基于PLC小型气象站设计(毕业设计)

基于PLC小型气象站设计

摘要

本论文着重介绍了以西门子公司生产的S7-200系列的PLC为主要控制元件，实现对外部环境的风速、大气压、温度和湿度进行实时监测和显示，以及当某项或多项空气指数超出设定的范围时系统会作出报警以警示人们当前环境对人某方面的危害；当这四种空气指数都符合舒适度的设定时，系统会输出显示为舒适。以上这些功能都是我们通过对PLC的编程实现的。

本设计采用多种传感器，包括温湿度传感器、风速传感器以及大气压力传感器。这些传感器具有反应速度快、测量精度高、耗能低、自身功能强大和价格低廉等优点。当外部传感器监测到外部环境所对应的空气指数后通过变送器将电阻电流信号转换成标准模拟信号输入到模拟量输入扩展模块，然后输入模块通过计算和处理这些数据传输到CPU中，并储存在内部寄存器中；最后系统通过以太网模块的传输将测得的温湿度、风速和大气压传到上位机得到显示，当数值超过限定范围时会做出相应的报警。本设计的小型气象站的测量精度非常高，实时性也比较高，所以完全可以应用到日常生活中去。

关键词：PLC，编程，传感器，显示

Based on PLC small station design

ABSTRACT

This paper introduces the Siemens S7-200 series PLC as the main control components, realize the external environment of wind speed, atmospheric pressure, temperature and humidity for real-time monitoring and display, and when one or more of the air index was beyond the scope of setting the system will alarm to warn people about the dangers of the current environment of a certain aspect; When the four air index meet the comfort setting, system will display the output for comfort. These functions are based on PLC programming .

This design USES a variety of sensors, including temperature and humidity, wind speed sensor, and the atmospheric pressure sensor. These sensors have reaction speed, high precision, low consumption, and its powerful functions and the price is low wait for an advantage. When an external sensors to detect the external environment of the air index after through the transmitter converts resistance current signal into standard extension module analog signal input to the analog input, and then input module through calculation and processing these data to the CPU, and stored in the internal register. Finally system through Ethernet module of transmission of the measured temperature and humidity, wind speed and atmospheric pressure is displayed to the upper machine, makes the corresponding alarm when numerical exceeds the limits. The design of small stations has high measurement precision, and has a high real time capability, so it can be applied to daily life.

KEY WORDS: PLC，Programming，The sensor，Display

前言 (1)

第1章概述 (2)

1.1 本课题研究的意义 (2)

1.1.1 国外发展历程 (3)

1.1.2 国内发展历程 (3)

1.2 小型气象站的应用情况 ........................ 错误!未定义书签。

1.2.1 在农业反面的应用 ...................... 错误!未定义书签。

1.2.2 在防灾和电力运输方面的运用... 错误!未定义书签。

1.2.3 本设计的应用 .............................. 错误!未定义书签。

1.3 研究的主要工作 (5)

第2章控制方案 (6)

2.1 控制原理分析 (6)

2.2 控制要求 (7)

第3章设备的选型 (9)

3.1 传感器的选型 (9)

3.1.1 大气压力传感器 (9)

3.1.2 风速传感器 (10)

3.1.3 温湿度传感器 (10)

3.2 PLC的选型 (11)

3.2.1 PLC的I/O点分析 (11)

3.2.2 PLC扩展模块的选型 (12)

3.3 设备清单 (13)

3.4 PLC的I/O接线图 (14)

第4章软件设计 (16)

4.1 主程序流程图 (16)

4.2 程序梯形图 (17)

4.2.1 主程序 (17)

4.2.2 压力处理 (18)

4.2.3 湿度处理 (21)

4.2.4 风速处理 (23)

4.2.5 温度处理 (28)

4.2.6 舒适度判断 (30)

第5章仿真 (31)

5.1 仿真软件的确定 (31)

5.2 程序的仿真 (31)

结论 (40)

谢辞 (41)

参考文献 (42)

外文资料翻译 (44)

前言

大气是人类赖以生存的环境之一，但是由于工业化的推进，我们大部分城市的大气已经受到了不容忽视的污染[1]。而大气污染同时也给人们的日常出行和日常工作造成了不同程度的干扰，因此我设计了一款小型气象站，本设计的气象站可以实时、准确的监测大气中温湿度、风向和大气压等指数。它不仅可以监测到具体数据，还能够根据所检测到的具体数据做出相应的输出反应。比如当温度远超过系统所设定的舒适值时，系统的温度报警器就会做出反应，相对于的温度蜂鸣器就会发出警报，提醒人们当前室外温度对人体可能造成危害。

从20世纪40年代以来，许多国家都开始对自动化气象站进行了研究和论证。过了10年到了50年代中期，电子工业的飞速发展，不少国家开始出现了各种类型的气象观测站。到了60年代中期，气象观测技术又得到了一步提高，这次是观测精度得到了提高，运行可靠性上面得到了加强。随后的几十年，不论是在监测精度上还是在数据传输可靠性行上等问题都得到很大的提高。

