【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(diǎn)分析 ..........................................................11 PLC 擴(kuò)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(jì) .................................................................................. 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(yáng)理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（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(xiàn) ................................................................................................. 42 外文資料翻譯 ........................................................................................ 44 洛陽(yáng)理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（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(jìn)，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(cè)量精度高、耗能低、自身功能強(qiáng)大和價(jià)格低廉等優(yōu) 點(diǎn)。洛陽(yáng)理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） I 基于 PLC 小型氣象站設(shè)計(jì) 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(shí)現(xiàn)對(duì)外部環(huán)境的風(fēng)速、大氣壓、溫度和濕度進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和顯示，以及當(dāng)某項(xiàng)或多項(xiàng)空氣指數(shù)超出設(shè)定的范圍時(shí)系統(tǒng)會(huì)作出報(bào)警以警示人們當(dāng)前環(huán)境對(duì)人某方面的危害；當(dāng)這四種空氣指數(shù)都符合舒適度的設(shè)定時(shí)，系統(tǒng)會(huì)輸出顯示為舒適。當(dāng)外部傳感器監(jiān)測(cè)到外部環(huán)境所對(duì)應(yīng)的空氣指數(shù)后通過(guò)變送器將電阻電流信號(hào)轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)模擬信號(hào)輸入到模擬量輸入擴(kuò)展模塊，然后輸入模塊通過(guò)計(jì)算和處理這些數(shù)據(jù)傳輸?shù)?CPU 中，并儲(chǔ)存在內(nèi)部寄存器中；最后系統(tǒng)通過(guò)以太網(wǎng)模塊的 傳輸將測(cè)得的溫濕度、風(fēng)速和大氣壓 傳到上位機(jī)得到顯示，當(dāng)數(shù)值超過(guò)限定范圍時(shí)會(huì)做出相應(yīng)的報(bào)警。而大氣污染同時(shí)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(jì)了一款小型氣象站，本設(shè)計(jì)的氣象站可以實(shí)時(shí)、準(zhǔn)確的監(jiān)測(cè)大氣中溫濕度、風(fēng) 向和大氣壓等指數(shù)。過(guò)了 10 年到了 50 年代中期，電子工業(yè)的飛速發(fā)展，不少國(guó)家開(kāi)始出現(xiàn)了各種類型的氣象觀測(cè)站。 自動(dòng)氣象站已經(jīng)在我國(guó)運(yùn)行很多年了，在這期間氣象工作者不斷的積累經(jīng)驗(yàn) ，在錯(cuò)誤中成長(zhǎng)，如今我國(guó)的自動(dòng)氣象技術(shù)也在逐步和世界最先進(jìn)技術(shù)拉近距離，縮短差距。 自 20 世紀(jì) 40 年代以來(lái)，許多國(guó)家 都 開(kāi)始 對(duì)地面氣象觀測(cè)自動(dòng)化進(jìn)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(shí)，小型氣象站所監(jiān)測(cè)到的天氣數(shù)據(jù)比 人工觀測(cè)的誤差 更小 。氣象站 的建立，可以很好的預(yù)測(cè)出天氣狀況，并能夠通過(guò)對(duì)天氣狀況的監(jiān)測(cè)做出防災(zāi)預(yù)警 ，可以有效的減少氣象災(zāi)害對(duì)人們生命和財(cái)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(biāo)是用于實(shí)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(dòng)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(kāi)始了自動(dòng)氣象站的研發(fā)和設(shè)計(jì)，發(fā)展 到 70 年代不僅設(shè)計(jì)出了自動(dòng)氣象站，而且還在多地進(jìn)行了試點(diǎn)，在試驗(yàn)了十多年以后到了 80 年代中期， 我國(guó)采用先進(jìn)的衛(wèi)星監(jiān)測(cè)技術(shù)，通過(guò)先進(jìn)的科學(xué)技術(shù)在多地又進(jìn)行了一年的測(cè)試， 并通過(guò)了技術(shù)鑒定。 洛陽(yáng)理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（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(duì)大氣溫度、相對(duì)濕度、風(fēng)向、風(fēng)速、雨量、氣壓、太陽(yáng)輻射、土壤溫度、土壤濕度、能見(jiàn)度等眾多氣象要素進(jìn)行全天候現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)，是一種集氣象數(shù)據(jù)采集、存儲(chǔ)、傳輸于一體的無(wú)人值守的氣象測(cè)量系統(tǒng)，可以通過(guò)多種通訊方法與氣象中心計(jì)算機(jī)進(jìn)行通訊，將氣象數(shù)據(jù)傳輸?shù)綒庀笾行挠?jì)算機(jī)氣候數(shù)據(jù)庫(kù)中，用于對(duì)氣象數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)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(jì)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(lái)越惡劣。