Н. А. Назарбаева народу Казахстана

 

 

176 

UDCI  658.5 

 

Kozhamberdieva M.I.

1

, Imanbekov B.T.

2 

Almaty University of Power Engineering & Telecommunications

 1

. 

Kazakh National Technical University after K.I. Satpaev

2 

Almaty, Republic of  Kazakhstan 

baks_teen@mail.ru 

 

AUTOMATION OF HYDROTHERMAL  PROCESSING OF PLYWOOD RAW MATERIAL 

 

Abstract. The report focuses on the use of modern devices and digital automation system with the creation of an 

effective computerized system of hydrothermal treatment plywood raw material. The application of automated systems 

to improve productivity and quality heating plywood raw material and reduce the loss of heat and energy. 

Key words: PSF (plywood, manufactured using a phenol-formaldehyde resin adhesive), FC (plywood obtained 

when gluing veneer glue)  SCADA - supervisory control and data acquisition. 

 

The  technological  process  of  hydrothermal  treatment  of  veneer  stock  highly  influences  the  product 

quality and raw  materials consumption. The  existing control systems are  not  effective and characterized by 

deviations from predetermined process conditions thus resulting in overuse of thermal power, unsatisfactory 

preheating  of  plywood  stock  material  and  appearance  of  chips  and  cracks  in  veneer  sheets  [1].The 

enterprises, which produce laminated, FSF and FK plywood, have no effective automated control systems of 

hydrothermal  treatment  of  veneer  stock  which  negatively  characterizes  these  processes  at  all  performance 

factors. Applied automation means consist of analog temperature sensors for the heating water and primitive 

devices changing the heat supply into the basin for hydrothermal treatment of veneer stock. Without the use 

of modern devices and digital automation systems it is impossible to create an effective computerized system 

of  hydrothermal  treatment  of  veneer  stock.  Such  computerized  systems  must  improve  the  productivity  and 

quality of preheating of the veneer stock, and reduce the loss of heat and energy [2], [3]. 

Therefore, it is required to develop and introduce mathematical, data, algorithmic, and machine supply 

for the computerized systems for hydrothermal processing of the veneer stock of which the laminated, FSF, 

and FK plywood is being produced, thus saving energy and increasing productivity. 

For  this  purpose  at  first  they  conduct  a  system  analysis,  development  of  mathematical  models  and 

survey  of  processes  of  hydrothermal  treatment  as  controlled  objects.  Production  of  plywood  also  requires 

development [3], [4]. of mathematical models and data supply of processes of hydrothermal processing. This 

includes  heat  supply  into  the  basin  for  the  hydrothermal  treatment,  heat  losses  through  the  surface  of  the 

basin, heat  losses through the basin  insulation,  models of the preheated  veneer stock, a heat balance  of the 

basin, and heat currents during hydrothermal treatment [4], [5]. 

Mathematical  model  characterizes  description  of  veneer  stock  heating  by  ordinary  differential 

equations,  which  is  acceptable  for  the  construction  of  computerized  control  process  of  hydrothermal 

treatment of the veneer stock. 

During the preheating  of veneer stock  heat losses occur. Processes of heat leakage through the  water 

surface in the basin have variable physical nature. Losses can be subdivided into the following components: 

convective losses, losses by radiation, and losses by evaporation of water from the basin [5], [6], [7]. 

Also a mathematical model has been developed to assess the amount of convective heat given by the 

water  surface.  This  mathematical  model  helps  estimate  the  amount  of  convective  heat  given  by  the  water 

surface. In order to manage the process it is necessary to maintain the temperature of the basin water at the 

pre-set level [8], [9]. 

The  scheme  includes  (position)  pool  1,  the  heat  exchanger  2  feed  line  3,  the  return  line  4,  5  filters, 

water filling line 6, the actuator control the supply of water in the pool 7, the sensors measure the water level 

in the pool 8, actuators, control [10]  and plum topping water from the basin 9 and 10, the water drain pipe 

11, a sensor measuring the water temperature in the delivery pipe 12, a screw pump with a motor 13, a sensor 

measuring the water pressure in the supply pipe 14, water temperature sensors installed at various points in 

the  pool  15,  an  input  module  signals  from  sensors  (eg  ADAM-5017H)  16,  the  output  unit  (for  example, 

ADAM-5024)  17  industrial  Controller  (for  example,  ADAM-5000  /  TCP)  18,  the  control  computer  (for 

example, SIMATIC RACK PC 840 V2) 19, [11], [12] an operator console 20. 

 

 

 

177 

 

 

Picture 1 - Hydrothermal  processing of plywood raw material. 

