【正文】 1PLC 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(yáng)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(yáng)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(yáng)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(yáng)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(wú)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(yáng)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(yáng)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)壓力處理相應(yīng)的子程序完成工作以后依次濕度的信息采集和計(jì)算及輸出隨即開始工作，同理風(fēng)速處理和溫度處理隨后進(jìn)行， 然后根據(jù)當(dāng)前的空氣指數(shù)做出舒適度的判斷。 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)。 模擬量輸入模塊是 EM231，它是 4 通道 DC10~10V/0~20mA 輸入， 12為 A/D 轉(zhuǎn)換。 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。當(dāng)壓力、濕度、風(fēng)速和溫度某一項(xiàng)超過(guò)一定數(shù)值時(shí)，系統(tǒng)會(huì)做出相應(yīng)的報(bào)警，給工作人員以提醒。 （ 3）數(shù)字量輸出 數(shù)字量輸出包括 。其中 AI0 是大氣壓力傳感器接收到空氣中的數(shù)據(jù) 通過(guò)變送器轉(zhuǎn)換成 420mA 的電信號(hào)接入到模塊 EM231 中；同理AI AI AI3 均是通過(guò)相應(yīng)的傳感器將空氣中接收到的相對(duì)濕度、風(fēng)速風(fēng)向和室外溫度以電信號(hào)的模式接入到模塊 EM231 中。 （ 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)。例如：當(dāng)氣象站檢測(cè)出目前的溫度有可能會(huì)對(duì)人體造成危害，溫度檢測(cè)相對(duì)于的蜂鳴器就會(huì)發(fā)出警報(bào)，讓工作人員提前知道并作出相應(yīng)的防范措施。 （ 1）數(shù)字量輸入 數(shù)字量輸入點(diǎn)有 2 個(gè)分別為 和 。 綜合上述情況考慮開關(guān)量輸入輸出的數(shù)量，模擬量輸入，選用型號(hào)為 CPU222，這種 PLC 不僅小型、緊湊，在 CUP中還配有 EEPROM，可永久性的儲(chǔ)存用戶程序和其他重要的系統(tǒng)參數(shù)；它還有大容量的電容器，可供長(zhǎng)時(shí)間存儲(chǔ) 所有的數(shù)據(jù)。本設(shè)計(jì)采用有西門子公司生產(chǎn)的 SIMATIC S7200 系列 PLC。 PLC 的選型 小型氣象站控制系統(tǒng)的控制核心是 PLC，在創(chuàng)建一個(gè) PLC 控制系統(tǒng)時(shí)，有哪些信號(hào)要輸入至 PLC， PLC 需要驅(qū)動(dòng)哪些負(fù)載，以及采用何種編程方式，都會(huì)對(duì)其內(nèi)部 I/O 點(diǎn)數(shù)的分配造成影響，必須首先把系統(tǒng)需要的輸入和輸出數(shù)量確定下來(lái)，然后按照所需確定各種控制動(dòng)作的順序和各個(gè)控制裝置彼此之間的相互關(guān)系。它的精度也不錯(cuò)，誤差僅為177。 本設(shè)計(jì)選用 的是由 北京賽億科技有限公司生產(chǎn)的 STH 系列的 溫濕度 傳感器 ，這種傳感器是溫濕一體的，它體積小，安裝方便而且使用與比較惡劣的環(huán)境，符合本設(shè)計(jì)要求。 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。 風(fēng)速傳感器 他是通過(guò)一個(gè)叫三杯的結(jié)構(gòu)元件對(duì)空氣中的風(fēng)力進(jìn)行感應(yīng)，并作出判斷，當(dāng)風(fēng)杯因?yàn)轱L(fēng)力的作用而旋轉(zhuǎn)時(shí)，他通過(guò)旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生了電流然后輸出信號(hào)，當(dāng)內(nèi)部感應(yīng)到頻率信號(hào)以后可以向外輸出電阻信號(hào)，從而得知目前的風(fēng)速有多大，就完成風(fēng)速傳感器的任務(wù)。 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 。我們采用的大氣壓力傳感器完全能夠勝任小型氣象站的監(jiān)測(cè)要求，不論它的精度還是對(duì)于環(huán)境的要求都是符合洛陽(yáng)理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 10 要求的。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?？?用于測(cè)量大氣壓力和海拔高度 是 它的基本功能 。一般認(rèn)為 ，760mmHg= 。在國(guó)際上，氣壓就是單位面積上的具體氣壓值，單位面積上的垂直 向上延伸的氣壓 柱的分量。 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。要能夠適應(yīng)各種天氣狀況，所以對(duì)于傳感器的耐久性要求就應(yīng)該放在首位考慮?