【正文】 Zwiers 2020。 都說嚴(yán)師出高徒， 葛老師不僅在學(xué)習(xí)上嚴(yán)格要求我們，而且他淵博的知識(shí)總能給予我靈感，對(duì)我要完成的設(shè)計(jì)有了很大的觸動(dòng)。 洛陽理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 38 圖 59 報(bào)警輸出 圖 510 海拔高度輸出 圖 511 舒適度輸出 洛陽理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 39 同時(shí)設(shè)計(jì)的小型氣象站組態(tài)還實(shí)現(xiàn)報(bào)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(dòng)提供一個(gè)可靠、全面的監(jiān)控和推薦。之所以采用這個(gè)組態(tài)軟件，是因?yàn)樗目删庉嫹秶貏e廣，它能夠?qū)Ω鞣N控制系統(tǒng)進(jìn)行編輯和配置；還能夠處理相關(guān)的一些數(shù)據(jù)還有報(bào)警系統(tǒng) ；還能夠存儲(chǔ)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(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。 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。本設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)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(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。 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)。 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。 洛陽理工學(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、太陽輻射、土壤溫度、土壤濕度、能見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)、傳輸于一體的無人值守的氣象測(cè)量系統(tǒng)，可以通過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)庫中，用于對(duì)氣象數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析和處 理。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。 自動(dòng)氣象站已經(jīng)在我國運(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，如今我國的自動(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。洛陽理工學(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。 我國是在 20 世紀(jì) 50 年代后期開始對(duì)自動(dòng)氣象觀測(cè)站開始了研究，至今已經(jīng)有 50 多年的歷史了。 在電力運(yùn)輸方面，可以很好的確保輸電線路各段的安全運(yùn)輸。截至 2020年，全國有 1000 多個(gè)臺(tái)站使用了自動(dòng)氣象站，并實(shí)現(xiàn)了組網(wǎng)。 研究的主要工作 ，對(duì)所要研究的東西進(jìn)行一個(gè)深入的剖析。 外部各個(gè)傳感器將所檢測(cè)到的數(shù)據(jù)通過電信號(hào)傳送到 PLC 中，然后PLC 通 過邏輯運(yùn)算、算數(shù)運(yùn)算將溫度、相對(duì)濕度、大氣壓力、風(fēng)速計(jì)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(qiáng)，易于掌控。 傳感器是 將所測(cè)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(hào) ，然 后 經(jīng)過 放 大電 路 將電 壓 信號(hào) 轉(zhuǎn) 換 成能 使 用的 電 信號(hào) 即4~20mA/1~5VDC 的信號(hào)。 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(huì)通過當(dāng)日溫度濕度情況做出判斷今日是否為舒適一天。 網(wǎng)絡(luò) 5 得到的壓力值 VD30 在網(wǎng)絡(luò) 6 中比較，當(dāng) VD30≤ 800hPa， PLC就會(huì)給相對(duì)于的蜂鳴器一個(gè)信號(hào) 1 使大氣壓力報(bào)警裝置 發(fā)出大氣壓力警報(bào)。 洛陽理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 31 第 5 章 仿真 仿真軟件的確定 由于本設(shè)計(jì)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(gè)等級(jí)顯得更加鮮明。但是仍有許多 不懂的地方，期間老師和同學(xué)給了我很大的幫助，我請(qǐng)教的知識(shí)他們都耐心給了我很好的解答，使我逐漸對(duì)于設(shè)計(jì)有了一個(gè)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(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 41 謝 辭 本設(shè)計(jì)是在葛老師的指導(dǎo)和幫助下完成的。還有風(fēng)速的顯示不能明確直觀的讓人了解到到底風(fēng)速有多高，所以我們?cè)O(shè)計(jì)中還給出了風(fēng)速等級(jí)的顯示，當(dāng)前系統(tǒng)就設(shè)計(jì)出了九個(gè)風(fēng)級(jí)分別為 08 級(jí)。 洛陽理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 29 因?yàn)?S7200 系列的 PLC 所采集的數(shù)據(jù)是 0～ 32020，而對(duì)應(yīng)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(gè)輸入范圍的百分比。在計(jì)算的過程中為了保持各個(gè)數(shù)據(jù)的獨(dú)立型，所以在計(jì)算運(yùn)行的時(shí)候我們暫時(shí)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(duì)溫度的測(cè)量范圍 是 40～ 70℃ ，對(duì)濕度的測(cè)量范圍是 0～ 100%RH，由于本設(shè)計(jì)所采用的是 S7200，所以洛陽理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 11 它的輸出信號(hào)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(shí)現(xiàn)對(duì)環(huán) 境溫度的檢測(cè)，測(cè)溫范圍 20℃ ~50℃。 