目前實現(xiàn)對機動車排放污染進行有效控制已成為我國環(huán)境保護一項刻不容緩的任務，需要在生產(chǎn)中對汽車尾氣污染物進行檢測撼盈。本文就一種符合EU-2標準，基于嵌入式Windows CE操作系統(tǒng)和組態(tài)王6.0組態(tài)軟件的集工況模擬填丢、樣氣采集节讹、樣氣分析于一體的汽車尾氣污染物智能檢測系統(tǒng)進行介紹。

　　一敞灸、系統(tǒng)綜述

　　整個系統(tǒng)由中央控制單元漾肩、底盤測功機、尾氣取樣單元区酷、分析儀器單元以及相關輔助設備組成掘鱼。首先底盤測功機模擬汽車的工況，然后尾氣取樣系統(tǒng)對樣氣進行精確的定量采集丛幌，最后由分析儀器單元對樣氣中的污染物濃度加以定量檢測鸣拦，中央控制單元實現(xiàn)對整個系統(tǒng)的自動控制。其中中央控制單元采用嵌入式系統(tǒng)作為核心控制單元懒碍，系統(tǒng)操作站為運行WIndows CE嵌入式操作系統(tǒng)和組態(tài)王6.0嵌入版組態(tài)軟件的工控機葱妒，負責發(fā)布命令給作為現(xiàn)場控制及命令執(zhí)行元件的PLC。同時工控機與遠程上位PC之間采用TCP／IP協(xié)議進行通訊缝驳。

　　精簡的Windows CE嵌入式操作系統(tǒng)使運行于該操作系統(tǒng)上的嵌入版組態(tài)王6.0組態(tài)軟件的執(zhí)行效率很高连锯，完全可以滿足設備現(xiàn)場運行的需要。

　　1. 工作原理

　　系統(tǒng)總體示意圖如圖1所
示党巾。打開引擎的汽車在底盤測功機上模擬各種行駛工況萎庭，其尾氣排放的污染物在鼓風機作用下經(jīng)環(huán)境空氣濾清器后進入尾氣取樣系統(tǒng)采樣器，進行定容稀釋取樣（CVS）齿拂。分析儀器分別從背景氣袋中驳规、稀釋排氣氣袋取樣氣進行分析，測量得出污染物的體積濃度署海。汽車尾氣中污染物的排放值由以下公式進行計算：

　　mi=1/S*V*di*ci/106 （i for HC吗购、NOx、CO）

　　式中：mi一排出的污染物的質(zhì)量砸狞；S一行使距離捻勉；V一溫度為273K，大氣壓力為101.33KPa的基準條件下稀釋排氣總容積刀森，單位：m3踱启；di-各種污染物在溫度273K，大氣壓力101.33 KPa時的密度研底；dCO=1.25kg／m3庵恨；dHC=0.619kg／m3；dNO2=2.05kg／m3（排氣中NOx的濃度用NO2當量表示）修扁；ci -稀釋排氣中污染物的容積濃度诀烫，10-6榔况。

　　2. 控制系統(tǒng)的工作過程

　　工控機通過CVS系統(tǒng)和分析單元的傳感器獲取測量數(shù)據(jù)，通過數(shù)據(jù)采集模塊轉換為符合RS-485規(guī)范的數(shù)字信號勃拢，傳送給觸摸屏钩榄，觸摸屏將測量數(shù)據(jù)通過TCP／IP協(xié)議傳送給PC機（上位機），完成數(shù)據(jù)處理工作后涛。同時武也，觸摸屏根據(jù)采集信號的數(shù)值判斷目前的工作狀態(tài)，將控制指令發(fā)送給分析單元和CVS系統(tǒng)的PLC柄午。分析單元的PLC主要完成對分析儀器進行一系列氣路切換匹溪、量程轉換的操作，CVS系統(tǒng)PLC主要對CVS進行流程控制爽咒，實現(xiàn)自動清洗玩冷、采樣等一系列功能×夺＃控制指令經(jīng)PLC處理后秋茫，轉換為直接的繼電器開閉信號，實現(xiàn)打開和關閉CVS系統(tǒng)電磁閥乃秀、取樣泵的任務肛著。另外，配電箱還為風機提供了380V動力電的開關跺讯，可手動控制風機的啟動與停止枢贿。控制系統(tǒng)結構框圖如圖2所示刀脏。

