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非線性露點溫度曲線在和利時LM系列PLC中的實現
摘要: 本文以與濕度有關的露點溫度數據處理為例,介紹非線性露點溫度曲線在和利時LM系列PLC中的實現方法。目前,采用由PLC、文本屏和傳感器變送器所組成的系統代替單片機系統的方式,在分析和檢測領域得到了廣泛的應用。
Abstract:
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  摘要:  本文以與濕度有關的露點溫度數據處理為例,介紹非線性露點溫度曲線在和利時LM系列PLC中的實現方法。目前,采用由PLC、文本屏和傳感器變送器所組成的系統代替單片機系統的方式,在分析和檢測領域得到了廣泛的應用。
  1 概述
  隨著各行各業對濕度測量的要求越來越高,濕度測量已逐漸成為一個新興的技術領域。本文以與濕度有關的露點溫度數據處理為例,介紹非線性露點溫度曲線在和利時LM系列PLC中的實現方法。
  我國在1986年正式成立了濕度與水分專業委員會,并開展了多次學術交流會,濕度的一些計量檢定規程也逐步建立。根據有關規程,濕度被定義為氣體中的水蒸氣含量,其常用單位是PPM。習慣上,以露點-20℃為界,把所測氣體分為高濕度氣體和低濕度氣體。露點溫度指空氣在水汽含量和氣壓都不改變的條件下,冷卻到飽和時的溫度。形象地說,就是空氣中的水蒸氣變為露珠時的溫度叫露點溫度。露點溫度本是個溫度值,可為什么用它來表示濕度呢?這是因為,當空氣中的水汽已達到飽和時,氣溫與露點溫度相同。當空氣中的水汽未達到飽和時,氣溫一定高于露點溫度。所以露點溫度與氣溫的差值可以表示空氣中的水汽飽和程度。表1所示為PPM與露點溫度的離散統計關系。
  表1  PPM與露點溫度的離散統計關系

 

露點

PPM

露點

PPM

露點

PPM

露點

PPM

露點

PPM

-86

0.184

-64

6.10

-42

101

-21

925.7

-10

2566

-84

0.263

-62

8.07

-40

127

-20

1020

-9

2803

-82

0.382

-60

10.6

-38

159

-19

1121

-8

3059

-80

0.526

-58

14.0

-36

198

-18

1233

-7

3338

-78

0.747

-56

18.3

-34

246

-17

1355

-6

3639

-76

1.01

-54

23.4

-32

304

-16

1487

-5

3966

-74

1.38

-52

31.1

-30

376

-15

1632

-4

4317

-72

1.88

-50

39.4

-28

462

-14

1788

-3

4699

-70

2.55

-48

49.7

-26

566

-13

1959

-2

5109

-68

3.44

-46

63.2

-24

691

-12

2145

-1

5553

-66

4.60

-44

80.0

-22

841

-11

2346

0

6032

  2 濕度檢測算法設計
  PPM的值由專用變送器送給和利時LM系列PLC的LM3310B高精度輸入模塊。根據表1的對應關系,PLC計算出露點溫度值,并在文本顯示器上進行顯示,同時以多路露點溫度值的平均值作為關鍵參數,參與大系統的離散控制和過程控制。
  由表1可知,PPM和露點溫度值之間的關系為55個離散點。如果采用PLC特征曲線指令(CHARCURVE),則坐標點數不能超過11個。所以采用曲線擬合離散點的方法,畫出離散點圖,擬合出曲線公式。實踐表明,由于曲線的非線性特性,一條曲線不足以滿足精度,所以分為5個區間,采用5個公式來進行表達。將這5個公式輸入PLC,由PLC根據公式來計算露點溫度值。
  首先按照PPM從小到大的順序排列坐標點,規劃出5個互相交叉的區間:[0.184,4.6],[4.6,80],[80,841],[841,2346],[2346,6032]。然后按照規劃好的區間擬合出5條非線性曲線,并分別給出非線性曲線所對應的公式,如表2所示。
  表2  PPM與露點溫度的非線性擬合曲線

 

PPM下限

PPM上限

露點溫度公式

定義域

0.184

4.6

y = 6.235ln(x) - 75.85

0.184,4.6

4.6

80

y = 7.680ln(x) - 78.06

6.1,80

80

841

y = 9.353ln(x) - 85.29

101,841

841

2346

y = 10.71ln(x) - 94.23

925.7,2346

2346

6032

y = 11.65ln(x) - 101.5

25666032

  3 基于PLC的濕度檢測系統設計
  露點分析系統由以PLC為核心的控制機柜、執行機構、聲光報警和一次、二次外圍元件組成,系統裝置如圖1所示。控制柜里配置有PLC和報警繼電器。PLC使用和利時LM系列PLC。本系統選用的CPU模塊是LM系列最小的一款LM3104,本體上集成8點數字量輸入和6點繼電器輸出。系統采用LM3310B擴展了4通道高精度模擬量輸入。系統中顯示部件采用和利時HD2400L文本顯示器,通過串口以ModbusRTU協議與PLC的RS232串口通訊,通過文本顯示器可以對系統的運行情況進行監控,并對參數進行設置。HD2400L是一個小型的人機界面,主要與各類PLC或帶通信口的智能控制器來配合使用,以文字或指示燈等形式監視和修改PLC內部寄存器或繼電器的數值及狀態,從而使操作人員能夠自如地控制機器設備。系統規劃出封面、菜單窗口、操控界面、參數設置、曲線顯示、關于我們、系統幫助、后臺參數修正等8個窗口。菜單窗口完成觸摸屏各畫面的切換功能。參數設置窗口完成檢測儀器工藝參數的設置。報警列表窗口可以顯示實時報警信息。部分設計界面如圖2、圖3、圖4和圖5所示。

圖1  露點分析系統硬件結構示意圖

圖2  菜單窗口

 圖3  數據顯示

圖4  參數設置

圖5  參數設置

  4 應用特點
  基于和利時LM系列PLC的氣體分析預處理系統具有如下特點:
  (1)穩定性和可靠性
  準確性和可靠性是系統的關鍵。和利時LM系列PLC配置高性能的工業級處理器,具有超快的處理速度以及大容量的內存。氣體分析的應用場合現場工況一般比較惡劣,根據現場情況,可以采用防濕熱、防鹽霧、防霉菌的三防模塊,保證系統在濕熱、潮濕、高溫以及各種化學品侵蝕的惡劣環境下,仍然具有高
  (2)強大的功能及可擴展性
  由于和利時LM系列PLC具有體積小、集成化程度高、運算速度快、邏輯控制容量大等特點,所以整套程序除了狀態報警、模擬量處理功能外,還有復雜的管路自動切換、參數設置、防止錯誤手動等功能。在硬件方面,還可以擴展至7個模塊,方便系統擴容。在軟件方面,通過成熟的編程手段,可以最大程度地根據照客戶的要求來修改控制策略和顯示界面。
  (3)高性價比
  基于PLC的濕度檢測系統不僅可以靈活地解決非線性數據處理的問題,還可以方便地控制系統的多個邏輯點。此外,和利時LM系列PLC和HD2400L系列文本屏具有超高的性價比,節省了系統的投資。
  參考文獻
  [ 1 ]  LM小型PLC軟件手冊;
  [ 2 ]  HD2000使用手冊;
  作者簡介:楊范(北京和利時自動化驅動技術有限公司  市場拓展部技術支持組)

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