基于PLC的温湿度控制系统设计与实现

基于PLC的温湿度控制系统设计与实现

摘要：随着社会的进步和先进技术的引入，工业自动化得到了蓬勃的发展。如今，越来越多的行业已经离不开自动化技术，它已经普遍应用于电力、建材、轻纺、环保、汽车、交通运输和机械制造等领域，极大地提高了生产力，加快了智能制造业的步伐，给我们的生活带来了极大的便利。人们生活水平提高的同时，对生活环境和工作环境的要求越来越高。根据厂房温湿度的控制要求，本文设了一套完整的温湿度控制系统，进行了方案设计、电路设计、程序设计、硬件选型及软件编程，制作了上位机操作界面，进行系统功能调试，实现了对厂房温度与湿度准确监控的功能。从控制系统的设计到结束，通过对空气的调节，准确地调节和控制厂房温湿度，为人们提供了比较舒适的工作环境。

关键词：PLC；温湿度控制；空气调节

Design and Implementation of Temperature and

Humidity Control System Based on PLC

Abstract: With the progress of society and the introduction of advanced technology, industrial automation has been developed vigorously. Today, more and more industries have become inseparable from automation technology, and it has been widely used in areas such as electricity, building materials, textile, environmental protection, automobiles, transportation, and mechanical manufacturing, greatly increasing productivity. Speed up the pace of intelligent manufacturing, to our lives brought great convenience. With the improvement of people's living standard, the requirements of living environment and working environment are getting higher and higher. According to the control requirements of plant temperature and humidity, a set of complete temperature and humidity control system is set up in this paper. The scheme design, circuit design and program are carried out. Design, hardware selection and software programming, the operation interface of the upper computer is made, the system function debugging is carried out, and the function of accurately monitoring the temperature and humidity of the factory building is realized. From the design of the control system to the end, by adjusting the air, the temperature and humidity of the factory building can be adjusted and controlled accurately, which provides a comfortable working environment for people.

Key words: PLC; temperature and humidity control;air conditioning

目录

第一章 引言 1

1.1课题来源及研究意义 1

1.2 PLC技术的发展 1

1.3本课题的主要研究内容 1

第二章 控制系统总体方案设计 2

2.1技术要求 2

2.2技术指标 2

2.3系统主要结构设计 3

2.3.1风道管温湿度传感器性能 3

2.3.2压差开关性能 5

2.4系统整体结构 6

第三章 PLC系统电路设计 6

3.1 PLC选型 6

3.2模拟量介绍 6

3.3 PLC外部接线 8

3.4控制系统的接线 9

第四章 控制系统程序设计 11

4.1编程语言简介 11

4.2 PLC的 I/O分配 12

4.3流程图 13

4.4程序设计 13

4.5 PLC的软件调试 19

第五章 系统功能调试与实现 22

5.1组态软件MCGS概述 22

5.2 MCGS界面设计及调试 23

5.2.1 MCGS界面设计 23

5.2.2 MCGS调试 27

5.3注意事项 27

第六章 结论 27

致谢 28

参考文献 29

第一章 引言

1.1课题来源及研究意义

本课题来源于苏州坚卓自动化科技有限公司建设项目。温湿度的检测和控制对人们日常生活、工业中的生产、天气预报等都有非常重要的作用，获取精准的温度、湿度是很有必要的。随着社会的发展和人民生活水平的不断提升，温湿度控制系统已经广泛应用在工业与民用建筑等领域。目前人们对温湿度控制系统有了新的要求，舒适节能才能满足人们的需求，希望在低耗情况下保持室内合适的温度和湿度。随着工业自动化发展水平的不断提高，温湿度控制系统在工业、农业等领域中的地位显得越来越重要。 

