基于PLC的粮仓通风控制系统设计

PAGE基于PLC的粮仓通风控制系统设计摘要我国粮食产量居世界前列粮食储存显得尤为重要。储存方法不得当，会造成发霉、变质等严重损失，由于各神粮食对温度湿度的要求不同，准确控制湿度和温度尤为重要控制，为此本文设计了粮库自动通风系统，能够实时监测粮库的温湿度，并能实时监测粮库的温度和湿度，对粮食的存储起到了非常大的作用。本设计采用PT100温度传感器以及QFA3160室内湿度传感器进行采集温湿度数据，监测部分采用组态MCGS进行监测，当粮仓储粮温湿度超过一定范围时，可实现通风操作。关键词：；；；AbstractItisparticularlyimportantforChina'sgrainproductiontobeintheforefrontoftheworld.Improperstoragemethodswillcauseseriouslossessuchasmildewanddeterioration.Duetothedifferentrequirementsoftemperatureandhumidity,accuratecontrolofhumidityandtemperatureisparticularlyimportant.Therefore,theautomaticventilationsystemofgraindepotisdesignedinthispaper,whichcanmonitorthetemperatureandhumidityofgraindepotinrealtime,andmonitorthetemperatureandhumidityofgraindepotinrealtime,whichplaysaveryimportantroleingrainstorage.Inthisdesign,PT100temperaturesensorandqfa3160indoorhumiditysensorareusedtocollecttemperatureandhumiditydata.ConfigurationMCGSisusedtomonitorthemonitoringpart.Whenthetemperatureandhumidityofgrainstorageinthegranaryexceedsacertainrange,ventilationoperationcanberealized.Keywords:PLC;temperaturesensor;humiditysensor;configurationmonitoring目录TOC\o"1-3"\h\u699摘要 I28023Abstract II23387第1章绪论 1173161.1课题的背景 1169081.2课题意义 138371.3国内外研究现状 1178891.4本文的研究内容 29595第2章系统概述 385872.1系统设计主要技术指标与参数 396502.2设计总体方案 354792.3PLC的系统组成 325149第3章系统的硬件设计 6139673.1传感器的选型与设计 674343.2PLC的选型与模块配置 6172643.3监控方案的设计 7302533.4IO表分配 745723.5设计硬件接线图 729195第4章系统软件设计 928124.1系统主程序 9230684.2程序介绍 102962第5章监控设计及仿真 1352795.1MCGS组态监控 13295335.2仿真实现 1413032结论 2017575致谢 2113113参考文献 2232070致谢 266723附录 27PAGEPAGE1第1章绪论1.1课题的背景温湿度与人类生产和生活密切相关，也是记忆中最常见、最基本的工艺参数。因此，有必要确定和控制温度和湿度。错误的储存方法会造成严重的损失，如发霉和变质。