摘要： 本文以與濕度有關(guān)的露點溫度數(shù)據(jù)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(xiàn)方法,。目前，采用由PLC,、文本屏和傳感器變送器所組成的系統(tǒng)代替單片機系統(tǒng)的方式,，在分析和檢測領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。
1 概述
隨著各行各業(yè)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(shù)領(lǐng)域,。本文以與濕度有關(guān)的露點溫度數(shù)據(jù)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(xiàn)方法,。
我國在1986年正式成立了濕度與水分專業(yè)委員會,，并開展了多次學(xué)術(shù)交流會，濕度的一些計量檢定規(guī)程也逐步建立,。根據(jù)有關(guān)規(guī)程,，濕度被定義為氣體中的水蒸氣含量，其常用單位是PPM,。習(xí)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?yōu)槁吨闀r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(dāng)空氣中的水汽已達到飽和時，氣溫與露點溫度相同,。當(dāng)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(tǒng)計關(guān)系,。
表1 PPM與露點溫度的離散統(tǒng)計關(guān)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(shè)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(jù)表1的對應(yīng)關(guān)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(guān)鍵參數(shù),，參與大系統(tǒng)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(guān)系為55個離散點,。如果采用PLC特征曲線指令（CHARCURVE）,，則坐標(biāo)點數(shù)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(qū)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(jù)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(biāo)點,，規(guī)劃出5個互相交叉的區(qū)間：[0.184,4.6]，[4.6,80],，[80,841],，[841,2346]，[2346,6032],。然后按照規(guī)劃好的區(qū)間擬合出5條非線性曲線,，并分別給出非線性曲線所對應(yīng)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 |
2566,、6032 |
3 基于PLC的濕度檢測系統(tǒng)設(shè)計
露點分析系統(tǒng)由以PLC為核心的控制機柜、執(zhí)行機構(gòu),、聲光報警和一次,、二次外圍元件組成，系統(tǒng)裝置如圖1所示,?？刂乒窭锱渲糜蠵LC和報警繼電器。PLC使用和利時LM系列PLC。本系統(tǒng)選用的CPU模塊是LM系列最小的一款LM3104,，本體上集成8點數(shù)字量輸入和6點繼電器輸出,。系統(tǒng)采用LM3310B擴展了4通道高精度模擬量輸入。系統(tǒng)中顯示部件采用和利時HD2400L文本顯示器,，通過串口以ModbusRTU協(xié)議與PLC的RS232串口通訊,，通過文本顯示器可以對系統(tǒng)的運行情況進行監(jiān)控，并對參數(shù)進行設(shè)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(jiān)視和修改PLC內(nèi)部寄存器或繼電器的數(shù)值及狀態(tài),，從而使操作人員能夠自如地控制機器設(shè)備,。系統(tǒng)規(guī)劃出封面、菜單窗口,、操控界面,、參數(shù)設(shè)置、曲線顯示,、關(guān)于我們,、系統(tǒng)幫助、后臺參數(shù)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(shù)設(shè)置窗口完成檢測儀器工藝參數(shù)的設(shè)置。報警列表窗口可以顯示實時報警信息,。部分設(shè)計界面如圖2,、圖3、圖4和圖5所示,。
圖1 露點分析系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)示意圖
圖2 菜單窗口
圖3 數(shù)據(jù)顯示
圖4 參數(shù)設(shè)置
圖5 參數(shù)設(shè)置
4 應(yīng)用特點
基于和利時LM系列PLC的氣體分析預(yù)處理系統(tǒng)具有如下特點：
?。?）穩(wěn)定性和可靠性
準(zhǔn)確性和可靠性是系統(tǒng)的關(guān)鍵。和利時LM系列PLC配置高性能的工業(yè)級處理器,，具有超快的處理速度以及大容量的內(nèi)存,。氣體分析的應(yīng)用場合現(xiàn)場工況一般比較惡劣，根據(jù)現(xiàn)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(tǒng)在濕熱,、潮濕、高溫以及各種化學(xué)品侵蝕的惡劣環(huán)境下,，仍然具有高
?。?）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(tài)報警、模擬量處理功能外,，還有復(fù)雜的管路自動切換,、參數(shù)設(shè)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(tǒng)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(jù)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(tǒng)不僅可以靈活地解決非線性數(shù)據(jù)處理的問題,，還可以方便地控制系統(tǒng)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(jié)省了系統(tǒng)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(qū)動技術(shù)有限公司 市場拓展部技術(shù)支持組）