西门子(枣庄)模块代理商

目前，实现对机动车排放污染进行有效控制已成为我国环境保护一项刻不容缓的任务，需要在生产中对汽车尾气污染物进行检测。本文就一种符合EU-2标准，基于嵌入式bbbbbbs CE操作系统和组态王6.0组态软件的集工况模拟、样气采集、样气分析于一体的汽车尾气污染物智能检测系统进行介绍。

　　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的定量采集，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bbbbbbs 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bbbbbbs 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）

　　式中：mi一排出的污染物的质量；S一行使距离；V一温度为273K，大气压力为101.33KPa的基准条件下稀释排气总容积，单位：m3；di—各种污染物在温度273K，大气压力101.33 KPa时的密度；dco=1.25kg／m3；dHC=0.619kg／m3；dNO2=2.05kg／m3（排气中NOx的浓度用NO2当量表示）；ci —稀释排气中污染物的容积浓度，10-6。

　　（二）控制系统的工作过程

　　工控机通过CVS系统和分析单元的传感器获取测量数据，通过数据采集模块转换为符合RS-485规范的数字信号，传送给触摸屏，触摸屏将测量数据通过TCP／IP协议传送给PC机（上位机），完成数据处理工作。同时，触摸屏根据采集信号的数值判断目前的工作状态，将控制指令发送给分析单元和CVS系统的PLC。分析单元的PLC主要完成对分析仪器进行一系列气路切换、量程转换的操作，CVS系统PLC主要对CVS进行流程控制，实现自动清洗、采样等一系列功能。控制指令经PLC处理后，转换为直接的继电器开闭信号，实现打开和关闭CVS系统电磁阀、取样泵的任务。另外，配电箱还为风机提供了380V动力电的开关，可手动控制风机的启动与停止。控制系统结构框图如图2所示。

　　二、系统硬件组成

　　为了确保系统的准确性和可靠性，本文选用了工控领域中稳定可靠的bbbbbbs CE嵌入式操作系统作为工控机的控制核心。数据采集模块、PLC、继电器等元件性能稳定，采集和控制精度高，响应速度快。

　　（一）工控机

　　作为操作站的工控机基于嵌入式操作系统bbbbbbs CE和嵌入式组态软件组态王6.0（128点）开发的客户端应用程序。bbbbbbs CE嵌入式系统的优越性在于其设备管理简单高效，支持不同类别的设备，支持即插即用的管理模式和设备节能控制；处理系统的输入输出具有实时响应能力。
nbsp; 组态王嵌入版6.0提供了基于嵌入式操作系统的开发平台，由于组态王嵌入版6．0的稳定性较高，占用系统资源较小，组态软件本身提供大量通用设备的驱动程序，开发周期短，故选用组态王嵌入版6.0作为开发工具。

　　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-bbbb，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；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。

　　2．控制程序

　　整个控制程序我们采用程序代码编程，它较之梯形图、功能模块灵活、方便，结构紧凑。主程序模块为：

　　（二）触摸屏控制程序设计

　　系统中操作站我们采用触摸屏实现交互式人机对话。包括5个主要界面：系统主界面、CVS界面、分析仪器界面、报表和历史数据查询打印界面、手动界面。设计以按钮形式简便、直观地来控制PLC运行，有显示操作状态和数据、故障报警以及报表查询等功能。

　　四、结束语

　　整个系统完全满足汽车生产厂家现场监测汽车尾气污染物含量的要求。通过简单直观的人机对话界面实现复杂的操作，克服以往监测系统可靠性低、故障率高、操作复效率低等缺点，从而有效地提高了我国汽车生产厂家生产管理水平。

引言

自20世纪90年代以来，数字化技术取得突飞猛进的发展，并且日益渗透到各个领域，智能
家居在21世纪将成为现代社会和家庭的新时尚。作为通用工业控制计算机的PLC，30多年来不论是在功能上还是在应用领域方面，都有着从逻辑控制到数字控制、单体控制到运动控制、过程控制到集散控制的飞跃，今天的可编程序控制器PLC正成为工业控制领域的主流控制设备，在世界各地发挥着越来越大的作用。

而随着PLC应用的迅猛发展，各种控制策略不得不面对不同的对象在大跨距分散地点下的远程控制应用，如何实现大范围分布式应用中各种现场数据传输处理及远程控制,远程维护等就是很现实的问题，这其中的前提之一就是各种数据包的远程传输.