由于不同的温度和湿度要求，准确调整湿度和温度以控制，控制自动化专家设计的粮仓自动通风系统，能够实时监测粮仓的温湿度，对粮仓的安全生产具有重要意义它在粮食储藏中起着作用。本设计以西门子S7-200为例主要组件。Plc是一种新型的通用自动控制技术，即计算机技术和自动控制技术这个使用方式具有功能强、可靠性高、使用灵活舒适等优点，易于编程，适用于以下条件下的工业粮仓使用粮食储藏。近年来，工业自动化、机电一体化、传统工业技术等方面的应用日益广泛，使之成为现代工业的三大支柱之一是的，现在PLC的应用已成为世界性趋势，PLC在我国得到了充分的推广和应用。1.2课题意义基于PLC的粮仓通风系统温湿度检测，结合多传感器系统，这个利用多传感器信息进行检测，智能测控系统解决方案这个温湿度采集是现阶段的热门话题。温湿度的检测、检测和控制在粮食储藏控制系统中起着重要的作用。因此，选择合适的采集方案对本课题的研究具有重要意义。本文主要介绍了对粮仓储粮的温湿度进行检测和监控装置的设计方法。此装置不仅可以监控粮仓储粮的温湿度，还可以对高于上限的温湿度时进行通风操作，当温湿度低于下限的温湿度进行报警操作，通过该方案的设计，可以有效的解决温湿度的采集以及检测，实践证明该方案可以用于实际中。可以用于实际生活中的温湿度检测以及采集，并能够取得良好的效果。1.3国内外研究现状在21世纪的高新技术开发中，高点传感器技术被视为所有国家现代高新技术开发的关键。从1980年以后，中国在国家的高新技术开发的重要方向性里(上)传感器技术也包含了的1970年代开始，日本，欧洲等的西方各国和美国作为高新技术开发的优先事项举出了传感器技术。国家科学技术和国家防卫技术正在开发。21世纪是信息电子时代的人类完全进入的象征，作为3个支柱之一的传感器技术，确实在信息技术中急速发展。传感器技术的发展（1）精度高，为了提高测量精度，有必要实现传感器的精度。（2）小型化，为各种测试领域提供尽可能小的尺寸和光传感器。（3）先进的多功能集成在同一芯片上集成传感器，放大器，温度补偿电路等，以减小体积，增强电阻，或组合多个功能敏感元件（具有相同功能）集成多个敏感元素）。（4）数字化允许传感器通过接口直接与计算机通信。传感器是一个复杂的系统，它结合了计算机和传感器，智能传感器不仅结合了检测，信息处理，推理，关联和控制功能，而且还具有更多的逻辑功能。1.4本文的研究内容本论文针对粮仓对温湿度要求高的特点，结合所学自动化专业知识和社会生产实际情况，设计了一款粮仓通风控制系统。本文的主要介绍了粮仓通风控制系统总体设计方案的选择，系统的硬件选型和系统的软件设计，系统的总体联调监控。使用编程软件编写出粮仓通风控制系统的全部控制程序，并对系统的必要程序段做出了分析和解释，使用组态软件MCGS绘制出粮仓通风控制系统的整体画面，并进行数据变量的关联，通过PLC与组态的通讯，最终调试完成设计出一套全新、完整的粮仓通风控制系统。本文利用PLC可编程控制器设计温湿度检测监控系统，该系统自动化程度高、稳定性强、操作方便、维修极为简单、程序修改便捷。通过本系统的具体设计，完成了以下几个方面：1、总结了系统的研究背景、研究目的、意义等进行概述。2、是系统的总体设计；3、是系统硬件设计概述，包括I/O分配、系统硬件设计；4、系统软件设计，包括系统软件需求概述、系统软件流程图和主控图；5、对系统监控部分画面以及对程序的仿真进行介绍，并论述仿真结果。6、总结，对现阶段的工作成果进行介绍并总结PAGEPAGE5第2章系统概述2.1系统设计主要技术指标与参数1、它能准确地测定储粮库中粮食的温度。温度范围为0℃～100℃，这是±1/4℃的常用室温精度。2、它能准确地检测出储粮库中储粮的湿度，湿度范围为（0%～100%）。3、可同时实现温湿度监测，实现温湿度报警。4、设计了传感器的接线电路、监护仪的连接电路、SPS配电盘、导线图、操作台及元器件的选择和计算。