结合的控制系统在检测仪器中的应用

admin管理员组

文章数量:1531489

2024年5月13日发(作者：)

第３０卷第６期专辑

２００８年１２月

舰船科学技术

ＳＨＩＰＳＣＩＥＮＣＥ

ＡＮＤ

ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ

Ｖ０１．３０，Ｎｏ．６

Ｄｅｃ．，２００８

ＰＬＣ和触摸屏相结合的控制系统在

检测仪器中的应用

吴霆，陆

平，李芳，凌大鹏，陈宁

（中国船舶重工集团公司第七一八研究所，河北邯郸０５６０２７）

摘

要：介绍了如何利用ＰＬＣ（可编程控制器）和触摸屏相结合，对自动采集系统进行控制。简单介绍了ＰＬＣ

和触摸屏，阐述了系统组成以及ＰＬＣ和触摸屏的软件、算法设计。本文基于ＣＯＤ。，（水质化学耗氧量）在线检测仪器

的设计，选用艾默生ＥＣｌ０系列ＰＬＣ和Ｅｖｉｅｗ触摸屏，实现了仪器的自动采集、手动设定、故障报警、纪录、上传历史数

据及通讯等功能，并具有友好的人机交互界面。

关键词：ＰＬＣ；触摸屏；控制系统

中图分类号：ＴＰ２１２

文章编号：

文献标识码：Ａ

ＤｏＩ：１０．３４０４／ｊ．ｉｓｓｎ．１６７２—７６４９．２００８．０６．０５７

１６７２—７６４９（２００８）０６ｚ一０２４７—０４

Ｔｈｅ

ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ

ｏｆＰＬＣ

ａｎｄｔｏｕｃｈ

ｓｃｒｅｅｎ

ｉｎ

ｔｈｅ

ａｎａｌｙｓｉｓ

ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔ

ＷＵ

Ｔｉｎｇ，ＬＵＰｉｎｇ，ＬＩＦａｎｇ，ＬＩＮＧ

Ｄａ－ｐｅｎｇ，ＣＨＥＮ

Ｎｉｎｇ

（Ｔｈｅ

７

１

８

Ｒｅｓｅａｒｃｈ

Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆ

ＣＳＩＣ，Ｈａｎｄａｎ

０５６０２７，Ｃｈｉｎａ）

Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅａｕｔｏｍａｔｉｃ

ｓａｍｐｌｉｎｇ

ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ

ｂｙ

ｔｈｅｃｏｍｂｉｎａｔｉｏｎｏｆＰＬＣａｎｄｔｏｕｃｈ。ｓｃｒｅｅｎ

ｉｓ

ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ．Ｔｈｅ

ｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ

ｏｆ

ｓｙｓｔｅｍ

ａｎｄｔｈｅ

ｄｅｓｉｇｎ

ｏｆｓｏｆｔｗａｒｅ

ａｎａｌｙｓｉｓ

ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｏｆＣＯＤ

ｔｈｅＴｏｕｃｈＳｃｒｅｅｎｏｆ

ｉｌｌｕｓｔｒａｔｅｄ．Ｔｈｅ

ｄｅｓｉｇｎ

ｏｆｔｈｅｏｎ．１ｉｎｅ

ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ．Ｔｈｅ

ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔ

ｃｈｏｏｓｅｓｔｈｅＰＬＣｏｆ

ｅｍｅｒｓｏｎ’ｓ

ＥＣｌ０

ｓｅｒｉｅｓ

ａｎｄ

Ｅｖｉｅｗ．Ｒｅａｌｉｚｅｓ

ｓｏｍｅ

ｆｕｎｃｔｉｏｎｓ，ｓｕｃｈ

ａｕｔｏｍａｔｉｃ

ｄａｔａ

ｃｏｌｌｅｃｔｉｏｎ，ｍａｎｕａｌｃｏｎｔｒ０１．

ａｌａｒｍｏｆ

ｍａｌｆｕｎｃｔｉｏｎ，ｒｅｃｏｒｄｉｎｇ

ａｎｄ

ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ

ｏｆ

ｈｉｓｔｏｒｉｃａｌ

ｄａｔａ，ｉｔ

ａｌｓｏｈａｓ

ｃｏｎｖｅｎｉｅｎｔ

ｉｎｔｅｒｆａｃｅｏｆｈｕｍａｎ．

ｃｏｍｐｕｔｅｒ

ｉｎｔｅｒａｃｔｉｏｎ．

Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ＰＬＣ；ｔｏｕｃｈ

ｓｃｒｅｅｎ；ｃｏｎｔｒｏｌｌｉｎｇ

ｓｙｓｔｅｍ

０

引言

互式工作界面的独立系统；另一方面也可以减少操作

台上开关、按钮、仪表等的使用数量，使操作更加简

便。

本文组合应用艾默生ＥＣｌ０系列ＰＬＣ和Ｅｖｉｅｗ

４３００触摸屏，设计出自动化程度很高的ＣＯＤ。，（水质

化学耗氧量）在线检测仪器。

ｌ

ＰＬＣ（可编程控制器）作为中央处理单元，由于其

快速的运算速度、丰富的指令、较高的可靠性以及

强大的功能而在工业现场控制领域占据重要地位。

但是，由于其不具备友好的人机交互功能，因此在控

制参数较多，需要使用人机交互时使用不方便。在这

种情况下，使用触摸屏就是一个很好的选择。触摸屏

又称可编程终端，是取代传统控制面板和键盘的智能

操作显示器，用于设置参数、显示数据，以动画等形式

描绘自动化控制的过程。ＰＬＣ与触摸屏配套使用，一

方面扩展了ＰＬＣ的功能，使其能组成具有图形化、交

收稿日期：２００８—０８—２９

ＰＬＣ技术简介…

ＰＬＣ（Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ

Ｌｏｇｉｃ

Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ），可编程逻

辑控制器是一种数字运算操作的电子系统。它采用

一类可编程的存储器，用于内部存储程序，执行逻辑

运算、顺序控制、定时、计时与算数操作等面向用户的

作者简介：吴霆（１９８４一）男，硕士，助理工程师，主要从事分析仪器研发。

万方数据　

．２４８．

舰船科

指令，弗通过数字或摸撅式输入赣塞控割各类的撬攘

和生产过程。随着技术的发展，这种装置的功能已大

大超过了逻辑控制的范围，谯工业自动化（ＦＡ）和计

算机集成制造系统（ＣＩＭＳ）巾占重要地位。

２

系统组成及功能

２．１

理论依据

系统的测量原理是基于Ｌａｍｂｅｒｔ－Ｂｅｅｒ定律的

ＣＯＤ一吸光光度法０ｊ。Ｌａｍｂｅｒｔ．Ｂｅｅｒ定律撼述了吸

光度、滚层厚度及溶液浓度之间的定量关系：

Ａ＝ｌｇｌｏ／ｌ＝ａｂｃ。

（１）

式中：Ａ为吸光度；ｔｏ为人射光强度，ｃｄ；，为透射光

强度，ｃｄ；ｎ为吸光系数，Ｌ／（ｇ·ｅｍ）；ｂ为液层厚度，

ｃｒｆｌ；ｃ力溶液浓度，∥Ｌ。

这里，吸光系数８是物质吸光能力的魔蹩，在特

定波长和溶剂的情况下，为吸光物质的特征常量。

