非線性露點溫度曲線在和利時LM系列PLC中的實現
楊范
（北京和利時自動化驅動技術有限公司，100176）
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。
關鍵詞： 和利時LM系列PLC；露點溫度；非線性曲線
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 2566、6032


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）