木材干燥计算机控制系统的开发与应用

传统木材加工企业在生产技术迅猛发展的时代如何求生存、求发展，而面对木材加工业日益激烈的竞争，如何提高劳动生产率，提高产品质量，降低生产成本是每个木材加工厂所不能回避的问题。在生产过程中保证木材的干燥质量、缩短干燥周期、降低能耗、提高木材干燥的优质率，是提高木材加工企业竞争力的一条行之有效的捷径。而传统的木材干燥技术，却难以实现这些要求。若在木材干燥过程中采用计算机控制技术，则能大大改进和提高木材干燥的工艺技术，使木材加工业具有更广阔的发展前景111. 1木材干燥室结构设计简介木材干燥车间的干燥室结构如所示，干燥室采用上顶风形式，上顶风机下布置s型蒸汽散热排管，干湿球温度由铜-铂铜热电偶传感器获得，每间干燥室容纳木材体积约40m3，所有控制阀受计算机控制系统控制。首先根据干燥室内所堆叠木材的树种、锯材规格、初始含水率等参数制定木材干燥基准，干燥过程中，实时监测干燥室内干、湿球温度并及时实施喷蒸、送入热风、调整风向、排汽抽湿、为保证干燥质量，根据实际情况，有必要送入少量干燥室外的冷空气。木材干燥过程控制难度很大，为此，开发木材干燥过程计算机控制系统势在必行。
2控制系统组成及基本功能木材干燥过程控制方案设计如所示。该系统的被控对象是木材干燥室，系统按预先制订的木材干输出项，即：其中KP反映实际值与理论值偏差后的响应力度，Ki是实现控制系统在稳态时，实际输出量对设定值的无静差跟踪补偿。Kd改变控制系统对偏差修正的响应时间，改善闭环系统的动态响应速度。实际上PID控制算法对控制系统的被控对象建立了一个比例、积分、微分的数学模型。确定的Kp，Ki，Kd输出控制量比例系数，利用这一简单的PID控制算法中的控制量U难以实现木材干燥实际过程的综合控制。
（2）在现阶段，模糊控制技术日趋成熟和完善，随着其他学科新理论，新技术的建立和发展，模糊理自适应模糊控制器相结合的控制方法在实际生产中得以验证。木材干燥过程模糊控制算法如所示，木材干燥过程模糊控制算法示意图将具体木材的理论干燥基准表输入到模糊控制器的模糊化接口，将输入的木材干燥基准理论量映射为U上的一个模糊集合；模糊推理过程是基于模糊1逻辑中的蕴涵关系及推理规则来进行的，根据输入的燥基准自动执行干燥控制程序。用铜-铂铜传感器采集干燥室内的干湿球温度，经A/D转换后输入到单片机应用系统，再经CAN变换、CAN总线上传至上位PC.通过实时地采集每间干燥室内干球、湿球温度，可获取木材的实时平衡含水率；根据干燥室内实际状况，自动控制室内的风速及风向、热风量、喷蒸量、抽湿量、排汽量、送风量等。控制系统具有统计历史数据库和报表功能。操作人员通过研究木材干燥统计数据，形成自己的较成熟的具体树种锯材干燥控制经验，与木材干燥理论知识相结合，形成一个较充实的木材干燥控制知识库，然后对原制定的具体树种的木材干燥基准进行必要的人工调整，使该控制系统对干燥室的控制过程更逼近木材的理想干燥过程。控制系统集理论干燥基准与知识经验库之数据，结合实测情况进行干燥基准调整，控制信号经CAN总线和D/A转换、功率放大后控制接触器的动作，实现木材干燥过程的计算机控制。
木材干燥过程控制方案设计2.1木材干燥过程控制算法木材干燥过程中，干球、湿球温度变化的滞后性，木材应力变化的复杂性要求控制系统对木材干燥过程的控制必须具备实时性。不同树种的木材、不同产地的同种木材、规格不同的锯材等等因素均要求有不同的木材干燥基准。这就要求控制人员在长期的木材干燥工作中针对木材干燥这一特点，不断地掌握各种木材的特性知识，积累各种木材的干燥过程控制经验，形成自己的木材干燥知识库。同时，在日后的木材干燥过程中，根据实时实地的具体情况对木材干燥知识库进行不断地修改与补充。
（1）实践证明，采用传统简单的PID控制算法与木材干燥过程的控制，不能很好地完成木材干燥过程的控制，木材干燥质量难以把握。简单PID控制算法比例输出项1积分输出项+01微分ub模糊PID控制木材干燥模糊控制器各种木材干燥基准知识、经验摩比较放大输入千燥室内风机喷蒸阈等控制干湿球温度传感器电气控制转换*1<；图。40木材干燥过程控制系统原理结构图：troniePub干燥基准模拟量，由模拟控制规则完成模糊推理、逼近，来求解模糊关系方程，并获得木材干燥过程控制的模糊控制量；木材干燥过程控制的知识库、经验库是模糊控制器的核心，由木材干燥数据库和规则库两部分组成。干燥数据库中存储有关模糊化、模糊推理、解模糊的基本数据及干燥控制模糊化中论域变换方法，输入变量各模糊集合的隶属函数定义等，而干燥规则库则包含了一组模糊控制规则，它反映了控制专家的知识和经验。由知识经验库与模糊推理机的比较、经去模糊处理接口采用大隶属度法后，从输出的模糊子集中判决出一个的木材干燥过程控制量。
