山东交通学院基于PLC多通道温湿度监控装置

1、山东交通学院基于PLC多通道温湿度监控装置的开放性实验 院(部)别 信息科学与电气工程学院 班 级 电升131 学 号 111111111 姓 名 张广骁 指导教师 韩耀振 目录摘要3一 PLC简介41.1 PLC的发展历41.2 PLC的基本概念与应用领域41.3 PLC的基本概念与工作原理5二 硬件设计71.1设计框图71.2 温湿度传感器71.3 EM235介绍8三 开放性实验141.1设计要求141.2 I/O分配141.3 实验程序151.4 实验照片18总结19致谢20参考文献21摘要个人计算机（简称PC）发展起来后，为了方便，也为了反映可编程控制器的功能特点，可编程序控制器定名为

2、Programmable Logic Controller（PLC）。PLC是一种用于自动化控制的专用计算机，实质上属于计算机控制方PLC控制一般具有可靠性高、易操作、维修、编程简单、灵活性强等特点。PLC采用了可编程程序的存储器，用来在其内部存储逻辑运算、顺序控制、定时、计数、和算术运算等操作的指令。并通过数字式和模拟式的输入和输出，控制各种类型机械的生产过程；而有关的外围设备，都应按易与工业系统连成一个整体，易于扩充其功能的原则设计。PLC存在许许多多的的优点，因此，PLC已经在工业市场占有一大片领域。随着我国经济的高速发展，微电子技术、计算机技术和自动控制技术也得到了迅速发展，交流变频调

3、速技术已经进入一个崭新的时代，其应用越来越广目前，PLC在国内外已经广泛应用于钢铁，石油化工，建材，机械制造，交通运输等各个行业。 上世纪80年代至90年代中期，是PLC发展最快的时期，年增长率一直保持为3040%。在这时期，PLC在处理模拟量能力、数字运算能力、人机接口能力和网络能力得到大幅度提高，PLC逐渐进入过程控制领域，在某些应用上取代了在过程控制领域处于统治地位的DCS系统。 PLC具有通用性强、使用方便、适应面广、可靠性高、抗干扰能力强、编程简单等特点。PLC在工业自动化控制特别是顺序控制中的地位，在可预见的将来，是无法取代的。一 PLC简介1.1 PLC的发展历PLC产生到现在，

4、已发展到第四代产品，其过程基本如下：第一代PLC（1969-1972）:大多用一位机开发用磁芯存储器存储，只具有单一的逻辑控制功能，机种单一，没有形成系统化。第二代PLC（1973-1975）：采用8位微处理及半导体存储器 ，增加了数字运算、传送、比较等功能，能实现模拟量的控制，开始具备自诊断功能，初步形成系列化。第三代PLC(1976-1983):随着高性能微处理器及位片式CPU在PLC中大量使用, PLC的处理速度大大提高，从而促使它向多功能及联网通讯方向发展，增加了多种特殊功能，如浮点数运算、三角函数运算、表处理、脉宽调制输出等，自诊断功能及容错技术发展迅速。第四代PLC(1983年至今

5、)：不仅全面使用16位、32位高性能微处理器，高性能位片式微处理器，RISC(Reduced Instruction Set Computer)精简指令系统CPU等高级CPU等高级CPU，而且在一台PLC中配置多个微处理器，进行多通道处理，同时生产了大量内含微处理器的智能模块，使第四代PLC产品成为具有逻辑控制功能、过程控制功能、运算控制功能、数据处理功能、联网通讯功能的真1.2 PLC的基本概念与应用领域1、PLC的概念广义上的可编程序控制器简称PLC，狭义上的PLC是一种数字运算操作系统，专为在工业环境下应用而设计，它采用可编程的存储器，用来在其内部执行逻辑运算、顺序控制、定时计数等的指令

6、，并通过输入和输出控制各种类型的机械或生产过程2、PLC由硬件部分和软件两部分组成，硬件部分由输入模块，CPU 模块，输出模块、编程器这四部分组成。3、PLC的优点：1、可靠性高，抗干扰能力强2、配套齐全，功能完善，实用性强3、易学易用，深受工程技术人员欢迎4、系统的设计、建造工作量小，维修方便，容易改造5、体积小，重量轻，能耗低PLC的应用领域：1、开关量的逻辑控制2、模拟量的控制3、运动控制4、过程控制5、数据处理6、通讯及联网1.3 PLC的基本概念与工作原理1、PLC的硬件结构（1）CPU模块由CPU和存储器组成存储器又包括：（1）随机存储器（读/写存储器）RAM。其作用是存放用户程序

7、，其特点具有易失性（2）只读存储器ROM。其作用是存放系统程序，其特点具有非易失性（3）可以电擦出可编程只读存储器EEPROM。其作用是存放用户程序，其特点是具有非易失性（2）输入模块I 包括直流输入型和交流输入型（3）输出模块O包括继电器输出型模块、双向晶闸管输出型模块、晶体管输出型模块（4）编程器指电脑2、CPU的软件结构是指PLC的编程语言其编程语言包括梯形图、指令表（S7-200中的编程语言）、顺序功能图（S7-300和S7-400中的编程语言）等3、PLC的工作原理一、PLC的工作模式包括:（1）RUN（运行）模式，（2）STOP（停止）模式（1）PLC的RUN工作模式：读写输入执行

