基于智能控制的木材干燥测控系统的实现

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近年来,随着木质材料需求量不断攀升,木材干燥设备研发规模更是日趋壮大。为提高木材利用率、干燥质量、干燥速率,智能化木材干燥测控系统的研究越来越受到人们的关注。本文以某木材干燥公司的木材干燥窑项目为研究背景,设计并实现基于智能控制的木材干燥测控系统。本文中木材干燥测控系统由上位机监控界面、底层硬件控制电路、变频器、风机、风门、排烟阀等组成。底层硬件系统可实现6路温度采集、实时时间标记、RS485协议远距离传输、智能液晶显示、箱体温度监控、掉电检测、温度报警、风机及风门执行机构控制等功能。顶层监控界面可实现实时绘制温度曲线,并将历史数据存储在PC机中,为后续改善木材干燥工艺提供依据。本文对木材干燥设备的研究现状与发展进行了研究,并建立了干燥系统的数学模型,为控制方案的实施提供了理论上的指导。系统所控制的对象是以废木屑为燃料的干燥窑,并对待干燥木材进行加热干燥。利用高精度的A/D与滤波调理电路,使系统完全达到系统控制所要求的精度。远距离通讯中选用快速光耦芯片,使上位机软件通讯正确率与实时性满足了生产要求。首先,根据木材干燥窑动态特性及前期现场测试数据,建立干燥窑温度控制数学模型,并利用FLUENT软件对木材干燥窑二维模型进行风速模拟分析,讨论了木材干燥窑内风速均匀的必要性,实现由变频器控制风机设定合适的进口风速。其次,对木材干燥过程中大惯性、大滞后、随机干扰等因素进行讨论。引入模糊控制思想,利用模糊PID控制算法进行风门开度的控制。利用MATLAB对木材干燥窑系统控制算法进行仿真分析,对系统的实现及应用提供理论依据。再次,对智能木材干燥测控系统进行软硬件设计。根据各模块的功能,以STC12C5A60S2单片机为核心处理器,设计系统硬件平台。并有效的运用抗干扰措施使系统运行稳定、可靠。根据模块化编程设计思想,结合木材干燥控制系统的主要功能,利用模糊PID控制算法设计测控系统软件,并完成上位机监控界面。最后,通过实验室及试验现场的实物调试,实现了测控系统的应用。结果显示所完成的测控系统能够很好的跟踪木材干燥设定温度规律,木材干燥效果良好,具有不易弯曲、变形等良好物理特性,满足生产部门对木材干燥的质量要求。
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