2.2设计总体方案系统总原理框图如下图2-1所示。，主要包含温度传感器，湿度传感器，电源系统，PLC，以及监控报警系统。温度传感器温度传感器湿度传感器电源系统PLC显示、通风、报警装置图2-1系统总原理框图2.3PLC的系统组成PLC主要由四部分组成：CPU模块、输入模块、输出模块、编程设备和各种特殊模块，如图2-2所示。图2-2PLC的基本结构1、CPU模块CPU模块又称CPU，由CPU芯片和存储器组成。在PLC控制系统中，CPU模块是最重要的。每个PLC语句中必须至少有一个。它主要通过扫描采集输入信号并存储在相应的存储器中，执行程序并更新控制系统的输出。同时，还可以诊断电源及其PLC的工作状态，以及编程时语法类可能出现的错误。2、电源模块该电源用于提高SPS的供电质量。一般采用220伏电源或24伏直流电源。SPS的其他模块也由电源供电。电源一般为直流5V、24V等直流电源。3、I/O模块I/O模块是输出模块和输入模块，是连接外部现场设备和CPU模块的主通道。输入模块负责接收和采集输入信号。输入模块用于控制屏蔽、显示、定时器等输出设备，并具有电平转换和隔离功能。4、编程装置编程设备用于编写程序、生成用户程序、编辑、审查、修改和监视程序执行。目前，编程软件已取代三菱GX开发人员、西门子S7-200开发人员等编程设备，直接在计算机上生成可编辑的主图，实现多种编程语言之间的转换。5、特殊模块在现代工业中，仅仅依靠通用的I/O模块无法解决一些特殊的控制任务，因此现在已经开发出许多不同种类的特殊功能模块来扩展应用范围，用来实现一些CPU无法实现的、完全独立于CPU的特殊功能单元。例如通信接口模块、温度模块、脉冲输出模块等。PAGEPAGE21第3章系统的硬件设计3.1传感器的选型与设计1、温度传感器选择以此温度变送器pt100为例，其测量温度范围为0℃～100℃，对应输出为0～10v电压信号。2、湿度传感器选择主要测量高压清洗机工作状态下的管道内压力值，性能要求压力最大值1.5MPa时，输入0～10v电流信号给EM235的模拟量输入端时，EM235转换的数字量为0～32000。3.2PLC的选型与模块配置通过比较，本文采用SIEMENS公司的S7-200系列PLC，该PLC简单易学适合初学者。（1）CPU模块本设计选用S7-200系列PLC的CPU的型号为CPU226（24输入/16输出，I/0共计40点）和模拟量输入模块EM231。表3-1所示为如何使用DIP开关设置EM231模块。开关1、2和3可选择模拟量输入范围。所有的输入设置成相同的模拟量输入范围。下表中，ON为接通，OFF为断开。表3-1EM231选择模拟量输入范围的开关表单极性满量程输入分辨率SW1SW2SW3ONOFFON0到10V2.5mVONOFF0到5V1.25mV0到20mA5uA双极性满量程输入分辨率SW1SW2SW3OFFOFFON-5V到+5V2.5mVONOFF-2.5V到+2.5V1.25mVEM231输入数据格式CPU中12位数据值的存储格式是最高有效位是符号位：0表示正数据字，1表示负数据字。3.3监控方案的设计本文采用昆仑通态的触摸屏进行监控，对于画面而言，需要监控实时温湿度，以及报警指示灯，同时可以实时监控时间，对于时间而言，昆仑通态触摸屏内部时钟芯片，只需要在监控时，添加相应的控件，就可以实时的监控时间。在触摸屏的设计中，主要采用的软件为MCGS，当设计好相应的MCGS组态软件后，通过U盘或者网线将相应的配置文件下载到触摸屏中，再与PLC进线连接，就可以完成本次监控设计。