0. M90系列OPLC的特點(diǎn)
       
　　以色列Unitronics的M90/91系列OPLC是一種集可編程控制器竭业、操作面板、I/O功能于一體及舍，通訊功能強(qiáng)大的微型PLC未辆。Unitronics的OPLC分為兩大系列：M90/91系列和Vision系列，其中M90/91系列的價格便宜锯玛，功能強(qiáng)大咐柜，性能穩(wěn)定。M90/91系列OPLC的特點(diǎn)如下：

　　1）友好的人機(jī)界面：M90/91系列OPLC的人機(jī)操作面板包括液晶顯示屏和全數(shù)字按鍵攘残，用戶可以查看操作提示拙友、動態(tài)數(shù)據(jù)、歷史數(shù)據(jù)歼郭，也可以輸入控制參數(shù)和通過按鍵進(jìn)行控制操作遗契。

　　2）支持多種通訊方式：M90/91系列OPLC支持PSTN、GSM/SMS盆扳、GPRS膊编、CANBus、MODBUS等通訊方式俭整，用戶可以選擇有線電話方式尸钢、手機(jī)短信、GPRS方式或各種網(wǎng)絡(luò)通訊方式妄由，為遠(yuǎn)程或網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的自動監(jiān)控熔厌、數(shù)據(jù)采集、系統(tǒng)診斷像淋，為現(xiàn)場無人值守情況下的遠(yuǎn)程中心監(jiān)控提供了便捷價廉的途徑誉煎。

　　3）多功能一體化：M90/91系列OPLC自帶數(shù)字量/模擬量/溫度測量的I/O點(diǎn)，軸編碼器和高速I/O點(diǎn)，CANbus/RS232/RS485通訊痛贬，實(shí)時時鐘控制挺久。

　　4）I/O擴(kuò)展性：每個M91/91控制器可以帶8個I/O擴(kuò)展模塊，可以滿足各種自動控制的需要渊季。
 
　　1. M90/91系列OPLC在環(huán)保在線監(jiān)控系統(tǒng)中的應(yīng)用
       
　　M90/91系列OPLC在工業(yè)和民用方面都具有極大的優(yōu)勢朋蔫，在昆明市環(huán)保在線監(jiān)控系統(tǒng)的現(xiàn)場監(jiān)控中被廣泛采用罚渐，至今已經(jīng)無故障地成功運(yùn)行了3年却汉，實(shí)現(xiàn)了昆明地區(qū)污水排放的區(qū)域性在線監(jiān)控，在成都荷并、北京合砂、福建等地的環(huán)保監(jiān)控中也得到了成功的應(yīng)用。

　　1.1污水流量的監(jiān)控
       
　　環(huán)保在線監(jiān)控系統(tǒng)由現(xiàn)場監(jiān)測傳感器源织、OPLC監(jiān)控裝置翩伪、中心監(jiān)控軟件等構(gòu)成，M90/91系列OPLC是現(xiàn)場監(jiān)測的核心谈息。OPLC監(jiān)控裝置可以接入來自于各種傳感器的信號缘屹，如COD、DOC侠仇、SO2轻姿、流量、治理設(shè)備狀態(tài)等幾十種國家規(guī)定的監(jiān)控參數(shù)的傳感器逻炊，采用GSM/SMS/GPRS方式定時上報環(huán)保監(jiān)控數(shù)據(jù)祷骂，自動上報現(xiàn)場超標(biāo)報警數(shù)據(jù)、設(shè)備故障嗅呻、系統(tǒng)斷電等信息藤习，并及時應(yīng)答監(jiān)控中心的各種查詢。
       
　　污水排放的瞬時流量和累積流量采用超聲波明渠流量計方法進(jìn)行測量导劝，它們是環(huán)保在線監(jiān)控的主要因子第粟。超聲波傳感器測量流過巴歇爾槽的流體液位的高度，并向OPLC輸入4-20Ma的關(guān)于流體高度的模擬信號齐皂。

　　1.2 超聲波明渠流量計的流量計算
       
　　超聲波明渠流量計需要通過公式（1）運(yùn)算馒符，將流體的高度轉(zhuǎn)換成流體的瞬時流量，并進(jìn)行累積宏湾。根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)JJG711-1990淘砌，巴歇爾槽的流量特性計算公式為：

