基于plc溫度和濕度控制系統設計(編輯修改稿)

　

【文章內容簡介】 關系為： 1)環境溫度 150℃ ,U 0 =1500mV； 第 10 頁 共 26 頁 2)環境溫度 25℃， U 0 =250mV； 3)環境溫度 55℃， U 0 =550mV． 由于所測量的溫度范圍是 25℃～ 55℃ 。所以，在實際應用電路中的電壓信號的輸出量值在 ～ 。 集成濕度傳感器介紹與選型 濕度是表示空氣中水蒸氣含量多少的尺度。在物理學和氣象學中，大氣濕度的表示方法是多種多樣的，而且都有各自的物理量和相應單位。在諸多方法中，習慣使用的是絕對濕度和相對濕度。 ①絕 對濕度：絕對濕度定義為在每立方米濕空氣中，在標準狀態下所含水蒸汽的質量，以字符ρ表示，單位 3g/m 。再由氣體狀態方程式 n n nP U R T? 可得 n n nnP P P1 0 0 0 2 . 1 6 9R T 4 6 1 T 2 7 3 . 1 5 t? ? ? ? ? ?ρ 公式（ 43） 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， 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） 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，國外生產集成濕度傳感器的主要廠家及典型產品分別為 Honeywell公司（ HIH360HIH360 HIH3610型）， Humirel公司（ HM1500、 HM15 HF322 HTF3223型）， Sensiron公司（ SHT1 SHT15型）。 由于 HM1500濕度傳感器的精度較高，測量范圍大，反應時間較快，溫度依賴性比較低，長期穩定性能好，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。 第 11 頁 共 26 頁 HM1500 橋 式 振蕩電路 低 通 濾波器 放大器 HM1500是法國 Humirel公司于 2020年推出的一種基于硬質封裝的 HS1101濕敏電容的電壓輸出式集成濕度傳感器。它將側面接觸式濕敏電容與濕度信號調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，可靠性與長期穩定性高，互換性好，專利的固態聚合物結構，浸水無影 響，長時間處于飽和狀態后能快速脫濕，抗污染能力強。 一、 HM1500的性能特點： ①內部包含由濕敏電容構成的橋式振蕩器、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，溫度系數為177。 %RH/℃，濕度遲滯為177。 %RH，響應時間為 5s。 ③產品的互換性好，抗 腐蝕性強。不受水凝結的影響，長期穩定性指標為 %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，內置放大電路，能輸出與相對濕度呈比例關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，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，引起其介電常數發生變化，從而使元件電容量改變。利用電容量與相對濕度的函數關系即可測量濕度。內部電路框圖如圖 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系： 0U =+ 公式（ 45） U。 第 12 頁 共 26 頁 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， AT 23 C?? ? 時，輸出電壓與相對濕度的對應關系見表 。 表 HM1500的 0U 與 RH的對應關系 ( 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 讀數值加以修正： RH RH???[ 3A1 (T 23 )e???] 公式（ 46） 第 13 頁 共 26 頁 下圖為 HM1500內部電路圖， 圖 8 HM1500 內部電路圖 PLC的選型與模塊配置 選擇合適的機型是 PLC 控制系統的硬件配置的關鍵問題，目前，國內外生產 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。而同一個廠家生產的 PLC 產品又有不同的系列，同一系列又有不同的 CPU 型號，不同系列、不同型號的產品在功能上有較大的差別。因此如何學用合適的機型至關重要。 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點數是 PLC的一項重要指標。合理選擇 I/O點數既可使系統滿足控制要求有可使系統總投資最低。 PLC的輸入輸出點總數和種類應根據被控對象的模擬量、開關量、輸入 /輸 出設備狀況（包括模擬量、開關量、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。考慮到今后的擴充，一般應估計的總點數再加上 15%～ 20%的備用量。 本設計所占用的 I/O點數計算： 第 14 頁 共 26 頁 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；計數值加 1按鈕，需一個輸入點；計數值減 1 按鈕，需要一個輸入點。以上共需要 4 個輸入信號點，考慮以后對系統的調整與擴充留有 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的調整與擴充留有 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存與許多因素有關，如 I/O 點數、控制要求、運算處理量、量程結構等。因此在程序設計之前只能粗略的估算。根據經驗，每個 I/O 點及有關功能器占用內存大致如下： 開關量輸入元件： 10～ 20B/點； 開關量輸出元件： 5～ 10B/點； 定時器 /計數器： 2B/個； 模擬量： 100～ 150B/點； 通信接口：一個接口一般需要 300B以上； 根據上面算出總字數再加上 25%左右的備用量，就可以估算出程序所需要的內存量，從而選擇合適的 PLC內存。 本設計所需 CPU內存的計算： 開關量輸入元件 5點 10～ 20B/點≈ 50～ 120B； 開關量輸出元件： 16點 5～ 10B/點≈ 80～ 160B； 模擬量： 2點 100～ 150B/點≈ 200～ 300B； 總需內存量： 330～ 570B； 本系統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，根據性價比的選擇，根據被控對象的 I/0點數以及工藝要求、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負責執行程序，輸入部分從現場設備中采集信號，輸出部分則輸出第 15 頁 共 26