　　二局荚、系統(tǒng)硬件組成

　　為了確保系統(tǒng)的準確性和可靠性，本文選用了工控領域中穩(wěn)定可靠的Windows CE嵌入式操作系統(tǒng)作為工控機的控制核心愈污。數(shù)據(jù)采集模塊耀态、PLC、繼電器等元件性能穩(wěn)定暂雹，采集和控制精度高首装，響應速度快。

　　1. 工控機

　　作為操作站的工控機基于嵌入式操作系統(tǒng)Windows CE和嵌入式組態(tài)軟件組態(tài)王6.0（128點）開發(fā)的客戶端應用程序衔耕。Windows CE嵌入式系統(tǒng)的優(yōu)越性在于其設備管理簡單高效赊偿，支持不同類別的設備，支持即插即用的管理模式和設備節(jié)能控制悬鲜；處理系統(tǒng)的輸入輸出具有實時響應能力沸恤。

　　組態(tài)王嵌入版6.0提供了基于嵌入式操作系統(tǒng)的開發(fā)平臺，由于組態(tài)王嵌入版6．0的穩(wěn)定性較高，占用系統(tǒng)資源較小真稚，組態(tài)軟件本身提供大量通用設備的驅動程序，開發(fā)周期短毕亲，故選用組態(tài)王嵌入版6.0作為開發(fā)工具农帝。

　　硬件選用的是ADVANTECH-研華TPC064觸摸屏（嵌入式一體化工控機），其主要系統(tǒng)參數(shù)如下：

　　液晶顯示器尺寸：5.7"TFT项蝉；CPU主頻：ARM9266MHz舆飒；內(nèi)存：64M；CF卡：64M白找。

　　觸摸屏對外數(shù)據(jù)傳輸接口主要有四個RS232接口能真、兩個RS485接口、一個USB接口扰柠，1個10／100M網(wǎng)絡接口粉铐。

　　采用工控機的方式，可多串口輸入卤档，處理速度快蝙泼、效率高，而且觸摸屏有良好的人機對話界面劝枣，操作簡便汤踏、直觀，滿足了檢測設備實時操作和實時顯示的功能舔腾。

　　2. PLC

　　本文選用SIMATIC S7-200系列PLC溪胶，主模塊與工控機通過RS-232串口通訊，用step7-Microwin實現(xiàn)軟件編程稳诚。PLC作為一種專門用于工業(yè)生產(chǎn)過程控制的現(xiàn)場設備哗脖，具有可靠性高、適應性強采桃、通訊和編程方便懒熙、結構模塊化的特點。

　　PLC執(zhí)行操作站發(fā)出的指令并進行報警處理等簡單的運算脂壁。整個系統(tǒng)中PLC控制的硬件開關量共有24個囤乎，其中分析儀器單元有5個三通電磁閥和一個取樣泵，CVS單元有7個兩通電磁閥揖帕、8個三通電磁閥和三個泵敢薄。

　　3. 傳感器與數(shù)據(jù)采集模塊

　　系統(tǒng)中分析儀器單元測量濃度值經(jīng)后面板的輸出端子以模擬量輸出，CVS單元的流量計量單元測量數(shù)據(jù)由傳感器以模擬量輸出挎茂，具體的傳感器包括：

　　標準長徑噴嘴流量計：BYW-S-80艇线，4 m3／min～8 m3／min，噴管直徑80mm，用于主流道恒定流量測量游鹿；

　　數(shù)字壓力變送器：BYD-8盔惑，標準長徑噴嘴流量計前端壓力測量，輸出信號4 mA～20mA DC义誓，24V律坎；

　　電容式壓差變送器：1151DP3E22M183，標準長徑噴嘴流量計前端蟋定、后端壓力差測量粉臊，輸出信號4-20mA DC，24V驶兜；

　　防爆型數(shù)字溫度變送器：BWD-8扼仲，標準長徑噴嘴流量計后端溫度測量，輸出信號4 mA ～20mA DC抄淑，24V屠凶，量程0～50℃；

　　壓力變送器：CS20FUCIIIERC3Lm（3）A蝇狼，用于控制樣氣取樣袋壓力并保護之阅畴，輸出信號4 mA ～20mA DC，供電范圍15 V ～28VDC迅耘。