 

The system operates as follows. From the operator panel 20 or from the host computer 19 is signaled 

to turn on the system controller 18, with the  output module 17 test pulses are fed to the actuators 7-10 and 

motor screw pump 13, with [13], [14] the input module 16 test pulses go to the sensors 15, 14, 12 , 8, back 

with  devices  receive  signals  about  their  serviceability  or  malfunction  of  an  industrial  controller  18,  an 

operator  console  20,  the  control  computer  19  After  receiving  the  information  about  the  serviceability  of 

sensors  and  actuators  industrial  controller  18  compares  the  values  of  the  temperature  obtained  from  the 

sensors  located  in  the  basin,  with  the  temperature  set  by  the  technological  requirements,  a  signal  to  the 

switch actuator 7, located on the flow line 3, [15] and the heated water is pumped into the pool. On the flow 

line  3  are  sensors  measuring  the  temperature  of  the  water  12  and  14  measure  the  water  pressure,  with 

information which comes to the industrial controller 18 through the input module, where it is processed, and 

the operator panel 20 and the control computer 19 [16]. 

The  developed  algorithm  of  computerized  control  system  of  water  heating  and  treatment  SCADA 

control  system  for  the  hydrothermal  treatment  of  veneer  logs  lets  effectively  manage  all  the  SCADA 

components  such  as  purifying  filter,  hydrothermal  treatment  basin,  the  plate  heat  exchanger,  water  supply 

pump from the basin, a blow fan for supplying waste drying agent in the plate heat exchanger [17], [18]. 

The  developed control algorithm for the process  of  hydrothermal processing  of raw  materials for the 

production  of  the  laminated,  FK  and  FSF  plywood  made  it  possible  to  develop  software  for  the  computer-

aided  process  control.  An  algorithm  for  automated  determination  of  recuperation  device  parameters  has 

given the opportunity to develop software for the automated basin heating [19].The developed algorithm for 

automated  determination  of  the  parameters  of  the  circulating  water  purification  during  automated 

hydrothermal processing of the veneer stock made it possible to develop software for automated cleaning of 

heating water in the basin. 

A scheme  was presented in  graphical form showing automation control system  (ACS) of the process 

of  hydrothermal  treatment  of  the  veneer  stock  for  the  production  of  the  laminated,  FSF  and  FK  plywood, 

which  is  invariant  to  changes  in  ambient  temperature.  [20]ACS  scheme  was  presented  in  graphical  form 

showing the process of hydrothermal treatment of the veneer stock, which is invariant to changes in ambient 

temperature,  as  well  as  reducing  the  response  rate  of  the  hydrothermal  treatment  basin  in  the  process  of 

adjustment.  

To  implement  a  simple  flexible  positive  feedback  and  functioning  of  the  compensating  element  this 

automation  system  includes  steam  supply  conduit  with  temperature  and  flow  sensors,  set  into  the  heating 

water  supply  pipeline  into  the  basin  for  the  veneer  stock  hydrothermal  treatment,  as  well  as  the  ambient 

temperature gauge. It enables to record a change in temperature of the air, wind speed [21]. 

 

 

178 

A  data  from  the  environmental  factors  gauge  arrives  at  the  industrial  microcontroller,  where  the 

measured value is compared with the set temperature. If an attempt to eliminate the deviation by increasing 

the flow of heating water fails and an ambient temperature gauge detects a decrease in air temperature, which 

in  the  future  will  further  increase  the  deviation  of  actual  temperature  from  the  preset  temperature,  the 

controller will regulate the temperature of  heating  water in the basin, taking  into account the compensating 

element,  and  the  basin  will  be  additionally  supplied  by  steam  from  the  boiler,  thus  compensating  the 

deviation [22], [23]. 

Software  developed  on  the  basis  of  the  mathematical  support  of  the  veneer  stock  hydrothermal 

treatment, can  effectively  manage the process of hydrothermal treatment  of  wood. The selected complex  of 

automation technical means can maintain the parameters of the hydrothermal treatment at a preset level. This 

hardware-software complex  will improve the  efficiency  of  enterprises that produce the  laminated, FSF and 

FK plywood, and reduce consumption of raw materials [24], [25]. 

 

REFERENCES 

1.  Akitsu,  H.,  Norimoto,  M.,  Morooka,  T.  and  Rowell,  R.M.  (1993a).  Effect  of  humidity  on  vibrational 

properties of chemically modified wood. Wood and Fiber Science, 25(3), 250–260. 