2.2控制系统电路总体结构木材干燥过程控制系统（如所示）。整体电路由上位PC，CAN转换电路，CAN总线，A/D及D/A转换电路，电气控制电路等六部分组成。上位PC安装自主开发的基于VC+ +6.0的木材干燥过程控制系统，SQL2000数据库，操作系统为Windows2000.CAN转换电路由AT89C51，SJA1000，82C250，光电隔离电路等元件组成CAN总线的控制转换部分；CAN总线采用带屏蔽的5芯电缆（其中两根用作CAN总线，两根用作5V电源线，一根作为地线）；铜-铂铜热电偶温度计读数经误差修正，由12位A/D转换器AD1674完成A/D转换；控制信号经12位D/A转换器DAC1230进行D/A转换，后经模拟量输出电路AD694功率驱动，控制干燥室内风机、喷蒸阀、热风阀等各部件的电气控制电路。
2.3控制系统应用程序开发木材干燥计算机控制系统包含以下软件模块：系统初始化模块，系统自检模块，通信模块，干燥基准修改模块，干、湿球温度采集模块，以及干燥基准、状态显示、过程控制、统计报表、报警延时等模块。
；/*调用延时函数，延时*/ 1；/*设置82C250的复位方式*；/*调用延时函数*/；/*F3H设为验收码寄存器中标识符的高8位*/ 0；/*验收屏蔽寄存器所有位相关*/BTR0=0x87；/*系统总线定时寄存器的时钟周期/*位周期为9个时钟周期*/ /*设置输出控制寄存器为正常输出*/ /*开放所有控制寄存器的中断*/ /*82C250转入正常运行*/ +6.0的应用程序向导创建木材干燥控制系统MCGCWN工程、建立各部分对话框等。然后对串口进行初始化：锅炉加水阀地面抻水阀抽湿阀风机正反转抽烟机控制热风阀喷蒸阀//接收信息的串口//奇偶校验否‘口顶丁33匕=8；//每帧数据位为8位UINTstopsbits //声明串口的写操作函数文件，选定串口号，设置对干球或湿球温度的读取时=1；//设定为串口1 //用来存储接收到的一条状态信息//在MCGCWNDlg类中必须声明串口对象//接收到的每条信息中的字符数//声明读取干球或湿球温度的定时器对象//声明接收、处理信息接收并读取串口COM1的数据//将接收到的数据存放在mszData变量中//给接收到的数据加上结束符//处理接收到的数据//清空缓存区，等待下一次接收（4）将数据写入上位PC串口的函数3系统调试及故障预防3.1配置合适的终端电阻一般情况下，CAN总线的佳终端匹配电阻为120U总线即可工作稳定。在本系统的调试过程中，若采用上述阻值进行终端电阻的匹配，极易在CAN总线输入比较器中产生较强的信号反射谐波。
本系统的总线长度大约有950m，为使系统工作稳定，在上位PC的总线端配置120Q总线终端匹配电阻，在总线的远端配置150Q总线终端匹配电阻。
3.2接地措施本木材干燥控制系统的CAN总线是布局在锅炉、电机等环境中，电机干扰严重，同时，总线传输距离远。系统对接地的要求更为严格，考虑到CAN接口工作于差分方式，总线允许的共模电压范围是：-7+ 12V.当系统总线产生的共模信号电压超过这一允许范围时，总线通信即出现不稳定现象，甚至出现系统通信失败的故障。解决办法是：给总线加上屏蔽层并使之接地。
4结束语本文介绍了一种基于CAN总线技术的木材干燥过程的计算机控制系统，并介绍了该控制系统中的电路总体结构及部分软件系统。该木材干燥过程计算机控制系统，经实际应用、测试，达到设计要求并通过了市级技术鉴定。该控制系统在几家外资家具企业的实际应用表明，应用该技术改革传统的木材干燥过程控制后，木材干燥的效果较为理想，如干燥周期短、木材干燥后含水率达标、无端裂、保持原木色、能耗低等。同时，本系统具有电路结构设计合理、安全可靠、抗干扰能力较强、容易操作等特点，该系统对于不断发展的木材加工市场有着广泛的应用前景。