【正文】 ............................................................................. 9 傳感器的選型 ............................................................................ 9 大氣壓力傳感器 ............................................................. 9 風(fēng)速傳感器 .................................................................... 10 溫濕度傳感器 ............................................................... 10 PLC 的選型 .............................................................................11 PLC 的 I/O 點分析 ..........................................................11 PLC 擴展模塊的選型 .................................................... 12 設(shè)備清單 .................................................................................. 13 PLC 的 I/O 接線圖 ................................................................... 14 第 4 章 軟件設(shè)計 .................................................................................. 16 主程序流程圖 .......................................................................... 16 程序梯形圖 .............................................................................. 17 主程序 ............................................................................ 17 壓力處理 ........................................................................ 18 洛陽理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） IV 濕度處理 ........................................................................ 21 風(fēng)速處理 ........................................................................ 23 溫度處理 ........................................................................ 28 舒適度判斷 .................................................................... 30 第 5 章 仿真 .......................................................................................... 31 仿真軟件的確定 ...................................................................... 31 程序的仿真 .............................................................................. 31 結(jié) 論 ..................................................................................................... 40 謝 辭 ....................................................................................................... 41 參考文獻 ................................................................................................. 42 外文資料翻譯 ........................................................................................ 44 洛陽理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 1 前 言 大氣是人類賴以生存的環(huán)境之一，但是由于工業(yè)化的推進，我們大部分城市的大氣已經(jīng)受到了不容忽視的污染 [ 1]。這些傳感器具有反應(yīng)速度快 、測量精度高、耗能低、自身功能強大和價格低廉等優(yōu) 點。洛陽理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） I 基于 PLC 小型氣象站設(shè)計 摘 要 本論文著重介紹了以西門子公司生產(chǎn)的 S7200 系列的 PLC 為主要控制元件，實現(xiàn)對外部環(huán)境的風(fēng)速、大氣壓、溫度和濕度進行實時監(jiān)測和顯示，以及當某項或多項空氣指數(shù)超出設(shè)定的范圍時系統(tǒng)會作出報警以警示人們當前環(huán)境對人某方面的危害；當這四種空氣指數(shù)都符合舒適度的設(shè)定時，系統(tǒng)會輸出顯示為舒適。當外部傳感器監(jiān)測到外部環(huán)境所對應(yīng)的空氣指數(shù)后通過變送器將電阻電流信號轉(zhuǎn)換成標準模擬信號輸入到模擬量輸入擴展模塊，然后輸入模塊通過計算和處理這些數(shù)據(jù)傳輸?shù)?CPU 中，并儲存在內(nèi)部寄存器中；最后系統(tǒng)通過以太網(wǎng)模塊的 傳輸將測得的溫濕度、風(fēng)速和大氣壓 傳到上位機得到顯示，當數(shù)值超過限定范圍時會做出相應(yīng)的報警。而大氣污染同時也給人們的日常出行和日常工作造成了不同程度的干擾，因此我設(shè)計了一款小型氣象站，本設(shè)計的氣象站可以實時、準確的監(jiān)測大氣中溫濕度、風(fēng) 向和大氣壓等指數(shù)。過了 10 年到了 50 年代中期，電子工業(yè)的飛速發(fā)展，不少國家開始出現(xiàn)了各種類型的氣象觀測站。 自動氣象站已經(jīng)在我國運行很多年了，在這期間氣象工作者不斷的積累經(jīng)驗 ，在錯誤中成長，如今我國的自動氣象技術(shù)也在逐步和世界最先進技術(shù)拉近距離，縮短差距。 自 20 世紀 40 年代以來，許多國家 都 開始 對地面氣象觀測自動化進行了許多研究 。尤其是在某些高科技行業(yè)，例如能源行業(yè)，為產(chǎn)品提供了有力的支撐，起著舉足輕重的作用。同時，小型氣象站所監(jiān)測到的天氣數(shù)據(jù)比 人工觀測的誤差 更小 。氣象站 的建立，可以很好的預(yù)測出天氣狀況，并能夠通過對天氣狀況的監(jiān)測做出防災(zāi)預(yù)警 ，可以有效的減少氣象災(zāi)害對人們生命和財產(chǎn)的損害 ，使人們的生活質(zhì)量得到保障，出行和生活更加美好。 PLC 的終極目標是用于實踐、提高生產(chǎn)力。而到了 60 年代中 后 期， 又出現(xiàn)了 第二代自動氣象站 ，這種氣象站已經(jīng)基本可以適應(yīng)比較不好的天氣狀況 ， 但是技術(shù)上仍然有一些缺陷。 在 60 年代初， 開始了自動氣象站的研發(fā)和設(shè)計，發(fā)展 到 70 年代不僅設(shè)計出了自動氣象站，而且還在多地進行了試點，在試驗了十多年以后到了 80 年代中期， 我國采用先進的衛(wèi)星監(jiān)測技術(shù)，通過先進的科學(xué)技術(shù)在多地又進行了一年的測試， 并通過了技術(shù)鑒定。 洛陽理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 4 小型氣象站的應(yīng)用情況 在農(nóng)業(yè)反面的應(yīng)用 農(nóng)用氣象站用于對大氣溫度、相對濕度、風(fēng)向、風(fēng)速、雨量、氣壓、太陽輻射、土壤溫度、土壤濕度、能見度等眾多氣象要素進行全天候現(xiàn)場監(jiān)測，是一種集氣象數(shù)據(jù)采集、存儲、傳輸于一體的無人值守的氣象測量系統(tǒng)，可以通過多種通訊方法與氣象中心計算機進行通訊，將氣象數(shù)據(jù)傳輸?shù)綒庀笾行挠嬎銠C氣候數(shù)據(jù)庫中，用于對氣象數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析和處 理。沿海和山區(qū)縣的野外環(huán)境， 由于它們所處的環(huán)境和地質(zhì)面貌的關(guān)系 ， 發(fā)生的自然災(zāi)害比較多。 本設(shè)計的應(yīng)用 隨著工業(yè)的發(fā)展，我們生活所處的環(huán)境也越來越惡劣。環(huán)境監(jiān)測主要是在典型氣象區(qū)域安裝小型 氣象站，加強大氣溫度、濕度、空氣中大氣壓和風(fēng)向的監(jiān)測， 在人們的日常生活中，往往比較關(guān)心溫度、濕度的變化對人體健康的影響，而很少有人關(guān)心大氣壓力的變化對人體健康的影響 [ 4]。 步 講訴課題研究的意義和小型氣象站在國內(nèi)外發(fā)展的歷程，以及講訴小型氣象站都應(yīng)用在哪些方面和其所具有的功能。并且列出設(shè)備清單。洛陽理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 6 第 2 章 控制方案 控制原理分析 氣象和人們的生活息息相關(guān)，對鐵路、農(nóng)業(yè)、航空、工業(yè)等各個行業(yè)的發(fā)展有著很大的影響。