　　Q=Chan……………………………………………………（1）

　　其中：Q瞬時流量（m3/sec），ha水頭高度m旋稚，C和n是與明渠類型和喉口尺寸相關(guān)的常數(shù)厦浦。小型巴歇爾槽有5個標(biāo)準(zhǔn)的喉口規(guī)格，5個獨(dú)立的計算公式奕枝；標(biāo)準(zhǔn)型巴歇爾槽有12個標(biāo)準(zhǔn)的喉口規(guī)格棺榔，可以用一個獨(dú)立的計算公式計算瓶堕；大型巴歇爾槽有8個標(biāo)準(zhǔn)的喉口規(guī)格，8個獨(dú)立的計算公式計算症歇。

　　1.3 M90/91系列OPLC超聲波明渠流量計流量監(jiān)控的關(guān)鍵問題
       
　　M90/91系列OPLC可以實(shí)現(xiàn)整數(shù)的加減乘除運(yùn)算郎笆，比較運(yùn)算和邏輯運(yùn)算，具有PLC的常規(guī)控制功能忘晤，具有遠(yuǎn)程無線通訊功能宛蚓，成本低，功能全设塔，非常適合于小型的環(huán)保監(jiān)控站的選用凄吏。但是，不足的是M90/91系列OPLC的運(yùn)算功能有限闰蛔，無法直接進(jìn)行超聲波明渠流量計的流量計算痕钢。因此，精確地進(jìn)行浮點(diǎn)數(shù)復(fù)雜運(yùn)算的替代是M90/91系列OPLC成功應(yīng)用的技術(shù)關(guān)鍵序六。

　　2. 超聲波明渠流量計流量的替代計算：

　　2.1超聲波明渠流量計的流量計算處理模式
       
　　根據(jù)M90/91系列OPLC的性能和環(huán)保污水監(jiān)控應(yīng)用的特點(diǎn)任连，提出超聲波明渠流量計流量計算數(shù)據(jù)處理的分段擬合和線性化處理的替代模式。即：設(shè)定替代計算的精度拒吧，采用最小二乘法划疟，根據(jù)流量計算值誤差最小和滿足M90/91系列OPLC整型數(shù)計算的原則，將指數(shù)計算公式優(yōu)化解析成若干段線段的組合落余，OPLC對輸入的模擬量進(jìn)行區(qū)域判斷和線性計算勤鼓，獲得瞬時流量。

　　2.2明渠流量計流量計算公式的轉(zhuǎn)換：
       
　　根據(jù)明渠流量計的標(biāo)定高度幔私，超聲波明渠流量計將流體的高度ha以4-20Ma信號輸入到OPLC涎舔，在OPLC中存于內(nèi)存變量MIin。根據(jù)流量的計算公式菠山，與該MIin對應(yīng)于瞬時流量存于MIq 哮互。

　　流體高度與內(nèi)存變量的關(guān)系為線性關(guān)系：

　　ha =A+b* MIin        …………………………………………………………（2）

　　根據(jù)公式（1）、（2）公式得到：

　　MIq=E+d*Q   ………………………………………………………………（3）
   
　　將（2）乙错、（3）公式整合成：

　　MIq=E+d* Chan=E+d* C(A+b* MIin)n     ……………………………………（4）

　　MIq=f（MIin）………………………………………………………………（5）

　　其中：ha 液位高度题晌，A、b贾悬、E儡皮、d常數(shù)，MIin流量信號對應(yīng)的內(nèi)存變量哪自，Q瞬時流量丰包，MIq瞬時流量計算值對應(yīng)的內(nèi)存變量.

　　2.3 明渠流量計流量計算分析和處理原則：
       
　　對于每一個標(biāo)準(zhǔn)喉口的流量計算公式，在整個量程范圍內(nèi)將其分成若干段，在每一段上擬合一條直線邑彪，采用最小二乘法進(jìn)行分析瞧毙，優(yōu)化出滿足精度要求分段數(shù)量和各線性段方程系數(shù)，保證在整個有效的計算范圍內(nèi)直線與理論曲線的誤差最小寄症。

　　對于小型和大型明渠宙彪，如果對應(yīng)喉口沒有確定的計算公式，數(shù)據(jù)處理模式為

　　1）  根據(jù)喉口尺寸有巧，判斷明渠的類型释漆。

　　2）  根據(jù)該類型已知計算公式，擬合一條某高度下的流量~喉口尺寸的曲線剪决。

　　3）  根據(jù)此擬合曲線灵汪，計算該喉口的明渠流量計在該高度下的瞬時流量檀训。

　　2.4超聲波明渠流量計計算機(jī)分析和優(yōu)化程序的功能
       
　　根據(jù)以上數(shù)據(jù)處理模式柑潦，設(shè)計了超聲波明渠流量計計算機(jī)分析和優(yōu)化程序。該程序可以選擇各種明渠喉口尺寸阅窝、擬和點(diǎn)的數(shù)量和流量的單位等基本信息梯俘，自動生成擬合線段的參數(shù)，顯示理論計算與擬和公式計算的喉口尺寸~瞬時流量的對照曲線坞龙，并可以將數(shù)據(jù)可以直接導(dǎo)出為EXCEL文件霎挚。為M90/91系列
       
