摘要：基于和利時LM系列PLC的氣體分析預處理系統可以為氣體分析系統提供符合要求的采樣氣體。實踐證明，取樣氣體預處理效果良好。取樣氣體經預處理裝置后，達到了降溫、除水、除干擾組份的目的，投運后運行穩定，在線分析響應時間常量分析小于30秒，微量分析小于40秒。取樣氣體測量準確，能夠迅速和正確反映工況，同時儀器的故障率與維修量大為下降，保證了氣體分析系統的長周期穩定運行，為最終客戶的安全生產、穩產、高產、降耗等起到了重要作用。
1 氣體分析預處理技術概述
本文介紹和利時LM系列PLC在四路巡檢氣體分析預處理系統中的應用。基于和利時LM系列PLC和HT6000系列觸摸屏的氣體預處理系統因其可靠性高、自動化水平高、預處理質量穩定、人機界面友好等特點在得到了廣泛的應用。
傳統的分析方法如化學分析法、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，響應速度慢，效率低，難以實時地反映工況信息。
在現代氣體分析儀器的設計中，主要包括兩種設計方案。一種是以分離器件和小規模集成電路為基礎的模擬信號處理方案，這類儀器主要應用于功能簡單的小型儀器，它們一般只能進行簡單的測試，由于儀器內部沒有專門的功能軟件，所以無法完成更進一步的數據處理和計算功能，這類產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為基礎的數字電路處理方案，這類儀器在進行信號處理和數據通訊方面具有較高的靈活性，在氣體分析儀器行業中處于主流地位，已基本能夠完成必要的數據處理和運算功能。對于一些具有高集成的單片機系統，它具有更全面的功能。但是對多種組份、多路通道、惡劣環境的氣體測量要求，對采樣氣體需要進行必要的預處理的應用要求，以單片機技術為基礎的氣體分析儀在設計時存在著較大的難度。針對第二種方案的不足，我們把氣體分析預處理系統單獨分離出來，用成熟靈活的PLC系統來設計。
氣體預處理系統是可靠性和穩定性要求最高的氣體分析子系統，其性能直接決定了采樣氣體的質量。基于PLC的氣體預處理系統可以實現氣體的自動連續采樣。采用不同測量方法的氣體分析系統都由采樣預處理系統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，并送入預處理系統進行氣體預處理，然后連續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。采樣預處理系統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 氣體分析預處理控制系統硬件設計
氣體分析輔助系統由以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，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，而且系統具有自動巡檢和手動功能。
本系統的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。系統采用LM3223擴展8通道繼電器輸出。系統中顯示部件采用和利時HT7700T觸摸屏，通過串口以ModbusRTU的協議與PLC的RS232串口通訊，通過觸摸屏可以對氣體預處理系統的各個通道進行手動和自動操作、參數設置、報警顯示、氣體含量顯示及曲線繪制等。觸摸屏的以太網口可以與上位計算機進行通信，采用ModbusTCP協議進行遠程管控。氣體分析輔助系統硬件結構示意圖如圖1所示。
圖1 氣體分析輔助系統硬件結構示意圖
3 氣體分析預處理控制系統軟件設計
和利時HT7700T觸摸屏采用低功耗的ARM結構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PLC的圖形化操作。系統的窗口包括封面、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。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的手自動操作、報警和模擬量的顯示。參數設置窗口完成排空、進樣、反吹、延時等工藝參數的設置。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
和利時LM系列PLC和HT7000系列觸摸屏具有超高的性價比。此外，在預處理系統中設計的多路巡檢功能，使現場管路得到了充分的使用，節省了管道泵閥投資。
參考文獻
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[ 2 ] 王錦濤,和利時PLC技術-綜合篇[J]. 機械工業出版社
[ 3 ] 王復興，紅外線氣體分析儀的發展趨勢，分析儀器，
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）