中密度纖維板干燥機的智能控制系統研究

摘要：文章介紹了一種基于單片機的中密度纖維板干燥機的智能控制系統設計方案，闡述了控制系統的工作過程和原理，通過模糊控制算法實現了對干燥機參數的自動調整，有效保證了干燥品質并降低了能耗。

關鍵詞：單片機 干燥機 模糊控制

0 引言

近年來，伴隨著房地產業的持續火熱，建筑裝飾以及家具行業對木材的需求量增長強勁，中密度纖維板以其低廉的價格、不易變形的優點也得到了廣泛應用。中密度纖維板主要是以木材加工過程中的剩余邊角廢料以及其他植物纖維為原料，共要經過打碎、纖維分離、干燥、添加膠粘劑、熱壓等幾個操作環節制成，其中干燥是生產環節中最為關鍵的工序之一，木質纖維的干燥程度直接影響到最終成品的質量。為此，本文針對現有的中密度纖維板生產線所使用干燥機設計了一套基于單片機的智能控制系統，用以實現對纖維干燥過程的自動控制，改變傳統干燥技術能量利用率低的問題，降低干燥成本，提高經濟效益。

1 中密度纖維板干燥機及控制系統工作原理

纖維的干燥過程主要采用氣流干燥方式。工作時，首先由上道工序將木材邊角料等原材料磨成濕纖維，通過進料管進入干燥機，與干燥的熱空氣混合，由熱空氣將濕纖維中的水分蒸發帶走，干燥好的纖維通過干燥管末端的干燥旋風分離器出口送出至干纖維料倉，熱氣流則通過分離器頂部排出。

設計方案中在干燥管進口與出口處分別各安裝溫度傳感器采集熱空氣的溫度，在進料口與出料口處安裝水分傳感器，檢測纖維的水分含量，并將信息經A/D轉換為電信號送至控制系統，并同時顯示在顯示屏上。根據實踐證明，影響纖維干燥效果的主要取決于干燥管入口處熱氣流的溫度值和氣流速度。溫度高低會直接影響到干燥的品質和時間，溫度如果較高，固然能夠縮短干燥時間，但也會導致纖維中添加的脲醛樹脂膠提前凝固，嚴重影響產品的質量。控制系統為此設置了溫度的報警電路。

干燥用的熱空氣由室外空氣經加熱器加熱，由鼓風機送入干燥機。改變鼓風機的轉速可調節進入干燥管的熱風風量與速度。本設計中的控制系統主要采用了模糊算法，通過控制鼓風機風量，來調整干燥管內溫度與氣流速度，保證纖維干燥的品質與干燥效率。

2 控制系統硬件設計

本次設計的控制系統采用PIC16C72單片機為核心，由數據采樣模塊、輸入/輸出模塊、報警電路、執行動作模塊等幾部分構成。

2.1單片機選型 系統選用Microchip公司生產的PIC16C73單片機，該款芯片采用RISC（精簡指令集）體系，去除了不常用的指令，比起其他單片機來，PIC這個系列單片機運行速度較快。PIC16C73單片機還自帶5路8位A/D轉換通道。A/D轉換器采用逐次逼近法進行A/D轉換，足夠滿足系統采集干燥機各處溫度與含水量的檢測需求。

2.2 數據采集 系統的數據采集是由溫度傳感器、水分傳感器分別采集熱空氣溫度和纖維的含水率。溫度傳感器選用DS18B20，其檢測范圍在-55-+125℃之間，精度較高，對比傳統采用的熱敏電阻更加耐磨耐碰，而且可以直接讀出被測量的溫度值。水分傳感器則選用德國阿爾邦公司生產的FHA696MF傳感器。數據檢測按照設定時間定時采樣，采樣數據經A/D轉換后送控制系統并同時在顯示屏上顯示。

2.3 I/O模塊及報警模塊 設定采用按鍵輸入，鍵盤選用3*3的掃描鍵盤，可以輸入設定干燥機溫度等參數。顯示模塊用于顯示纖維在干燥過程中的溫度與含水率的設定值以及實際測得的數值，顯示模塊選用普通的MS12864R液晶屏。報警電路設計較為簡單，當干燥機溫度出現過高時通過一個蜂鳴器和發光二極管發出警告。

2.4 執行模塊 單片機通過DAC0832輸出模擬信號，由日本三墾SAMCO-i變頻器根據模擬信號變頻輸出，控制鼓風機的轉速，控制并改變通過加熱器的熱空氣的風量和風速。

3 控制系統軟件設計

3.1 控制系統設計思路 系統軟件首先是對單片機的初始化，輸入設定參數，然后開始對各個測量通道進行掃描，將溫度或水分傳感器檢測到的模擬信號送入A/D轉換器進行模/數轉換，轉換為數字信號后送入控制系統，同時把檢測到的數據送顯示模塊，顯示當前干燥機實際溫度與纖維含水率的實時數據，并顯示相關的設定值。控制系統調用數據處理程序，將檢測到的入口熱空氣溫度的信號值送模糊控制器處理，與設定值進行比較，根據結果進行相應模糊處理，并將處理結果經D/A轉換為模擬量輸出，控制變頻器及繼電器驅動鼓風機等執行機構的動作，改變熱風風量，從而調整干燥機的溫度與氣流速度滿足干燥機的控制需求。（見圖2）

3.2 模糊控制算法設計 中密度板纖維在整個干燥過程中，受外界環境溫度、濕度以及不同的原材料本身含水率差異等多種因素影響，采用傳統的控制方法，比如PID控制，控制器及其容易受到這些干擾，而影響控制效果。為此，本文設計方案中采用了模糊控制算法，對干燥機的工作過程進行智能化控制。

模糊控制是一種基于語言的控制方法，用模糊控制一般用{NB負大、NM負中、NS負小、Z零、PS正小、PM正中、PB正大}這樣的語言描述偏差。控制參數對應的子集越多，相應的控制精度越高。比如上面的描述就分為7檔。當然具體按實際情況而定，本文設計的模糊控制器采用五檔描述：T（E）={NB負大、NS負小、Z零、PS正小、PB正

大}。輸入量是溫度偏差X（設定含水率與測量值的差值）、偏差變化率XC、輸出值為溫度控制量Y，最終Y可量化為鼓風機的轉速。

根據人工控制經驗，總結模糊控制的規則如表1所示。

當溫度偏差較大的時候，輸出控制量應考慮以盡快消除偏差為主；如果檢測到的溫差不大的時候，控制量要注意防止出現超調，應減少輸出量。例如：溫度偏差差為負大，溫差變化率也為負大，則說明溫度誤差有增大的趨勢，應盡快消除偏差，因此控制量應選擇正大，讓鼓風機轉速增大，增加熱風風量。

4 結束語

本文設計了一個中密度纖維板干燥機的智能溫度控制系統，以PIC16C73單片機為控制核心，選用了模糊控制算法，相對傳統控制模式，具有超調量小、能耗低的特點。實際運行中控制系統工作穩定，運行速度快，可靠性好，很好滿足了干燥機的溫度控制要求，對于提高干燥品質，減低能耗有較為明顯的效果。

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作者簡介：許戴銘（1979-），男，江蘇蘇州人，講師，主要研究方向：機電、嵌入式開發。