều khiển tự động bằng lập trình là quá trình điều khiển dựa vào những điều kiện
công nghệ chuẩn đã được lập sẵn, độ chính xác rất cao, từ đó mà đảm bảo được tốt
chất lượng của gỗ sấy.
Còn trên hình 2.10 là sơ đồ bên ngoài của thiết bị điều khiển tự động hoàn
toàn bằng lập trình, bên trong thiết bị này đã được lập sẵn khoảng trên 100 chế độ
sấy tiêu chuẩn khác nhau. Người công nhân điều khiển chỉ cần căn cứ vào những
yếu tố về chủng loại cũng như độ dày của gỗ sấy để lựa chọn ra số hiệu của chế độ
sấy thích hợp, khi đó máy sẽ tự động căn cứ vào trạng thái độ ẩm của gỗ sấy để
điều chỉnh các tham số của môi trường sấy cho đến khi kết thúc quá trình sấy.
Trong cả quá trình sấy gỗ, không cần sự thao tác của người công nhân. Ưu điểm
của loại thiết bị này là: mức độ tự động hoá cao, giảm được đến mức tối đa về lao
động; nhược điểm của nó là: do tính chất của gỗ là khác nhau, nên làm cho trong
cùng một loại gỗ thì vẫn tồn tại sự chênh lệch về độ ẩm.
 Thiết bị xác định độ ẩm của môi trường sấy: trong công nghiệp sấy gỗ,

thường sử dụng 2 phương pháp xác định độ ẩm của môi trường sấy, thứ nhất là


20

phương pháp sử dụng nhiệt kế cầu khô và cầu ướt như đã được trình bày ở phần
trên, thứ hai là phương pháp độ ẩm thăng bằng EMC.
Hình 2.11 là thiết bị đo độ
ẩm của môi trường sấy bằng
phương pháp độ ẩm thăng bằng,
phương pháp này gồm có: một
miếng mẫu mỏng để xác định độ
ẩm thăng bằng (có thể là miếng gỗ
hoặc miếng giấy), miếng mẫu
được kẹp vào một giá đỡ, dây dẫn
điện và đồng hồ đo. Nguyên lý xác
định của nó là nhờ vào độ ẩm của
miếng mẫu để biết được độ ẩm
thăng bằng của môi trường sấy,

Hình 2.11 Thiết bị đo thông số môi trường sấy
1- đầu đo nhiệt độ; 2-màng giấy đo EMC; 3- vị
trí cắm đầu đo độ ẩm gỗ MC; 4- dây dẫn

tức là lấy độ ẩm của miếng mẫu để đại diện cho độ ẩm thăng bằng trong môi
trường sấy. Trong thiết bị này, độ nhạy cảm của miếng mẫu đối với ẩm sẽ ảnh
hưởng trực tiếp đến độ chính xác của thiết bị khi xác định độ ẩm của môi trường
sấy.
Phương pháp dựa vào độ ẩm thăng bằng so với phương pháp nhiệt độ cầu
ướt và cầu khô có những ưu điểm sau: lắp đặt thuận tiện, không cần bố trí máng

nước, số liệu được hiển thị một cách rõ ràng, số liệu sẽ phản ánh trực tiếp được độ
ẩm của môi trường sấy.
Nhược điểm của loại thiết bị này là: độ chính xác thấp, do bản chất của nó là
đi xác định độ ẩm của miếng mẫu bằng điện, rồi từ độ ẩm của miếng mẫu đó được
coi là độ ẩm của môi trường sấy, phương pháp xác định độ ẩm bằng điện cũng tồn
tại những sai số nhất định, vả lại độ nhạy cảm của miếng mẫu với độ ẩm thường


21

cũng tồn tại những sai số nhất định, do vậy độ chính xác của phương pháp này là
không cao.
2.5. NGUYÊN TẮC CHUNG ĐIỀU KHIỂN SẤY TỰ ĐỘNG
Trong các công đoạn chế biến gỗ, sấy gỗ là công đoạn chiếm thời gian dài,
do vậy yêu cầu đặt ra đối với sấy gỗ bao gồm các yếu tố kỹ thuật và kinh tế là
năng suất, chất lượng và hiệu quả. Trên cơ sở đó một chế độ sấy phải bảo đảm sao
cho:
-Gỗ sấy khô đạt yêu cầu chất lượng đề ra;
-Thời gian sấy gỗ ngắn;
-Chi phí sấy thấp.
Nguyên tắc xây dựng lựa chọn chế độ sấy là dựa vào sự phân tích ảnh hưởng
của các thông số môi trường sấy đến các quá trình xảy ra trong gỗ sấy. Cần chú ý
một số điểm sau:
1- Trong sấy gỗ, quá trình vận chuyển ẩm đóng vai trò quan trọng, do vậy
mọi chế độ sấy phải thúc đầy quá trình vận chuyển ẩm từ trong ra ngoài bề mặt gỗ
sấy. Cần phải lưu ý rằng ở nhiệt độ cao quá trình dẫn ẩm tốt hơn (nhiệt độ tăng thì
hệ só dẫn ẩm tăng). Do vậy, cần phải coi trọng giai đoạn làm nóng gỗ ở điều kiện
độ ẩm môi trường  cao. Đối với nhiều loại gỗ ở nước ta việc tăng độ ẩm môi
trường làm nóng gỗ và ở giai đoạn sấy đều có ý nghĩa hết sức quan trọng còn do
sự phụ thuộc đáng kể của hệ số quán tính nhiệt (a) vào độ ẩm .