2.  Akitsu,  H.,  Gril,  J.  and  Norimoto,  M.  (1993b).  Uniaxial  modelling  of  vibrational  properties  of  chemically 

modified wood. Mokuzai Gakkaishi, 39(3), 258–264. 

3.  Arni, P.C., Gray, J.D. and Scougall, R.K. (1961a). Chemical modification of wood. I. Use of trifluoroacetic 

acid in the esterification of wood by carboxylic acids. Journal of Applied Chemistry, 11, 157–163. 

4.  Arni, P.C., Gray, J.D. and Scougall, R.K. (1961b). Chemical modification of wood II. Use of trifluoroacetic 

acid as a catalyst for the acetylation of wood. Journal of Applied Chemistry, 11, 163–170. 

5.  Arora,  M.,  Rajawat,  M.S.  and  Gupta,  R.C.  (1979).  Studies  on  the  acetylation  of  wood.  Holforschung  und 

Holzverwertung, 31(6), 138–141. 

6.  Arora,  M.,  Rajawat,  M.S.  and  Gupta,  R.C.  (1980).  Effect  of  acetylation  time  on  degree  of  acetylation  in 

wood. Holforschung und Holzverwertung, 32(6), 138–139. 

7.  Arora,  M.,  Rajawat,  M.S.  and  Gupta,  R.C.  (1981).  Effect  of  acetylation  on  properties  of  particleboards 

prepared from acetylated and normal particles of wood. Holforschung und Holzverwertung, 33(1), 8–10. 

8.   Sergovskii, P. S. Gidrotermicheskaia obrabotka i konservirovanie drevesiny, 2nd ed. Moscow, 1968. 

9.   Sergovskii P.S Hydrothermal treatment and preserving wood. M .: Forest Industry, 1998 – 400 

10.  Sterlin  M.D.  Elemental  analysis  of  the  flow  of  heat  at  gidrotermo¬obra¬bot-ku  raw  material  in  the 

manufacture  of  plywood.  In:  New  .:  in  the  production  of  plywood,  chipboard  and  plastics  drevesnosloietyh.  -  M  .: 

Forestry, 1990, issue 6, s.50-52. 

11.  Melkostupova  G.A  Hydrothermal  treatment  of  fine  wood.  Fibreboard  and  plywood,  scientific  tehn.ref.sb., 

VNIPIEI-lesproi, 2000, No.1, p.7. 

12.  Waldenberg YS and others. Automated process control systems. M .: Statistics, 2005.- 180 p. 

13.  Bergervoet, T. (1983). Presteaming radiata pine heartwood to improve treatability. International  Research 

Group on Wood Preservation, Doc. No. IRG/WP 3239. 

14.  Bhuiyan,  M.T.R.,  Hirai,  N.  and  Sobue,  N.  (2000).  Changes  of  crystallinity  of  wood  cellulose  by    heat 

treatment under dried and moist conditions. Journal of Wood Science, 46(6), 431–436. 

15.  Bhuiyan,  M.T.R.,  Hirai,  N. and  Sobue,  N.  (2001). Effect  of  intermittent heat  treatment  on  crystallinity    in 

wood cellulose. Journal of Wood Science, 47(5), 336–341. 

16.  Bhuiyan, M.T.R., Hirai, N. and Sobue, N. (2002). Behaviour of piezoelectric. dielectric, and elastic constants of 

wood during about 40 repeated measurements between 100 °C and 220 °C. Journal of Wood Science, 48(1), 1–7. 

17.  Birkinshaw,  C.  (1998).  Chemically  modified  wood—a  review  with  consideration  of  the  opportunities    for 

application to Irish timber. Irish Forestry, 55(2), 21–34. 

18.  Birkinshaw, C. and Hale, M.D. (2002). Mechanical properties and fungal resistance of acetylated  fast grown 

softwoods. I. Small specimens. Irish Forestry, 59(1–2), 49–58. 

19. Bourgois, J., Janin, G. and Guyonnet, R. (1991). Measuring colour: a method of studying and optimizing the 

chemical transformations of thermally-treated wood. Holzforschung, 45(5), 377–382. 

20. Bowyer, J.L., Shmulsky, R. and Haygreen, J.G. (2003). Forest Products and Wood Science: an Introduction, 

4th edn. Iowa State University Press, USA. 

21. Brebner, K.I. and Schneider, M.H. (1985). Wood–polymer combinations: bonding of alkoxysilane coupling 

agents to wood. Wood Science and Technology, 19(1), 75–81.  

 

Қожамбердиева М.И., Иманбек Б.Т. 

