【正文】 選用弗加羅公司生產(chǎn) TGS4160 二氧化碳傳感器，該傳感器是固態(tài)電化學(xué)型氣體敏感元件。這種二氧化碳傳感器除具有體積小、壽命長(zhǎng)、選擇性 和穩(wěn)定性好等特點(diǎn)外，同時(shí)還具有耐高濕低溫的特性，可廣泛用于自動(dòng)通風(fēng)換氣系統(tǒng)或是 C02 氣體的長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)等應(yīng)用場(chǎng)合。 TGS4160 傳感器的主要技術(shù)參數(shù)如下： 測(cè)量范圍： 0～ 5000ppm； 使用壽命： 2021 天； 內(nèi)部熱敏電阻 (補(bǔ)償用 )： 100k Q177。5％： 使用溫度：一 10～ +50℃ 使用濕度 5～ 95％ RH。 EM235 模擬量輸入 /輸出模塊 在控制系統(tǒng)中，傳感器將檢測(cè)到的溫度轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)電壓或電流信號(hào)，系統(tǒng)需要配置模擬量輸入模塊，將電壓或電流信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)再送入 PLC 中進(jìn)行處理。在這里我們選擇西門子的 EM235 模擬量輸入 /輸出模塊。 一、 EM235 模擬 量輸入 /輸出模塊簡(jiǎn)介 EM 235 模塊是組合強(qiáng)功率精密線性電流互感器、意法半導(dǎo)體（ ST）單片集成變送器 ASIC 芯片于一體的新一代交流電流隔離變送器模塊，它可以直接將被測(cè)主回路交流電流轉(zhuǎn)換成按線性比例輸出的 DC4～ 20mA（通過(guò) 250Ω 電阻轉(zhuǎn)換 DC 1～ 5V 或通過(guò) 500Ω 電阻轉(zhuǎn)換 DC2～ 10V）標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)，連續(xù)輸送到接收裝置。 EM235 模塊具有 4路模擬量輸入 /1 路模擬量輸出。 EM235 需要直流 24V 的工作電源。它利用 DIP 開(kāi)關(guān)設(shè)置輸入信號(hào)的量程。表 43 所示為如何用 DIP 開(kāi)關(guān)設(shè)置 EM 235 模塊。 通過(guò) 開(kāi)關(guān) 1～6 可選擇模擬量輸入范圍。 DIP 開(kāi)關(guān) SW6 決定模擬量輸入的單雙極性，當(dāng) SW6 為 ON時(shí)，模擬量輸入為單極性輸入， SW6 為 OFF 時(shí)，模擬量輸入為雙極性輸入， SW4 和SW5 決定輸入模擬量的增益選擇，而 SW1， SW2， SW3 共同決定了模擬量的衰減選擇。 所有的輸入設(shè)置成相同的模擬量輸入范圍。表中， ON 為接通， OFF 為斷開(kāi)。 表 43 EM 235 選擇模擬量輸入范圍和分辨率的開(kāi)關(guān)表 單極性 滿量程輸入 分辨率 SW1 SW2 SW3 SW4 SW5 SW6 ON OFF OFF ON OFF ON 0 到 50mV OFF ON OFF ON OFF ON 0 到 100mV 25μV 24 ON OFF OFF OFF ON ON 0 到 500mV 125uA OFF ON OFF OFF ON ON 0 到 1V 250μV ON OFF OFF OFF OFF ON 0 到 5V ON OFF OFF OFF OFF ON 0 到 20mA 5μA OFF ON OFF OFF OFF ON 0 到 10V 根據(jù)溫室控制系統(tǒng)中的控制模塊，經(jīng)由傳感器測(cè)得的溫度、光照度、 CO2 的測(cè)量值均為單極 性，選擇 0 到 10V 的量程，故設(shè)置 DIP 開(kāi)關(guān)為 010001。 