此次设计是应用西门子S7-200系列的PLC进行编程设计的，PLC是以微处理器为基础，综合了计算机技术、自动控制技术和通信技术而发展起来的一种新型的、通用的自动控制装置。它是“专为在工业环境下应用而设计”的计算机。它具有通用性强、使用方便、可靠性高、抗干扰能力强和编程简单等优点，近年来，已成为当前工业自动化应用最广泛的控制设备，成为现代工业控制三大支柱之一。PLC已经大量应用在各项实践中，大大的提高了社会生产力，推动了我国科技的进步和经济的发展，本文主要将PLC应用到环境温湿度的控制中。

1.2 PLC技术的发展

PLC是一种以微型处理器为基础的通用工业控制装置，它在继承继电器-接触器控制系统的基础上，综合了自动控制技术、计算机技术和通信技术，使电气、自动化工程技术得到了空前的发展，广泛应用于机电一体化、工业自动化控制等好多领域。

不同的工作环境对PLC的大小、性能要求不同，对PLC的要求越来越高。为了适应社会的需求，PLC的更新也比较快，因此PLC的发展趋向于集成化、小型化、智能化、大容量、高速度，方便使用和高性能等方面，表现如下：

1.小型化、专用化和成本低

2.向大容量和高速度的趋势发展

3.智能型输入/输出模块,让通信更加简单

4.加强对外部故障的检测和处理能力

5.编程语言种类多，使编程语言更加完善、标准

6.与现场总线结合

1.3本课题的主要研究内容

本课题是以工作、生活环境需求为设计依据，以PLC为基础开发的环境温湿度控制系统。根据项目需求，主要通过对工厂工作环境温度和湿度的调节，让人们能在一个舒适温馨的环境下进行工作。

基于此，本课题的设计内容主要包括以下几个方面：

1.温湿度控制系统的总体结构设计；

2. 温湿度控制系统的硬件构成和图纸绘制；

3. 温湿度控制系统的PLC程序设计与开发；

4. 温湿度控制系统的接线；

5. 温湿度控制系统的调试与验收。

第二章 控制系统总体方案设计

2.1技术要求

1.在控制设备中，系统运行时，组合式空调机组中设有初效、中效过滤带，能够有效地阻止灰尘颗粒的进入。高效过滤可以隔离0.5um以下的灰尘颗粒，有的高效过滤器具有抗菌作用，控制有害、有毒气体的含量，不让它们进入洁净车间，还有对空气进行净化、加热或冷却，得到新鲜、高质量的空气。

2.温湿度参数可以自由调节。传统的空调控制系统存在好多缺点，不能对相对湿度进行合理的控制。夏季来临时，传统的空调只能利用同一种设备对空气进行温、湿处理，当室内环境发生较大变化时，一般情况下，只能根据当前的需要，调节设备，进而保持室内温度不变。但是，尽管如此，室内的湿度还是在不断变化的，不能得到很好的控制，不是湿度过高就是过低，让室内的人感到非常不适。温湿度控制系统能够满足人们的日常需求，能够有效地调整温度与湿度的参数。

2.2技术指标

能够比较准确地实现对环境温度的检测，检测温度范围是-25摄氏度~55摄氏度，能够比较准确地实现对环境湿度的检测，检测湿度的范围是（0%~100%）RH。

1.风机的连锁控制

控制系统能够连锁保护组合式空调机组的风机段压差开关信号，当空调能够正常工作时，压差开关才吸合，温湿度控制系统才开始工作，由此形成一个连锁控制。在风机的两端分别安装好一个压差开关能够监测组合式空调机组中风机的运行情况，当压差开关的常开点闭合的过程中才启动控制方案，从而促使各类被控对象的运行。

2.温度控制

温度一般是通过空调箱中的电加热，或者是空调控制系统管道回风处把温度控制在设定的范围内，可以控制电加热的段数，即控制单位时间内温湿度控制系统中进行交换的热量或冷量，从而使控制系统在单位时间内改变对空气加热或者制冷。该系统把设定点与回风管道内温度进行比较，进行制冷，电加热控制，需要加热的时侯可以把电加热打开，当需要制冷的时侯就打开管道机，从而达到加热或者制冷的系统控制效果。

3.湿度控制

系统中对湿度的控制主要是通过管道机还有蒸汽加湿实现的，当需要加湿的时侯，可以根据项目实际的需求转换为输入0—10V的信号控制加湿器输出，当湿度超过设定点时就开启管道机，从而达到除湿的要求。

2.3系统主要结构设计

组合式空调机组是由各功能段组合而成的，主要用于各种洁净厂房的空气处理净化系统，如化工厂、电子厂、精密机械厂、药品厂等场合。

2.3.1风道管温湿度传感器性能 

本次选用的是H7080系列的温湿度传感器，主要性能如下：

1.应用领域

通过测量环境中的相对温度，还有湿度，通过进一步调节室内的空气，从而提高人体的舒适度。

（1）对环境温湿度的检测范围有一定的限制、加湿等应用

（2）常用于楼宇自控系统中，对风管内送风、回风、新风进行测量用的传感器

2. 产品特点

（1）管道式安装，使用很方便，主要输出比较准确的模拟信号，可以应用于各种各样的温湿度控制系统中。稳定性能很好，具有多种输出信号，一般情况下有4-20mA,0-5V,0-10V等一些常见的模拟信号。

（2）可以提供单一湿度信号的湿度传感器或者与温度传感器组合的温湿度传感器

（3）房建测量的应用

（4）精度比较准确

（5）可靠性比较高

（6）检测范围比较广

3. 技术参数

相对湿度

测量的范围：      0~100%RH

输出：            4-20mA或0~10Vdc

精度：            2%，3%，5%RH（25摄氏度，20-80%RH）

总精度：          5~9%R

长期稳定性：      0.5%RH每年

温度

温度元件：        NTC10K，NTC20K，PT1000

测量范围：        -10~40摄氏度，0~70摄氏度（变送器输出），0~50摄氏度（电阻输出）

输出：            4-20mA或0~10Vdc或NTC10K，NTC20K，PT1000

精度：            NTC10K温度元件：正负0.2K（25摄氏度时）

NTC20K温度元件：正负0.2K（25摄氏度时）

PT1000温度元件： 正负0.3K（25摄氏度时）

变送器：          正负0.5摄氏度（-10~40摄氏度或0~70摄氏度）

工作电源：        24Vac正负15%/Vdc正负10%

输出电流负荷：    500 Ohms最大

输出电压负荷：    10 Ohms最小

电流消耗：        70mA最大

工作温度：        -30摄氏度~+70摄氏度

储运温度：        -40摄氏度~+70摄氏度

盒体材料：        塑料（PC-ABS），防火阻燃等级符合UL94-V0

探管材料：        不锈钢

防护等级：        IP54

EMC符合：       EN 61000-6-3   EN 6100-6-1   EN 6100-3-2   EN 6100-3-3   

参考文献

[1] 郭琼. PLC应用技术 [M]. 北京：机械工业出版社，2014.

[2] 李江全. 组态软件MCGS从入门到监控应用 [M]. 北京：电子工业出版社，2015.

[3] 西门子楼宇科技产品技术手册

[4] 戴仙金. 西门子S7-200系列PLC应用与开发 [M]. 北京：中国水利水电出版社，2007.

[5] 廖常初. PLC编程及应用（S7-200）[M]. 北京：机械工业出版社，2007.

[6] 程玉华. 西门子S7-200工程应用实例分析 [M]. 北京：电子工业出版社，2008.

[7] 黄中玉. PLC应用技术 [M]. 北京：人民邮电出版社，2009.

[8] 陆运，胡翠华. PLC控制系统梯形图及指令表 [M]. 北京：中国电力出版社，2007.

[9] 龚仲华. S7-200/300/400PLC应用技术 [M]. 北京：人民邮电出版社，2008.

[10] 韩相争. 西门子S7-200PLC编程与系统设计讲解 [M].  北京：化学工业出版社，2015.  

[11] 王阿根. 西门子S7-200PLC编程实例精解 [M].  北京：化学工业出版社，2011. 

[12] 赵光. 西门子S7-200系列PLC应用实例精解 [M].  北京：化学工业出版社，2010.