　　數(shù)據(jù)采
集模塊：研華16通道A／D PCL-818數(shù)據(jù)采集卡贱枣。

　　4. 通訊模塊

　　系統(tǒng)通訊方式分為兩種：串口通訊和TCP／IP協(xié)議通訊。PLC和數(shù)據(jù)采集模塊與工控機之間為串口通訊颤专；工控機與PC機之間采用TCP／IP協(xié)議進行通訊纽哥。硬件參數(shù)如下：工控機網(wǎng)卡：1個10／100M網(wǎng)絡接口；PC機網(wǎng)卡-TP-LINK衙猾，100M柬激。

　　三、系統(tǒng)軟件設計

　　本嵌入式控制系統(tǒng)的編程分為兩部分斧与，一是PLC軟件編程行忘，實現(xiàn)對工作單元的現(xiàn)場控制；二是操作站觸摸屏的編程筋劣，觸摸屏根據(jù)傳感器獲取的測量數(shù)據(jù)判斷目前的工作狀態(tài)牡徘，然后將控制指令發(fā)送給各單元的PLC，同時生成交互式的人機對話界面正脸。

　　1. PLC編程

　∈搅妗（1） 控制流程描述

　　分析儀器單元的PLC負責氣路和量程切換的操作，CVS單元的PLC主要對CVS系統(tǒng)進行流程控制鄙叼，實現(xiàn)自動清洗贡金、自動采樣等一系列功能控制壕归。以CVS系統(tǒng)為例，PLC首先控制CVS單元排氣過程衅侥，將氣囊中的廢氣排空癞季；然后控制清洗過程，進行管路清洗倘潜；最后控制自動采樣余佛，將背景氣體和稀釋氣體分別抽到兩個氣囊，為分析儀器的氣體分析做好準備窍荧。上述過程主要包含對泵、閥開關和定時延時的控制恨憎。

　∪锿恕（2）控制程序

　　整個控制程序我們采用程序代碼編程，它較之梯形圖憔恳、功能模塊靈活瓤荔、方便，結構緊湊钥组。主程序模塊為：

　　LD  SM0.1    ／／初始化输硝，調(diào)用子程序0

　　CALL  SBR_0

　　S    M2.0，4  ／／設置程序執(zhí)行標志位

　　LD    M0.1  ／／啟用等待程序

　　A    M2.0  ／／M2．0設為1

　　LPS

　　LD    M8.1  ／／有復位請求

　　ALD

　　CALL  SBR_I／／調(diào)用子程序1

　〕堂巍／／SBR_0：

　　LD    SM0.0

　　…．．    ／／初始化泵閥狀態(tài)

　　CRET

　　点把，，SBR_I：

　　LD    SM0.0

　　LD    M3.0

　　…．．    ／／控制CVS工作流程

　　CRET

  　　2. 觸摸屏控制程序設計

  　　系統(tǒng)中操作站我們采用觸摸屏實現(xiàn)交互式人機對話乞贡。包括5個主要界面：系統(tǒng)主界面氢碰、CVS界面、分析儀器界面颅唇、報表和歷史數(shù)據(jù)查詢打印界面申广、手動界面。設計以按鈕形式簡便西练、直觀地來控制PLC運行东六，有顯示操作狀態(tài)和數(shù)據(jù)、故障報警以及報表查詢等功能然板。

　　四待讲、結束語

　　整個系統(tǒng)完全滿足汽車生產(chǎn)廠家現(xiàn)場監(jiān)測汽車尾氣污染物含量的要求。通過簡單直觀的人機對話界面實現(xiàn)復雜的操作新掸，克服以往監(jiān)測系統(tǒng)可靠性低欢巡、故障率高、操作復效率低等缺點教九，從而有效地提高了我國汽車生產(chǎn)廠家生產(chǎn)管理水平致驶。

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