3.4IO表分配表3-2IO表分配输入功能输出功能AI0湿度传感器输入Q0.0温度超高指示并通风装置AI2温度传感器输入Q0.1湿度超高指示并通风装置Q0.2温度超低指示灯Q0.3湿度超低指示灯3.5设计硬件接线图在设计中，主要使用的PLC的模拟量输入模块EM231中的两路模拟信号输入，同时输出端采用Q0.0、Q0.1输出连接指示并通风装置，Q0.2、Q0.3四个输出口连接报警指示灯，同时监控部分采用触摸屏监控，通过PPI连接方式进行连接，具体的硬件接线图如下图所示。图3-2总设计框图PAGEPAGE26第4章系统软件设计4.1系统主程序本章借助于step7软件，利用结构化编程的方法，针对各个功能设计了本数控系统的软件。软件设计是最终设计的核心组成部分。软件设计是将软件需求转化为软件的具体设计的过程。模块式结构设计是根据要求事项和硬件设计，整个系统的功能被分为多个小的功能模块，编写程序过程是依靠这些小型功能模块进行的。如果系统存在问题的话，可以从各个功能来发现问题，这样就可以缩短问题解决的时间。所以在设计这个系统整个过程中，必须把软件硬件连接在一起，不能使它们分开。软件设计的步骤可概括为以下三点：⑴根据系统控制要求来设计程序，在设计的过程中要掌握合理的编程方法以及设计需求，这样才能使得设计的程序达到系统要求。⑵根据系统要求画流程图就使得在设计程序的时候，步骤清晰，同时可以减少出错，这样就可以减少程序设计的工作时间。⑶编写程序的过程中，选用适当的程序模块，并构成一个有机的整体。本次设计的粮仓温度湿度监控系统主要测试的是室内粮仓储粮的温湿度，通过PLC模拟端口进行采集模拟量，从而简化了程序的设计，提高了程序运行的可靠性。图4-1主程序基本流程图4.2程序介绍从程序图中可以看出，先将湿度传感器以及温度传感器的值送给变量，然后乘上相应的比例就可以计算出此时的温度以及湿度，当温湿度超过上限报警并通风装置或者低于下限时进行报警。第5章监控设计及仿真5.1MCGS组态监控MCG的构成软件包含三个版本：网络版、一般版本和嵌入版。它具有完善的功能、简便操作、良好的视认性和强大的保守性能。通过与其他相关硬件设备的组合，可快速且方便地开发用于现场获取、数据处理和控制的各种设备。用户可以简单地构筑自己的应用系统，例如各种智能设备的灵活配置、数据收集模块、纸张记录器、无人字段获取站、机器接口和其他特殊设备。本次设计中，采用MCGS进行编写组态界面，主要包括温湿度的监控以及温湿度的报警并通风功能，在设计完成后，再将此MCGS界面下载到触摸屏中，其中MCGS界面如下图所示。其中监控界面与PLC的连接采用如图5-1所示的PPI通信方式进行通信。图5-1通信方式图5-2组态界面5.2仿真实现设计系统的控制程序是用梯形图语言编写的，对系统进行仿真调试，并在语句中出现问题。该软件将方便地提示和更正。因此，检查头文件中是否存在问题是软件调试的一项重要任务。然后，根据设计要求的精确定义，对程序的精度进行检查，确定初始化过程，为后续程序的实施铺平道路。S7-200系列小型PLC具有诸多好的特点，如通用性好、兼容性强、适应性广。现在它的仿真软件有三个版本：分别是西班牙文原版和中文版以及英文版。由于语言的限制，原文不适合我们使用。因此，我认为英文版是一个具有最好的兼容性和真正的普遍性。只要下载到电脑上，就可以反复进行编程、调试、模拟，直到编程程序达到预期功能为止。而且，如果有机会使用真正的PLC实验组，则可以通过验证程序直接控制实验电路的运行，使得工作的时间大幅度缩减。通过以上软件设计，设计了主流程图、温湿度读数流程图，并在此基础上设计了相应的程序，通过编写STEP7-MicroWIN_V40_SP7软件，编译正确后，在文件菜单中导出为awl文件，打开图5-3所示的仿真软件，将awl文件加载到图5-4所示的S7-200仿真加载界面。加载完成后，按运行键后界面如图5-5所示。图5-3仿真文件图5-4仿真加载界面将CPU型号改为CPU224XP，并监测模拟量的输出，这里面的输出是电压信号，本文采用的温湿度传感器为0-10v的电压信号，为此在模拟时略有偏差，具体过程如下图所示。