数据采集卡对一个车间的温度和湿度的数据收集，处理PC上的数据，与专家数据库相比较然后用485串口扩展模块输出的参数，用来控制逆变器，使调节车间温度和湿度的目的就达到了。

关键词：多功能数据采集卡;485串口通讯扩展模块;专家数据库;通用串行接口的协议

中图分类号：TP273 文件代码：B 介绍

今天，在中国纺织工业已经是经济重要的一部分。在纺织生产过程中，空气质量需要加以严格控制。相对湿度的波动范围要小（约±5％），温度不宜过低（≤20℃）或过高≥31℃），否则产品质量和工作效率会受到影响。一方面 ，冷气设备消耗大量的能源， 它消耗25％-30％的电力，以及一家纺织厂的总用水量的40％（夏季）[1]。因此，降低能源消耗的空调已经成为降低成本的一个重要方面。因为各种因素的影响，如在季节的差异，各地区，温度之间的白天和黑夜等，因此要为纺织厂空调系统建立精确匹配模型是非常困难的。目前，大多数空调设备不能自动进行控制。控制车间的温度和湿度，提高纺织产品的产量和质量，降低能源消耗，提高劳动效率和控制系统的稳定性，可靠性和显着的经济效益是必须的要考虑的。 1 控制系统

控制系统设计成收集关于一个车间的温度和湿度的数据多功能数据采集卡，然后将它们发送到一个功能强大的PC和把数据和专家数据库进行进行比较的过程来处理信息，然后用485串口扩展模块控制变频器输出参数。最后，调节车间温度和湿度的目的就达到了。诊断RAM的系统块是显示在图列1。

图1 控制系统框图

2 对系统硬体的电路设计 2.1采集卡的选择

根据控制系统的要求，PC机采用L - 812 PG的高性能和多功能数据采集卡。这种通用的数据采集卡具有多功能和高性能，它适合的IBM个人电脑及其兼容计算机。在一个PCL-812PG板上，集成所有的数据采集功能，如A / D/的D / O和D/ I AT总线;PC L - 812PG有16个单端输入通道;双极性；可编程增益：PC L - 812PG（×1，×2，×4，×8，×16）5级联收益;在板上进行样品采样和保持;两个12位单芯片乘法模拟输出通道;16路数字输出通道；16路数字输入通道；3个可编程的16位向下计数器;可编程的采样速度，在DMA模式下，其最高时速为100千赫;3 个A / D触发模式：软件触发，可编程定时器触发，外部脉冲触发;在中断请求（IRQ）的功能：PCL-812PG具有最大的9级IRQ和所有的可以通过跳线连接;PCL-812PG有集成DC-DC转换器来提供稳定的电源。通用接线板PCL-880被选定为面板。当有很多的采样点时，为了扩大到满足要求，选择数字输出端口去控制多重选择。 2.2温度和湿度传感器

采样和数据处理的关键是控制。因为在一家纺织厂车间的规模比较大，前端的温度和湿度传感器，大大影响了测量和控制精度。为了满足系统的要求，这个项目选择由北京瑞丽纬二公司产生的RL - TH-02的温度和湿度传感器，这个传感器有一个4-20 mA输出方并且便长距离传输，有±0.5℃，±3％RH的的湿度，0-100％RH测量范围0-50℃。 2.3输入和输出电路

多功能数据采集卡PCL-812PG有16路数字输出通道，数据是通过通用端子板PCL-880输出控制端口，水泵，采暖设备等。同时，通过多通道选择开关扩大采集点的数量，控制电路如图2。在长距离传输或来自环境的强电磁干扰的情况下，可以通过光纤进行数据传输。

图2 输入和输出控制电路

2.4通信扩展和逆变器

可以通过按键板设变频器的值，模拟（电流信号，电压信号），长途通信。前两种方法被广泛应用到一般的控制系统。然而，该系统的特点需要采用远距离通信的方法，因为建立比较精确的控制纺纱厂的空调系统的数学模型是困难的，这受到各种因素的影响，如季节的差异，地区的影响，

昼夜温差等。MIC的ROM使用西门子的STER430。它已被专门设计的风机和水泵的使用，具有高的性价比。

工业个人计算机（IPC）与西门子变频器采用了通用串行接口（USS）协议，这是一个基于RS-485总线[2]上的通信协议进行通信。要实现通信，用MOX系列的CP-132串口扩展卡扩大在IPC485串行扩展卡，这是一个RS-422/485卡，具有两个串行端口，是设计工业通信条件和支持两个独立的RS-422或RS-485端口，从一到许多应用程序，每个串口可以控制约32件设备。每张卡采用自动数据流向控制。在半双工串行通信端口，它可以轻松地管理数据的传输和RS-485的接收。此外，采用控制芯片硬件流量和内建终端电阻，可以确保数据的完整性。采用光、电之间的绝缘，电涌保护，可以使经营状况更安全，更可靠。CP-132串口卡的性能特别适合工业环境通信，这就需要更高的稳定性。

