基于PLC技術的自動化環保監測設備功能優化設計

李鵬光 周 洪 呂志偉

（重慶中建機械制造有限公司，重慶 401329）

隨著我國經濟實力的快速增長，環保工作面臨著巨大的挑戰。各級環保部門在開展環境保護工作的過程中，都在積極進行新的環保設備研發和技術更新，以通過實時、科學的環保監測來保障環境保護策略的有效性。信息時代到來以后，很多環保監測設備中都融入了可編程邏輯控制器（Programmable Logic Controller，PLC）技術。通過將這一技術與其他技術相結合，使環保監測設備兼具了多種自動化功能。

1 環保監測概述

環保監測是監控、分析環境基本狀況及其變化趨勢的一個過程，主要在于為環境保護提供基本的數據支持。這一過程一般由政府部門主導，通過對相關數據的獲取與分析，實現對環境質量的科學評估，同時對環境質量的變化情況進行預測，以避免環境的進一步惡化，達到改善環境的目的。環保監測的核心在于獲取第一手的環境數據，為環境質量變化的趨勢提供可靠的數據依據，從而在環境治理及保護的過程中基于這些數據制定科學合理的方案，促進實現環保的目標。環保監測的對象包括地理、空氣及水文等。監測的方法可以分為物理方法、生物方法及化學方法等。環保監測表現出較強的連續性，需要持續對某一對象施行監測，以確保所獲取的數據準確無誤，并且可追溯。隨著電子計算機技術的不斷發展與成熟，環保監測的方式也在不斷改變。自動化監測設備的應用，使環保監測變得更為高效和準確，獲取數據的方式更加便捷，極大地提高了監測的效率和效果。

2 自動化環保監測設備所具備的優勢分析

2.1 更高的監測效率

在傳統的環保監測中，每次監測都需要應用到多種儀器，還涉及到樣品采集、數據統計與分析等一系列工作，整個過程非常復雜。自動化環保監測設備集成了自動化監測系統，能夠針對監測對象進行實時監測，通過計算機系統分析和處理在監測過程中所產生的數據，生成全面的污染統計圖表，使環境污染狀況一目了然。這不僅減少了監測人員的工作量，也能夠使監測過程更為高效。在面臨重大環境污染的情況下，這樣可以更快地做出反應，從而迅速掌握污染的實際情況，采取對應的保護措施，提高環保工作的效率。

2.2 更好的監測效果

在以往人工監測的方式中，監測流程極為復雜，監測結果也容易受到人為因素的影響而出現偏差或者錯誤，無法保證監測的準確性。自動化環保監測設備的應用實現了整個監測流程的自動化，很大程度上避免了人為因素對監測結果的干擾，提高了監測的準確性。另外，自動化監測設備不受人為等因素的限制，能夠根據需要開展長期的全天候監測，很大程度上彌補了以往環保監測難以持久的弊端，使監測人員能夠及時掌握環境質量的變化情況，從而為環境保護工作提供支持作用。

2.3 更低的監測成本

自動化環保監測設備系統雖然總體造價不菲，但是從長遠的角度來看，其監測成本依然低于傳統監測方式。自動化監測設備投入使用僅需要前期的設備購買、安裝、調試以及后期的維護等費用，就可以長期服務于環保監測工作。與傳統監測方式相比，這種監測模式極大地節約了人力成本。另外，傳統監測方式由于數據偏差、失真而造成的資源、資金浪費情況非常嚴重，自動化環保監測設備系統則沒有這一困擾。通過自動監測所獲取的數據準確性極高，即便是數據有錯誤，也可通過調整來進行修正，從而極大地節約了環保成本。

3 自動化環保監測設備應具備的功能

3.1 自動監測

任何的環保監測工作都是一項長期性的工作，只有在長時間的監測工作下，才能夠密切掌握各項環境參數的變化規律，從而方便環保部門直接利用環保監測的數據。自動化環保監測設備在各項環境參數的監測中，可自動進行監測數據的獲取和傳輸。環保部門的專業人員可隨時進行監測站點中相應監測數據的調取和利用。環保監測人員在監測中心控制室內可實時監控監測現場的數據，從而及時發現監測現場的環境問題。

3.2 自動預警

傳統的環保監測設備不具有自動預警功能，即使在監測過程中發現了污染超標的情況，也無法第一時間向環保部門反饋。因此，自動化環保監測設備應兼具自動預警的功能。任何環保監測參數都有著一定的安全限值，當其中的某一監測數據超出這一限值以后，系統要立即發送相應的預警信息，以提醒環保部門根據所掌握的環境監測數據和信息開展相應的環保工作。自動化環保監測設備中的自動預警，能夠使環保預警更具主動性，可在污染出現的第一時間進行污染防控[1]。

3.3 信息共享

自動化環保監測設備中還應具備信息共享的功能。只有通過各部門之間的信息共享，自動化環保監測設備才能夠保持環保數據采集、存儲和傳輸的及時性，使參與環保工作的所有部門都能在自動化環保監測設備的支持下，直接調用設備所得到的監測數據，為環保部門的監測信息自動分析和在線查詢提供便捷，使不同部門之間可以保持高度配合。