二、 EM235 模擬量輸入輸出模塊的使用 EM235 模擬量輸入輸出混合模塊輸入信號(hào)整定的步驟： 在模塊脫離電源的條件下，通過(guò) DIP 開(kāi)關(guān)選擇需要的輸入范圍。 接通 CPU 及模塊電源，并使模塊穩(wěn)定 15 分鐘。 用一個(gè)電壓源或電流源，給模塊輸入一個(gè)零值信號(hào)。 調(diào)節(jié)偏置電位器，使模擬量輸入寄存器的讀數(shù)為零或所需要的數(shù)值。 將一個(gè)滿刻度的信號(hào)加到模塊輸入端，調(diào)節(jié)增益電位器，直到讀數(shù)為 32021，或所需要的數(shù)值。 經(jīng)上述調(diào)整后，若輸入最大值為 0～ 10V 的模擬量信號(hào)，則對(duì)應(yīng)的數(shù)字量結(jié)果應(yīng)為 32021 或所需數(shù)字，其關(guān)系如圖所示。 圖 48 EM235 轉(zhuǎn)換曲線 三、 EM235 模塊模擬量 I/O 接線示意圖 如圖所示為 EM235 模塊模擬量 I/O 接線示意圖。 24V DC 電源正極接入模塊左下方 L+端子，負(fù)極接入 M 端子。 EM235 模塊的上部端子排為標(biāo)注 A、 B、 C、 D 的四路模擬量輸入接口，可分別接入標(biāo)準(zhǔn)電 壓、電流信號(hào)。為電壓輸入時(shí)，如 A 口所示，電壓信號(hào)正極接入 A+端，負(fù)極接入 A端， RA 端懸空。為電流輸入時(shí)，如 B 口所示， 25 須將 RB 與 B+短接，然后與電流信號(hào)輸出端相連，電流信號(hào)輸入端則接入 B借口。若 4 個(gè)接口未能全部使用，如 C 口所示，未用的接口要將 C+與 C端用短路子短接，以免受到外部干擾。下部端子為一路模擬量輸出端的 3 個(gè)接線端子 MO、 VO、 IO，其中 MO 為數(shù)字接地接口， VO 為電壓輸輸出接口， IO 為電流輸出接口。若為電壓負(fù)載，則將負(fù)載接入 MO、 VO 接口，若為電流負(fù)載則接入 MO、 IO 接口。 圖 45 EM235 接線圖 26 第五章 控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì) PLC 控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)主要包括硬件設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì)兩部分。本章節(jié)在硬件設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，詳細(xì)介紹本項(xiàng)目的軟件設(shè)計(jì)，主要包括軟件設(shè)計(jì)的基本步驟、方法、編程軟件 STEP7Micro/WIN 的介紹以及本項(xiàng)目的程序設(shè)計(jì)。 PLC 程序設(shè)計(jì)的方法 PLC 程序設(shè)計(jì)常用的方法主要有經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)法、電路轉(zhuǎn)換梯形圖法、邏輯設(shè) 計(jì)法、順序控制設(shè)計(jì)法等。 一、經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)法：即根據(jù)前人總結(jié)的典型控制電路程序，再按照設(shè)計(jì)中被對(duì)象的具體要求，把典型程序進(jìn)行重新組合，而且需要反復(fù)調(diào)試和修改，得到現(xiàn)在系統(tǒng)所需要的梯形圖，有時(shí)僅僅這些還不能滿足要求，還需要增加中間環(huán)節(jié)，才能得出符合要求的系統(tǒng)。這種方法沒(méi)有一定的規(guī)律可遵循，設(shè)計(jì)所用的時(shí)間和設(shè)計(jì)質(zhì)量與設(shè)計(jì)者的經(jīng)驗(yàn)有很大的關(guān)系，故稱為經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)法。 