8、用户程序处理通信请求CPU自诊断检查改写输出表3-3PLC RUN工作模式（2）PLC的STOP工作模式： 读取输出处理通信请求CPU自诊断检查改写输出表3-3 PLC STOP工作模式二 硬件设计1.1设计框图图1-1工作原理编程控制实验箱（天煌）1台西门子S7-200系列PLC-CPU 2261台通讯电缆1根计算机1台编程软件 V4.0 STEP 7 MicroWIN SP61套连接导线若干EM2351台稳压器1台温湿度传感器1台1.2 温湿度传感器SHR01-233K特点：湿敏电阻（湿敏传感器）是在导电半导体陶瓷基片上涂履一层高分子感湿膜， 与空气中相对湿度变化导致电阻值系数变化原理。应

9、用于数字式温湿度表、电子温湿度计、加湿机、抽湿机、空调、气象测量场合。 优点：具有良好的灵敏感应特性、防水性、稳定性、高精度、低飘移。参数：表1-5供应电压1VAC(50HZ-2KHZ)湿度测试范围10%-95%RH湿度精度±5%RH（20%-90%）湿度一致性±3%RH（20%-90%）使用温度范围0-80（耐温120）储存环境10-40、20%-60%RH阻抗值23K(60%RH ,25)阻抗值范围1528 K响应时间12S湿度飘移（年）±2%RH湿滞±1.5%RH1.3 EM235介绍EM235是最常用的模拟量扩展模块，它实现了4路模拟量输入和1路

10、模拟量输出功能。下面以EM235为例讲解模拟量扩展模块接线图，如图1-4：图1-4 扩展模块接线图1-4演示了模拟量扩展模块的接线方法，对于电压信号，按正、负极直接接入X和X；对于电流信号，将RX和X短接后接入电流输入信号的“”端；未连接传感器的通道要将X和X短接。对于某一模块，只能将输入端同时设置为一种量程和格式，即相同的输入量程和分辨率。（后面将详细介绍）EM235的常用技术参数：表1-2 EM235的常用技术参数模拟量输入特性模拟量输入点数4输入范围电压（单极性）010V 05V 01V 0500mV 0100mV 050mV 电压（双极性）±10V ±5V 

11、7;2.5V ±1V ±500mV ±250mV ±100mV ±50mV ±25mV电流020mA数据字格式双极性 全量程范围-32000+32000单极性 全量程范围032000分辨率12位A/D转换器模拟量输出特性模拟量输出点数1信号范围电压输出 ±10V电流输出020mA数据字格式电压-32000+32000电流032000分辨率电流电压12位电流11位下表说明如何用DIP开关设置EM235扩展模块，开关1到6可选择输入模拟量的单/双极性、增益和衰减。表 1-3EM235开关 单/双极性选择增益选择衰减选择SW1SW

12、2SW3SW4SW5SW6     ON单极性       OFF 双极性     OFF OFF   X1    OFF ON  X10     ONOFF   X100    ONON  无效 ONOFF OFF &

13、#160;    0.8OFF ONOFF      0.4OFF OFF ON     0.2由上表可知，DIP开关SW6决定模拟量输入的单双极性，当SW6为ON时，模拟量输入为单极性输入，SW6为OFF时，模拟量输入为双极性输入。SW4和SW5决定输入模拟量的增益选择，而SW1，SW2，SW3共同决定了模拟量的衰减选择。根据上表6个DIP开关的功能进行排列组合，所有的输入设置如下表： 表1-4单极性满量程输入分辨率SW1 SW2SW3 SW4 SW5

14、SW6 ONOFFOFFONOFFON0到50mV 12.5V OFFONOFFONOFFON0到100mV 25V ONOFFOFFOFFONON0到500mV125uA OFFONOFFOFFONON0到1V 250VONOFFOFFOFFOFFON0到5V1.25mV ONOFFOFFOFFOFFON0到20mA 5AOFFONOFFOFFOFFON0到10V 2.5mV 双极性满量程输入分辨率SW1 SW2SW3SW4SW5SW6ONOFF OFF ONOFF OFF ±25mV 12.5V OFF ONOFF ONOFF OFF ±50mV 25VOFF OFF

15、ONONOFF OFF ±100mV 50V ONOFF OFF OFF ONOFF ±250mV 125VOFF ONOFF OFF ONOFF ±500 250VOFF OFF ONOFF ONOFF ±1V 500V ONOFF OFF OFF OFF OFF ±2.5V 1.25mV OFF ONOFF OFF OFF OFF ±5V 2.5mV OFF OFF ONOFF OFF OFF ±10V 5mV 6个DIP开关决定了所有的输入设置。也就是说开关的设置应用于整个模块，开关设置也只有在重新上电后才能生效。输入

