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基于PLC的嵌入式车辆尾气自动检测系统 |
| 发布时间:2006年10月20日 点击次数:978 |
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一、系统综述 整个系统由中央控制单元、底盘测功机、尾气取样单元、分析仪器单元以及相关辅助设备组成。首先底盘测功机模拟汽车的工况,然后尾气取样系统对样气进行精确的定量采集,最后由分析仪器单元对样气中的污染物浓度加以定量检测,中央控制单元实现对整个系统的自动控制。其中中央控制单元采用嵌入式系统作为核心控制单元,系统操作站为运行WIndows CE嵌入式操作系统和组态王6.0嵌入版组态软件的工控机,负责发布命令给作为现场控制及命令执行元件的PLC。同时工控机与远程上位PC之间采用TCP/IP协议进行通讯。 精简的Windows CE嵌入式操作系统使运行于该操作系统上的嵌入版组态王6.0组态软件的执行效率很高,完全可以满足设备现场运行的需要。 (一)工作原理
系统总体示意图如图1所示。打开引擎的汽车在底盘测功机上模拟各种行驶工况,其尾气排放的污染物在鼓风机作用下经环境空气滤清器后进入尾气取样系统采样器,进行定容稀释取样(CVS)。分析仪器分别从背景气袋中、稀释排气气袋取样气进行分析,测量得出污染物的体积浓度。汽车尾气中污染物的排放值由以下公式进行计算: mi=1/S*V*di*ci/106 (i for HC、NOx、CO)
硬件选用的是ADVANTECH-研华TPC064触摸屏(嵌入式一体化工控机),其主要系统参数如下: 液晶显示器尺寸:5.7"TFT;CPU主频:ARM9266MHz;内存:64M;CF卡:64M。触摸屏对外数据传输接口主要有四个RS232接口、两个RS485接口、一个USB接口,1个10/100M网络接口。采用工控机的方式,可多串口输入,处理速度快、效率高,而且触摸屏有良好的人机对话界面,操作简便、直观,满足了检测设备实时操作和实时显示的功能。 (二)PLC 本文选用SIMATIC S7-200系列PLC,主模块与工控机通过RS-232串口通讯,用step7-Microwin实现软件编程。PLC作为一种专门用于工业生产过程控制的现场设备,具有可靠性高、适应性强、通讯和编程方便、结构模块化的特点。 PLC执行操作站发出的指令并进行报警处理等简单的运算。整个系统中PLC控制的硬件开关量共有24个,其中分析仪器单元有5个三通电磁阀和一个取样泵,CVS单元有7个两通电磁阀、8个三通电磁阀和三个泵。 (三)传感器与数据采集模块 系统中分析仪器单元测量浓度值经后面板的输出端子以模拟量输出,CVS单元的流量计量单元测量数据由传感器以模拟量输出,具体的传感器包括: 标准长径喷嘴流量计:BYW-S-80,4 m3/min~8 m3/min,喷管直径80mm,用于主流道恒定流量测量; 数字压力变送器:BYD-8,标准长径喷嘴流量计前端压力测量,输出信号4 mA~20mA DC,24V; 电容式压差变送器:1151DP3E22M183,标准长径喷嘴流量计前端、后端压力差测量,输出信号4-20mA DC,24V; 防爆型数字温度变送器:BWD-8,标准长径喷嘴流量计后端温度测量,输出信号4 mA ~20mA DC,24V,量程0~50℃; 压力变送器:CS20FUCIIIERC3Lm(3)A,用于控制样气取样袋压力并保护之,输出信号4 mA ~20mA DC,供电范围15 V ~28VDC。 数据采集模块:研华16通道A/D PCL-818数据采集卡。 (四)通讯模块 系统通讯方式分为两种:串口通讯和TCP/IP协议通讯。PLC和数据采集模块与工控机之间为串口通讯;工控机与PC机之间采用TCP/IP协议进行通讯。硬件参数如下:工控机网卡:1个10/100M网络接口;PC机网卡-TP-LINK,100M。 三、系统软件设计 本嵌入式控制系统的编程分为两部分,一是PLC软件编程,实现对工作单元的现场控制;二是操作站触摸屏的编程,触摸屏根据传感器获取的测量数据判断目前的工作状态,然后将控制指令发送给各单元的PLC,同时生成交互式的人机对话界面。 1.控制流程描述 分析仪器单元的PLC负责气路和量程切换的操作,CVS单元的PLC主要对CVS系统进行流程控制,实现自动清洗、自动采样等一系列功能控制。以CVS系统为例,PLC首先控制CVS单元排气过程,将气囊中的废气排空;然后控制清洗过程,进行管路清洗;最后控制自动采样,将背景气体和稀释气体分别抽到两个气囊,为分析仪器的气体分析做好准备。上述过程主要包含对泵、阀开关和定时延时的控制。控制过程如图3所示。
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