木材烘干自动化控制系统基于RS-485总线通信汽车弹簧

木材烘干自动化控制系统基于RS-485总线通信

原生木材中含有大量的水分，其占全干木材重量的百分之三十以上，而含有水分的木材易受真菌感染从而导致变色，长霉甚至腐朽，更易受昆虫侵害，如采用未干透的木材制造的木制品在使用过程中会因持续缓慢变干而产生收缩，变形甚至开裂的情况。所以木材必须要经过干燥之后才可以加工使用。木材的干燥过程分为自燃风干/晒干和机械高温烘干两种方式。晒干由于时间长，占用地皮面积广，电抗器耗时费力，工业生产过程中除特殊情况之外基本上都是采用机械高温烘干方式。

系统描述

在采用机械高温烘干方式中，一般都是采用蒸汽烘干的方式，即利用高温蒸汽进行预热处理，让木材湿透之后，再降低空气中的温度，湿度再进行干燥处理。影响木材干燥的因素包括有空气的温湿度情况，空气流通速度以及木材湿度和含水率梯度情况。木材干燥处理过程中，木材干燥的质量是最基本的前提，但是如果影响木材干燥的各种因素继电器控制不好的话，可能会发生木材变形甚至表面开裂的情况，而出现类似的情况会直接导致对焊球阀木材报废不能使用。所以对于木材烘干过程中各种因素的控制是尤为关键的，随着电子技术的不断发展，通过计算机对木材烘干实施自动化管理，能够有效的保证成品率，降低能耗水平。

解决方案

木材烘干最开始是利用人工操作来控制，窑内外各项温湿度参数通过放置在其中的仪表将数据采集上来，通过仪表的显示屏显示出来，工人通过观测各项数据并依据以往的经验作出判断，再行控制相应设备的运转，比如是否还需要持续输入蒸汽，给窑内加温到何种程度以及是否要加大通风速度等等，但是由于需要观测的数据众多，一个人完全不能兼顾观测所有数据且对所有设备进行控制，而多个人同时观测数据，由于通报时间具有一定的滞后性以及各人经验不同，对于设备的控制并不能协调控制至最佳状态，甚至有的时候出现失误的情况，导致废品出现，导致巨大的经济财产损失。

随着计算机技术的不断发展和普及，计算机已经进入社会经济生活的方方面面，利用计算机的高速处理能力，将大量即时数据汇聚到计算机，通过相应的软件内的数学模型进行分析计算，然后得出相应的结果并依据结果反馈控制，从而形成自动化控制管理系统。通过对木材烘干过程进行分析，建立数学模型设置控制曲线，即当相应的温湿度数据采集点的数据处于何种状况的情况下，系统内的相应设备做出相应的动作，而当相应参数变化到一定程度之后，相关设备做出相应的动作以应对情况的变化。然后编制相应的软件对整个系统进行控制，对整个过程实施优化，使得良品率最高，能耗比降到最低水平。

某木材加工厂决定对其木材烘干系统实施自动化改造，希望通过计算机对木材干燥过程实施自动化管理，提高生产效率，减少能耗水平。在项目实施之前发现，由于其原有的温湿度测量仪表全部是基于4～20mA电流信号传输数据的，如果要将其采集至计算机需要模拟量采集卡将电流信号转换采集至计算机，但是由于采集点数量较多，全部采用硬接线的方式的话，则需要很多条I/O线缆，接线非常复杂，后期扩充维护也非常困难。还有就是对于设备控制，由于原先是采用人工控制，而现在采用计算机采集分析数据，势必要利用计算机来下发指令控制相应设备的运转，而利用开关量控制卡直接与相应设备硬接线的话，也一样的存在接线复杂，后期扩充维护困难的情况。

系统集成商决定采用现场总线技术来构建整个自动化系统，现场总线是一种应用于生产现场，在现场设备之间、现场设备和控制装置之间实行双向、串行、多结点的数字通信技术。其接线非常方便，可扩充性好，后期维护方便。在此采用了RS-485总线技术，由于现场采集温湿度数据均为4～20mA电流信号以及现场设备都是通过开关量来信号控制其开关，系统集成商采用深圳市国科伟业通信技术有限公司的NS-1009/8DO型开关量输出模块以及NS-1009/8AI型4～20mA采集模块，其都采用Modbus RTU通信协议，基于RS-485总线通信，其中NS-1009/8DO提供485转开关量功能，计算机能够通过该模块控制八路开关量信号的开关，而NS-1009/8AI则提供4～20mA转485功能，能够将八路4～20mA电流信号通过RS-485总线采集至计算机。

由于所有模块都是基于RS-485总线通信且都支持Mod高速带bus RTU协议，可以将其放在同一个RS-485总线网络中进行数据通信，各个模块通过相应的设置软件对得到在该网络中唯一的地址码，计算机通过该地址码识别模块，并确认所采集的数据来自某个监测点以及精确的控制某个设备开关。另外由于RS-485总线存在某个点出现问题（例如短路），就可能会影响整个系统的正常运转，在此，利用N-1204型485集线器布设成星型拓扑结构，各个总线之间相互隔离，485集线器内置智能芯片，一旦发现某个端口出现问题，立即将其切断隔离，保证整个系统运转正常。

连接示意图