【文章內(nèi)容簡介】 式中 nP 為空氣中水蒸氣的分壓力 (帕 )； T為空氣中的干球 絕對溫度 (K)； t為空氣中干球的攝氏溫度 (℃ )； nR 為水蒸氣的氣體常數(shù)， nR =461。 ②相對濕度 :相對濕度是指空氣中水蒸氣分壓力 nP 與同溫度下飽和水蒸汽壓力 bP 之比值。用 r表示相對濕度為： nbPr 100%P?? 公式（ 44） 傳感器介紹 選擇集成濕度傳感器應考慮以下幾點：感濕性能好、靈敏度高、響應速度快、測量范圍寬，要有較好的一致性、可重復性，線性度要好、濕滯小較高的穩(wěn)定性和可靠性，有較強的抗污染能力、使用壽命長。 目前，國外生產(chǎn)集成濕度傳感器的主要廠家及典型產(chǎn)品分別為 Honeywell公司（ HIH360 HIH360 HIH3610型）， Humirel公司（ HM1500、 HM15 HF322HTF3223型）， Sensiron公司（ SHT1 SHT15型）。 濕度傳感器選擇及電路設計 由于 HM1500濕 度傳感器的精度較高，測量范圍大，反應時間較快，溫度依賴 12 性比較低，長期穩(wěn)定性能好，用戶使用方便，價格實惠，是性價比極高的一款集成濕度傳感器，故本方案采用 HM1500做為濕度測量的傳感器。 HM1500是法國 Humirel公司于 2020年推出的一種基于硬質(zhì)封裝的 HS1101濕敏電容的電壓輸出式集成濕度傳感器。它將側(cè)面接觸式濕敏電容與濕度信號調(diào)理器集成在一個模塊中，集成度高，有很小的易于安裝的接頭，因此不需要外圍元件，使用非常方便。其主要特點是采用恒壓供電，輸出與相對濕度呈比例關(guān)系的伏特級電壓信號，響應速度快，對 溫度的依賴性非常低，可靠性與長期穩(wěn)定性高，互換性好，專利的固態(tài)聚合物結(jié)構(gòu)，浸水無影響，長時間處于飽和狀態(tài)后能快速脫濕，抗污染能力強。 一、 HM1500的性能特點： ①內(nèi)部包含由濕敏電容構(gòu)成的橋式振蕩器、低通濾波器和放大器，能輸出與相對濕度成線性關(guān)系的直流電壓信號，輸出阻抗為 70Ω，適配帶 ADC的單片機。 ② HM1500屬于通用型濕敏傳感器，測量范圍是（ 0%～ 100%） RH，輸出電壓范圍是 +1V～ +4V。相對濕度為 55%時的標稱輸出電壓為 。測量精度為177。 3%RH，靈敏度為 +25mV/RH，溫度系數(shù)為177。 %RH/℃，濕度遲滯為177。 %RH，響應時間為 5s。 ③產(chǎn)品的互換性好，抗腐蝕性強。不受水凝結(jié)的影響，長期穩(wěn)定性指標為%RH/年。 ④采用 +5V電源（允許范圍是 +～ +），工作電流為 （典型值），漏電流≤ 300μ A。工作溫度范圍是 30℃～ +60℃。 二、 HM1500的工作原理： HM1500采用恒壓供電，內(nèi)置放大電路，能輸出與相對濕度呈比例關(guān)系的伏特級電壓信號，響應速度快、重復性好、抗污染能力強。 HM1500的測濕元件選用濕敏電容 HS1101，在一個有機玻璃或玻璃片 上首先用擴散法制作兩個電極，然后涂上有機膜作為介質(zhì)，形成一個電容器件。當外界相對濕度變化時，感濕膜能吸附和釋放水汽分子，引起其介電常數(shù)發(fā)生變化，從而使元件電容量改變。利用電容量與相對濕度的函數(shù)關(guān)系即可測量濕度。內(nèi)部電路框圖如圖 6。 HM1500的輸出電壓與相對濕度的響應曲線如圖 7。運用最小二乘法可以求出其輸出電壓與相對濕度之間的關(guān)系： 13 HM1500 橋 式 振蕩電路 低 通 濾波器 放大器 0U =+ 公式（ 45） U 圖 6 HM1500工作原理 圖 7 HM1500的輸出電壓與相對濕度的響應曲線 在（ 10%～ 95%） RH范圍內(nèi)， AT 23 C?? ? 時，輸出電壓與相對濕度的對應關(guān)系見表 。 表 HM1500的 0U 與 RH的對應關(guān)系 ( AT 23 C?? ? ) RH/(%) 10 15 20 25 30 35 40 45 50 0U /V RH/(%) 55 60 65 70 75 80 85 90 95 0U /V 當 AT 23 C?? ? 時，可按下式對讀數(shù)值加以修正： RH RH???[ 3A1 ( T 23 )e???] 公式（ 46） 14 PLC 的選型與模塊配置 選擇合適的機型是 PLC 控制系統(tǒng)的硬件配置的關(guān)鍵問題，目前，國內(nèi)外生產(chǎn)PLC 的廠家很多，如西門子、三菱、松下、歐姆龍、 LG、 ABB 公司等，不同的廠家的 PLC 產(chǎn)品雖然基本功能相似，但有些特殊功能、價格、服務及使用的編程指令和編程軟件都不相同。