Автоматизация гидротермической обработки фанерного сырья 

Резюме. Доклад посвящен использованию современных  устройств и цифровых систем автоматизации с 

созданием  эффективной  компьютеризированной  системы  гидротермальной  обработки  фанерного  сырья. 

Рассматривается  применение  автоматизированных  систем  для  улучшения  производительности  и  качество 

подогрева фанерного сырья, и уменьшение потери тепла и энергии. 

 

 

179 

Ключевые слова: ФСФ (фанера, изготавливаемая с применением смоляного фенолформальдегидного клея), 

ФК (фанера, получаемая при приклеивании шпонов карбамидным клеем), SCADA - диспетчерское управление 

и сбор данных. 

 

Қожамбердиева М.И., Иманбек Б.Т. 

Фанера шикізатының гидротермиялық өңдеуінің автоматтандырылуы 

Түйіндеме.    Бұл  баяндама  қазіргі  заманға  сай  құрылғыларды  игеруге  және  цифрлық  жүйелердің 

автоматтандырылуын  компьютерлік  жүйенің  көмегімен,  тиімді  фанера  шикізатын  гидротермалды  өңдеуге 

арналған. Автоматталған жүйенің қолданысы өндірісті жақсарту үшін фанера шикізаттының жылыту сапасын, 

жылының және қайраттың шығынының кемуі қарастырылады. 

Түйін  сөздер:  ФСФ  (шайырлы  фенолформальдегидті  желімнің  қолдануымен  даярланған  фанер),  ФК 

(карбамид желіммен жабыстырылатын фанера), SCADA - диспетчер басқармасы және деректердің жиынының. 

 

 

УДК 378.147 

 

Makulov K., Otarbayev Zh., Yagaliyeva B. 

Kazakh National Technical University after K.I. Satpaev,

 

Almaty, Republic of  Kazakhstan 

kaiyr@mail.ru, otarbayev_zh@kazntu.kz, bagdat.yag@gmail.com  

 

ANALYSIS OF EXPERT SYSTEMS, REVEALING OF THE MAIN DEFICIENCIES AND  

SPECIFICATION OF WAYS OF ITS SOLVING 

 

Abstract:  The  article  deals  with  expert  systems  and  issues  of  its  use  in  education  with  distance  education 

technologies and shows the main deficiencies and ways  of  its solving for the purpose of ES modulus creation for the 

system of distance educational technologies.  

Key words: Distance educational technology, learning technology. 

 

The need for development of distance learning technologies is obvious for all countries of the world. 

The history of development of open distance education over the whole world has more than 40 years.  

Higher education is considered as one  of the  leading factors of the social and  economic progress. As 

for  the  present  day  the  important  value  and  main  capital  of  the  modern  society  is  a  human  capable  of 

searching for and mastering, the new knowledge and making out-of-the-box solutions. 

Alongside  with  such  changes  the  Republic  of  Kazakhstan  (further  referred  to  as  –  RoK)  started  to 

introduce the distance learning form to the educational process in experimental mode as from the year 2005.  

Later  the  distance  learning  form  was  changed  for  distance  education  technology  (further  referred  to  as  - 

DET) [1].  

Education  has  become  one  of  the  widest  areas  of  human  activity  in  the  modern  society.  For  the  last 

ten-year period, the  world  has changed  its attitude to  all  kinds  of  education, on the  efficiency  of  which the 

prospects of human development depend in many ways [2]. 

Information resources  management suggests availability  of the aggregate  of appropriate technologies 

based on using some or other means of collection, transfer, processing, storage, submission of information in 

the  process  of  managerial  activity.  Depending  on  predominance  of  any  of  the  above-listed  informational 

processes,  intensity  or  significance  thereof  one  chooses  the  proper  means  of  realization  thereof  that  in  the 

context  of  variety  of  the  latter  brings  forth  the  problem  of  selection  and  use  of  means  providing  for 

information resources management.  

Solving  of  the  problem  of  selection  and  use  of  ES  for  the  educational  process  for  the  purpose  of 

conduct of  laboratory  works by the  method  of  distance  learning suggests the availability  of the  managerial 

personnel,  specialists  for  introduction  to  the  existing  distance  learning  system,  general  knowledge  of  the 

recommended approaches etc. 

Expert  systems  of  project  management  are  designed  for  planning  and  management  of  resources  of 

different kinds (material, technical, information) when realizing complex scientific-and-research and project-

and-construction works. 

Expert  systems  and  decision-making  support  systems  are  designed  for  the  purpose  of  realizing  the 

technologies  of  information  provision  of  the  managerial  decision  making  processes  by  virtue  of  using 

economical-and-mathematical modeling and artificial brain principles.  