4 PLC技術下的自動化環保監測設備功能優化

4.1 數據采集與整理

目前，在市場化的自動化環保監測設備中，PLC是控制系統中的關鍵技術。在利用PLC進行全新控制系統的構建時，除了要考慮設備、系統之間的兼容性外，更需要考慮設備的堅固程度、耐磨性、耐久性等因素。另外，為使自動化環保監測設備的功能可以符合環保工作的標準，應確保PLC的精確性和可靠性[2]。在自動化環保監測設備的運行中，PLC是環保監測的運算核心。為發揮其功能作用，應將其與環保監測設備可靠連接，并選用抗干擾性強、數據轉換迅速的PLC設備。

以某地區的環保監測工作作為研究對象，經由綜合性因素的考慮，最終所選取的是FX-3U系列的PLC設備。

此PLC中的配置為CPU 224XP，具有模擬量采集的特殊功能。在用其進行模擬量的采樣工作時，所選擇的時間點應為程序讀取點時刻。在這一過程中，可同步進行端口模擬量的轉換，以此得出最終的轉換結果。這一轉換過程的時間消耗可保持在149 μs以內。因為這一環節所得到的轉換數值僅能反映采樣時的端口模擬量數值，且并未經過統一的線性化處理和濾波處理，所以為達到數據采集和處理的良好效果，可直接利用PLC中的高速跟蹤能力來進行相應的處理。

以PLC的結構特點為區別，在開展相應的設計工作時，自動化環保監測設備的功能優化應包含OS整體運行模塊、OB主體模塊、SBR單元模塊和INT預警模塊。在這4個模塊中，OS是作為整體運行模塊而存在的。為達到設計目標，它應以中央處理器為RUN模式，驅使OS和OB進入運行狀態，同時設置OB模塊的自動循環周期[3]。當環保監測設備運行時，所監測的環境數據到達SBR單元模塊所確定的條件下時，應立即停止主體模塊的運行，隨后用單元模塊進行數據特征的全面分析。在得到了相應的結果以后，可以依據特定的規范提取特征，并將所提取的數據返回到主體模塊OS內，然后執行下一步的程序。OS在接收到對應的數據特征以后，可根據這些特征數據的分析結果進行相應的規律總結。若規律值存在異常波動，應立即將該數據傳輸到INT模塊，由INT中的對應模塊結合數值波動的強烈程度來進行數據分區，并將最終所得結果輸出。

4.2 監測終端顯示

在PLC的運行過程中，由前期所采集到的動態數據，可在原有設備基礎上進行監測終端顯示功能的優化設計。在環保監測的同時，監測設備終端可將最終的監測數據以圖像的形式實時顯示。作為數據顯示終端，單一的顯示功能往往難以滿足要求。由于環保監測數據呈現出實時變化的特點，而且監測環境中也存在著一定的變動性因素，為符合當下環保監測的工作要求，在利用PLC技術開展自動化環保監測設備的功能優化時，可將常規的顯示終端改成觸摸屏形式的顯示面板[4]。

現階段的市場中，觸摸屏面板型號有多種，最為常用的為TP277、TP177A、TP177B等。在整理前期PLC所采集到的信息數據時，可根據觸摸屏上的顯示按鈕進行對應的選擇，使相關人員在進行環保監測工作時，能夠在觸摸屏顯示面板上顯示對應的內容，從而快速找到環保監測中數據變動最大的部位。另外，在觸摸屏面板的選擇方面，同樣要考慮存儲容量、接口、內置接口、插槽等部件的選擇，使自動化環保監測設備獲取環境數據的過程中，能夠保障數據組態對比、儲存備份的靈活性[5]。

觸摸屏顯示器的就地控制功能使相關人員在環保監測工作中可直接實時查詢監測數據，并實時監控所連接的各種設備。若相應的設備在環保監測的過程中出現了卡頓、頁面閃退等異常情況，觸摸面板可立即進行故障預警，以提醒后臺管理人員進行相應的故障處理。

4.3 設備隨機反應與分析能力

在優化數據采集、整理和顯示功能后，根據終端顯示的異常數據可對該區域開展相應的監測。為符合PLC技術的自動監測功能，要改進監測設備的隨機反應和分析處理能力。實時監測功能往往會受到環境中諸多因素的影響，這一系列的干擾因素都可能導致環保監測數據發生一定的波動，從而產生差錯。在進行環保監測工作時，若監測環境出現了隨機狀態反應，需要對這一反應數據的濃度、密度、質量、成分等基本信息實施連續、實時的監測。因此，對環保監測設備的優化也需要從隨機反應和分析處理能力的改進出發。

4.4 設備數據傳輸速度

在對某一區域展開監測活動并獲取了相應監測數據的基礎上，為實現PLC技術下自動監測數據傳輸的即時性，還要優化并提升監測設備的數據傳輸速度。設備數據傳輸過程中會受到諸多因素的影響，如端口反應系數、數據量等因素。任何因素都有可能導致監測數據傳輸速率受到影響，極端情況下甚至會造成數據的丟失，導致所獲取到的設備監測數據不完整，最終影響整體監測效果，因此必須要對設備傳輸速度進行優化。利用PLC編程算法，通過專門的通信接口，能夠實現數據的安全快速傳輸。自動化環保監測設備系統能極大地提高環保監測數據傳輸的速度，從而降低設備的數據傳輸時間，提升設備的數據傳輸效果。

5 結語

自動化環保監測設備在當前的環保工作中起著不可替代的作用。隨著信息時代的發展，市場上已有的環保監測設備也需要緊跟信息時代的發展要求，在環保監測設備中積極引入PLC技術，從而實現環保監測設備的功能改進和優化，保障環保監測的連續性和實時性。