【正文】 Zwiers 2020。 都說嚴師出高徒， 葛老師不僅在學習上嚴格要求我們，而且他淵博的知識總能給予我靈感，對我要完成的設計有了很大的觸動。 洛陽理工學院畢業(yè)設計（論文） 38 圖 59 報警輸出 圖 510 海拔高度輸出 圖 511 舒適度輸出 洛陽理工學院畢業(yè)設計（論文） 39 同時設計的小型氣象站組態(tài)還實現(xiàn)報警輸出和海拔高度輸出以及舒適度輸出，這樣系統(tǒng)可以為人們的戶外活動提供一個可靠、全面的監(jiān)控和推薦。之所以采用這個組態(tài)軟件，是因為它的可編輯范圍特別廣，它能夠?qū)Ω鞣N控制系統(tǒng)進行編輯和配置；還能夠處理相關(guān)的一些數(shù)據(jù)還有報警系統(tǒng) ；還能夠存儲以往的一些歷史數(shù)據(jù)并且最重要的是還可 以查詢這些歷史數(shù)據(jù)。 洛陽理工學院畢業(yè)設計（論文） 21 網(wǎng)絡 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。 PLC 擴展模塊的選型 因為 PLC 選用的是 SIMATIC S7200，所以本設計選用的 CPU 本體是CPU222，它采用 AC100/240V 電源， DC24V 輸入。本設計采用有西門子公司生產(chǎn)的 SIMATIC S7200 系列 PLC。它的分辨率比較高為 ，它的工作溫度能夠符合設計要求為 40~+85℃ ，它的輸出形式為 電流： 4~20mA。 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置與顯示。 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。 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用在哪些方面和其所具有的功能。 洛陽理工學院畢業(yè)設計（論文） 4 小型氣象站的應用情況 在農(nóng)業(yè)反面的應用 農(nóng)用氣象站用于對大氣溫度、相對濕度、風向、風速、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。氣象站 的建立，可以很好的預測出天氣狀況，并能夠通過對天氣狀況的監(jiān)測做出防災預警 ，可以有效的減少氣象災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。 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。洛陽理工學院畢業(yè)設計（論文） I 基于 PLC 小型氣象站設計 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)都符合舒適度的設定時，系統(tǒng)會輸出顯示為舒適。 我國是在 20 世紀 50 年代后期開始對自動氣象觀測站開始了研究，至今已經(jīng)有 50 多年的歷史了。 在電力運輸方面，可以很好的確保輸電線路各段的安全運輸。截至 2020年，全國有 1000 多個臺站使用了自動氣象站，并實現(xiàn)了組網(wǎng)。 研究的主要工作 ，對所要研究的東西進行一個深入的剖析。 外部各個傳感器將所檢測到的數(shù)據(jù)通過電信號傳送到 PLC 中，然后PLC 通 過邏輯運算、算數(shù)運算將溫度、相對濕度、大氣壓力、風速計算出來，并保存在 內(nèi)部寄存器里面 。 PLC 的梯形圖語言清晰、直觀、可讀性強，易于掌控。 傳感器是 將所測量到的外部空氣中的大氣壓通過一系列轉(zhuǎn)換變?yōu)殡妷航M信 號 ，然 后 經(jīng)過 放 大電 路 將電 壓 信號 轉(zhuǎn) 換 成能 使 用的 電 信號 即4~20mA/1~5VDC 的信號。 如今生產(chǎn) PLC 的公司多種多樣 ，有松下 FP1 系列 PLC、三菱 FX2N 系列 PLC 產(chǎn)品以及西門子 S7200 系列 PLC 等等。