船用海水自动采样系统的软件设计.pdf

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1、第30卷第1期2011年3月海洋技术OCEAN’IECHNOLOGYV01．30，No．1Mar，20l1船用海水自动采样系统的软件设计司惠民，王项南，李超，李力平(国家海洋技术中心，天津300112)摘要：文中介绍了船用海水自动采样系统的控制系统。以PLC为控制核心，搭配合适的硬件模块，根据系统功能要求编写软件。利用PLC与PC的无协议通信和触摸屏的远程界面功能，最终实现海水多层取样的全自动化和远程控制，缩短水样的采集和预处理时间。实验表明该系统工作稳定可靠，操作方便。关键词：采样；自动化；分配；系统；PLC中图分类号：P7l文献

2、标志码：B文章编号：1003—2029(2011)01-0015-05海洋监测主要有两种方法．一是直接将传感器放入海水中进行测量：二是将海水采样，到实验室中使用仪器进行分析测量。目前还有许多不能用传感器测量的环境参数．例如营养盐、痕量金属、痕量有机污染物，它们还只能用取样分析的方法ItI。目前广泛使用的采水装置为尼斯金采样瓶(Niskinbottle)和CTD电控多瓶采水装置，但尼斯会采样瓶所系钢丝绳受海流影响的倾斜是无法控制的．并且挂解采水瓶和操作击锤比较繁琐和耗时：CTD采水则取样量较小，且金属框架容易影响水样的真实性。本文研究

3、的水样采集与分配系统(简称采样系统)可以全自动抽取指定深度海水样品并通过管道全程封闭输送．能最大限度地保持海水样品的理化生物学性质．相对于传统的各检测设备使用采水器取水方式．减轻了实验人员劳动强度．缩短了水样采集和预处理时间，保证分析数据的实效性。也有效地控制了采样过程中的二次污染．提高各分析仪器所测水样的真实性121。在“十五”863课题“船载海洋生态环境现场监测集成示范系统”研究成果的基础上．对水样采集与分配系统的下艺流程和设备材料进行了改进完善。另一方面，重新编写了软件。使控制系统可靠性更高，操作更灵活方便，界面更简明。1船舶

4、平台。向阳红8号”环境监测船排水鼋608t，船上有干实验室、湿实验室、后置实验室等多个实验室和完善的生活设施，非常适合近海连续监测。以此船为平台的监测系统，包括了10种海洋环境监测设备：流动注射法海水营养盐自动分析仪、非连续光度法海水营养盐自动分析仪、臭氧法海水COD自动分析仪、平衡法海水BOD自动分析仪、海水重金属元素收稿日期：2010-ll也基金项目：陶家高技术研究发展(863)计划资助项目(2007AA09210112)、(2007AA09200l一8)。自动分析仪、海水挥发酚和CDOM自动分析仪、赤潮生物综合测量分析系统、海

5、水总磷与总氮快速测定仪、海水有机锡快速测定仪、海水总有机碳快速测定仪等。并备有4个仪器柜，作为扩展其它监测仪器的准备。采样系统由取水与分配系统、布放回收装置和电控系统i部分组成。整体框架如图l。2控制系统硬件组成整个控制系统以可编程逻辑控制器(PLC)FX2N-64MR为核心，搭配模数转换模块FX2N-4AD和通信板FX2N一232BD．水样分配搴的电控箱配备1台10．4寸触摸屏作为主监控界面，甲板绞车电控箱上配备l台5．7寸触摸屏作为分监控界面，如图2所示。图2控制系统框架图压力传感器装于采样头上，与取水口深度一致，压力数据经模数

6、转换后送人PLC计算出采样头实时深度；液位开关则指示各水样罐的液位状况。PIE根据输入信号和主控平台命令．经内置逻辑程序判断．输出I／O信号控制绞车、电磁阀、水泵和纯水机。PLC与主控平台通过232网络通讯。与触摸屏通过485网络构成“一机双屏”系统。主触摸屏接入局域网，局域网上任一终端都可以进行远程监控。16海洋技术第30卷3软件设计图l整体系统框图3．1软件流程控制系统的软件工作流程如图3所示。3．2功能设计软件采用模块化编写．根据系统功能要求，分为9个模块。主要模块及其功能如下：3．2．1初始化初始化是保证系统正常运行的基础，

7、每次系统上电运行1次。初始化不成功，则不能运行其他程序，且在触摸屏上显示提示。初始化时要将输出端子关闭．使电磁阀、泵和绞车等处于停止状态．以保证系统设备和人员安全。另外，还要对一些特殊寄存器进行写入．如设置RS指令的数据传送格式符合通信协议要求、将模数转换模块的工作方式设置写入存储器等。3．2．2深度读取及判断由于要在预设深度取水。对采样头实时深度的测量十分关键。受海上环境影响。压力测量信号会产生大幅波动，读取程序要能抑制扰动并使采集的数据更接近真实值。读取深度数据后，要与预设取水深度进行比较。以判断应该采水还是运行绞车以调整采样头

8、位置。3．2．3自动，半自动控制自动，半自动控制是主程序．根据预设逻辑和输入调用各功能子程序，完成一个站位的工作流程。3．2．4手动控制为了应对非正常状况下工作的情况。设置手动工作方式，使用绞车面板上旋钮直接控制绞车、水泵等。3．2．