【正文】 MedinaRam243。 Last and Chiotti 2020。 在論文即將完成之際，我 也同時(shí)要感謝在我寫論文期間給予我?guī)椭完P(guān)心的同學(xué)和朋友以及師長(zhǎng)，感謝他們無(wú)私的幫助和耐心的輔導(dǎo)。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(guò)努力最終完 成了論文的圓滿完成。 洛陽(yáng)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。程序設(shè)計(jì)以小型氣象站的控制系統(tǒng)為中心，首先對(duì)硬件做出來(lái)介紹，然后介紹軟件的選型。通過(guò)這段時(shí)間的學(xué)習(xí)和設(shè)計(jì)，我學(xué)習(xí)到了很多，不僅是論文方面的學(xué)習(xí)還有在為人處世方面的感悟。各個(gè)等級(jí)顯得更加鮮明。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)。菜單中有許多命令指令：比如 input variable 是對(duì)輸入變量的監(jiān)控， output variable 是對(duì)輸出變量的監(jiān)控， memory variable 是對(duì)內(nèi)部變量的監(jiān)控 ,對(duì)定時(shí)器變量進(jìn)行監(jiān)控的是 timer variable， counter variable 是對(duì)計(jì)數(shù)器的監(jiān)控。 由于我們是在計(jì)算機(jī)上進(jìn)行模擬仿真，所以我們需要相應(yīng)的軟件進(jìn)行配合，因此我們采用了 PLCSIM 軟件。 洛陽(yáng)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。 洛陽(yáng)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。 因?yàn)轱L(fēng)速對(duì)應(yīng)的是 4~20mA 的值，所以 將 AC2 除以（ DIV_R） 25600 就得到了每份風(fēng)速所對(duì)應(yīng)的值，再乘以（ MUL_R） 得到 0~ 的相對(duì)風(fēng)速數(shù)據(jù)。 最后將網(wǎng)絡(luò) 4 里面得到的相對(duì)濕度值進(jìn)行邏輯計(jì)算，當(dāng) VD10≥ 70 時(shí)，則相對(duì)應(yīng)的濕度報(bào)警蜂鳴器會(huì)發(fā)出濕度報(bào)警。 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)。在計(jì)算的過(guò)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。按照這個(gè)循環(huán)一直進(jìn)行下去，數(shù)據(jù)不斷的采集和處理以及存儲(chǔ)和做出反應(yīng)，循環(huán)往復(fù)。它是接收由外部傳感器所采集到的數(shù)據(jù)并傳送到 CPU 中。系統(tǒng)還會(huì)通過(guò)當(dāng)日溫度濕度情況做出判斷今日是否為舒適一天。通過(guò)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)。而當(dāng)工作人員得知這一情況后，就會(huì)按下 和 關(guān)閉警報(bào)和蜂鳴器。 PLC 的 I/O 點(diǎn)分析 在整個(gè) PLC 外部硬件接線圖中，包括數(shù)字量、模擬量的輸入接線和 數(shù)字量輸出接線三個(gè)部分。 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。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(yáng)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。 由于傳感器所處的環(huán)境，所以 首先我們要考慮的是能否在惡劣的環(huán)境中使用，因此本設(shè)計(jì)所采用的傳感器一定要能夠適應(yīng)嚴(yán)酷的環(huán)境 ，它能夠在溫度為 60℃ ～ 50℃ 和濕度為 0～ 100%RH 的范圍內(nèi)工作，然后我們對(duì)它的測(cè)量范圍也有要求為 0~70m/s；它的輸出是 5V 方波、 4～ 20mA 完全符合本設(shè)計(jì)的要求。 風(fēng)速 傳感器 我們第二個(gè)要介紹的是風(fēng)速傳感器，我所設(shè)計(jì)的小型氣象站不僅能夠監(jiān)測(cè)大氣壓力而且還能夠監(jiān)測(cè)外部環(huán)境的風(fēng)速，我們將風(fēng)速等級(jí)分為 10個(gè)等級(jí)，這樣可以更好、 一目了然 的 對(duì)風(fēng)速有一個(gè)明確的了解。 傳感器是 將所測(cè)量到的外部空氣中的大氣壓通過(guò)一系列轉(zhuǎn)換變?yōu)殡妷航M信 號(hào) ，然 后 經(jīng)過(guò) 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)。 而氣壓的單位用 hPa 分度 表示。因此 本設(shè)計(jì)在選擇傳感器上掌握的基本原則是穩(wěn)定性好，價(jià)格低廉，使用方便。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、電子技術(shù)和分子合成技術(shù)的發(fā)展，傳感器正向集成化、智能化、網(wǎng)絡(luò)化、系統(tǒng)化的方向飛速發(fā)展，使其性能、可靠性及穩(wěn)定性得到了顯著的提高 [6]。 PLC 的梯形圖語(yǔ)言清晰、直觀、可讀性強(qiáng)，易于掌控。 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℃。 總體來(lái)說(shuō)就是 本設(shè)計(jì)的小型氣象站，它是通過(guò)大氣壓力傳感器、風(fēng)速風(fēng)向傳感器和溫濕度傳感器送出 4~20mA 模擬信號(hào)進(jìn)到控制系統(tǒng)中的，CPU 通過(guò)模擬量擴(kuò)展模塊 EM231 讀 取數(shù)值，并進(jìn)行分析和處理該數(shù)值，在超過(guò)幾個(gè)指定的大氣壓力值、風(fēng)速值、溫度以及濕度的限定時(shí)，輸出信號(hào)去控制相應(yīng)的設(shè)備發(fā)出報(bào)警信號(hào)。本設(shè)計(jì)中 PLC 的數(shù)據(jù)輸入是指 CPU 接受來(lái)自通信接口的輸入數(shù)據(jù)，比如溫濕度傳感器、大氣壓力傳感器和風(fēng)速風(fēng)向傳感器通過(guò)電信號(hào)傳輸過(guò)來(lái)的數(shù)據(jù)，并將其存儲(chǔ)到對(duì)應(yīng)的存 儲(chǔ)器中。 外部各個(gè)傳感器將所檢測(cè)到的數(shù)據(jù)通過(guò)電信號(hào)傳送到 PLC 中，然后PLC 通 過(guò)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(lái)，并保存在 內(nèi)部寄存器里面 。 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。 講解各段程序所要完成的動(dòng)作和是如何完成的。 步 主要介紹硬件選型，講解各個(gè)傳感器的功能和 其他的設(shè)備選型。 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?？梢酝?過(guò)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 。因此，對(duì)空氣指數(shù) 的數(shù)據(jù)采集，可以有效的降低自然災(zāi)害和提前預(yù)防自然災(zāi)害對(duì)人們生活的影響 。 