我国是在20世纪50年代后期开始对自动气象观测站开始了研究，至今已经有50多年的历史了。自动气象站已经在我国运行很多年了，在这期间气象工作者不断的积累经验，在错误中成长，如今我国的自动气象技术也在逐步和世界最先进技术拉近距离，缩短差距。我们存在的问题也不少，比如大部分都采用集中结构，由于数据采集器的生产厂家不同，各个厂家的生产标准不一样，这就给气象站的维修和维护带了很大的困扰；我国的自动气象站主要还是采用进口的产品，由于技术和工艺的原因，很多产品不能直接进行升级，这就造成了很大的浪费。

由于目前的环境变幻莫测、愈发的恶劣，因此本设计的小型气象站要解决的问题第一是可以监测户外的恶劣环境，第二是将监测到的数据通过计算和系统的分析，PLC控制输出这些数据和当环境影响到户外的一些活动时发出一些警报提醒人们注意防范，为人们的户外工作提供安全上的保障。

第1章概述

1.1 本课题研究的意义

随着工业的发展，我们所生活的环境也发生了很大的变化，空气质量越来越差，各种极端气候也层出不穷，因此我设计了一款小型气象站，它可以通过对空气的监控而给人们提供一些实时环境回馈。自20世纪40年代以来，许多国家都开始对地面气象观测自动化进行了许多研究。发展到如今，所研究的小型气象站可以应用到各个领域，例如：现代化农业生产、电力监测、交通、大气监测、通信、科研等领域。并且在这些领域都有了长足的发展，给人们提供了更加舒适和安全的生活环境。在气象站建设、农林气象监测、生态环境监测、温室控制、公路铁路运营及地质灾害监测等多种领域提供了可靠的保证，使其在恶劣的环境条件下也能稳定工作。尤其是在某些高科技行业，例如能源行业，为产品提供了有力的支撑，起着举足轻重的作用。小型气象站的应用不仅可以检测多种影响电力运输的量值，保证电力的正常、安全运输，避免事故的发生，保持经济的平稳提高，促使相关产业的优化，进而对国民经济产生良好的促进和提高。

气象参数自动采集系统具备以自动收集温度、湿度、风速、光照等气象数据的特点。其最大优点是能够快速有效的监测到实时天气，可以提供更加准确的天气数据。同时，小型气象站所监测到的天气数据比人工观测的误差更小。

小型气象站采用220V交流电供电，通过各种各样的传感器对所检测的区域的温湿度、风速、大气压力等进行全方位监测，然后将所监测和处理过的数据通过以太网传输到计算机。最后人们通过计算机上的数据可以做出气象判断，为防灾做出预警，并保证人们的安全。在电力运输方面，可以很好的确保输电线路各段的安全运输。气象站的建立，可以很好的预测出天气状况，并能够通过对天气状况的监测做出防灾预警，可以有效的减少气象灾害对人们生命和财产的损害，使人们的生活质量得到保障，出行和生活更加美好。

本设计是基于西门子S7-200系列PLC为主要控制元件而进行设计的，可编程控制器(PLC)是综合计算机技术、自动控制技术的一种通用的、新型的自动控制装置。它具有可靠性高、功能强、使用灵活方便，易于编程和适应工业环境下应用等一系列优点。最近几年的工业自动化、机电一体化、传统产业技术等方面应用越来越广，成为现代工业控制的三大支柱产业之一。PLC的终极目标是用于实践、提高生产力。如今，PLC应用在许多行业和设备。综上所述，所以我们本设计采用PLC为主要控制元件。

1.1.1 国外发展历程

从20世纪50年代末开始，世界各国已经开始对自动气象站进行了设计和尝试，而美国和苏联率先设计出了不同型号的自动气象站，为以后的气象站发展奠定了基础。而到了60年代中后期，又出现了第二代自动气象站，这种气象站已经基本可以适应比较不好的天气状况，但是技术上仍然有一些缺陷。到了70年代，第三代产品利用集成电路很好的解决了第二代所存在的问题，开辟了新篇章。最后进入90年代以来，随着科技的日新月异自动气象站进入了飞速发展的时期，自动气象站已经可以完成它所需要完成的各项使命。

1.1.2 国内发展历程

我国自动气象站的研发和世界第一代的研发是同步的，也是20世纪50年代后期开始的，至今已有50多年的历史。在60年代初，开始了自动气象站的研发和设计，发展到70年代不仅设计出了自动气象站，而且还在多地进行了试点，在试验了十多年以后到了80年代中期，我国采用先进的卫星监测技术，通过先进的科学技术在多地又进行了一年的测试，并通过了技术鉴定。到了90年代中期，中小尺度天气自动气象监测站网在长江三角洲，珠江三角洲地区建站运行。前后经过几十年的研究和测试到90年代后期，我国第一代自动气象站设计定型，并可以在日常中使用。截至2003年，全国有1000多个台站使用了自动气象站，并实现了组网。