基于PLC的仓库温湿度调节系统设计.pdf

第 5 期 总第 1 7 4期 2 0 1 2年 l O月 机 械 工 程 与 自 动 化 ME CHANI CAL ENGI NEERI NG AUT MATI N No ． 5 c t ． 文章编号 1 6 7 2 6 4 1 3 2 0 1 2 0 5 0 1 4 8 0 2 基于 P L C的仓库温湿度调节系统设计 袁连余 盐城生物工程高等职业技术学校 ，江苏 盐城 2 2 4 0 5 1 摘要 介绍 了一种仓库 温湿度调 节系统。采用 A T8 9 C 5 2为控制核心 ，通过 AD 5 9 0采集 温度 数据 ，HS l l O 0 ／ 1 i 0 1 采 集湿度数据 ，并可 以进行 L E D显示及报警 ；当温 湿度超 过 阀值 时．自动启 动温湿度控制 系统 ，进 行 温湿度调 节。整个 系统 的数据采 集实时性好 ，故障恢 复速度 快。 关键词 P L C；仓库；温度；湿度 ；调 节系统 中图分类号 T P 2 7 3 文献标识码 A 0 引言 仓库是用来存放商品的重要场所 ， 而防潮、 防霉 、 防腐 、 防燃是仓库管理中非常重要的 日常工作内容 ， 是 检查仓库管理质量的重要标准。仓库环境保持的好坏 会直接影响储备物资的耐用寿命和工作可靠性 。在 日 常工作内容上 ， 要保持仓库环境 中各项参数的恒定， 首 要解 决 的问题是 能够 实 时监 测仓 库 内 的温 湿 度参 数 。 传统技术手段下 ， 仓库环境监测工作 由仓库保管员具 体负责， 存在占用人力资源多、 成本高、 工作量大、 效率 低下等弊端 。本文基于单片机和 P L C设计了一种仓 库 温湿 度调 节系 统 。 1 仓 库温 湿度调 节 系统 的结构 仓库温湿度调节系统是 由温度和湿度传感器检测 仓库中的温度与湿度 ， 通过 A／ D转换将采集 的数据 送入到单片机 中， 并通过 L E D 显示温度与湿度 。当 温度与湿度超过设定 的值时开始报警 ， 人们可 以及 时 地通过外界的条件去改变仓库 中的温湿度， 从而使仓 库 中 的温度 与湿 度保持 在一 个 良好 的环境 中 。 仓库 温 湿度 调节 系统结 构框 图如 图 1 所 示 。主要 包括上位机系统 、 串行 L E D显示 、 报警 电路、 单片机 、 温度检测、 湿度检测、 信号采集通道 、 温度控制系统 和 湿度控 制系统。其 中， 单片 机采用 了性 价 比很高 的 AT8 9 C 5 2 ， P L C 采 用 了 三 菱 公 司 的 F X 1 N 系 列 的 4 8 MR， 湿度传感器采用 了 HS I I O O ／ HS 1 1 0 1电容传感 器 ， 温度 传感 器采用 了 AD 5 9 0 。 2湿度检 测 电路设 计 HS 1 I O 0 ／ HS 1 i 0 1电容传感 器， 如 果使用普 通 的 电子电路实现 ， 则等效于一个电容器件 ， 但不同的是电 容量会随着所测空气湿度的增大而增大 。有 了这一特 性 ， 就可以使用它来测量周围空气的湿度， 之后将相应 的电容值转化为湿度值 。将其电容的变化量转变为人 们可以理解、 计算机能够使用的形式有两种方法 ①将 HS I 1 O o ／ HS 1 1 0 1置 于桥 式 振 荡 电 路 由 电 阻 和 电 容 组成 的 电路 中，所输 出的正 弦 波 电压信 号 经整 流 、 放 大 、 A／ D 转 换 后 ， 变 为 数 字 信 号 ； ② 将HS 1 l O O ／ HS 1 1 0 1 置于 5 5 5振荡电路中， 将 电容值的变化转 为 与之成反 比的电压频率信号， 可直接被 电子设备所采 集转换。湿度检测电路如图 2所示。 厂 ] I ’ J 上 位 机 l 湿 度 控 制 厂 一 1 系统 t ， T 韫度 A 检 D 5 测 9 0 节 点} ．_ A T 8 9 C I 串 行 5 2 _ ． 1 L E D 显示 破 A D 5 9 0 节 点 i J 湿度控制h厂 ． 一报 警 电 路 l 厂 _ ’ 1 一 图 1 仓 厍 温湿 厦 调 节 系 统 结 构 框 图 3 温 度检 测 电路设计 温度检 测元 件 AD 5 9 0用 于测 量 热 力 学 温 度 的 基 本应用 电路 如 图 3所 示 。流 过 AD 5 9 0的 电流 与 其 自 身所处环境 的热力学温度成正 比， 而且 当电阻 R 和 电位器 R 的电阻 之 和 为 1 k f l 时 ， 输 出 电压 随 温 度的变化量 为 l mV ／ K。