式（１）是Ｌａｍｂｅｒｔ—Ｂｅｅｒ定律的数学表达式，其物

理意义是：姿１束乎行单色党通过均匀的、毒≥教射鳇

吸光物质溶液时，溶液的吸光度与溶液浓度鞠液层厚

度的乘积成破比。由式（１）可知，当用某一特定波长

的光照射溶液时，溶液中待测物质的浓度越高，吸光

度就越太，剩用这种浓度和暖光凄成正比的关系，通

过测量吸光度，即可得到溶液中待测物质的浓度。

本系统以Ｌａｍｂｅｒｔ—Ｂｅｅｒ定律为依据，以ＰＬＣ技术

为核心，各操作过程均在ＰＬＣ控制下自动完成，并将

采集到豹光信号经光电转换装置转换成电信号，再由

放大、滤波等电路传入ＰＬＣ，进行数蠢经理，剩雳触蒺

屏进行显示。

２．２

系统缀成

ＣＯＤ。，在线检测系统由采样系统、电控系统及回收

装置３部分组成。其中电控部分浚ＰＬＣ为孩心，浚熬

摸屏作为人机交互界面对采样泵和电磁阀逃行监控，

对温度、压力和水质化学耗氧量值进行实时采集。

根据系统的要求，选用艾默生的ＥＣＩＯ一

１６１４ＢＲＡｌ燮ＰＬＣ主机翻ＥＣｌ０－４ＰＴ温度扩矮模块，

其ＲＳ２３２接翻与碰摸霹及上位ＰＣ构成通嘏网络。

ＰＬＣ根据内鬣逻辑程序进行１０输出，数据采集，控制

原理如图ｌ所示。

２。３

系统功能

设计基予ＰＬＣ纛魅摸羼控制鹃永祥窦动采集系

统，使其能通过人机界面一触摸屏实现对采样泵，注射

泵及电磁阀的自动控制操作。本系统具有以下功能：

１）满足实际需要，具有岛动和手动２种操作模

万　方数据

学技

术

第３０誊

圆圈

毛募

嘲１控制原理示意图

式，可根据实际情况进行鸯壹凌换。

２）历史纪录功能，正常使用情况下可纪录保存

１年以上的数据，并可通过ＲＳ２３２接口发送至上位

ＰＣ机。

３）设置急箨功能，暹到紧急情瑟时可停止仪器

的运行，待故障排除后使系统恢复正常工作。

４）可动态显尕系统当前时间、系统的当前运行

状态以及各个电磁阀的开启状态。

５）参数设置功能，设置系统参数，采样时闻翻间

隔时闻。

３

ＰＬＣ软件设计

３．１软馋漉程

ＰＬＣ软斧设计采用艾默垒公霹的ＣｏｎｔｒｏｌＳｔａｒ软

件进行编程。程序主要分以下几部分：

１）ＰＬＣ对采样泵、恒流泵和电磁阀进行顺序逻

辑控制。恒流泵因需要精确定位，因此选用步进电机

对箕进行控裁。势魏，ＰＬＣ就霈要对步迸电榛‘进行控

制。本系统选用的ＰＬＣ的输出类型为晶体管输出。

其输出点ｙ０，ｙｌ可进行高速输出，因此配合步进电机

驱动器，可方便地实现对步进电机的控制，进而达到

攥流泵搴蠢确定位的要求。

２）ＰＬＣ对悉力、温度、光电电压这些采集戴的信

号进行数据处理，进行计算。其中压力与温度是系统

正常工作的参数信息，光电电压愚计算吸光度和进行

线性校正的重要参数。

３）ＰＬＣ将计算得出的东囊纯学耗氧量筐上传至

触摸屏的配方记忆体进行保存。ＰＬＣ与触摸屏之间

选用ＲＳ２３２进行通讯，历史数据存储在触摸屏上。可

方便用户查询。

４）ＰＬＣ与上缎ＰＣ税进行通讯，实瑷数据传赣。

ＰＬｃ通过ＲＳ２３２／４８５接口与上位机进行通讯，实现

数据的实时传输，并可及时响应上位机传输指令。当

前仪器只响应３种上位机命令：仪器当前运行状态奁

第６期专辑

吴

霆，等：ＰＬＣ和触摸屏相结合的控制系统在检测仪器中的应用

·２４９·

谗指令、历史纪录态诲搔令积鄹时采样指令。

程序设计流程如图２所示。

＜＜孓≥Ｎ