環(huán)境監(jiān)測(cè)主要是在典型氣象區(qū)域安裝小型 氣象站，加強(qiáng)大氣溫度、濕度、空氣中大氣壓和風(fēng)向的監(jiān)測(cè)， 在人們的日常生活中，往往比較關(guān)心溫度、濕度的變化對(duì)人體健康的影響，而很少有人關(guān)心大氣壓力的變化對(duì)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(guó)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(yáng)理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（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(duì)鐵路、農(nóng)業(yè)、航空、工業(yè)等各個(gè)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(chǔ)存的數(shù)據(jù)用以太網(wǎng)模塊傳輸?shù)接?jì)算機(jī)里。 CPU 診斷主要是防止程序錯(cuò)誤引起的死循環(huán)， PLC 的自檢是將 PLC的硬件檢測(cè)、工作電壓檢查、存儲(chǔ)器校驗(yàn)。 而洛陽(yáng)理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 7 數(shù)據(jù)輸出 是指 CPU 通過(guò)通信接口向外部發(fā)送數(shù)據(jù)，進(jìn)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(guò)以太網(wǎng)傳輸?shù)接?jì)算機(jī)里面。 測(cè)量濕度范圍為（ 0%~100%） RH 能夠比較精確的實(shí)現(xiàn)對(duì)環(huán)境濕度的檢測(cè)。 PLC 還具有豐富的功能指令，能夠?qū)崿F(xiàn)加減乘除四則運(yùn)算和數(shù)據(jù)傳送比較移位功能，還具 有實(shí)時(shí)時(shí)鐘指令，可方便的實(shí)現(xiàn)定時(shí)及時(shí)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(duì)大氣壓力傳感器進(jìn)行選型。一般認(rèn)為 ，760mmHg= 。它的分辨率比較高為 ，它的工作溫度能夠符合設(shè)計(jì)要求為 40~+85℃ ，它的輸出形式為 電流： 4~20mA。 本設(shè)計(jì)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(cè)溫度而且還能夠?qū)諝庵械臐穸冗M(jìn)行測(cè)量。它的精度也不錯(cuò)，誤差僅為177。本設(shè)計(jì)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(diǎn)有 2 個(gè)分別為 和 。 （ 2）模擬量的輸入 模擬量的輸入通過(guò) PLC 的擴(kuò)展模塊得到實(shí)現(xiàn)。 （ 3）數(shù)字量輸出 數(shù)字量輸出包括 。 PLC 擴(kuò)展模塊的選型 因?yàn)?PLC 選用的是 SIMATIC S7200，所以本設(shè)計(jì)選用的 CPU 本體是CPU222，它采用 AC100/240V 電源， DC24V 輸入。 最后一個(gè)擴(kuò)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(shí)通信數(shù)量為 8 個(gè)。由于小型氣象站的自身特點(diǎn)，我們視為接通電源氣象站就開(kāi)始工作，進(jìn)行數(shù)據(jù)采集和處理，所以電源始終接通。 將 AC06400，因?yàn)?4~20mA 的采集在西門子 200 系列中是通過(guò)坐標(biāo)移動(dòng)進(jìn)行的，也就是因?yàn)閷?duì)于 0~20mA 來(lái)說(shuō)，西門子 S7200 的采集數(shù)據(jù)在0~32020，也就是說(shuō)每 mA 對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)為 32020/20=1600，那么 4~20mA 就是對(duì)應(yīng)于采集的數(shù)據(jù) 6400~32020，因此要將輸入值減 6400 來(lái)完成坐標(biāo)的移動(dòng)。 洛陽(yáng)理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 21 網(wǎng)絡(luò) 7 是將傳感器測(cè)量到的實(shí)數(shù)溫度轉(zhuǎn)換成整數(shù)溫度，然后根據(jù)海拔計(jì)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(gè)邏輯計(jì)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(dāng)前監(jiān)測(cè)環(huán)境中的濕度嚴(yán)重影響到人們的出行和生活。 洛陽(yáng)理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 26 洛陽(yáng)理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 27 從網(wǎng)絡(luò) 1 到網(wǎng)絡(luò) 4 的運(yùn)算可以得到相對(duì)風(fēng)速數(shù)據(jù)，然后通過(guò)比較可以得出當(dāng)風(fēng)速 VD20≤ 的時(shí)候，系統(tǒng)輸出的是 （無(wú)風(fēng)） ； 當(dāng)風(fēng)速 ≤ VD20≤ ，輸出結(jié)果為 ，我們定義為軟風(fēng)（ 1 級(jí)風(fēng)）；當(dāng)風(fēng)速 ≤ VD20≤ 時(shí)，輸出為 ，定義為輕風(fēng)（ 2 級(jí)風(fēng)）；風(fēng)速 ≤ VD20≤ 時(shí)，輸出為 ，定義為微風(fēng)（ 3 級(jí)風(fēng)）；當(dāng)監(jiān)測(cè)到的風(fēng)速 為 ≤ VD20≤ 時(shí)，輸出為 ，定義為強(qiáng)風(fēng)（ 4 級(jí)風(fēng)）；當(dāng)監(jiān)測(cè)到的風(fēng)速為 ≤ VD20≤ 時(shí)，輸出為 ，定義為大風(fēng)（ 5 級(jí) 風(fēng)）；當(dāng)監(jiān)測(cè)到的風(fēng)速為 ≤ VD20≤ 時(shí)，輸出為 ，定義為狂風(fēng)（ 6 級(jí)風(fēng)）；當(dāng)監(jiān)測(cè)到的風(fēng)速為 ≤ VD20≤ 時(shí)