而同一個廠家生產(chǎn)的 PLC 產(chǎn)品又有不同的系列，同一系列又有不同的 CPU 型號，不同系列、不同型號的產(chǎn)品在功能上有較大的差別。因此如何學用合適的機型至關(guān)重要。 PLC 的選型原則 在滿足控制要求的前提下選型時應選最佳的性價比，一般可以從以下幾個方面考慮： I/O 點數(shù)是 PLC 的一項重要指標。合理選擇 I/O 點數(shù)既可使系統(tǒng)滿足控制要求有可使系統(tǒng)總投資最低。 PLC的輸入輸出點總數(shù)和種類應根據(jù)被控對象的模擬量、開關(guān)量、輸入 /輸出設備狀況（包括模擬量、開關(guān)量、輸出類型）來確定，一般一個輸入輸出元件要占用一個輸入輸出點?？紤]到今后的擴充，一般應估計的總點數(shù)再加上 15%～ 20%的備用量。 本設計所占用的 I/O 點數(shù)計算： 輸入信號：開始按鈕，需要一個輸 入點；停止按鈕，需要一個輸入點；計數(shù)值加 1按鈕，需一個輸入點；計數(shù)值減 1 按鈕，需要一個輸入點。以上共需要 4個輸入信號點，考慮以后對系統(tǒng)的調(diào)整與擴充留有 20%的備用點，即用 4 20%=1，取 1 個點，這樣共用 5 個輸入點。 輸出信號：一共要用十七個 LED 數(shù)碼管，段選碼需要使用 8個輸出點；位選通信號如果使用 74LS138 譯碼器則需要 4 個輸出點；顯示“ ”的一個數(shù)碼管需要 1 個輸出點；以上共需要 13 個輸出點考慮以后對系統(tǒng)的調(diào)整與擴充留有 20%的備用點，即 13 20%=，取 3個點，這樣共用 16個輸出點。 用戶存 儲容量估算 用戶應用程序占用多少內(nèi)存與許多因素有關(guān)，如 I/O 點數(shù)、控制要求、運算處理量、量程結(jié)構(gòu)等。因此在程序設計之前只能粗略的估算。根據(jù)經(jīng)驗，每個 15 I/O 點及有關(guān)功能器占用內(nèi)存大致如下： 開關(guān)量輸入元件： 10～ 20B/點； 開關(guān)量輸出元件： 5～ 10B/點； 定時器 /計數(shù)器： 2B/個； 模擬量： 100～ 150B/點； 通信接口：一個接口一般需要 300B 以上； 根據(jù)上面算出總字數(shù)再加上 25%左右的備用量，就可以估算出程序所需要的內(nèi)存量，從而選擇合適的 PLC 內(nèi)存。 本設計所需 CPU 內(nèi)存的計算： 開關(guān)量輸入元件 5 點 10～ 20B/點≈ 50～ 100B； 開關(guān)量輸出元件： 16點 5～ 10B/點≈ 80～ 160B； 模擬量： 2點 100～ 150B/點≈ 200～ 300B； 總需內(nèi)存量： 330～ 560B； 本系統(tǒng)中可編程序控制器的選取及其特點 目前 PLC 使用性能較好的 SIEMENS 公司、日本的三菱、歐姆龍、美國的 AB公司，根據(jù)性價比的選擇，根據(jù)被控對象的 I/0 點數(shù)以及工藝要求、掃描速度、自診斷功能等方面的考慮，本設計采用 SIEMENS 公司的 S7200 系列 PLC。 S7200 系列 PLC 特性 一、 Siemens S7200 主要功能模塊介紹 （ 1） CPU 模塊 S7200 的 CPU 模塊包括一個中央處理單元、電源以及數(shù)字 I/O 點，這些都被集成在一個緊湊、獨立的設備中。 CPU負責執(zhí)行程序，輸入部分從現(xiàn)場設備中采集信號，輸出部分則輸出控制信號，驅(qū)動外部負載。從 CPU 模塊的功能來看，CPU 模塊為 CPU22*，它具有如下五種不同的結(jié)構(gòu)配置的 CPU 單元。 ① CPU224 它有 14 輸入 /10輸出， I/0 共計 24點。和前兩者相比，存儲容量擴大了一倍，它可以有 7個擴展模塊，有內(nèi)置時鐘，它有更強的模擬量和高速計數(shù)的處理能力 ，是使用得最多 S7200 產(chǎn)品。 ② CPU226 它有 24 輸入 /16 輸出， I/0 共計 40 點，和 CPU224 相比，增加了 16 通信口的數(shù)量，通信能力大大增強。它可用于點數(shù)較多、要求較高的小型或中型控制系統(tǒng)。 （ 2）開關(guān)量 I/O擴展模塊 當 CPU 的 I/0 點數(shù)不夠用或需要進行特殊功能的控制時，就要進行 I/O 擴展， I/O擴展包括 I/O 點數(shù)的擴展