圃

电磁褥靛态

爨

』

采样泵状态

注麓泵装态

设定采水群起始

参数设定

时间和间隔时同

自动完成木样

采集及存储

羲据上传萋嫠

摸蓐及上馈ＰＣ

剡

鼹２程序设计溅裰躁

Ｆｉｇ，２

Ｓｋｅｔｃｈｏｆ

ｐｒｏｇｒａｍｍｅｒ

３．２数据平滑处理

ＰＬＣ根据光电传感器传送的电压信号进行计算，

为了减少采样过程中的噪声及隧枧干扰的影响，对采

集到的数据进行平滑处理，箍理方法栗曩７点移动多

项式¨３平滑，其表达如式（２）所承。

Ｙ’ｆ＝［一２（ｙＩ＋ａ＋Ｙｉ一３）＋３（Ｋ．２＋Ｙｉ＋２）＋

６（１．，＋ｙｉ＋，）＋７■］。（２）

斌巾：Ｙｉ隽新采集鹃７令原始数据懿孛：玉意篷；Ｙ’ｉ

为经平滑处理后的中心点有效数据。

３．３

数据起峰及峰的判别

电压峰起点的判别采用斜率法。当连续的３个

采榉点簸率鸯正，燕大予设定餐，则谈失起峰；同襻，

警连续３个采样点斜率为负，且小于设定值，剡认为

峰结束。峰顶的判别采用３次比较极大值法，即嬲采

样点数据满足

誓一３＜ｔ一２＜以．１＜残＜誓＋ｌ＜ｔ。２＜ｔ＋３，

剃认为该点是峰獯。

３．４数据校正

线性校正采用一元线性回归¨Ｊ。通过３次标定

的瞧压值与浓度的关系拟合出１条直线方程，郎：Ｙ＝

溅＋ｂ，并判断其线性褶关系数嚣楚否符合标准，藩不

符合则重新进行标定。若符合标准，则可进行水样采

集，进而通过该宜线方程确定浓度值。

万　方数据

在实际分辑过程母，由予各耪因素使得溶滚的吸

光度编离吸收定律，如单色光不纯，浓度范围变化太

宽等。因此在实际测越中进行了量程的分段处理，而

并不是点接从０浓度测歪满量程，这样蒸本满足了线

性校燕的结果在误差允许的范匿内。

４触摸屏软俘设计

触摸屏作为水样自动采集系统的人机界面，必须

提供采样参数设定、时间设定以及动态照示当前系统

装态及保存数据等功麓，并显作为控制系统，软箨还

要实现对整个系统过稷的操作和控制。本系统采用

步进科技提供的ＥＶＭａｎａｇｅｒ组态软件对触摸屏进行

软件的设计。

掇据系统控裁要求，并考虑魅摸瑟本身的存储容

量及屏幕尺寸有限，操作界面的设计既簧考虑顼莓的

需要叉要方便操作，同时美观、实用。为此，本系统设

计了２６个人机交互界面，分别为：起始画面、异常显

示画舔、历史纪录画戮、密码输入画蕊、系统参数域

面、手动状态画瑟纛采样参数蘑面等。

ＥｖｉｅｗＭＴ４０００系列触摸屏提供了不同于其他人

机界面的宏脚本语言模式的全新宏指令，指令全面兼

容标准Ｃ语言。宏指令是一种高级的触摸屏控制方

法，它使触摸屏静功熊燹魏强大。逶避瓣宏掺令的编

程，融摸屏可以具有同ＰＬＣ一样的逻辑和算术功能。

灵活的应用宏指令能实现很多常规元件无法实现的

强大功能，使人机界面照加完美。本系统因要存储大

量的历史数据，两ＰＬＣ爨带的ＥＥＰＲＯＭ的容量太小，

其能将数据存储在触摸屏的６４Ｋ字的配方记忆簿

中。配方记忆体是带盾备电池的ＳＲＡＭ，因此在断电

后记忆体的内容最少可以保存半年的时间，基本满足

需要。随着时阔的推移，存储的数据会越来越多，如

果哭通过普逶元箨的上麓纛下爨功髭潦查我数据，那

么当数据存储到一定容量的时候将会变得非常不方

便。这时只能依靠宏模块来进行快速搜索、查找。

部分程序代码：

＃ｉｎｃｌｕｄｅ”ｍａｃｒｏｔｙｐｅｄｅｆ．ｈ”