ES  are  designed  for  the  purpose  of  solving  certain  practical  tasks  in  some  narrow  directions,  for  the 

 

 

180 

basis  of  which  the  knowledge  of  expert  specialists  are  taken.  Expert  systems  became  the  first  program 

developments to have attracted enormous attention to the results of investigation in the artificial brain area.  

Systems of intellectual design and management system improvement are designed for use of so-called 

CASE-technologies (Computer Aid System Engineering) focused on computer-aided development of project 

decisions on creation and improvement of organization management systems [3].  

ES development stages are considered in the figure 1. 

 

 

Figure 1 – Stages of development of ES. 

 

Correctly  selected  expert  and  successful  formalization  of  his  knowledge  allows  providing  ES  with 

unique and valuable knowledge. 

The first stage. To specify tasks and identify problems, to reveal the development pruposes, to specify 

experts and user types. By the example of introduction to DET the highly-qualified teaching staff of a higher 

educational institution will be in the role of experts.  

The second stage. To analyze the task of a certain subject area, to reveal the definitions to be used and 

relationship  thereof,  to  specify  the  task  solving  methods.  By  the  example  of  introduction  to  DET  the 

particular discipline shall be taken providing for laboratory works on this direction. 

 

 

181 

The  third  stage.  To  specify  the  logic  structure  (ways  of  representing  of  all  types  of  knowledge),  to 

select the appropriate software, project and system work model. 

The fourth stage. The process of knowledge base introduction by the expert.  

The fifth stage. Implementation of ES. 

The sixth stage. Inspection and analysis of ES work. 

The seventh stage. Operation of ES. 

The eighth stage. Support and constant filling of the knowledge base with the current data. 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Figure 2 – The life cycle of ES depends on its support in the up-to-date state. 

 

If    ES  is  not  supported  in  the  up-to-date  state  (regular  filling  of  the  knowledge  base  with  the  expert 

new knowledge), it will lose its being in demand with time. 

The  main  deficiency  of    ES  is  inability  of  self-learning.  Support  of  expert  systems  in  the  up-to-date 

state requires constant intervention in the knowledge base of knowledge engineers.  

The most famous ES is Wolfram|Alpha. W|A does not return the list of references based on the inquiry 

results but calculates an answer basing on its own knowledge base which contains the data on mathematics, 

physics,  astronomy,  chemistry,  biology,  medicine,  history,  geography,  politics,  music,  cinematography  and 

also information on well-known people and internet-sites [4]. 

For the present day, ES is widely used in medicine but exclusively in highly specialized subject areas. 

The  first  expert system called Dendral  was developed in Stanford. This  was the  expert system  determining 

the structure  of  organic  molecules by  chemical formulae and spectrographic  data on the  chemical bonds  in 

molecules. The Dendral value consisted in the following. Organic molecules are generally very large and that 

is why the number of possible structures of these molecules is great as well. Owing to heuristic knowledge of 

chemical  experts laid  in the  expert system, the right  decision from amongst a  million  of possible  ones  was 

found  by  several  attempts.  Principles  and  ideas  laid  in  Dendral  appeared  to  be  so  effective  that  they  have 

been used by now in chemical and pharmaceutical laboratories all over the world [5]. 

ES  use  in  the  learning  process  will  certainly  give  its  positive  results.  Using  of  standard  computer 

programs  or  programs  on  particular  directions  of  activity  is  already  not  quite  the  variant  when  the 

experienced  user`s  demands  are  very  high.  While  higher  educational  institutions  have  started  using 

supercomputers for research purposes and in the learning process, one ought to activate work on the direction 

of ES and artificial brain. Development  of ES for  managerial processes  is possible  if there  is the  enormous 

reserve of information resources. The figure 3 shows the general scheme of  ES use in the learning process 

with  DET.  When  developing  ES  on  conduct  of  laboratory  works  on  certain  sections  or  disciplines  the 

trainees  would  have  the  possibility  of  on-line  carrying  out  these  projects  with  the  help  of  the  electronic 

expert.  

For  the  trainees  on  the  direction  of  computer  sciences  it  is  possible  to  develop  ES  on  conduct  of 

laboratory-and-research  works    (For  example:  5В060200  -  Informatics,  5В070200  -  Automation  and 

management,  5В070300  -  Information  systems,  5В070400  -  Computer  science  and  software,  5В100200  - 

Information Security Systems). 

жүктеу/скачать 35,33 Mb.

Достарыңызбен бөлісу: