温湿度试验箱系统设计与调试
摘要：本系统以可编程逻辑控制为控制中心，将整个控制系统动作流程通过可编程逻辑控制器实现PID温湿度控制。首先通过温湿度传感器采集箱体内的温度湿度数值，然后通过PLC的输出信号实现控制PID温控器，达到精确的控制温湿度的目的。同时为了改进设备各组块的稳定运行，在本系统中加入人机界面，操作人员可以直接在触摸屏上进行人机操作，通过监控窗口实时监控整个设备的运行情况，也根据实时报警窗口监视温湿度所出现的异常报警，方便人员对照着维修。
关键词:可编程逻辑控制器；PID；传感器；人机界面
Design and commissioning of temperature and humidity test chamber system
Abstract: This system takes programmable logic control as the control center and realizes PID temperature and humidity control through programmable logic controller.Firstly, the temperature and humidity value in the cabinet is collected by the temperature and humidity sensor, and then the PID temperature controller is controlled by the output signal of PLC to achieve the purpose of precise temperature and humidity control.At the same time in order to improve the stable operation of the each piece of equipment, add the man-machine interface in this system, the operator can be directly on the touch screen for the man-machine operation, through real-time monitoring the operation of the entire device in the monitor window, also according to real-time monitor the temperature and humidity alarm window of abnormal alarm, convenient maintenance personnel control.
Key words: programmable logic controller;PID;The sensor;The man-machine interface
一、选题简介、意义
1.选题简介
随着产品设计观念的提升，我们对产品的关注点逐渐从功能、技术指标转向全面提高产品综合效能指标为中心，越来越重视产品的质量特性、使用可靠度和耐用性，从而促进环境可靠性发展。
2.选题意义
温度与湿度是普遍存在自然界的气候环境因素，所以温度试验、湿度试验也是环境适应性试验项目中出现频率最高的项目，随着工业技术不断发展进步，温湿度试验箱控制系统自动化、智能化程度正日益完善，本课题设计就为了使程序编制完成后可以全自动化地运行并自动保存试验过程的全部数据。
二、课题综述（课题研究，主要研究的内容，要解决的问题，预期目标，研究步骤、方法及措施等）
（一）：主要研究内容
本课题主要以西门子S7-200PLC、PID控制器、三菱GS2110-WTBD触摸屏、PT100温度传感器、HMT500湿度传感器为基础进行设计。
（二）：需要解决的问题
1.温湿度的精度及稳定性的控制。
2.试验箱的功能控制，如报警、故障诊断。
3.人机界面的设计。
（三）：预期目标
根据课题完成温湿度试验箱系统的整体构建，对于温湿度的精准控制。
（四）：研究步骤
1.收集相关资料，明确课题目标，任务，完成英文翻译。
2.确定基本的硬件型号。
3.制定可行性计划方案。。
4.调试并完成整体设计。
5.整理资料，准备答辩。
第一章 绪论
1.1 温湿度试验箱的背景及意义
随着科技进步，产品的设计观念逐渐向着更加重视产品质量和使用寿命的方向发展，人们被产品的环境适应性与可靠性等能力所吸引。产品在日常运输、使用和存放过程中肯定会承受一些的环境力。温湿度作为生活中最常见的环境影响因素，所以本课题是围绕它来进行设计
地球表面和大气层中存在的环境因素无法估量对制造出产品的使用寿命和安全运行具有大量的影响因素，而这些环境因素的状态空间和时间的延续大部分是人类生产和生活行为产生的。因此，人类和技术产品总是受到环境因素影响，人们制造出的技术产品不可避免地暴露在这样那样的空间环境中;另一方面，按照用户的需求，人们总是期望产品在不同的环境条件下长时间的发挥出应有的功能，并且产品还可以很耐用并且便宜的。这就是伴随科学技术的增长和人们生活水平的提高，产品的可靠性工程越来越倍受关注的根本原因。
提高生产工程可靠性始于第二次世界大战之后，原因是第二次世界大战中对北方的冰候气候，在赤道岛屿上湿润气候等，缺乏对军事装备的环境影响的认知，许多军事装备受损不能正常运转，对战争的胜利产生重要影响。第二次世界战争结束后，军用飞机作为第一个开始对环境变化性和可靠性作出改进。根据国际战争统计，造成武器和设备系统的故障或损坏的原因，环境因素影响超过一半以上，而环境温度和湿度的变化是造成故障的最大因素部分。
电子技术迅猛发展是在1950年以后，它促进工业生产的自动化。但是电子产品受环境影响的敏感度远超于普通工业产品.1960年初，美国空军在沿海基地服役的航空装备故障调查发现，航空电子类装备故障受环境因素造成约占故障总量的百分之六十，温度因素导致环境故障的占总故障的百分比二十五，湿度因素占故障的百分之十五左右。这些研究就告诉了我们环境因素对产品使用的故障率和它寿命时间有很重要的影响,需要人们更多了解产品的环境适应性和可靠性参数。随着人们开始关注产品的质量，生产设计局面已从产品设计概念与的功能为主逐渐转向质量指标。温湿度试验逐渐成为工程产品检验质量的一个重要分支,产品设计、制造、试验和管理工作逐渐成为一个行业,越来越受人们的亲睐,也使得越来越多的技术人员研究和开发环境可靠性项目,促进了此行业的的快速发展。
温湿度试验箱能够营造出高低温、高湿热的自然环境，对测试产品进行温湿度试验，可以研究温湿度因素对产品性能的影响。温湿度试验是使工业产品暴露于自然环境使用环境或人工操作环境中,它的目的是让产品在设计中存在的各种缺陷暴露出来,验证产品在温湿度等因素下的适应性和工作能力。因此,温湿度试验箱在产品可靠性试验中发挥着重要不可替代的作用。
温湿度试验箱作为环境可靠性试验中的一种必不可少的设备，通过可靠性试验可达到如下两个目的：
（1）保证产品在特定的环境条件中，在规定的时间里，以一种可接收的概率统计方法，完成规定的任务。
（2）使得产品在寿命周期内，保证产品能够正常工作，以浴盆曲线的形式控制故障率，控制节约维修工作，维修成本。
图1-1是显示出了中国的制造业的现状，明确在以下三点：
（1）投入使用的产品的初始故障率很高
（2） 使用后久久不能把故障率稳定解决
（3） 寿命很短
目录
第一章 绪论 2
1.1 温湿度试验箱的背景及意义 2
1.2 国内外研究现状 3
1.3 研究的内容 4
第二章 控制系统设计 6
2.1 控制方式 6
2.2 PID控制原理 6
2.2.1 PID控制器的简介与工作原理 6
2.2.2 PID控制器参数整定 7
2.3模糊控制整定参数的特点 8
第三章 硬件设计 9
3.1可编程逻辑控制器 9
3.2.1 PLC的简介与工作原理 9
3.2 材料技术及箱体设计 9
3.3 温湿度传感器的选型 10
3.4 控制电路设计 12
3.4.1制冷系统电路设计 12
3.4.2空气循环及加湿加热系统电路设计 12
3.4.3报警系统电路设计 14
第四章 软件设计 16
4.1西门子软件介绍 16
4.2 PLC程序控制 16
4.2.1系统程序流程图 16
4.2.2 I/O分配表及接线图 17
4.2.3 PID算法在S7-200中的实现 17
4.2.4 PID运算参数调节 18
4.3 梯形图设计 19
第五章 人机界面设计 29
5.1人机界面简介 29
5.2人机界面制作 30
5.2.1人机界面主界面 30
5.2.2人机界面运行与监控界面 31
5.2.3人机界面曲线界面及曲线分析 31
5.2.4人机界面报警界面 31
第六章 系统调试 33
总结与致谢 34
参考文献 35
参考文献
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