基于和利時LM系列PLC的氣體分析預(yù)處理系統(tǒng)

　　1 氣體分析預(yù)處理技術(shù)概述

　　本文介紹和利時LM系列PLC在四路巡檢氣體分析預(yù)處理系統(tǒng)中的應(yīng)用。基于和利時LM系列PLC和HT6000系列觸摸屏的氣體預(yù)處理系統(tǒng)因其可靠性高、自動化水平高、預(yù)處理質(zhì)量穩(wěn)定、人機界面友好等特點在得到了廣泛的應(yīng)用。

　　傳統(tǒng)的分析方法如化學(xué)分析法、氣相色譜法較多采用人工采樣法。人工采樣法的特點是采用人工取樣的方式，抽取某一時點的樣氣進行分析。其缺點顯而易見：

　　(1)必須對氣體進行人工取樣，在實驗室進行分析，其中操作者的操作技能對分析的精度有很大影響;

　　(2)只能單一成份地逐個進行檢測分析，不具備多重輸入和信號處理功能;

　　(3)分析費時費力，響應(yīng)速度慢，效率低，難以實時地反映工況信息。

　　在現(xiàn)代氣體分析儀器的設(shè)計中，主要包括兩種設(shè)計方案。一種是以分離器件和小規(guī)模集成電路為基礎(chǔ)的模擬信號處理方案，這類儀器主要應(yīng)用于功能簡單的小型儀器，它們一般只能進行簡單的測試，由于儀器內(nèi)部沒有專門的功能軟件，所以無法完成更進一步的數(shù)據(jù)處理和計算功能，這類產(chǎn)品一般都做成便攜式儀器，間斷的對氣體進行取樣檢查。第二種方案是以單片機技術(shù)為基礎(chǔ)的數(shù)字電路處理方案，這類儀器在進行信號處理和數(shù)據(jù)通訊方面具有較高的靈活性，在氣體分析儀器行業(yè)中處于主流地位，已基本能夠完成必要的數(shù)據(jù)處理和運算功能。對于一些具有高集成的單片機系統(tǒng)，它具有更全面的功能。但是對多種組份、多路通道、惡劣環(huán)境的氣體測量要求，對采樣氣體需要進行必要的預(yù)處理的應(yīng)用要求，以單片機技術(shù)為基礎(chǔ)的氣體分析儀在設(shè)計時存在著較大的難度。針對第二種方案的不足，我們把氣體分析預(yù)處理系統(tǒng)單獨分離出來，用成熟靈活的PLC系統(tǒng)來設(shè)計。

　　氣體預(yù)處理系統(tǒng)是可靠性和穩(wěn)定性要求最高的氣體分析子系統(tǒng)，其性能直接決定了采樣氣體的質(zhì)量。基于PLC的氣體預(yù)處理系統(tǒng)可以實現(xiàn)氣體的自動連續(xù)采樣。采用不同測量方法的氣體分析系統(tǒng)都由采樣預(yù)處理系統(tǒng)和分析儀表兩部分組成。采樣探頭將被測氣體從煙道或管道中引出，并送入預(yù)處理系統(tǒng)進行氣體預(yù)處理，然后連續(xù)送入儀器的氣體室中，分析儀器通過不同的方法完成氣體濃度的測量。采樣預(yù)處理系統(tǒng)完成氣體的采樣工作，其基本原理分為正壓和負壓兩種，由PLC完成各管路電磁閥和電動閥的時序動作。

　　2 氣體分析預(yù)處理控制系統(tǒng)硬件設(shè)計

　　氣體分析輔助系統(tǒng)由以PLC為核心的控制機柜、執(zhí)行機構(gòu)、聲光報警和一次、二次外圍元件組成，控制柜里配置有PLC、報警繼電器、泵、閥等。每一路輸出通道都有與之相對應(yīng)的流程指示燈，可以檢查某一通道的當前工作情況，而且系統(tǒng)具有自動巡檢和手動功能。

　　本系統(tǒng)的CPU模塊選用和利時LM系列PLC的LM3107E模塊，模塊本體上集成12點數(shù)字量輸入和8點繼電器輸出，還有2路模擬量輸入和1路模擬量輸出。系統(tǒng)采用LM3223擴展8通道繼電器輸出。系統(tǒng)中顯示部件采用和利時HT7700T觸摸屏，通過串口以ModbusRTU的協(xié)議與PLC的RS232串口通訊，通過觸摸屏可以對氣體預(yù)處理系統(tǒng)的各個通道進行手動和自動操作、參數(shù)設(shè)置、報警顯示、氣體含量顯示及曲線繪制等。觸摸屏的以太網(wǎng)口可以與上位計算機進行通信，采用ModbusTCP協(xié)議進行遠程管控。氣體分析輔助系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示。

　　圖1 氣體分析輔助系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)示意圖

　　3 氣體分析預(yù)處理控制系統(tǒng)軟件設(shè)計

　　和利時HT7700T觸摸屏采用低功耗的ARM結(jié)構(gòu)CPU芯片，具有真彩顯示、通訊接口多、存儲量大、軟件簡單易用等特點，可以生動地實現(xiàn)PLC的圖形化操作。系統(tǒng)的窗口包括封面、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。菜單窗口完成觸摸屏各畫面的切換功能。操控界面主要完成系統(tǒng)的手自動操作、報警和模擬量的顯示。參數(shù)設(shè)置窗口完成排空、進樣、反吹、延時等工藝參數(shù)的設(shè)置。曲線顯示窗口可以查看氣體含量的實時曲線。部分HMI界面如圖2、如圖3和如圖4所示。

　　圖2 菜單窗口

　　圖3 操控界面

　　圖4 參數(shù)設(shè)置

　　4 應(yīng)用特點

　　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：

　　(1)穩(wěn)定性和可靠性

　　準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(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，還可以擴展至7個模塊，方便系統(tǒng)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(jù)照客戶的要求來修改控制策略和顯示界面。

　　(3)高性價比

　　和利時LM系列PLC和HT7000系列觸摸屏具有超高的性價比。此外，在預(yù)處理系統(tǒng)中設(shè)計的多路巡檢功能，使現(xiàn)場管路得到了充分的使用，節(jié)省了管道泵閥投資。

　　參考文獻

　　[ 1 ] 戴澤亞,在線紅外氣體分析儀預(yù)處理系統(tǒng)的改造[J].化工自動化及儀表

　　[ 2 ] 王錦濤,和利時PLC技術(shù)-綜合篇[J]. 機械工業(yè)出版社

　　[ 3 ] 王復(fù)興，紅外線氣體分析儀的發(fā)展趨勢，分析儀器