但 由于 AD5 9 0的增 益随着 周 围环 境 的不 同会 有 所偏 差 ， 而 且 不 同 电 阻 的阻 值 也 有偏差 ， 因此在实际使用时要对电路进行校正。校正 收稿 日期 2 0 1 2 - 0 4 2 3 ；修 回日期 2 0 1 2 0 5 0 7 作者简介 袁连余 1 9 7 4 一 ，男 ，江苏盐城人 ，讲师 ，本科，研 究方 向为 自动化及电工技术。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 2 0 1 2年第 5期 袁连余 基于 P L C的仓库 温湿度调节 系统设计 1 4 9 的方法是 把 A D5 9 0放于冰水混合物 中， 调整 电位 器 R ， 使 U。 一2 7 3 ． 2 2 5 2 9 8 ． 2 mV。但 这样 调整 只适 用 于 0℃或 2 5℃附近 。 图 2 湿 度检 测电路 6 20 kQ 图 3温 度检 测 电 路 4信 号 采集通 道设 计 本文所设计的系统 中， 温度输入信号为 8路的模 拟 信号 ， 对 湿度 的检 测也需 要 大量 采集 点 ， 所 以需要 多 路 信号 采 集通道 的支 持 。基 于 实 际 的 应 用 情 况 ， 采 用 多路 分 时 的模拟 量输入 通 道作 为信 号采 集通 道 。这种 结 构 的信号 采 集 通 道 特 点 为 ① 对 AD C、 S ／ H 要 求 高 ； ② 处 理 速度 慢 ； ③ 硬 件 简单 ， 成 本 低 ；④ 软 件 比 较复 杂 。信 号采 集通道 结 构框 图如 图 4所示 。 A 15 9 0 i 『 ___________ _______ 温 度 检 测 节 点r H S 1 1 o o ／ 1 1 0 1 I l I 湿度 检 测节 点I l 多 N Lf 0 路 持 器H 转 换 器 。 。 I_r 换 I A D 5 9 0 l J 器 f 『 温度检测节点 广 HS1 1 00 ／ 11 01 L I 1 湿度检测节点 I I I壹 l 4信 号 采 集 通 道 结 构 框 图 5系统 软件 设计 系统软件主程序的设计应考虑以下问题 ①温湿度 的 L E D显 示 ； ② 温 湿 度 数 据 的采 集 ， 非 正 常数 据 的 滤 波 ； ③参数超过阀值 时的报警和处理 ； ④温湿度参数的 标度转换。通常， 符合上述功能的温度控制程序 由主程 序 和 T O中断服务 程序两部分 组成 。这里所需 要注意 的 是标度变换， 标度变换的目的是要把实际采样的二进制 值转换成 B C D形式的温度值 ， 然后存放到显示缓冲区 3 4 H～3 B H。对一般线性仪表来说 ， 标度变换公式为 一 A 一 Ao A 一Ao 三 。 1 m 』 ’0 其 中 A 为实际测量值 ； A。为一次测量仪表的下限； A， 为一次测量仪表 的上限； N。为仪表下限所对应的 数字量 ； N 为仪表上 限所对应 的数字量 ； N 为测量 所 得数 字量 。 系统 软件处 理 流程 如 图 5所示 。系统上 电时首 先 要进行各设备的初 始化 ， 特别是对 P L C程序的写入， 以及温度和湿度传感器的配置写入， 之后通过信号采 集通道 进行 仓库 环境 温湿 度 的采集 。当温湿 度超过 事 先设定好的阀值 时， 会触发报警电路进行报警， 之后随 即开启温度和湿度控制系统 ， 进行仓库温湿度的调节； 无论 采集到 的温湿 度数据是 否超过 阀值 ， 都要通 过 L E D屏 幕进 行显 示 。 N 图 5系统软件处理流程 6结论 该 温湿度 检 测器 的设计 精巧 ， 功 能完善 ， 能 够对最 多高达 8路的环境进行检测， 对仓库 的应用环境来说 具有 很 大 的实 用 性 。在 对 温 度 进 行 测 量 时 采 用 的 是 AD 5 9 O ， 它非常适合于实际中相对恶劣环境下的使用 ， 不但工作环境面大 ， 条件要求简单 ， 而且 抗干扰能力 强， 数据最远传输达百米 以上 。总体来说， 系统不但实 用性 较强 ， 而且 稳定 性 和耐久 度都 非 常好 。 参 考 文 献 [ 1 ] 曹爱华 ． 张峰 ， 丁冉． 基于 D S P和 C P I D的电机智 能保护 装置的设计[ J ] ． 电工技术 ， 2 0 0 9 1 7 7 7 8 ． [ 2 ] 胡汉才． 单片 机原 理及接 口技术 [ M] ． 北 京 清华大 学 出 版社 ， l 9 9 6 ． E 3 ] 周 兰． 