二、繼電器控制電路轉(zhuǎn)換為梯形圖法：用 PLC 的外部硬件接線和梯形圖軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)繼電器控制系統(tǒng)的功能。 三、順序控制設(shè)計(jì)法：根據(jù)功能流程圖，以 步為核心，從起始步開(kāi)始一步一步地設(shè)計(jì)下去，直至完成。此法的關(guān)鍵是畫出功能流程圖。 四、邏輯設(shè)計(jì)法：通過(guò)中間量把輸入和輸出聯(lián)系起來(lái)。實(shí)際上就找到輸出和輸入的關(guān)系，完成設(shè)計(jì)任務(wù)。 本次設(shè)計(jì)采用的就是經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)法。 編程軟件 STEP 7Micro/WIN 概述 STEP7Micro/WIN32 編程軟件是基于 Windows 的應(yīng)用軟件，由西門子公司專為S7200 系列可編程控制器設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)，它功能強(qiáng)大，既可用于開(kāi)發(fā)用戶程序，又可以實(shí)時(shí)監(jiān)控用戶程序的執(zhí)行狀態(tài)。 編程軟件的具體功能如下。 一、 可以用梯形圖、語(yǔ)句表 和功能塊圖編程。 27 二、 可以進(jìn)行符號(hào)編程，通過(guò)符號(hào)表分配符號(hào)和絕對(duì)地址，即對(duì)編程元件定義符號(hào)名稱，增加程序的可讀性，并可打印輸出。 三、 支持三角函數(shù)，開(kāi)方，對(duì)數(shù)運(yùn)算功能。 四、 具有易于使用的組態(tài)向?qū)А? 五、 可用于 CPU 硬件配置。 六、 可以將 STEP 7Micro/WIN 正在處理的程序與所連接的 PLC 中的程序進(jìn)行比較。 控制系統(tǒng)的程序設(shè)計(jì) 程序的設(shè)計(jì)思路 本控制系統(tǒng)設(shè)有手動(dòng)、自動(dòng)兩種工作模式，自動(dòng)模式為正常運(yùn)行狀態(tài)，手動(dòng)模式用于應(yīng)對(duì)一些突發(fā)情況。在自動(dòng)工作模式下， PLC 運(yùn)行時(shí)，將傳感器對(duì)溫室溫度、光照、二氧化 碳濃度等環(huán)境因素進(jìn)行檢測(cè)的測(cè)量值與溫室控制系統(tǒng)的設(shè)定值進(jìn)行比較，如果溫度的檢測(cè)量高于設(shè)定值， PLC 就會(huì)發(fā)出相應(yīng)的指令控制冷風(fēng)機(jī)的開(kāi)啟和通風(fēng)扇正轉(zhuǎn)（將溫室中的空氣排向外界）；如果測(cè)量值低于設(shè)定值，則打開(kāi)加熱器和熱風(fēng)機(jī)，對(duì)溫室進(jìn)行加溫，并使通風(fēng)扇反轉(zhuǎn)（將外界的空氣引入溫室）。當(dāng)溫室的光照低于設(shè)定值時(shí)，系統(tǒng)打開(kāi)遮陽(yáng)簾和補(bǔ)光燈；當(dāng)溫室的光照高于設(shè)定值時(shí)，系統(tǒng)關(guān)閉遮陽(yáng)簾。當(dāng)溫室的二氧化碳濃度低于設(shè)定值，系統(tǒng)開(kāi)啟二氧化碳調(diào)節(jié)閥。如果溫室中的測(cè)量值與設(shè)定值相等，則關(guān)閉關(guān)閉相應(yīng)設(shè)備，保持溫室中的環(huán)境參數(shù)。 控制 程序流程圖 一、 溫度控制流程圖 溫室大棚的溫度控制 流程圖如圖 51 所示。 28 圖 51 溫度控制流程圖 二、光照控制流程圖 溫室大棚的光照控制 流程圖如圖 52 所示。 圖 52 光照控制流程圖 二、 CO2濃度控制流程圖 溫室大棚的 CO2濃度控制 流程圖如圖 53 所示。 