系統(tǒng)還會通過當日溫度濕度情況做出判斷今日是否為舒適一天。 網(wǎng)絡 5 得到的壓力值 VD30 在網(wǎng)絡 6 中比較，當 VD30≤ 800hPa， PLC就會給相對于的蜂鳴器一個信號 1 使大氣壓力報警裝置 發(fā)出大氣壓力警報。 洛陽理工學院畢業(yè)設計（論文） 31 第 5 章 仿真 仿真軟件的確定 由于本設計所采用的 PLC 是西門子公司生產(chǎn)的 S7200 系列，所以 為了更好的做出仿真，我們 采用的組態(tài)軟件是 SIMATIC WINCC。各個等級顯得更加鮮明。但是仍有許多 不懂的地方，期間老師和同學給了我很大的幫助，我請教的知識他們都耐心給了我很好的解答，使我逐漸對于設計有了一個大概得框架，然后通過努力最終完 成了論文的圓滿完成。 MedinaRam243。 洛陽理工學院畢業(yè)設計論文 41 謝 辭 本設計是在葛老師的指導和幫助下完成的。還有風速的顯示不能明確直觀的讓人了解到到底風速有多高，所以我們設計中還給出了風速等級的顯示，當前系統(tǒng)就設計出了九個風級分別為 08 級。 洛陽理工學院畢業(yè)設計（論文） 29 因為 S7200 系列的 PLC 所采集的數(shù)據(jù)是 0～ 32020，而對應的輸入電流是 0～ 20mA，因此將上一步得到的數(shù)據(jù)除以（ DIV_R） 32020 可以得到輸入值所占整個輸入范圍的百分比。在計算的過程中為了保持各個數(shù)據(jù)的獨立型，所以在計算運行的時候我們暫時關(guān)閉監(jiān)控。通過編制程序可以直接從模擬量轉(zhuǎn)換 EM231 中的變量寄存器中讀取數(shù)據(jù)。它對溫度的測量范圍 是 40～ 70℃ ，對濕度的測量范圍是 0～ 100%RH，由于本設計所采用的是 S7200，所以洛陽理工學院畢業(yè)設計（論文） 11 它的輸出信號為 4～ 20mA、 0～ 10V。 而氣壓的單位用 hPa 分度 表示。 能夠比較精確的實現(xiàn)對環(huán) 境溫度的檢測，測溫范圍 20℃ ~50℃。 本設計我們選用 PLC 作為主體，各種傳感器作為信息采集，并增加 模擬量輸入模塊對所采集的信息作出計算和處理，然后將計算出的數(shù)據(jù)傳輸?shù)?CPU 中?？梢酝?過監(jiān)測戶外的環(huán)境因數(shù)，而及時做出防護判斷和對人們出行給出合適的建議 。 國內(nèi)發(fā)展歷程 我國自動氣象站 的研發(fā)和世界第一代的研發(fā)是同步的，也是 20 世紀50 年代后期 開始的 ，至今已有 50 多年的歷史。其最大優(yōu)點是能夠快速有效的監(jiān)測到實時天氣，可以提供更加準確的天氣數(shù)據(jù)。 從 20 世紀 40 年代以來，許多國家都開始對自動化氣象站進行了研究和論證。當外部傳感器監(jiān)測到外部環(huán)境所對應的空氣指數(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的報警。 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 。 PLC 的終極目標是用于實踐、提高生產(chǎn)力。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)生的自然災害比較多。并且列出設備清單。 而洛陽理工學院畢業(yè)設計（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?，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。 本設計采用 的是由 武漢新惠普科技有限公司提供的 PHWS/WD 風速風向傳感器 。 （ 1）數(shù)字量輸入 數(shù)字量輸入點有 2 個分別為 和 。 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。