基于 D S P和 C P L D的无位置 传感器无 刷直 流电动 机控制 系统 E J 3 ． 自动化信息 ． 2 0 1 0 6 4 6 4 7 ． [ 4 7 李 志全 ． 智 能仪 表设 计原理 及应用 [ M] ． 北 京 国防工 业 出版社 ． 1 9 9 8 ． E 5 3 何希才 ， 虹敏． 传 感器应 用接 口电路 [ M] ． 北京 机械工 业 出版社 。 1 9 9 7 ． 英 文摘 要转 第 1 5 2页 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m l 5 2 机 械 工 程 与自 动 化 2 0 1 2年 第 5期 控制系统中体现 出了非常好的控制性能。 6 O 5 0 4 0 坦 3 O 疑 2 O 1 O 6 0 5 0 逞4 0 撂 3 0 2 0 1 0 0 1 0 0 2 0 0 3 0 0 4 0 0 5 00 6 0 0 时 间／ s 图 5 P I D控制器液位响应 曲线 0 1 0 0 2 0 0 3 0 0 4 00 5 0 0 6 0 0 时 间／ s 图 6 模糊 P I D控 制器液位响应曲线 5 结论 基于 d S P AC E实时控制测试平台， 进行 了双容水 箱串级液位控制系统的快速控制原型实验 ， 对 P I D控 制算法和模 糊 P I D 控制算 法进行 了对 比实验 研究 。 由于模糊控制算法对控制对象 的模型不敏感 ， 具有较 强 的鲁棒性 ， 但 是 因其 模糊判 断 的天然 特性 ， 会在 控制 目标 附近产 生 震 荡 。 而模 糊 控 制 和 常 规 P I D 控 制 算 法相结合 ， 既具备模糊控制算法动态性能优越的优点 ， 又体现了 P I D控制算法静态特性较好的优势， 在液位 控制系统中获得了非常好的控制效果。从控制器的设 计过 程也 可 以看 出， 利用 d S P A C E平 台 的快 速 控制 原 型实验功能以及 C o n t r o l D e s k的在线调参功能， 大大 简化了设计复杂控制器的操作过程 ， 提高 了设计环节 的工作效 率 。 参考文献 [ 1 ] 朱鹰屏 ， 王耀南 ． 基于模糊 P I D原理的液位 控制器 的设 计 [ J ] ． 控制系统 ． 2 0 0 5 。 1 2 4 3 5 - 3 8 ． [ 2 ] 李兵 。 方敏． 模 糊 P I D液位控制系统的设计与实现E D ] ． 合 肥 合肥工业大学 ， 2 0 0 6 1 0 1 3 ． [ 3 ] 孙红英 ． 颜德文 ， 李文武． 基于 参数 自整定模 糊 P I D的三 容水箱液位控制[ J ] ． 电气应用 ， 2 0 0 6 ， 2 5 8 9 7 9 9 ． [ 4 ] 马成玲 ， 齐 向东． 水 位模糊 P I D系统 的设计[ J ] ． 信 号与 系 统 ， 2 0 1 1 ． 1 3 6 6 8 7 0 ． [ 5 ] 马培蓓 ， 吴进华 ， 纪军 ． d S P AC E实 时仿 真平 台软 件环 境 及应用[ J ] ． 系统仿真学报 ， 2 0 0 4 ． 1 6 4 6 6 7 6 6 8 ． [ 6 3 陶永华． 新型 P I D控 制及其应 用[ M] ． 第 2版． 北 京 机械 工 出 版社 ， 2 0 0 2 ． App l i c a t i o n o f Fu z z y PI D Co nt r o l i n Li q u i d Le v e l Ca s c a d e Co n t r o l S y s t e m HUANG Bi a o ，Z HANG J i n g - g a n g S c h 0 o l o f El e c t r o n i c s I n f o r ma t i o n En g i n e e r i n g，Ta i y u a n Un i v e r s i t y of S c i e n c e a n d Te c h n o l o g y，Ta i y u a n 0 3 0 0 2 4，Ch i n a Ab s t r a c t A r e a l t i me s i mu l a t i o n o f r a p i d c o n t r o l p r o t o t y p i n g e x p e r i me n t i n wh i c h t h e r e s e a r c h o b j e c t i s a d o u b l e - wa t e