检测到信号，同时温湿度超高，报警并通风。图5-5仿真运行界面为了测试MCGS监控界面的准确性，进行了MCGS模拟采集，当温湿度高于设定上限时，通风并报警，正常值时不作操作。图5-6温度超高以及湿度超低图5-7温度超低以及湿度超高图5-8温湿度正常PAGEPAGE27结论对于本次设计而言，虽然考虑了很多方面，在查阅了很多资料以及文献，并在此基础上基本验证了该方案的可行性，本次设计的粮仓通风控制系统。有自动化、系统稳定、利于操作、维修极为简单、程序修改便捷。通过本系统的具体设计，完成了对系统的研究，并对该系统进行概述；系统所有的子系统的作用和意义进行概述；对系统的硬件设计和系统软件进行调试和仿真，结果表明该系统的可行性。在设计过程中主要是对PLC进行选择，然后进行设计方案的选择，并在此基础上完成PLC的I/O表中的输入输出的定义，并绘制相应的流程图，而后通过编写软件进行功能验证，最终完成了相关的设计。通过本次设计，对PLC的设计方法，编程技巧有了一定的掌握，对于后期继续对本课题的开发也有了一定的了解，同时对其中的各种器件的使用有了一定的了解，对于后期的开发也是相当的方便，对于后期的项目开发而言，也是非常便利，对于本次设计，我学到了很多，收获了很多，对未来从事的行业也有了一定的信心。对于本次设计而言，虽然考虑了很多方面，在查阅了很多资料以及文献，并在此基础上基本验证了该方案的可行性，在设计过程中，主要是采用仿真的手段进行设计，并没有进行实物的验证，这一导致在进行实物开发时，需要进一步完善该系统，同时在仿真验证时，无法对电路进行调试，为此在制作实物时，也需要对其进一步完善。由于时间问题本次设计没有进行实物验证，在接下来的时间进一步完善这一课题，希望能够做出一款真正适合实际应用的基于PLC的温湿度检测以及监控装置。致谢毕业设计任务下达后，老师就召开了小组会议为本设计的设计内容进行确认，并有耐心地对本设计每一个人的课题进行了分析解惑，给出了很多有效的建议。本设计便开始了这一段充实的毕业设计路程。现如今毕业设计已接近尾声，感谢老师在毕业设计过程中继续给笔者所提供的建议和指导。在这个为期几个月的毕业设计中做到了以前无法做到的事情，每天都把时间安排的满满的，每天都在寻找材料，但感到它每天都在收获，并且每天都充实。在指导老师的热情的帮助下，经过几个月的不断持续的努力，终于把粮仓通风控制系统设计和调试做好了。自从老师给本设计课题设计确定那天开始，老师、学长和同学们就开始向提供他们在这方面的不同的建议和帮助。从早期的计划，决定到需要的元件的选择、电路修改和调试、程序编译和修改、论文编写等，其中许多都包括细节。在这期间要非常感谢老师的无私帮助，我完成了设计。感谢大学这几年教导我的任课老师、班主任，在他们的帮助下，我学到了很多的知识，也在他们的帮助下，我才得到成长。也感谢大学同学以及舍友给我的帮助，在这大学四年给了我莫大的帮助以及支持，感谢学校给我这一一个良好的氛围才能让我顺利的毕业，在这毕业之际，让我由衷的说声感谢，多谢这几年遇到的各种帮助与支持，也万分感谢母校给与帮助。当然，在我求学期间，还要感谢我深爱的父母亲一直以来对我无怨无悔的付出、支持、关爱、尊重和信任，在我学习、生活、感情、工作上遇到困难时，是您们帮我抵御风霜，谢谢您们。我是幸运而幸福的，我知足并且义无反顾的在大家的关爱下坚持自己的信念和理想一路前行。PAGEPAGE47参考文献[1]李旺昆.基于PLC的农业大棚温湿度检测控制系统设计与研究[J].科技视界,2018(29):61-62.[2]何璐兵.基于PLC的温湿度自动控制系统的设计[J].山东工业技术,2018(21):132.[3]郭志冬.基于PLC和组态技术的温度湿度控制系统设计[J].济源职业技术学院学报,2018,17(03):79-82.[4]王珂.基于PLC的土壤温湿度远程监控系统设计[J].