以前,有的PLC应用系统中采用了无线数传电台通信来达到远程控制PLC的目的,但是这种方案仍然存在一些缺陷,主要就是其分布范围仍然较为有限,而且随着通信距离的增加,其可靠性受到很大影响。 目前新应用趋势是将PLC控制系统与现有GPRS无线通信网络技术集成，通过GPRS网络通信技术，可以实现全国,甚至全球范围内的数据超远程可靠传输，进而达到数据远程分析处理，远程控制的目的。

GPRS+PLC方案优点

中国移动GPRS系统可提供广域的无线IP连接。在移动通信公司的GPRS业务平台上构建分布式PLC控制系统，实现PLC的无线数据传输具有可充分利用现有网络，缩短建设周期，降低建设成本的优点，而且设备安装方便、维护简单。经过比较分析，我们选择中国移动的GPRS系统作为分布式PLC控制系统的数据通信平台。

GPRS无线通信系统具备如下特点：

1、可靠性高：
与SMS短信息方式相比，GPRS DTU采用面向连接的TCP协议通信，避免了数据包丢失的现象，保证数据可靠传输。中心可以与多个监测点同时进行数据传输，互不干扰。GPRS网络本身具备完善的频分复用机制，并具备极强的抗干扰性能，完全避免了传统数传电台的多机频段“碰撞”现象。

2、实时性强：
GPRS具有实时在线的特性，数据传输时延小，并支持多点同时传输，因此GPRS监测数据中心可以多个监测点之间快速，实时地进行双向通信，很好地满足系统对数据采集和传输实时性的要求。目前GPRS实际数据传输速率在30Kbps左右，完全能满足系统数据传输速率（≥10Kbps）的需求。

3、监控范围广：
GPRS网络已经实现全国范围内覆盖，并且扩容无限制，接入地点无限制，能满足山区、乡镇和跨地区的接入需求。对于分布在全市/全省范围内，或全国范围的PLC控制系统，采用GPRS网络是其理想的选择。
4、系统建设成本低：
由于采用GPRS公网平台，无需建设网络，只需安装设备就即可，建设成本低；也免去了网络维护费用。

5、系统运营成本低：
采用GPRS公网通信，全国范围内均按统一费率计费，省去昂贵的漫游费用, GPRS网络可按数据实际通信流量计费，(1分-3分/1K字节)，也可以按包月不限流量收费，从而实现了系统的低成本通信。
6、系统的传输容量，扩容性能好：
监控中心要和每一个PLC控制现场实现实时连接。系统要求能满足突发性数据传输的需要，而GPRS技术能很好地满足传输突发性数据的需要；由于系统采用成熟的TCP/IP通信架构，具备良好的扩展性能，一个监测中心可轻松支持上千个现场PLC数据通信。

7、GPRS传输功耗小，适合野外供电环境：
虽然与远在千里的数据中心进行双向通信，GPRS数传设备在工作时却只需与附近的移动基站通信即可,其整体功耗与一台普通GSM手机相当, 平均功耗仅为200毫瓦左右，比传统数传电台小得多。因此GPRS传输方式非常适合在野外使用太阳能供电或蓄电池供电的场合下使用。

系统构成

1、现场控制/采集点：
现场监控点由PLC实现自动控制，并采集相关信息，通过RS232或RS485接口与GPRS DTU终端相连，PLC采集到的设备信息通过GPRS DTU终端对数据进行处理、协议封装后发送到GPRS无线网络。

