基于PLC的仓库温湿度调节系统设计

第５期（总第１７４期）２０１２年１０月机械工程与自动化ＭＥＣＨＡＮＩＣＡＬ　ＥＮＧＩＮＥＥＲＩＮＧ　＆　ＡＵＴＯＭＡＴＩＯＮＮｏ．５Ｏｃｔ．文章编号：１６７２－６４１３（２０１２）０５－０１４８－０２基于ＰＬＣ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　２２４０５１）摘要：介绍了一种仓库温湿度调节系统。

采用ＡＴ８９Ｃ５２为控制核心，通过ＡＤ５９０采集温度数据，ＨＳ１１００／１１０１采集湿度数据，并可以进行ＬＥＤ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：ＰＬＣ；仓库；温度；湿度；调节系统中图分类号：ＴＰ２７３ 文献标识码：Ａ收稿日期：２０１２－０４－２３；修回日期：２０１２－０５－０７作者简介：袁连余（１９７４－），男，江苏盐城人，讲师，本科，研究方向为自动化及电工技术。

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ＰＬＣ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ＬＥＤ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ＬＥＤ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ＡＴ８９Ｃ５２，ＰＬＣ采用了三菱公司的ＦＸ１Ｎ系列的４８ＭＲ，湿度传感器采用了ＨＳ１１００／ＨＳ１１０１电容传感器，温度传感器采用了ＡＤ５９０。

２　湿度检测电路设计ＨＳ１１００／ＨＳ１１０１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ＨＳ１１００／ＨＳ１１０１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ＨＳ１１００／ＨＳ１１０１置于５５５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。

图１　仓库温湿度调节系统结构框图３　温度检测电路设计温度检测元件ＡＤ５９０用于测量热力学温度的基本应用电路如图３所示。

流过ＡＤ５９０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Ｒ１和电位器Ｒ２的电阻之和为１ｋΩ时，输出电压Ｕ０随温度的变化量为１ｍＶ／Ｋ。

但由于ＡＤ５９０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。

校正的方法是：把ＡＤ５９０放于冰水混合物中，调整电位器Ｒ２，使Ｕ０＝２７３．２＋２５＝２９８．２ｍＶ。

但这样调整只适用于０℃或２５℃附近。

图２　湿度检测电路图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ＡＤＣ、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。

图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ＬＥＤ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Ｔ０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ＢＣＤ形式的温度值，然后存放到显示缓冲区３４Ｈ－３ＢＨ。

对一般线性仪表来说，标度变换公式为：Ａｘ＝Ａ０＋（Ａｍ－Ａ０）Ｎｘ－Ｎ０Ｎｍ－Ｎ０。

其中：Ａｘ为实际测量值；Ａ０为一次测量仪表的下限；Ａｍ为一次测量仪表的上限；Ｎ０为仪表下限所对应的数字量；Ｎｍ为仪表上限所对应的数字量；Ｎｘ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ＰＬＣ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ＬＥＤ屏幕进行显示。

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ＡＤ５９０，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。

