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非線性露點(diǎn)溫度曲線在和利時(shí)LM系列PLC中的實(shí)現(xiàn)

   2012年02月03日 11:37  
  摘要:本文以與濕度有關(guān)的露點(diǎn)溫度數(shù)據(jù)處理為例,介紹非線性露點(diǎn)溫度曲線在和利時(shí)LM系列PLC中的實(shí)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(jī)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(duì)濕度測量的要求越來越高,濕度測量已逐漸成為一個(gè)新興的技術(shù)領(lǐng)域。本文以與濕度有關(guān)的露點(diǎn)溫度數(shù)據(jù)處理為例,介紹非線性露點(diǎn)溫度曲線在和利時(shí)LM系列PLC中的實(shí)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(huì),并開展了多次學(xué)術(shù)交流會(huì),濕度的一些計(jì)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(diǎn)-20℃為界,把所測氣體分為高濕度氣體和低濕度氣體。露點(diǎn)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(shí)的溫度。形象地說,就是空氣中的水蒸氣變?yōu)槁吨闀r(shí)的溫度叫露點(diǎn)溫度。露點(diǎn)溫度本是個(gè)溫度值,可為什么用它來表示濕度呢?這是因?yàn)椋?dāng)空氣中的水汽已達(dá)到飽和時(shí),氣溫與露點(diǎn)溫度相同。當(dāng)空氣中的水汽未達(dá)到飽和時(shí),氣溫一定高于露點(diǎn)溫度。所以露點(diǎn)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(diǎn)溫度的離散統(tǒng)計(jì)關(guān)系。
  
  表1PPM與露點(diǎn)溫度的離散統(tǒng)計(jì)關(guān)系
  
  2、濕度檢測算法設(shè)計(jì)
  
  PPM的值由變送器送給和利時(shí)LM系列PLC的LM3310B高精度輸入模塊。根據(jù)表1的對(duì)應(yīng)關(guān)系,PLC計(jì)算出露點(diǎn)溫度值,并在文本顯示器上進(jìn)行顯示,同時(shí)以多路露點(diǎn)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(diǎn)溫度值之間的關(guān)系為55個(gè)離散點(diǎn)。如果采用PLC特征曲線指令(CHARCURVE),則坐標(biāo)點(diǎn)數(shù)不能超過11個(gè)。所以采用曲線擬合離散點(diǎn)的方法,畫出離散點(diǎn)圖,擬合出曲線公式。實(shí)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(gè)區(qū)間,采用5個(gè)公式來進(jìn)行表達(dá)。將這5個(gè)公式輸入PLC,由PLC根據(jù)公式來計(jì)算露點(diǎn)溫度值。
  
  首先按照PPM從小到大的順序排列坐標(biāo)點(diǎn),規(guī)劃出5個(gè)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(duì)應(yīng)的公式,如表2所示。
  
  表2PPM與露點(diǎn)溫度的非線性擬合曲線
  
  3、基于PLC的濕度檢測系統(tǒng)設(shè)計(jì)
  
  露點(diǎn)分析系統(tǒng)由以PLC為核心的控制機(jī)柜、執(zhí)行機(jī)構(gòu)、聲光報(bào)警和一次、二次外圍元件組成,系統(tǒng)裝置如圖1所示。控制柜里配置有PLC和報(bào)警繼電器。PLC使用和利時(shí)LM系列PLC。本系統(tǒng)選用的CPU模塊是LM系列zui小的一款LM3104,本體上集成8點(diǎn)數(shù)字量輸入和6點(diǎn)繼電器輸出。系統(tǒng)采用LM3310B擴(kuò)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(shí)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(duì)系統(tǒng)的運(yùn)行情況進(jìn)行監(jiān)控,并對(duì)參數(shù)進(jìn)行設(shè)置。HD2400L是一個(gè)小型的人機(jī)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(jī)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(tái)參數(shù)修正等8個(gè)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(bào)警列表窗口可以顯示實(shí)時(shí)報(bào)警信息。部分設(shè)計(jì)界面如圖2、圖3、圖4和圖5所示。
  
  圖1露點(diǎn)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(diǎn)
  
  基于和利時(shí)LM系列PLC的氣體分析預(yù)處理系統(tǒng)具有如下特點(diǎn):
  
  (1)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(shí)LM系列PLC配置高性能的工業(yè)級(jí)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
  
  (2)強(qiáng)大的功能及可擴(kuò)展性
  
  由于和利時(shí)LM系列PLC具有體積小、集成化程度高、運(yùn)算速度快、邏輯控制容量大等特點(diǎn),所以整套程序除了狀態(tài)報(bào)警、模擬量處理功能外,還有復(fù)雜的管路自動(dòng)切換、參數(shù)設(shè)置、防止錯(cuò)誤手動(dòng)等功能。在硬件方面,還可以擴(kuò)展至7個(gè)模塊,方便系統(tǒng)擴(kuò)容。在軟件方面,通過成熟的編程手段,可以zui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(jià)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(gè)邏輯點(diǎn)。此外,和利時(shí)LM系列PLC和HD2400L系列文本屏具有超高的性價(jià)比,節(jié)省了系統(tǒng)的投資。

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