29 圖 53 CO2 濃度控制流程圖 控制程序設(shè)計(jì)及分析 一、自動(dòng) /手動(dòng)切換 為自動(dòng) /手動(dòng)切換， 為總啟動(dòng)，當(dāng) =1 時(shí)， 得電，啟動(dòng)燈亮， 為總停止，當(dāng) =1， =1 時(shí)，中間繼電器 得電，系統(tǒng)的運(yùn)行方式為自動(dòng)模式；當(dāng) =0， =1 時(shí)，中間繼電器 得電，系統(tǒng)的運(yùn)行方式為手動(dòng)模式。 二、溫度控制 30 當(dāng)中間繼電器 得電時(shí)，系統(tǒng)的運(yùn)行方式為 自動(dòng)模式。在自動(dòng)情況下，溫度傳感器將測(cè)得的模擬量通過(guò)模擬量輸入模塊 EM235 送入 PLC 中，通過(guò)整數(shù)比較指令，將溫度傳感器檢測(cè)到的測(cè)量值 AIW0 與設(shè)定值 “25 度 ”進(jìn)行比較，當(dāng) AIW025 時(shí)，中間繼電器 得電，啟動(dòng)降溫設(shè)備；當(dāng) AIW025 時(shí)，中間繼電器 得電，啟動(dòng)升溫設(shè)備。 當(dāng)中間繼電器 得電時(shí)，系統(tǒng)的運(yùn)行方式為手動(dòng)模式。 可通過(guò)控制相應(yīng)的按鈕 ——通風(fēng)扇正轉(zhuǎn) 、通風(fēng)扇反轉(zhuǎn) 、熱風(fēng)機(jī) 、冷風(fēng)機(jī) 、加熱器 ，進(jìn)行溫室大棚溫度的手動(dòng)控制。 在溫室大棚的溫度控制過(guò)程中，自動(dòng)模式下，當(dāng)溫度傳感器測(cè)量的溫度值高于設(shè)定的溫度值時(shí)，中間繼電器 得電，通風(fēng)扇正轉(zhuǎn)，將溫室中的熱空氣排入外界，與外界交換空氣；手動(dòng)模式下，將控制通風(fēng)扇正反轉(zhuǎn)的 單刀雙擲開(kāi)關(guān)撥至 “通風(fēng)扇正 31 轉(zhuǎn) ”，中間繼電器 得電，通風(fēng)扇正轉(zhuǎn)。 在溫室大棚的溫度控制過(guò)程中，手動(dòng)模式下，當(dāng)溫度傳感器測(cè)量的溫度值低于設(shè)定的溫度值時(shí)，中間繼電器 得電，通風(fēng)扇正轉(zhuǎn)，將外界的空氣引入溫室，與外界交換空氣；手動(dòng)模式下，將控制通風(fēng)扇正反轉(zhuǎn)的單刀雙擲開(kāi)關(guān)撥至 “通風(fēng)扇反轉(zhuǎn) ”，中間繼電器 得電，通風(fēng)扇反轉(zhuǎn)。 在溫室大棚的溫度控制過(guò)程中，手動(dòng)模式下，當(dāng)溫度傳感器測(cè)量的溫度值低于設(shè)定的溫度值時(shí)，中間繼電器 得電，熱風(fēng)機(jī)啟動(dòng)；手動(dòng)模式下，按下熱風(fēng)機(jī)啟動(dòng)按鈕，中間繼電器 得電，熱風(fēng)機(jī)啟動(dòng)。 在溫室大棚的溫度控制過(guò)程中，自動(dòng)模式下，當(dāng)溫度傳感器測(cè)量的溫度值高于設(shè)定的溫度值時(shí)，中間繼電器 得電，冷風(fēng)機(jī)啟動(dòng)；手動(dòng)模式下，按下冷風(fēng)機(jī)啟動(dòng)按鈕，中間繼電器 得電，冷風(fēng)機(jī)啟動(dòng)。 32 在溫室大棚的溫度控制過(guò)程中，手動(dòng)模式下，當(dāng)溫度傳感器測(cè)量的溫度值低于設(shè)定的溫度值時(shí)，中間繼電器 得電，加熱器啟動(dòng)；手動(dòng)模式下， 按下加熱器啟動(dòng)按鈕，中間繼電器 得電，加熱器啟動(dòng)。 三、光照控制 當(dāng)中間繼電器 得電時(shí)，系統(tǒng)的運(yùn)行方式為自動(dòng)模式。