＃ｉｎｃｌｕｄｅ“ｍａｔｈ．ｈ“

ｉｎｔ

ＭａｃｒｏＥｎｔｒｙ（）

｛

Ｉｆ（ｒｗｉＯ—ｆ＝＝１ｗ１０一ｒ）

｛

Ｔｉｍｅ—ｗ＝０；

Ｌｗ９０００一Ｗ＝１ｗ９０００一ｒ一６；

·２５０·

舰船科学技术

融察看系统的运行状态，大大篱纯了操律。

５

第３０卷

ＬｗＯ—ｗ∞１ｗ９０００＿ｒ／６；

Ｉｔ（１ｗ９０００一ｒ＜０）

｛

Ｌｗ９０００＿ｗ＝０；

结语

通过实验证明，ＣＯＤ。，在线检测仪采用基予ＰＬＣ

的羧裁系统弱魅摸漭雩＃秀久祝界嚣，具有实时连续检

测，稳定性好，可靠性高等特点。利用触摸屏，能方使

直观地了解系统嬲前的运行状态。通过ＰＬＣ程序，

当系统出现异常时可采取相应的自我保护，并通过触

摸羼方便地显示出教障掰在，提嘉续护效率。

该系统至今已应用半年，在这段时闯里，系统工

作稳定，故障率几乎为０。尽管先进国家对ＰＬＣ和触

摸屏的应用已经相当普及，但是在国内还处于起步阶

段，具有广阔的市场前景。

参考交蘸：

｝

｝

Ｅｌｓｅ

ｉｆ（１ｗ９０００一ｒ＜５００）

｛

１ｗ９０００一ｗ＝１ｗ９０００一ｒ＋６；

Ｅｌｓｅ

｛

Ｔｉｍｅ—ｗ≈０：

｝

ｒｅｔｕｒｎ

０；

［１】廖常初．ＰＬＣ编程及应用［Ｍ】．ｊＥ索：机械工业出版杜，

２００５．

｝

因为宏模块不能实时的读取寄存器的值，其读入

的值是宏模块运行一舞始读铡懿蓬。因此，在宏模块

运行期间，从外部改变寄存器的值不会影响宏模块的

运行结果。那么想查找Ｒｗｉ０的值，就必须成用定时

器，通过定时器触发这个宏，每改变一次寄存器值就

跳出宏模块，采读取这个寄存器，然后弄返鼹这个宏

模块继续执行查找命令。

通过触摸屏，可以方便地实现人机交熏，并可实

［２］分析化学［Ｍ］．北京：高等教育出版社，１９９５．

【３】勰鑫尧。计算稷ｌ农分撰诧学孛的疲雳［Ｍ】．ｊ￡京：漶警大

学出蕨桂，１９８２．

［４］郑用熙．分析化学中的数理统计方法［Ｍ］．北京：科学出

版社，１９８６．

［５］采伯生。ＰＬＣ编程理论·算法及技巧［Ｍ］．北京：机械

王翌窭舨社，２００５。

［６】ＥＶ５０００软｛睾使孀拳册［ｚ】。深髫睡：深堋市步迸秘技蠢限

公司。２００７．

｛上接第２３８茭；

从实验窳应用到采用嵌入式系统完成控簸襁数

据处理，真正实现手提设备现场检测还有许多工作需

要完成。

参考文献：

［Ｉ】

仪研究［Ｊ］．核技术，２００６，２９（７）：５４４—５４７．

［２］Ｅｗｉｎｇ

Ｒ

Ｇ，Ｍｉｌｌｅｒ

ｆｒｏｍ

Ｃ

Ｊ，Ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ

ｗｉｔｈ

ａｐｐｌｉｅｄ

ｔｏ

ｉｄｅｎｔｉｆｉｃａｔｉｏｎｏｆ

ｅｘｐｌｏｓｉｖｅｓ

ｂｙ

ｉｏｎ