，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。 洛陽(yáng)理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 8 圖 21 系統(tǒng)顯示原理圖 外部信號(hào)源 溫濕度傳感器 壓力 傳感器 風(fēng)速風(fēng)向傳感器 自鎖性平頭開關(guān) PLC S7200 顯示 裝 置 報(bào)警 裝置 舒適度輸出 洛陽(yáng)理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 9 第 3 章設(shè)備的選型 傳感器的選型 傳感器是本設(shè)計(jì)最重要的部件之一，它的選取對(duì)于整個(gè)系統(tǒng)而言，非常重要。 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。 PLC 與其他微型計(jì)算機(jī)相比，更適于在惡劣的工業(yè)環(huán)境中運(yùn)行，而且數(shù)據(jù)處理功能大大增強(qiáng)，具有強(qiáng)大的功能指令，編程也極為方便簡(jiǎn)單編程指令具有模塊化功能，能夠解決就地編程、監(jiān)控、通訊等問題。 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 具有良好的環(huán)境適應(yīng)性，可用于非常惡劣的工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)，在電源瞬間斷電的情況下依然可以正常工作，具有很強(qiáng)的抗空間電磁干擾能力，可以抗峰值高達(dá)1000V、脈寬 10us 的矩形波空間電磁干擾，具有良好的抗震能力和抗沖擊能力。 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。將結(jié)果寫入指定的寄存器中并且通過(guò)以太網(wǎng)模塊傳輸?shù)缴衔粰C(jī)。 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。 通信處理，當(dāng)自檢結(jié)束以后， PLC 需要進(jìn)行通信請(qǐng)求檢查，決定 PLC是否需要與網(wǎng)絡(luò)設(shè)備進(jìn)行通信。 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)。 本設(shè)計(jì)是外部傳感器接收到的空氣中的數(shù)據(jù)利用電信號(hào)傳輸?shù)?PLC的 CPU 中，然后 PLC 利用它的輸入采樣功能來(lái)處理傳感器所采集到的信息。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。 本設(shè)計(jì)主要目的是通過(guò)小型氣象站對(duì)環(huán)境的監(jiān)測(cè)而給戶外工作人員提供一個(gè)良好、準(zhǔn)確的參考，以便讓工作人員可以通過(guò)氣象的監(jiān)測(cè)而做出相應(yīng)的準(zhǔn)備和措施 。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。 步 主要是根據(jù)設(shè)備選型做出相應(yīng)的軟件設(shè)計(jì)，比如 寫出 程序梯形圖的編寫 和仿真 。并且列出設(shè)備清單。 并對(duì)控制方案作出分析。 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。低氣壓嚴(yán)重的還會(huì)造成心臟病發(fā)作，所 以本設(shè)計(jì)中專門加入大氣壓力測(cè)量，給戶外工作人員一個(gè)參考，讓工作人員有相應(yīng)的應(yīng)對(duì) 的防范 措施。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]?？梢詫?shí)時(shí)監(jiān)測(cè)戶外的溫濕度、大氣壓力和風(fēng)速風(fēng)向，通洛陽(yáng)理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 5 過(guò)對(duì)空氣指數(shù)的測(cè)量，可以給人們出行和戶外工作人員工作提供一個(gè)參考和警示。 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。地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)生與當(dāng)?shù)氐臍夂驐l件、特別是實(shí)時(shí)雨量 和歷史雨量有密切的關(guān)系[3]。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。 它的系統(tǒng)主要包括各種氣象站用傳感器，如風(fēng)速風(fēng)向傳感器、大氣溫濕度傳感器、光照溫度傳感器、氣壓傳感器、太陽(yáng)輻射傳感器、土壤溫濕度傳感器等。 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。 前后經(jīng)過(guò)幾十年的研究和測(cè)試到 90 年代后期， 我國(guó)第一代自動(dòng)氣象站設(shè)計(jì)定型，并可以在日常中 使用。 在 60 年代初， 開始了自動(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。最后 進(jìn)入 90 年代以來(lái)， 隨著科技的日新月異 自動(dòng)氣象站 進(jìn)入了飛速發(fā)展的時(shí)期，自動(dòng)氣象站已經(jīng) 可以完成它所需要完成的各項(xiàng)使命。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。綜上所 述，所以我們本設(shè)計(jì)采用 PLC 為主要控制元件。 PLC 的終極目標(biāo)是用于實(shí)踐、提高生產(chǎn)力。它具有 可靠性高、