r t a n k l i q u i d l e v e l c o n t r o l s v s t e m b a s e d o n d S P ACE s i n g l e b o a r d s y s t e m DS I i 0 3 i s d o n e ． Th e d u a l - c l o s e d l o o p c a s c a d e c o n t r o l s y s t e m wh i c h s e D a r a t e l v u s e s c o mmo n PI D c o n t r 0 l a n d f u z z y PI D c o n t r o l a s t h e ma i n c o n t r o l l e r f o r c o n t r a s t ，i s a p p l i e d t O t h i s s y s t e m． Ex p e r i me n t a l r e s u I t s s h o w t h a t t h e f u z z y PI D c o n t r o l a l g o r i t h m i n l i q u i d l e v e l c o n t r o l s y s t e m h a s g e t s e n s a t i o n a l c o n t r o I e f f e c t ． Ke y wo r ds d SPACE；l i qu i d l e v e l ；f u z z y PI D c on t r ol 上接 第 1 4 9页 De s i g n o f W a r e h o u s e Te mpe r a t u r e a nd Hu m i d i t y Co n t r o l l i ng S y s t e m Ba s e d o n PLC YUAN Li an - y u Ya n c he n g Bi o l o g i c a l En g i n e e r i n g H i g h e r Vo c a t i o n al Te c hn ol o g y S c h o o l ，Ya n c he n g 2 2 4 05 1 ，Ch i n a Ab s t r a c t Th i s p a P e r i n t r o d u c e s a wa r e h o u s e t e m p e r a t u r e a n d h u mi d i t y c o n t r o l l i n g s y s t e m ．wi t h a n AT8 9 C5 2 a s c o n t r o l c o r e ，wh i c h u s e s AD5 9 0 t O a c q u i r e t h e s a mp l e t e mp e r a t u r e d a t a a n d HS I 1 0 0 ／ 1 1 0 1 t O a c q u i r e t h e s a mp l e h u mi d i t y d a t a ，a n d h a s t h e f u n c t i o n s o f LED d i s p l a y i n g a n d a l a r mi n g ．I t wi l l s t a r t t h e t e mp e r a t u r e a n d h u mi d i t y c o n t r o l s y s t e m t O a d j u s t t e mp e r a t u r e a n d h u mi d i t y wh e n t h e t e mpe r a t u r e a n d hu mi di t y b e yo nd t h e s t a nd a r d s ．The wh ol e s ys t e m i s of g o od r e a l t i me p e r f or ma nc e ． Ke y wo r d sPLC；wa r eh ou s e；t e m p e r a t u r e ；hu mi di t y；c on t r o l l i n g s y s t e m 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m