摘要：本文以与湿度有关的露点温度数据处理为例，介绍非线性露点温度曲线在和利时LM系列PLC中的实现方法。目前，采用由PLC、文本屏和传感器变送器所组成的系统代替单片机系统的方式，在分析和检测领域得到了广泛的应用。
1 概述
随着各行各业对湿度测量的要求越来越高，湿度测量已逐渐成为一个新兴的技术领域。本文以与湿度有关的露点温度数据处理为例，介绍非线性露点温度曲线在和利时LM系列PLC中的实现方法。
我国在1986年正式成立了湿度与水分专业委员会，并开展了多次学术交流会，湿度的一些计量检定规程也逐步建立。根据有关规程，湿度被定义为气体中的水蒸气含量，其常用单位是PPM。习惯上，以露点-20℃为界，把所测气体分为高湿度气体和低湿度气体。露点温度指空气在水汽含量和气压都不改变的条件下，冷却到饱和时的温度。形象地说，就是空气中的水蒸气变为露珠时的温度叫露点温度。露点温度本是个温度值，可为什么用它来表示湿度呢？这是因为，当空气中的水汽已达到饱和时，气温与露点温度相同。当空气中的水汽未达到饱和时，气温一定高于露点温度。所以露点温度与气温的差值可以表示空气中的水汽饱和程度。表1所示为PPM与露点温度的离散统计关系。
表1 PPM与露点温度的离散统计关系
露点
|
PPM
|
露点
|
PPM
|
露点
|
PPM
|
露点
|
PPM
|
露点
|
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湿度检测算法设计
PPM的值由专用变送器送给和利时LM系列PLC的LM3310B高精度输入模块。根据表1的对应关系，PLC计算出露点温度值，并在文本显示器上进行显示，同时以多路露点温度值的平均值作为关键参数，参与大系统的离散控制和过程控制。
由表1可知，PPM和露点温度值之间的关系为55个离散点。如果采用PLC特征曲线指令（CHARCURVE），则坐标点数不能超过11个。所以采用曲线拟合离散点的方法，画出离散点图，拟合出曲线公式。实践表明，由于曲线的非线性特性，一条曲线不足以满足精度，所以分为5个区间，采用5个公式来进行表达。将这5个公式输入PLC，由PLC根据公式来计算露点温度值。
首先按照PPM从小到大的顺序排列坐标点，规划出5个互相交叉的区间：[0.184,4.6]，[4.6,80]，[80,841]，[841,2346]，[2346,6032]。然后按照规划好的区间拟合出5条非线性曲线，并分别给出非线性曲线所对应的公式，如表2所示。
表2 PPM与露点温度的非线性拟合曲线
PPM下限
|
PPM上限
|
露点温度公式
|
定义域
|
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的湿度检测系统设计
露点分析系统由以PLC为核心的控制机柜、执行机构、声光报警和一次、二次外围元件组成，系统装置如图1所示。控制柜里配置有PLC和报警继电器。PLC使用和利时LM系列PLC。本系统选用的CPU模块是LM系列最小的一款LM3104，本体上集成8点数字量输入和6点继电器输出。系统采用LM3310B扩展了4通道高精度模拟量输入。系统中显示部件采用和利时HD2400L文本显示器，通过串口以ModbusRTU协议与PLC的RS232串口通讯，通过文本显示器可以对系统的运行情况进行监控，并对参数进行设置。HD2400L是一个小型的人机界面，主要与各类PLC或带通信口的智能控制器来配合使用，以文字或指示灯等形式监视和修改PLC内部寄存器或继电器的数值及状态，从而使操作人员能够自如地控制机器设备。系统规划出封面、菜单窗口、操控界面、参数设置、曲线显示、关于我们、系统帮助、后台参数修正等8个窗口。菜单窗口完成触摸屏各画面的切换功能。参数设置窗口完成检测仪器工艺参数的设置。报警列表窗口可以显示实时报警信息。部分设计界面如图2、图3、图4和图5所示。
图1 露点分析系统硬件结构示意图
图2 菜单窗口
图3 数据显示
图4 参数设置
图5 参数设置
4 应用特点
基于和利时LM系列PLC的气体分析预处理系统具有如下特点：
（1）稳定性和可靠性
准确性和可靠性是系统的关键。和利时LM系列PLC配置高性能的工业级处理器，具有超快的处理速度以及大容量的内存。气体分析的应用场合现场工况一般比较恶劣，根据现场情况，可以采用防湿热、防盐雾、防霉菌的三防模块，保证系统在湿热、潮湿、高温以及各种化学品侵蚀的恶劣环境下，仍然具有高
（2）强大的功能及可扩展性
由于和利时LM系列PLC具有体积小、集成化程度高、运算速度快、逻辑控制容量大等特点，所以整套程序除了状态报警、模拟量处理功能外，还有复杂的管路自动切换、参数设置、防止错误手动等功能。在硬件方面，还可以扩展至7个模块，方便系统扩容。在软件方面，通过成熟的编程手段，可以最大程度地根据照客户的要求来修改控制策略和显示界面。
（3）高性价比
基于PLC的湿度检测系统不仅可以灵活地解决非线性数据处理的问题，还可以方便地控制系统的多个逻辑点。此外，和利时LM系列PLC和HD2400L系列文本屏具有超高的性价比，节省了系统的投资。
参考文献
[ 1 ] LM小型PLC软件手册；
[ 2 ] HD2000使用手册；
作者简介：杨范（北京和利时自动化驱动技术有限公司 市场拓展部技术支持组）