非线性露点温度曲线在和利时LM系列PLC中的实现

杨范（北京和利时自动化驱动技术有限公司，100176）

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

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

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。 

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。