本設(shè)計(jì)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(duì)所采集的信息作出計(jì)算和處理，然后將計(jì)算出的數(shù)據(jù)傳輸?shù)?CPU 中。可以通 過監(jiān)測(cè)戶外的環(huán)境因數(shù)，而及時(shí)做出防護(hù)判斷和對(duì)人們出行給出合適的建議 。 國內(nèi)發(fā)展歷程 我國自動(dòng)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(jì)50 年代后期 開始的 ，至今已有 50 多年的歷史。其最大優(yōu)點(diǎn)是能夠快速有效的監(jiān)測(cè)到實(shí)時(shí)天氣，可以提供更加準(zhǔn)確的天氣數(shù)據(jù)。 從 20 世紀(jì) 40 年代以來，許多國家都開始對(duì)自動(dòng)化氣象站進(jìn)行了研究和論證。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)值超過限定范圍時(shí)會(huì)做出相應(yīng)的報(bào)警。 自 20 世紀(jì) 40 年代以來，許多國家 都 開始 對(duì)地面氣象觀測(cè)自動(dòng)化進(jìn)行了許多研究 。 PLC 的終極目標(biāo)是用于實(shí)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(zāi)害比較多。并且列出設(shè)備清單。 而洛陽理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 7 數(shù)據(jù)輸出 是指 CPU 通過通信接口向外部發(fā)送數(shù)據(jù)，進(jìn)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(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 。 （ 1）數(shù)字量輸入 數(shù)字量輸入點(diǎn)有 2 個(gè)分別為 和 。 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)。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。 本設(shè)計(jì) 是利用了計(jì)算機(jī)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(shè)計(jì)是基于 PLC 小型氣象站設(shè)計(jì)，通過對(duì)空氣中溫濕度、風(fēng)向和大氣壓力的監(jiān)控，系統(tǒng)會(huì)根據(jù)所監(jiān)測(cè)到的數(shù)據(jù)做出相應(yīng)的反應(yīng)。 由于經(jīng)驗(yàn)欠缺 和知識(shí)的積累 ， 在設(shè)計(jì)方面難免有考慮不到 的地方，懇請(qǐng)各位老師批評(píng)指正。 Zwiers and Kharin 1998。 前期做了很多準(zhǔn)備，在圖書館和網(wǎng)上查找了許多關(guān)于設(shè)計(jì)方面的資料 。 PLCSIM 軟件還可以對(duì)變量進(jìn)行監(jiān)控。網(wǎng)絡(luò) 2 是將 AC0中的數(shù)據(jù)通過 DI_R 轉(zhuǎn)換為浮點(diǎn)數(shù)是為了提高計(jì)算精度。 表 31PLC 配置 主機(jī) 6ES7 2121BB230XB8 數(shù)字量輸出 擴(kuò)展模塊 6GK7 2431EX000XE0 模擬量輸入擴(kuò)展模塊 6ES7 2310HC220XA0 洛陽理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 13 表 32 輸入輸出分配表 輸入點(diǎn)地址 內(nèi)容 輸出點(diǎn)地址 內(nèi)容 關(guān)閉蜂鳴器 大氣壓力報(bào)警 關(guān)閉警報(bào) 濕度報(bào)警 AI0 大氣壓力輸入 風(fēng)速報(bào)警 AI1 相對(duì)濕度輸入 溫度報(bào)警 AI2 風(fēng)速風(fēng)向輸入 舒適度指示燈 AI3 室外溫度輸入 警告指示燈 設(shè)備清單 表 33 設(shè)備清單 序號(hào) 名稱 用途 訂貨號(hào) 數(shù)量 核計(jì) 總計(jì) 01 CPU222 處理和存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，并作出反應(yīng) 6ES7 2121BB230XB0 1 1 1 02 EM231模擬量輸入模塊 將傳感器信號(hào)傳送到CPU 中 6ES7 2310HC220XA0 1 1 1 03 CP 2431以太網(wǎng)模塊 將 CPU中存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)傳輸?shù)接?jì)算機(jī)中 6GK7 2431EX000XE0 1 1 1 04 自鎖型 常開 開 XA2EH031 2 2 2 洛陽理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 14 平頭按鈕 關(guān)，用于關(guān)閉警報(bào) 05 蜂鳴器 根據(jù)CPU 的指令發(fā)出警報(bào) XB2BSBC 4 4 4 06 指示燈 黃、綠各一個(gè) ，顯示舒適度 XB7EVB5LC 1,1 2 2 07 溫濕度傳感器 測(cè)量溫濕度 STHTDRHT2OAP2S0 1 1 1 08 風(fēng)速風(fēng)向傳感器 測(cè)量風(fēng)速風(fēng)向 PHWS 1 1 1 09 大氣壓力傳感器 測(cè)量大氣壓力 LCQA1 1 1 1 14 PLC 的 I/O 接線圖 洛陽理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（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(fēng) 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(fēng) 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(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 16 第 4 章 軟件設(shè)計(jì) 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(dòng) 數(shù)據(jù)讀取 關(guān)閉監(jiān)控 模擬量計(jì)算 大于警報(bào)值 模擬量 傳送數(shù)據(jù)到上位機(jī) 報(bào)警輸出 Y Y 取消警報(bào)？ 洛陽理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 17 程序 梯形圖 主程序 洛陽理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 18 當(dāng)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(fēng)速處理、 溫度處理 和舒適度判斷 ，當(dāng)壓力處