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非線性露點(diǎn)溫度曲線在和利時LM系列PLC中的實現(xiàn)
楊范
（北京和利時自動化驅(qū)動技術(shù)有限公司，100176）
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(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。
關(guān)鍵詞： 和利時LM系列PLC；露點(diǎn)溫度；非線性曲線
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(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(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(diǎn)溫度。露點(diǎn)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(dá)到飽和時，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，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)計關(guān)系。

表1 PPM與露點(diǎn)溫度的離散統(tǒng)計關(guān)系
露點(diǎn) PPM 露點(diǎn) PPM 露點(diǎn) PPM 露點(diǎn) PPM 露點(diǎn) 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(diǎn)溫度值，并在文本顯示器上進(jìn)行顯示，同時以多路露點(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。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(jìn)行表達(dá)。將這5個公式輸入PLC，由PLC根據(jù)公式來計算露點(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(diǎn)溫度的非線性擬合曲線
PPM下限 PPM上限 露點(diǎn)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(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(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(yùn)行情況進(jìn)行監(jiān)控，并對參數(shù)進(jìn)行設(shè)置。HD2400L是一個小型的人機(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(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
（2）強(qiáng)大的功能及可擴(kuò)展性
由于和利時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(kuò)展至7個模塊，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(diǎn)。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(xiàn)
[ 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）