在自動(dòng)情況下，光照傳感器將測(cè)得的模擬量通過(guò)模擬量輸入模塊 EM235 送入 PLC 中，通過(guò)整數(shù)比較指令，將溫度傳感器檢測(cè)到的測(cè)量值 AIW2 與設(shè)定值 “20”進(jìn)行比較，當(dāng) AIW020 時(shí)，中間繼電器 得電，啟動(dòng)補(bǔ) 光設(shè)備；當(dāng) AIW220 時(shí)，中間繼電器 得電，啟動(dòng)補(bǔ)光設(shè)備。 當(dāng)中間繼電器 得電時(shí)，系統(tǒng)的運(yùn)行方式為手動(dòng)模式?？赏ㄟ^(guò)控制相應(yīng)的按鈕 ——遮陽(yáng)簾開(kāi)簾 、遮陽(yáng)簾關(guān)簾 、補(bǔ)光燈 ，進(jìn)行溫室大棚光照強(qiáng)度的手動(dòng)控制。 在溫室大棚的光照控制過(guò)程中，自動(dòng)模式下，當(dāng)光照傳感器測(cè)量的光照強(qiáng)度低于設(shè)定的光照值時(shí)，中間繼電器 得電，遮陽(yáng)簾開(kāi)簾補(bǔ)光；手動(dòng)模式下，將控制遮 33 陽(yáng)簾開(kāi)關(guān)簾的單刀雙擲開(kāi)關(guān)撥至 “遮陽(yáng)簾開(kāi)簾 ”，中間繼電器 得電，遮陽(yáng)簾開(kāi)簾補(bǔ)光。 在溫室大棚的光照控制過(guò)程中，自動(dòng)模式下，當(dāng)光照傳 感器測(cè)量的光照強(qiáng)度高于設(shè)定的光照值時(shí)，中間繼電器 得電，遮陽(yáng)簾關(guān)簾遮光；手動(dòng)模式下，將控制遮陽(yáng)簾開(kāi)關(guān)簾的單刀雙擲開(kāi)關(guān)撥至 “遮陽(yáng)簾關(guān)簾 ”，中間繼電器 得電，遮陽(yáng)簾關(guān)簾遮光。 在溫室大棚的光照控制過(guò)程中，自動(dòng)模式下，當(dāng)光照傳感器測(cè)量的光照強(qiáng)度低于設(shè)定的光照值時(shí)，中間繼電器 得電，補(bǔ)光燈開(kāi)啟補(bǔ)光；手動(dòng)模式下，按下補(bǔ)光燈的啟停按鈕，中 間繼電器 得電，補(bǔ)光燈開(kāi)啟補(bǔ)光。 四、 CO2濃度控制 當(dāng)中間繼電器 得電時(shí)，系統(tǒng)的運(yùn)行方式為自動(dòng)模式。在自動(dòng)情況下， CO2濃度傳感器將測(cè)得的模擬量通過(guò)模擬量輸入模塊 EM235 送入 PLC 中，通過(guò)整數(shù)比較指令，將 CO2濃度傳感器檢測(cè)到的測(cè)量值 AIW4 與設(shè)定值 “1000”進(jìn)行比較，當(dāng)AIW41000 時(shí)，中間繼電器 得電 ，添加溫室中的 CO2。 34 當(dāng)中間繼電器 得電時(shí)，系統(tǒng)的運(yùn)行方式為手動(dòng)模式。可通過(guò)控制 CO2調(diào)節(jié)閥 ，進(jìn)行溫室大棚 CO2濃度的手動(dòng)控制。 在溫室大棚的 CO2濃度控制過(guò) 程中，自動(dòng)模式下，當(dāng) CO2濃度傳感器測(cè)量的濃度低于設(shè)定的濃度時(shí)，中間繼電器 得電，打開(kāi) CO2調(diào)節(jié)閥添加 CO2；手動(dòng)模式下，按下 CO2添加器的啟停按鈕，中間繼電器 得電，打開(kāi) CO2調(diào)節(jié)閥添加 CO2。 控制程序的仿真與調(diào)試 仿真軟件簡(jiǎn)介 在本次設(shè)計(jì)中，利用 S7200 仿真軟件 漢化版進(jìn)行控制程序的仿真與調(diào)試。 該仿真軟件可以仿真大量的 S7200 指令（除部分指令如順序控制指令、循環(huán)指令、高速計(jì)數(shù)器指令和通訊指令等尚無(wú)法支持外，可支持常用的位觸點(diǎn)指令、定時(shí)器指令、計(jì)數(shù)器指令、 比較指令、邏輯運(yùn)算指令和大部分的數(shù)學(xué)運(yùn)算指