ｍｏｂｉｌｉｔｙ

ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｒｙ［Ｊ］－Ａｎａｌ

２８２·

Ｃｈｉｍ

Ａｃｔａ，２００１，４３４（２）：２６９一

［４］Ｅｉｃｅｍａｎ

Ｇ

Ａ，ＰｒｅｓｔｏｎＤ，Ｔｉａｎｏ

ｏｆ

Ｇ，ｅｔ

ａ１．Ｑｕａｎｔｉｔａｔｉｖｅ

ｃ矗ｌｉｂｒａｔｉｏｎｏｆ

ｖａｐｏｆ

ｌｅｖｅｌｓ

ＴＮＴ，ＲＤＸ躲ｄ

ＰＥＴＮ【ｌ】．

袁曦，郑镶，施亮．用于现场痰鲞检测ＩＭＳ爆炸物探测Ｔａｌａｎｔａ。１９９７，４５（１）：５７—７４。

［５］Ｍａｓｓｏｎ

Ｖａｐｏ嵋

Ｍｏｂｉｌｉｔｙ

ＥＡ．Ｉｏｎ

ｍｏｂｉｌｉｔｙ：ｉｔｓ

ｒｏｌｅ

ｉｎ

ｐｌａｓｍａ

ｏｆＶｏｌａｔｉｌｅ

Ｉｏｎ

ｃｈｒｏｍａｔｏｇｒａｐｈｙ［Ｍ］．Ｎｅｗ

ｐｒｅｓｓ。１９８４：４３—４８．

Ｙｏｒｋ，ＣａｒｒＴ．Ｗ．，Ｅｄ．，Ｐｌｅｎｕｍ

Ｅｍｉｔｔｅｄ

Ｅｘｐｌｏｓｉｖｅｓ

Ｈａｎｄｅｄ

Ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｅｒ［１】。Ｆｉｅｌｄ

２１５—２２１．

ＡｎａｌＣｈｅｍ

Ｔｅｅｈ－，２００１，１５（５》：

【６】Ｅｉｃｅｍａｎ

Ｇ

Ａ，Ｋａｒｐａｓ

ｚ。Ｉｏｎ

Ｍｏｂｉｌｉｔｙ

Ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｒｙ【Ｍ】。

Ｎｅｗ

Ｙｏｒｋ，ＣＲＣＰｒｅｓｓ，ｌｎｃ．１９９４．

ａ１．Ｒａｐｉｄ

ｍｕｌｔｉｖａｒｉａｔｅ

ｃｕｌＴｅ

［３］

ＢｕｘｔｏｎＴ

Ｌ，ｅｔ

ｒｅｓｏｌｕｔｉｏｎ

万方数据　

PLC和触摸屏相结合的控制系统在检测仪器中的应用

作者：

作者单位：

刊名：

英文刊名：

年，卷(期)：

被引用次数：

吴霆， 陆平， 李芳， 凌大鹏， 陈宁， WU Ting， LU Ping， LI Fang， LING Da-peng

， CHEN Ning

中国船舶重工集团公司第七一八研究所,河北,邯郸,056027

舰船科学技术

SHIP SCIENCE AND TECHNOLOGY

2008,30(z2)

1次

5000软件使用手册 2007

2.宋伯生

PLC编程理论·算法及技巧 2005

3.郑用熙

分析化学中的数理统计方法 1986

4.胡鑫尧

计算机在分析化学中的应用 1982

5.分析化学 1995

6.廖常初

PLC编程及应用 2005

1.姜久兴.刘文礼.赵波

可视化井控设备压力测试自动系统的开发[期刊论文]

-

石油机械 2009(9)

本文链接：/Periodical_

本文标签： 系统进行控制检测浓度