2、监控中心：
a）公网接入方案
服务器采用公网方式接入Internet，如ADSL拨号/电信专线宽带上网等，申请公网固定IP地址；可以实现中小容量的系统应用。

b）专网接入方案
服务器采用省移动通信公司提供的DDN专线, 申请配置固定IP地址，与GPRS网络相连。由于DDN专线可提供较高的带宽，当现场PLC数量增加，中心不用扩容即可满足需求，可实现大容量系统应用。

监控中心RADIUS服务器接受到GPRS网络传来的数据后先进行AAA认证，后传送到监控中心计算机主机，通过系统软件对数据进行还原显示，并进行数据处理，这样进一步增强了系统数据通信安全性能。

3、GPRS/GSM移动数据传输网络：

PLC采集的数据经GPRS/GSM网络空中接口功能模块同时对数据进行解码处理，转换成在公网数据传送的格式，通过中国移动的GPRS无线数据网络进行传输，终传送到监控中心IP地址。

产品特性

系统采用ZSD3120 GPRS DTU无线透明数据传输终端。产品基于中国移动的GPRS网络，具有高性能、高可靠及抗干扰能力强等特点，提供标准RS232/RS485接口, 可直接与PC、单片机系统、RTU测控终端、PLC、GPS接收机、数据集中器等连接，具有远程诊断、测试、监管功能，满足各行业调度或控制中心与众多远端站点之间的数据采集和控制。

1、内置TCP/IP协议栈，针对GPRS网络优化
2、提供GPRS无线数据双向传输功能
3、提供RS232/RS485/RS422接口
4、符合ETSI GSM Phase 2+标准
5、支持自动心跳，保持在线
6、透明数据传输：为用户的数据设备提供双向100K大容量数据缓冲区，支持大数据包传输
7、自动拨号连接：DTU上电自动拨号上网、连接网络，支持用户端发起命令连接或远程唤醒连接
8、提供短信通道，内置Unicode国际编码转换表
9、支持远程短信/电话唤醒
10、实时监测网络连接情况，掉线自动重拨功能
11、支持中心为固定IP或动态域名
12、心跳报告时间间隔用户可设定
13、支持点对点、点对多点、多点对多点对等 数据传输
14、支持APN数据专网业务
15、安装灵活、使用方便、可靠
16、支持多数据中心，自动切换
17、适应低温和高温工作环境
18、EMC抗干扰设计，适合电磁恶劣环境应用
19、复合式看门狗技术，当机
20、整机低功耗技术，在线待机电流<20mA

安全措施

由于远程控制的特殊性，系统需要极高的系统安全保障和稳定性。安全保障主要是防止来自系统内外的有意和无意的破环，网络安全防护措施包括信道加密、信源加密、登录防护、访问防护、接入防护、防火墙等。稳定是指系统能够7×24小时不间断运行，即使出现硬件和软件故障，系统也不能中断运行。

监控中心可通过公网接入,或者到移动专网接入，采用公网接入方式成本比较低，企业不用租用专线，而使用数据专线接入时，GPRS数据传输设备要经过Radius服务器的认证, 整个数据传送过程得到了加密保护，安全性比较高，可充分保障速度和网络服务质量。

1、APN数据专网模式：企业内部网络中配置APN服务器，移动终端使用APN数据专网，由于采用数据专网,服务器与公网Internet隔离,可以有效避免非法入侵。

2、用SIM卡的唯一性，对用户SIM卡手机号码进行鉴别授权，在网络侧对SIM卡号和APN进行绑定，划定用户可接入某系统的范围,只有属于指定行业的SIM卡手机号才能访问专用APN，移动终端与监控中心采用中国移动分配的专门的APN进行无线网络接入，普通手机的SIM卡号无法呼叫专门的APN。

3、可以为每个GPRS数据传设备单独配置 DTU ID号和密码，通过监控中心在其登陆时进行应用层认证，其他没有中心分配的DTU ID号和密码的GPRS的设备将无法登录进入系统，系统的安全性进一步增强。

4、数据加密：可对整个数据传送过程进行加密保护。

5、网络接入安全鉴定机制：采用防火墙软件，设置网络鉴权和安全防范功能，保障系统安全。