电子制作,2018(17):26-28.[5]林益宏,赖亦环.基于PLC的温室环境控制系统的研究应用[J].电子世界,2018(13):161+163.[6]杨川,蔡君巍.基于模糊控制的工艺空调温湿度控制系统的设计[J].山东工业技术,2018(14):1-3.[7]陈蓓玉,管振玉.基于PLC的现代农业大棚自动控制设计[J].机电信息,2018(15):162-163.[8]张学辉.基于S7-1500PLC的温湿度控制系统设计[J].中国仪器仪表,2018(05):71-74.[9]董宝划.移动式肼-70保障车自动监控系统的设计[D].南京大学,2018.[10]郭敏,占君,庄信武.基于PLC的除湿机控制和调试系统设计[J].国外电子测量技术,2018,37(01):60-63.[11]傅康.基于PLC的蚕种催青温湿度控制系统设计[J].广东蚕业,2017,51(12):6.[12]曾令培.基于PLC的智能农业温室大棚控制系统设计[J].南方农机,2017,48(19):38-39.[13]张飞云,张鹏.基于PLC和组态王6.55的智能鸡舍监控系统[J].许昌学院学报,2017,36(05):58-61.[14]张宏伟,邵帅帅.基于PLC和组态王的香菇生长监控系统设计[J].软件导刊,2017,16(09):108-110+113.[15]张宏伟,解应博.基于PLC的多参数监测控制系统设计[J].电子测量技术,2017,40(09):246-251.[16]丁静,陶晔,孙进.基于PLC与MCGS组态技术的温湿度控制系统设计[J].中国农机化学报,2017,38(08):87-90+124.[17]丁静,陶晔.基于PLC与CAN总线的多传感器温湿度监测系统设计[J].农业装备技术,2017,43(04):12-14.[18]薛军,周林立.基于PLC的粮仓环流熏蒸系统设计[J].工业仪表与自动化装置,2017(03):95-100.[19]牛红林.基于PLC控制的养殖场氨气生物氧化装置的研发[D].山东农业大学,2017.[20]李晓君.基于PLC的热泵除湿控制系统设计[D].青岛大学,2017.[21]王宏涛,李红莉,程真英,陈晓怀.基于PLC的温室自动监控系统设计[J].实验室研究与探索,2017,36(05):21-23+71.[22]曾文果.基于柑橘根部灌溉系统的数据采集、分析与研究[D].云南农业大学,2017.[23]董芳针.基于宽带电力线载波技术的工业物联控制节点的设计[D].贵州大学,2017.[24]李锦杰,费旭云,毕松.基于PLC的温湿度智能控制系统设计[J].自动化应用,2017(04):57-58+110.[25]吕汉扬.PLC在计算机空调机房温湿度控制中的应用[J].电子制作,2017(07):55-56.[26]龙彬,罗维平,李伟雷.基于PLC和人机界面的纺织厂空气质量监测系统研究[J].变频器世界,2017(03):78-80.[27]常云峰.基于松下PLC机房精密空调温湿度采集系统的设计与实现[J].记者摇篮,2017(03):8-10.[28]魏伟.基于嵌入式的工业现场远程监控系统的研究与开发[D].北京邮电大学,2017.[29]冉广鹏,傅允准.基于WinCC和S7-200PLC的转轮除湿多点温湿度监测系统[J].轻工机械,2017,35(01):50-53.[30]李澍源,余文泉,兰家祥,林寿英.基于PLC的自动浇灌系统的设计[J].南方农机,2017,48(01):29-30.[31]闫金瑞,胡原凯,张立辉.基于PLC和触摸屏的粮仓温湿度监测系统设计[J].黑龙江科技信息,2017(01):165-166.[32]王磐,洪苑乾,黄汉英,胡月来,聂少伍,赵思明.基于PLC的模糊PID控制器在热风干燥箱上的应用[J].食品与机械,2016,32(12):100-104.[33]王昌.基于PLC的节能