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图５　ＰＩＤ控制器液位响应曲线图６　模糊ＰＩＤ控制器液位响应曲线５　结论基于ｄＳＰＡＣＥ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ＰＩＤ控制算法和模糊ＰＩＤ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ＰＩＤ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ＰＩＤ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ｄＳＰＡＣＥ平台的快速控制原型实验功能以及ＣｏｎｔｒｏｌＤｅｓｋ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ＰＩＤ原理的液位控制器的设计［Ｊ］．控制系统，２００５，１２（４）：３５－３８．［２］　李兵，方敏．模糊ＰＩＤ液位控制系统的设计与实现［Ｄ］．合肥：合肥工业大学，２００６：１０－１３．［３］　孙红英，颜德文，李文武．基于参数自整定模糊ＰＩＤ的三容水箱液位控制［Ｊ］．电气应用，２００６，２５（８）：９７－９９．［４］　马成玲，齐向东．水位模糊ＰＩＤ系统的设计［Ｊ］．信号与系统，２０１１，１３（６）：６８－７０．［５］　马培蓓，吴进华，纪军．ｄＳＰＡＣＥ实时仿真平台软件环境及应用［Ｊ］．系统仿真学报，２００４，１６（４）：６６７－６６８．［６］　陶永华．新型ＰＩＤ控制及其应用［Ｍ］．第２版．北京：机械工业出版社，２００２．Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ　ｏｆ　Ｆｕｚｚｙ　ＰＩＤ　Ｃｏｎｔｒｏｌ　ｉｎ　Ｌｉｑｕｉｄ　Ｌｅｖｅｌ　Ｃａｓｃａｄｅ　Ｃｏｎｔｒｏｌ　ＳｙｓｔｅｍＨＵＡＮＧ　Ｂｉａｏ，ＺＨＡＮＧ　Ｊｉｎｇ－ｇａｎｇ（Ｓｃｈｏｏｌ　ｏｆ　Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ　Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｔａｉｙｕａｎ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ　ｏｆ　Ｓｃｉｅｎｃｅ　ａｎｄ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｔａｉｙｕａｎ　０３００２４，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａ　ｒｅａｌ－ｔｉｍｅ　ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｒａｐｉｄ　ｃｏｎｔｒｏｌ　ｐｒｏｔｏｔｙｐｉｎｇ　ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ　ｉｎ　ｗｈｉｃｈ　ｔｈｅ　ｒｅｓｅａｒｃｈ　ｏｂｊｅｃｔ　ｉｓ　ａ　ｄｏｕｂｌｅ－ｗａｔｅｒ－ｔａｎｋ　ｌｉｑｕｉｄｌｅｖｅｌ　ｃｏｎｔｒｏｌ　ｓｙｓｔｅｍ　ｂａｓｅｄ　ｏｎ　ｄＳＰＡＣＥ　ｓｉｎｇｌｅ　ｂｏａｒｄ　ｓｙｓｔｅｍ　ＤＳｌ１０３ｉｓ　ｄｏｎｅ．Ｔｈｅ　ｄｕａｌ－ｃｌｏｓｅｄ－ｌｏｏｐ　ｃａｓｃａｄｅ　ｃｏｎｔｒｏｌ　ｓｙｓｔｅｍ　ｗｈｉｃｈｓｅｐａｒａｔｅｌｙ　ｕｓｅｓ　ｃｏｍｍｏｎ　ＰＩＤ　ｃｏｎｔｒｏｌ　ａｎｄ　ｆｕｚｚｙ　ＰＩＤ　ｃｏｎｔｒｏｌ　ａｓ　ｔｈｅ　ｍａｉｎ　ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ　ｆｏｒ　ｃｏｎｔｒａｓｔ，ｉｓ　ａｐｐｌｉｅｄ　ｔｏ　ｔｈｉｓ　ｓｙｓｔｅｍ．Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌｒｅｓｕｌｔｓ　ｓｈｏｗ　ｔｈａｔ　ｔｈｅ　ｆｕｚｚｙ　ＰＩＤ　ｃｏｎｔｒｏｌ　ａｌｇｏｒｉｔｈｍ　ｉｎ　ｌｉｑｕｉｄ　ｌｅｖｅｌ　ｃｏｎｔｒｏｌ　ｓｙｓｔｅｍ　ｈａｓ　ｇｅｔ　ｓｅｎｓａｔｉｏｎａｌ　ｃｏｎｔｒｏｌ　ｅｆｆｅｃｔ．Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ｄＳＰＡＣＥ；ｌｉｑｕｉｄ　ｌｅｖｅｌ；ｆｕｚｚｙ櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆ＰＩＤｃｏｎｔｒｏｌ（上接第１４９页）Ｄｅｓｉｇｎ　ｏｆ　Ｗａｒｅｈｏｕｓｅ　Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ　ａｎｄ　ＨｕｍｉｄｉｔｙＣｏｎｔｒｏｌｌｉｎｇ　Ｓｙｓｔｅｍ　Ｂａｓｅｄ　ｏｎ　ＰＬＣＹＵＡＮ　Ｌｉａｎ－ｙｕ（Ｙａｎｃｈｅｎｇ　Ｂｉｏｌｏｇｉｃａｌ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　Ｈｉｇｈｅｒ　Ｖｏｃａｔｉｏｎａｌ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　Ｓｃｈｏｏｌ，Ｙａｎｃｈｅｎｇ　２２４０５１，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｉｓ　ｐａｐｅｒ　ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｓ　ａ　ｗａｒｅｈｏｕｓｅ　ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ　ａｎｄ　ｈｕｍｉｄｉｔｙ　ｃｏｎｔｒｏｌｌｉｎｇ　ｓｙｓｔｅｍ，ｗｉｔｈ　ａｎ　ＡＴ８９Ｃ５２ａｓ　ｃｏｎｔｒｏｌ　ｃｏｒｅ，ｗｈｉｃｈｕｓｅｓ　ＡＤ５９０ｔｏ　ａｃｑｕｉｒｅ　ｔｈｅ　ｓａｍｐｌｅ　ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ　ｄａｔａ　ａｎｄ　ＨＳ１１００／１１０１ｔｏ　ａｃｑｕｉｒｅ　ｔｈｅ　ｓａｍｐｌｅ　ｈｕｍｉｄｉｔｙ　ｄａｔａ，ａｎｄ　ｈａｓ　ｔｈｅ　ｆｕｎｃｔｉｏｎｓ　ｏｆＬＥＤ　ｄｉｓｐｌａｙｉｎｇ　ａｎｄ　ａｌａｒｍｉｎｇ．Ｉｔ　ｗｉｌｌ　ｓｔａｒｔ　ｔｈｅ　ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ　ａｎｄ　ｈｕｍｉｄｉｔｙ　ｃｏｎｔｒｏｌ　ｓｙｓｔｅｍ　ｔｏ　ａｄｊｕｓｔ　ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ　ａｎｄ　ｈｕｍｉｄｉｔｙ　ｗｈｅｎ　ｔｈｅｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ　ａｎｄ　ｈｕｍｉｄｉｔｙ　ｂｅｙｏｎｄ　ｔｈｅ　ｓｔａｎｄａｒｄｓ．Ｔｈｅ　ｗｈｏｌｅ　ｓｙｓｔｅｍ　ｉｓ　ｏｆ　ｇｏｏｄ　ｒｅａｌ－ｔｉｍｅ　ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ．Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ＰＬＣ；ｗａｒｅｈｏｕｓｅ；ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ；ｈｕｍｉｄｉｔｙ；ｃｏｎｔｒｏｌｌｉｎｇ　ｓｙｓｔｅｍ·２５１·机械工程与自动化 ２０１２年第５期　。