　　選擇或輸入明渠的喉口直徑，在界面上顯示有效的測量水頭高度的范圍蚀稻；輸入明渠標(biāo)定的上下點(diǎn)對用的MI值骗早；根據(jù)OPLC編程空間的余量，選擇適應(yīng)的擬合線段數(shù)量府塘；選擇流量的單位或精度爪撤；點(diǎn)擊查詢按鈕，則系統(tǒng)將自動查詢并生成個擬合線段的計算參數(shù)和全范圍內(nèi)的計算數(shù)據(jù)表棚疏；選擇曲線网燃，則顯示理論曲線和擬合曲線。如果瞬時流量的計算值超過整型數(shù)的范圍继溯，則系統(tǒng)會給出提示雄炕，要求調(diào)整流量單位，重新進(jìn)行計算需忿，并進(jìn)行誤差分析诅炉。

　　a圖是明渠流量計的理論計算流量曲線（黃色）和擬和后分段折線（紅線）。從圖上可以看出屋厘，二曲線合而為一涕烧，完全吻合。
       
　　b圖中，計算結(jié)果文本框的上部分是擬和曲線參數(shù)和精度計算澈魄，其中景鼠，No是分段的序號；MI是各分段中MIin的起始值痹扇；diff-Q是本段內(nèi)擬和曲線與理論曲線的最大偏差范圍铛漓；Q是擬和的線性段起始點(diǎn)流量值；QMAX是該喉口的最大計算流量鲫构。ｂ圖中浓恶，計算結(jié)果文本框的下部分是８２２個計算點(diǎn)的計算數(shù)據(jù)、理論數(shù)據(jù)结笨、誤差分析沙涎。ＳＩ是ＯＰＬＣ的變量值，H是對應(yīng)流體的高度蹦虏，Q是理論流量值疼磺，Qc是擬合曲線計算的流量值；△Q是理論公式離散計算的流量誤差刮血，△Qc是擬合曲線離散計算的流量誤差款腥。從Ｂ圖可以看出，誤差非常小颂鞭。
       
　　本程序適用于符合國家標(biāo)準(zhǔn)的各種規(guī)格明渠流量計综翠。

　　2.3 測試結(jié)果
       
　　根據(jù)該算法進(jìn)行ＯＰＬＣ明渠流量測量程序設(shè)計，同時采用具有浮點(diǎn)數(shù)運(yùn)算功能的ViMIon系列OPLC按照理論計算公式刑袒，進(jìn)行ＯＰＬＣ的明渠流量測量程序設(shè)計涤墙。二者接入同一臺明渠流量計的監(jiān)測信號，控制面板得到相同的瞬時流量顯示程悼。經(jīng)過３天的考核惯缚，累計流量顯示值誤差為0.01%。實(shí)驗(yàn)證明了該數(shù)據(jù)處理模式的正確性席赂。

　　3 結(jié)論：
       
　　M90/91系列OPLC模擬量監(jiān)控系統(tǒng)的浮點(diǎn)數(shù)運(yùn)算處理方法的研究吮铭，提出分段擬合，線性處理的數(shù)據(jù)處理原則颅停，配合計算機(jī)程序進(jìn)行擬合優(yōu)化谓晌，使M90/91系列ＯＰＬＣ可以對模擬量進(jìn)行精確的浮點(diǎn)數(shù)公式運(yùn)算，大大地擴(kuò)展了M90／91系列OPLC的應(yīng)用范圍癞揉，節(jié)約了用戶程序空間纸肉，降低了監(jiān)控系統(tǒng)的硬件配置成本，也提高了M90/91用戶程序設(shè)計的效率喊熟，縮短了設(shè)計周期柏肪。這項(xiàng)研究在昆明環(huán)境監(jiān)測與控制系統(tǒng)中的近200家監(jiān)控點(diǎn)的流量監(jiān)測中得到成功的應(yīng)用姐刁，這種算法的正確性得到了充分的驗(yàn)證。
 
　　參考資料：

　　[1]北京市計量局烦味，《中華人民共和國國家計量檢定規(guī)程匯編》聂使，中國計量出版社，2002年5月第一版

　　[2] 李慶揚(yáng)等《數(shù)值分析》華中理工學(xué)院出版社1982年7月再版

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