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。 本設計 是利用了計算機仿真技術(shù)，就是我們利用 WINCC 和 PLCSIM 兩者的結(jié)合 模擬出小型氣象站的基本流程。 本設計是基于 PLC 小型氣象站設計，通過對空氣中溫濕度、風向和大氣壓力的監(jiān)控，系統(tǒng)會根據(jù)所監(jiān)測到的數(shù)據(jù)做出相應的反應。 由于經(jīng)驗欠缺 和知識的積累 ， 在設計方面難免有考慮不到 的地方，懇請各位老師批評指正。 Zwiers and Kharin 1998。 前期做了很多準備，在圖書館和網(wǎng)上查找了許多關(guān)于設計方面的資料 。 PLCSIM 軟件還可以對變量進行監(jiān)控。網(wǎng)絡 2 是將 AC0中的數(shù)據(jù)通過 DI_R 轉(zhuǎn)換為浮點數(shù)是為了提高計算精度。 表 31PLC 配置 主機 6ES7 2121BB230XB8 數(shù)字量輸出 擴展模塊 6GK7 2431EX000XE0 模擬量輸入擴展模塊 6ES7 2310HC220XA0 洛陽理工學院畢業(yè)設計（論文） 13 表 32 輸入輸出分配表 輸入點地址 內(nèi)容 輸出點地址 內(nèi)容 關(guān)閉蜂鳴器 大氣壓力報警 關(guān)閉警報 濕度報警 AI0 大氣壓力輸入 風速報警 AI1 相對濕度輸入 溫度報警 AI2 風速風向輸入 舒適度指示燈 AI3 室外溫度輸入 警告指示燈 設備清單 表 33 設備清單 序號 名稱 用途 訂貨號 數(shù)量 核計 總計 01 CPU222 處理和存儲數(shù)據(jù)，并作出反應 6ES7 2121BB230XB0 1 1 1 02 EM231模擬量輸入模塊 將傳感器信號傳送到CPU 中 6ES7 2310HC220XA0 1 1 1 03 CP 2431以太網(wǎng)模塊 將 CPU中存儲的數(shù)據(jù)傳輸?shù)接嬎銠C中 6GK7 2431EX000XE0 1 1 1 04 自鎖型 常開 開 XA2EH031 2 2 2 洛陽理工學院畢業(yè)設計（論文） 14 平頭按鈕 關(guān)，用于關(guān)閉警報 05 蜂鳴器 根據(jù)CPU 的指令發(fā)出警報 XB2BSBC 4 4 4 06 指示燈 黃、綠各一個 ，顯示舒適度 XB7EVB5LC 1,1 2 2 07 溫濕度傳感器 測量溫濕度 STHTDRHT2OAP2S0 1 1 1 08 風速風向傳感器 測量風速風向 PHWS 1 1 1 09 大氣壓力傳感器 測量大氣壓力 LCQA1 1 1 1 14 PLC 的 I/O 接線圖 洛陽理工學院畢業(yè)設計（論文） 15 P L CC P U 2 2 2附 加 模 塊E M 2 3 12 4 V D C傳 感 器電 源 輸 出2 2 0 VA C 電 源大 氣 壓 力 蜂 鳴 器濕 度 蜂 鳴 器風 速 蜂 鳴 器溫 度 蜂 鳴 器舒 適 度 指 示 燈警 告 指 示 燈2 4 V D C2 4 V D C2 4 V D C大 氣 壓 力 傳 感 器濕 度 傳 感 器溫 度 傳 感 器風 速 傳 感 器S 1S 21 M2 M3 ML +LL0 . 00 . 11 . 01 . 11 . 21 . 30 . 00 . 10 . 20 . 30 . 40 . 5 圖 31 PLC 的 I/O 接線圖 洛陽理工學院畢業(yè)設計（論文） 16 第 4 章 軟件設計 主 程序流程圖 圖 41 主程序流程圖 N 無故障 N N Ｙ 接通電源 PLC 自檢 啟動 數(shù)據(jù)讀取 關(guān)閉監(jiān)控 模擬量計算 大于警報值 模擬量 傳送數(shù)據(jù)到上位機 報警輸出 Y Y 取消警報？ 洛陽理工學院畢業(yè)設計（論文） 17 程序 梯形圖 主程序 洛陽理工學院畢業(yè)設計（論文） 18 當接通電源以后， PLC 開始 工作，主程序依次開始調(diào)用子程序，如壓力處理、濕度處理、風速處理、 溫度處理 和舒適度判斷 ，當壓力處