2- Đặc tính quá trình sấy phụ thuộc vào độ ẩm gỗ sấy. Độ ẩm ban đầu của gỗ
càng thấp, nhiệt độ môi trường sấy có thể nâng cao, độ ẩm môi trường có thể
giảm, từ đó thúc đẩy quá trình thoát ẩm của gỗ sấy, do vậy thời gian sấy gỗ được
rút ngắn. Vận dụng nguyên tắc này nên áp dụng biện pháp hong phơi gỗ trước khi
sấy để giảm độ ẩm ban đầu của gỗ sấy .


22

3- Chiều dày gỗ sấy càng nhỏ, gỗ càng dễ khô nên có thể tăng nhiệt độ và
giảm độ ẩm môi trường gỗ sấy. Chiều dày gỗ sấy lớn và độ ẩm ban đầu cao thì cần
thay đổi nhiệt độ và độ ẩm môi trường nhiều bậc hơn.
Sự thay đổi các trị số các thông số của môi trường sấy có thể xác định theo
các phương pháp khác nhau
-Lập lịch trình thay đổi nhiệt độ T và độ ẩm môi trường  (T) cho cả quá trình
sấy theo thời gian sấy. Phương pháp này đơn giản, dễ sử dụng, chỉ có thể áp dụng
cho nhứng loại gỗ đã được xác định chế độ sấy chuẩn và trong điều kiện thiết bị
sấy chuẩn.
-Thay đổi nhiệt độ T và độ ẩm môi trường  (T) cho cả quá trình sấy theo độ ẩm
tức thời gỗ sấy. Phương pháp này được áp dụng rộng rãi nhất hiện nay do tính linh
hoạt dễ điều chỉnh và cần phải theo dõi sự thay đổi độ ẩm gỗ trong suốt quá trình
sấy.
Một số nước trên thế giới áp dụng một số phương pháp điều hành sấy như ở
hình 2.12
T, 0C

T,
0
C

Tk

Tk

T,
0
C

Tk

Tu

Tu

a)

T,
0
C

Tk

Tu



b)



Tu



Hình 2.12 Phương pháp điều hành sấy ở một số
nước
a- Nga ; b- Anh; c- Đức; d- Mỹ

c)




23

Trong các chế độ sấy của Nga, vì độ ẩm môi trường sấy được điều tiết thông
qua nhiệt độ của nhiệt kế khô và nhiệt độ của nhiệt kế ướt, trong đó nhiệt kế ướt
được giữ không đổi hoặc thay đổi không đáng kể trong suốt quá trình sấy. Trong
khi đó, ở các chế độ sấy của Mỹ, nhiệt độ của nhiệt kế ướt được giảm dần theo
từng cấp, ở các chế độ sấy ở Anh và Pháp nhiệt độ nhiệt kế ướt không thay đổi
hoặc tăng dần. Ở Đức áp dụng chế độ sấy hai cấp, trong đó nhiệt kế khô tăng dần,
nhiệt kế ướt giảm dần.
Dựa trên nguyên lý đó, ở các nước đều đã xây dựng chế độ sấy chuẩn áp
dụng cho các loại gỗ với các chiều dày khác nhau.
Căn cứ vào chất lượng sấy của gỗ cũng như thời gian sấy có thể đánh giá
được về tính năng của chế độ sấy theo 3 chỉ tiêu sau:
Hiệu suất: dùng thời gian sấy dài hay ngắn để làm tiêu chuẩn đánh giá. Cùng
sử dụng một lò sấy, tiến hành sấy cùng một loại gỗ nhưng ở hai chế độ sấy khác
nhau, để sấy được gỗ sấy có cùng một tiêu chuẩn để đánh giá.
Tính an toàn: cần phải đảm bảo không phát sinh những khuyết tật của gỗ khi

sấy. Dùng trị số giữa độ ẩm thực tế tồn tại trong gỗ khi sấy với độ ẩm giới hạn mà
gỗ bắt đầu phát sinh những khuyết tật để biểu thị, tỷ số này càng nhỏ, điều đó nói
rằng tính an toàn càng cao.
Tiêu chuẩn này được đánh giá bởi tỷ số giữa giới hạn bền của gỗ và ứng suất
lớn nhất trong nó.
B

 ghb
 max

(3.2)

Nếu B >1, 0- chế độ an toàn; nếu B < 1,0 - gỗ sẽ bị nứt khi sấy
Độ mềm cứng của chế độ sấy: đặc trưng bởi mức độ bay hơi của nước trong
gỗ ở cùng một điều kiện môi trường sấy. Khi chủng loại, kích thước của gỗ sấy
cũng như tính năng sấy là như nhau, nếu chế độ sấy có độ chênh lệch về nhiệt độ