在防災(zāi)和電力運(yùn)輸方面的運(yùn)用 加強(qiáng)防災(zāi)減災(zāi)體系建設(shè)，加快建立環(huán)境和地質(zhì)監(jiān)測(cè)預(yù)警體系，是國(guó)家在“十二五規(guī)劃”中的一項(xiàng)重要內(nèi)容 [2]。截至 2020年，全國(guó)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)。 國(guó)內(nèi)發(fā)展歷程 我國(guó)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。 國(guó)外發(fā)展歷程 從 20 世紀(jì) 50 年代末 開始 ， 世界各國(guó)已經(jīng)開始對(duì)自動(dòng)氣象站進(jìn)行了設(shè)計(jì)和嘗試，而美國(guó)和蘇聯(lián)率先設(shè)計(jì)出了不同型號(hào)的自動(dòng)氣象站，為以后的氣象站發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。最近幾年的工業(yè)自動(dòng)化、機(jī)電一體化、傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)技術(shù)等方面應(yīng)用越來(lái)越廣，成為現(xiàn)代工業(yè)控制的三大支柱產(chǎn)業(yè)之一。 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。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)。 在氣象站建設(shè)、農(nóng)林氣象監(jiān)測(cè)、生態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè)、溫室 控制、公路鐵路運(yùn)營(yíng)及地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測(cè)等多種領(lǐng)域提供了可靠的保證，使其 在惡劣的環(huán)境條件下也能穩(wěn)定工作。 洛陽(yáng)理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 2 第 1 章 概述 本課題研究的 意義 隨著工業(yè) 的發(fā)展， 我們所生活的環(huán)境也發(fā)生了很大的變化，空氣質(zhì)量越來(lái)越差，各種極端氣候也層出不窮，因此我設(shè)計(jì)了一款 小型氣象站 ，它可以通過(guò)對(duì)空氣的監(jiān)控而給人們提供一些實(shí)時(shí)環(huán)境回饋。 我國(guó)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。 從 20 世紀(jì) 40 年代以來(lái)，許多國(guó)家都開始對(duì)自動(dòng)化氣象站進(jìn)行了研究和論證。 When the four air index meet the fort setting, system will display the output for fort. These functions are based on PLC programming . This design USES a variety of sensors, including temperature and humidity, wind speed sensor, and the atmospheric pressure sensor. These sensors have reaction speed, high precision, low consumption, and its powerful functions and the price is low wait for an advantage. When an external sensors to detect the external environment of the air index after through the transmitter converts resistance current signal into standard extension module analog signal input to the analog input, and then input module through calculation and processing these data to the CPU, and stored in the internal register. Finally system through Ether module of transmission of the measured temperature and humidity, wind speed and atmospheric pressure is displayed to the upper machine, makes the corresponding alarm when numerical exceeds the limits. The design of small stations has high measurement precision, and has a high real time capability, so it can be applied to daily life. KEY WORDS: PLC， Programming， The sensor， Display 洛陽(yáng)理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） III 目 錄 前 言 ....................................................................................................... 1 第 1 章 概述 ............................................................................................ 2 本課題研究的意義 .................................................................... 2 國(guó)外發(fā)展歷程 ................................................................. 3 國(guó)內(nèi)發(fā)展歷程 ................................................................. 3 小型氣象站的應(yīng)用情況 ........................................................... 4 在農(nóng)業(yè)反面的應(yīng)用 ......................................................... 4 在防災(zāi)和電力運(yùn)輸方面的運(yùn)用 .................................... 4 本設(shè)計(jì)的應(yīng)用 ................................................................. 4 研究的主要工作 ........................................................................ 5 第 2 章 控制方案 .................................................................................... 6 控制原理分析 ............................................................................ 6 控制要求 .................................................................................... 7 第 3 章設(shè)備的選型 .....