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從而導致變色,長霉甚至腐朽,更易受昆蟲侵害,如采用未干透的 木材制造的木制品在使用過程中會因持續緩慢變干而產生收縮,變形甚至開裂的情況。所以木材必須要經過干燥之后才可以加工使用。木材的干燥過程分為自燃風干 /曬干和機械高溫烘干兩種方式。曬干由于時間長,占用地皮面積廣,耗時費力,工業生產過程中除特殊情況之外基本上都是采用機械高溫烘干方式。
在采用機械高溫烘干方式中,一般都是采用蒸汽烘干的方式,即 利用高溫蒸汽進行預熱處理,讓木材濕透之后,再降低空氣中的溫度,濕度再進行干燥處理。影響木材干燥的因素包括有空氣的溫濕度情況,空氣流通速度以及木材 濕度和含水率梯度情況。木材干燥處理過程中,木材干燥的質量是最基本的前提,但是如果影響木材干燥的各種因素控制不好的話,可能會發生木材變形甚至表面開 裂的情況,而出現類似的情況會直接導致木材報廢不能使用。所以對于木材烘干過程中各種因素的控制是尤為關鍵的,隨著電子技術的不斷發展,通過計算機對木材 烘干實施自動化管理,能夠有效的保證成品率,降低能耗水平。
木材烘干最開始是利用人工操作來控制,窯內外各項溫濕度參數 通過放置在其中的儀表將數據采集上來,通過儀表的顯示屏顯示出來,工人通過觀測各項數據并依據以往的經驗作出判斷,再行控制相應設備的運轉,比如是否還需 要持續輸入蒸汽,給窯內加溫到何種程度以及是否要加大通風速度等等,但是由于需要觀測的數據眾多,一個人完全不能兼顧觀測所有數據且對所有設備進行控制, 而多個人同時觀測數據,由于通報時間具有一定的滯后性以及各人經驗不同,對于設備的控制并不能協調控制至最佳狀態,甚至有的時候出現失誤的情況,導致廢品 出現,導致巨大的經濟財產損失。
隨著計算機技術的不斷發展和普及,計算機已經進入社會經濟生活的方方面面,利用計算機的高速處理能力,將大量即時數據匯聚到計 算機,通過相應的軟件內的數學模型進行分析計算,然后得出相應的結果并依據結果反饋控制,從而形成自動化控制管理系統。通過對木材烘干過程進行分析,建立 數學模型設置控制曲線,即當相應的溫濕度數據采集點的數據處于何種狀況的情況下,系統內的相應設備做出相應的動作,而當相應參數變化到一定程度之后,相關 設備做出相應的動作以應對情況的變化。然后編制相應的軟件對整個系統進行控制,對整個過程實施優化,使得良品率最高,能耗比降到最低水平。
某木材加工廠決定對其木材烘干系統實施自動化改造,希望通過計算機對木材干燥過程實施自動化管理,提高生產效率,減少能耗水 平。在項目實施之前發現,由于其原有的溫濕度測量儀表全部是基于4~20mA電流信號傳輸數據的,如果要將其采集至計算機需要模擬量采集卡將電流信號轉換 采集至計算機,但是由于采集點數量較多,全部采用硬接線的方式的話,則需要很多條I/O線纜,接線非常復雜,后期擴充維護也非常困難。還有就是對于設備控 制,由于原先是采用人工控制,而現在采用計算機采集分析數據,勢必要利用計算機來下發指令控制相應設備的運轉,而利用開關量控制卡直接與相應設備硬接線的 話,也一樣的存在接線復雜,后期擴充維護困難的情況。
系統集成商決定采用現場總線技術來構建整個自動化系統,現場總線是一種應用于生產現場,在現場設備之間、現場設備和控制裝置之 間實行雙向、串行、多結點的數字通信技術。其接線非常方便,可擴充性好,后期維護方便。在此采用了RS-485總線技術,由于現場采集溫濕度數據均為 4~20mA電流信號以及現場設備都是通過開關量來信號控制其開關,系統集成商采用深圳市國科偉業通信技術有限公司的NS-1009/8DO型開關量輸出模塊以及NS-1009/8AI型4~20mA采集模塊, 其都采用Modbus RTU通信協議,基于RS-485總線通信,其中NS-1009/8DO提供485轉開關量功能,計算機能夠通過該模塊控制八路開關量信號的開關,而 NS-1009/8AI則提供4~20mA轉485功能,能夠將八路4~20mA電流信號通過RS-485總線采集至計算機。
由于所有模塊都是基于RS-485總線通信且都支持Modbus RTU協議,可以將其放在同一個RS-485總線網絡中進行數據通信,各個模塊通過相應的設置軟件對得到在該網絡中唯一的地址碼,計算機通過該地址碼識別 模塊,并確認所采集的數據來自某個監測點以及精確的控制某個設備開關。另外由于RS-485總線存在某個點出現問題(例如短路),就可能會影響整個系統的 正常運轉,在此,利用N-1204型485集線器布設成星型拓撲結構,各個總線之間相互隔離,485集線器內置智能芯片,一旦發現某個端口出現問題,立即將其切斷隔離,保證整個系統運轉正常。
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