還增加了數(shù)字輸出模塊，將 CPU 中所儲存的數(shù)據(jù)用以太網(wǎng)模塊傳輸?shù)接嬎銠C里。 CPU 診斷主要是防止程序錯誤引起的死循環(huán)， PLC 的自檢是將 PLC的硬件檢測、工作電壓檢查、存儲器校驗。 而洛陽理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 7 數(shù)據(jù)輸出 是指 CPU 通過通信接口向外部發(fā)送數(shù)據(jù)，進行狀態(tài)顯示。 并且相應(yīng)的海拔、風(fēng)速風(fēng)向和溫濕度通過以太網(wǎng)傳輸?shù)接嬎銠C里面。 測量濕度范圍為（ 0%~100%） RH 能夠比較精確的實現(xiàn)對環(huán)境濕度的檢測。 PLC 還具有豐富的功能指令，能夠?qū)崿F(xiàn)加減乘除四則運算和數(shù)據(jù)傳送比較移位功能，還具 有實時時鐘指令，可方便的實現(xiàn)定時及時間和年月日的設(shè)置與顯示?，F(xiàn)在生產(chǎn)傳感器的公司很多，所研制的傳感器類型也很多 ，但其性能差異不是太大。 大氣壓力傳感器 我們首先對大氣壓力傳感器進行選型。一般認為 ，760mmHg= 。它的分辨率比較高為 ，它的工作溫度能夠符合設(shè)計要求為 40~+85℃ ，它的輸出形式為 電流： 4~20mA。 本設(shè)計采用 的是由 武漢新惠普科技有限公司提供的 PHWS/WD 風(fēng)速風(fēng)向傳感器 。 溫濕度傳感器 我們最后要介紹的是溫濕度傳感器，它集溫度傳感器和濕度傳感器為一體，不僅能夠監(jiān)測溫度而且還能夠?qū)諝庵械臐穸冗M行測量。它的精度也不錯，誤差僅為177。本設(shè)計采用有西門子公司生產(chǎn)的 SIMATIC S7200 系列 PLC。 （ 1）數(shù)字量輸入 數(shù)字量輸入點有 2 個分別為 和 。 （ 2）模擬量的輸入 模擬量的輸入通過 PLC 的擴展模塊得到實現(xiàn)。 （ 3）數(shù)字量輸出 數(shù)字量輸出包括 。 PLC 擴展模塊的選型 因為 PLC 選用的是 SIMATIC S7200，所以本設(shè)計選用的 CPU 本體是CPU222，它采用 AC100/240V 電源， DC24V 輸入。 最后一個擴展模塊是以太網(wǎng)模塊，我們選用的是 CP2431，它的接口類型是 RJ45，通信頻率是 10/100Mbit/s，最大同時通信數(shù)量為 8 個。由于小型氣象站的自身特點，我們視為接通電源氣象站就開始工作，進行數(shù)據(jù)采集和處理，所以電源始終接通。 將 AC06400，因為 4~20mA 的采集在西門子 200 系列中是通過坐標移動進行的，也就是因為對于 0~20mA 來說，西門子 S7200 的采集數(shù)據(jù)在0~32020，也就是說每 mA 對應(yīng)的數(shù)據(jù)為 32020/20=1600，那么 4~20mA 就是對應(yīng)于采集的數(shù)據(jù) 6400~32020，因此要將輸入值減 6400 來完成坐標的移動。 洛陽理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 21 網(wǎng)絡(luò) 7 是將傳感器測量到的實數(shù)溫度轉(zhuǎn)換成整數(shù)溫度，然后根據(jù)海拔計算公式 H=8000（ 1+T/273） /P 將整數(shù)溫度除以 273 得到 VD40=T/273；第二個邏輯計算是將得到的 T/273+1=VD44； VD44 乘以 8000 得到 VD48；最后將 VD48 除以壓力顯示 VD30 就輸出最后需要的結(jié)果海拔高度 VD52。提示人們當前監(jiān)測環(huán)境中的濕度嚴重影響到人們的出行和生活。 洛陽理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 26 洛陽理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 27 從網(wǎng)絡(luò) 1 到網(wǎng)絡(luò) 4 的運算可以得到相對風(fēng)速數(shù)據(jù)，然后通過比較可以得出當風(fēng)速 VD20≤ 的時候，系統(tǒng)輸出的是 （無風(fēng)） ； 當風(fēng)速 ≤ VD20≤ ，輸出結(jié)果為 ，我們定義為軟風(fēng)（ 1 級風(fēng)）；當風(fēng)速 ≤ VD20≤ 時，輸出為 ，定義為輕風(fēng)（ 2 級風(fēng)）；風(fēng)速 ≤ VD20≤ 時，輸出為 ，定義為微風(fēng)（ 3 級風(fēng)）；當監(jiān)測到的風(fēng)速 為 ≤ VD20≤ 時，輸出為 ，定義為強風(fēng)（ 4 級風(fēng)）；當監(jiān)測到的風(fēng)速為 ≤ VD20≤ 時，輸出為 ，定義為大風(fēng)（ 5 級 風(fēng)）；當監(jiān)測到的風(fēng)速為 ≤ VD20≤ 時，輸出為 ，定義為狂風(fēng)（ 6 級風(fēng)）；當監(jiān)測到的風(fēng)速為 ≤ VD20≤ 時