3 软件系统及其实现

系统软件主要包括数据采集，数据处理，变频器的输出。主流程图如图3所示。

图3 主流程图

3.1数据采集模块

数据采集模块主要由放大电路和A / D转换卡，它把从温度和湿度传感器出来的模拟信号变成可以由计算机识别和处理的数字信号。请注意，基地址的设置必须与PCL-812PG[3]拨码开关一致。程序流程图如图4所示。

图 4 程序流程图

3.2 控制系统专家库

根据流体力学原理，风扇的电源是与其速度的三次方成正比。满足在车间的温度和湿度的要求的条件下，风扇将可能低速运行，以节约能源。纺织产品的生产过程中需要的严格的空气质量监管。相对湿度的波动范围小（约5％），温度不能太低（≤20℃）或过高（≥31℃）。但它是由各种因素影响，如季节的差异，地区差异，白天和黑夜之间的温度。例如，在一些车间夏季和冬季的温度之间的差异很大。细长纺纱地区的温度差异是8℃，如果相对温度波动范围为5℃，那么在夏季温度不能太低（约16-18℃）或冬季过高（27℃）。在一年的时间，交付的车间温度的需要不断变化，每年需要调节改变设定的值。这使得实际设置起来比较困难。因此，需要采用模糊控制技术，并根据地区的差异，每年的工作状态分为几部分组成（至少有四个以上），因此，建立专家数据库和保存设定值。（这是很难建立一个精确匹配模型来控制的一家纺织厂的空调系统。）通过传感器多点实时采集车间的温度信号，测得的数据传输到主机，并与专家数据库的设定值相比。在一个车间的温度和湿度控制的过程中，采用适当的算法是非常重要的。使用模糊神经网络学习算法，模糊神经网络（FNN）的学习问题可以描述如下：给定一组输入/输出系统x i , y i ( i = 1,2, ...., n ) ,最小方差性能指标函数是在参数空间φ最小的，也就是说，J (φ ) = 0. 5 ∑[ y ( X i ) - Y i ] 2 , i = 1, 2, ....., n ,模糊神经网络的最小化的过程，也是模糊神经网络的学习过程。该项目采用梯度法的模糊神经网络学习算法，也就是说，φ( k + 1) =φ ( k ) -? ?J / ?φφ=φ( k) , φ（k）是网络的重量的K值，0

3.3变频器的通讯模块

当西门子变频器与组件对象模型（COM）端口进行通信，USS协议被采纳，这是一个通用的通信协议，可用于所有驱动产品。该协议采用主从结构。在通信过程中，作为主机发送消息给变频器，变频器作为从站处理从主机收到的消息，采取有关行动，并发送回相关消息。USS协议是一种基于RS-485总线通信协议，这简单，灵活，易于实现。 3.3.1变频器的串行通信协议（USS协议）

USS协议的消息的长度是不固定的，可以由用户决定。USS的消息格式如下

STX是文本的开始，LGE是电报长度，ADR是地址， BCC是黑色的检查字符。 STX, LEG, ADR, 和BCC的长度是一个字节。 STX值固定为02H。LGE是在用一个字节长度传播数个字节的信息。根据USS的技术介绍，消息长度可以改变的。它必须在消息（LGE）的在第二个字节。根据配置，可以被定义为一个固定长度的消息。每个从站在总线可以使用不同长度的消息。消息的最大长度为256字节。LGE是根据采用的数据字符的长度，确定地址字节和数据块的校验位。显然，消息的实际长度是比LGE长2个字节，因为STX和LGE都没有包括在LGE内。

ADR是从地址（逆变器）。

BCC，检查值，是用来检查此消息是否是有效的。它是检查值或（XOR）操作前的所有字节结果。如果收到错误的检查值，它会显示收到的消息是无效的，这个无效的消息将被拒绝并没有确认信号发送。有效数据块被分为两个区域，参数ID值（PKW）面积和过程数据（PZD）面积。（西门子变频器手册中有更详细的信息）

3.3.2 上位机和下位机之间的通信

要完成的IPC和逆变器之间的通信，首先变频器需要设置，这是列于表1，通信流程图如图5所示。