16、校准模拟量输入模块使用前应进行输入校准。其实出厂前已经进行了输入校准，如果OFFSET和GAIN电位器已被重新调整，需要重新进行输入校准。其步骤如下：A、 切断模块电源，选择需要的输入范围。B、 接通CPU和模块电源，使模块稳定15分钟。C、 用一个变送器，一个电压源或一个电流源，将零值信号加到一个输入端。D、 读取适当的输入通道在CPU中的测量值。E、 调节OFFSET（偏置）电位计，直到读数为零，或所需要的数字数据值。F、 将一个满刻度值信号接到输入端子中的一个，读出送到CPU的值。G、 调节GAIN（增益）电位计，直到读数为32000或所需要的数字数据值。H、 必要时，重复偏置和增益校准

17、过程。EM235输入数据字格式下图给出了12位数据值在CPU的模拟量输入字中的位置图1-5 数据值在CPU的模拟量输入字中的位置可见，模拟量到数字量转换器（ADC）的12位读数是左对齐的。最高有效位是符号位，0表示正值。在单极性格式中，3个连续的0使得模拟量到数字量转换器（ADC）每变化1个单位，数据字则以8个单位变化。在双极性格式中，4个连续的0使得模拟量到数字量转换器每变化1个单位，数据字则以16为单位变化。EM235输出数据字格式图1-6给出了12位数据值在CPU的模拟量输出字中的位置：图1-6 数据值在CPU的模拟量输出字中的位置数字量到模拟量转换器（DAC）的12位读数在其输出格式中

18、是左端对齐的，最高有效位是符号位，0表示正值。模拟量扩展模块的寻址每个模拟量扩展模块，按扩展模块的先后顺序进行排序，其中，模拟量根据输入、输出不同分别排序。模拟量的数据格式为一个字长，所以地址必须从偶数字节开始。例如：AIW0，AIW2，AIW4、AQW0，AQW2。每个模拟量扩展模块至少占两个通道，即使第一个模块只有一个输出AQW0,第二个模块模拟量输出地址也应从AQW4开始寻址，以此类推。图1-7演示了CPU224后面依次排列一个4输入/4输出数字量模块，一个8输入数字量模块，一个4模拟输入/1模拟输出模块，一个8输出数字量模块，一个4模拟输入/1模拟输出模块的寻址情况，其中，灰色通道不能

19、使用。图1-7模拟量值和A/D转换值的转换假设模拟量的标准电信号是A0Am（如：420mA），A/D转换后数值为D0Dm（如：640032000），设模拟量的标准电信号是A，A/D转换后的相应数值为D，由于是线性关系，函数关系Af（D）可以表示为数学方程：A（DD0）×（AmA0）（DmD0）A0。根据该方程式，可以方便地根据D值计算出A值。将该方程式逆变换，得出函数关系Df（A）可以表示为数学方程：D（AA0）×（DmD0）（AmA0）D0。具体举一个实例，以S7-200和420mA为例，经A/D转换后，我们得到的数值是640032000，即A04，Am20，D06400

20、，Dm32000，代入公式，得出：A（D6400）×（204）（320006400）4假设该模拟量与AIW0对应，则当AIW0的值为12800时，相应的模拟电信号是6400×162560048mA。又如，某温度传感器，1060与420mA相对应，以T表示温度值，AIW0为PLC模拟量采样值，则根据上式直接代入得出：T=70×（AIW06400）2560010可以用T 直接显示温度值。模拟量值和A/D转换值的转换理解起来比较困难，该段多读几遍，结合所举例子，就会理解。为了让您方便地理解，我们再举一个例子：某压力变送器，当压力达到满量程5MPa时，压力变送器的输出电流

21、是20mA，AIW0的数值是32000。可见，每毫安对应的A/D值为32000/20，测得当压力为0.1MPa时，压力变送器的电流应为4mA，A/D值为（32000/20）×46400。由此得出，AIW0的数值转换为实际压力值（单位为KPa）的计算公式为：VW0的值(AIW0的值6400)(5000100)/(320006400)100（单位：KPa）编程实例您可以组建一个小的实例系统演示模拟量编程。本实例的的CPU是CPU222，仅带一个模拟量扩展模块EM235，该模块的第一个通道连接一块带420mA变送输出的温度显示仪表，该仪表的量程设置为0100度，即0度时输出4mA，100度时输出20mA。温度显示仪表的铂电阻输入端接入一个220欧姆可调电位器，简单编程如下：温度显示值（AIW0-6400）/256三 开放性实验基于PLC 的多通道温湿度监控装置1.1设计要求 通过传感器采集温湿度数值，分别经过2个EM235转换之后（表示8路以上），用2位LED交替显示相应电压值的个位和第一个小数位，要实现可自动每隔2秒交替，也可手动按键交替显示，具体要求如下： 1）、要保证显示精度。2）、当某一路电压值大于2V时，LED闪烁显示，以示报警。3）、同时自动启动鼠笼式三相异步电动机开关温湿度控制阀门。4）、电动机应能单独手动控制启停。 1.2 I/O分配输入定