基于西门子S7-300系列PLC的温湿度检测仪的设计研究
郭峰
【摘 要】The temperature and humidity detector type and quantity in our country have not many, unable to meet the growing domestic demand, so I hope through the design of the temperature and humidity detector, decrease the difficulty of development growth utilization and its
advantages better show more and more enterprises in our country. To this, this paper is based on Siemens S7-300 series PLC study and discusses the design of the temperature and humidity detector, and the concept and advantage of PLC technology in detail and Siemens S7-300 system structure, including hardware composition of PLC system design and detector, etc., to complete the overall design of the temperature and humidity detector of, at the same time, the use of environmental
temperature and humidity for actual testing work, for your reference.%温湿度检测仪在我国所拥有的类型与数量并不是很多，无法满足国内日益增长的需求，所以希望通过进行温湿度检测仪的设计，降低开发难度，增长使用率与将其优势更好的展现给我国更多的企业。对此，本文针对基于西门子S7-300系列PLC温湿度检测仪的设计进行研究与探讨，并详细讲述PLC技术的概念与优势和西门子S7-300系统结构组成，也包括PLC系统设计与检测仪的硬件组成等，借此完成温湿度检测仪的整体设计，同时，利用环境温度与湿度进行实际检测工作，以供参考。 【期刊名称】《电子设计工程》 【年(卷),期】2016(024)019
【总页数】3页(P38-40)
【关键词】西门子S7-300系列PLC;湿度检测仪;传感器 【作 者】郭峰
【作者单位】西安铁路职业技术学院 陕西 西安 710014 【正文语种】中 文 【中图分类】TN99
温湿度双参数测试仪具有显示现阶段的水蒸气的饱和度、温度走向、湿度变化等功能。而温度与湿度作为生活中的基础，与我们生活与工作中的许多项目有着密切的关系，同时，温湿度也作为工业生产中最为基础而重要的工艺参数，包括机械、电子、能源、石油、化工等许多行业都需要针对温度与湿度进行准确的检测与控制。伴随我国居民生活水准的快速提高，人们对自身的生活与工作环境越发重视，空气中不断变化的温湿度也会直接影响到人们的感官体验与情绪变化，因此，对于温度与湿度的检测与控制就有着重要的现实意义，温湿度测试仪的出现就有了必要的需求。
1.1 S7-300的系统结构
S7-300的系统结构中的电源、CPU与其他组成部分都属于的模块［1］，可以利用U形总线将电源、CPU与其他组成部门紧密相连，并与西门子S7-300的标准轨道相融合。不同的模块都拥有总线连接器，总线连接器通常位于不同模块的背后［2］。其中，机架的左侧通常用于安装电源模块，而CPU模块则与电源模块相连接，CPU的右测则可以用于安装IM接口模块，同时，也可只选用主架导轨而无需安装扩IM接口模块。在S7编程软件进行组态主架导轨硬件过程中，电源、CPU与IM接口模块则分别位于导轨的1之3号槽之中，而一条导轨共含有
11个槽号［3］，在从1至11号槽之间，4至11号槽可用于快速安装电源、CPU与其他部件或拆除，而1至3号槽则不允许随意进行安装与拆除工序。 1.2 PLC的概念与特色
PLC技术的概念核心作为一种可编程的控制器，可通过计算机技术为基础进行新型工业各类设备与控制的装置系统。PLC作为一项可用于多种环境下进行设计的数字运算操作技术专用电子设备。其通过编制程序中含有的存储器，用以开展内部存储执行工序［4］，并进行逻辑运算、计算、顺序运算、计时与计数等项目的操作指令，并可利用数字式与模拟式完成输入与输出，并针对各类型的设备或生产过程进行控制。
PLC技术可集中于下述几点钟：第1点，具有较强的通用性、灵活性与多功能性，PLC技术是专为各种环境下的工业行业进行设备等项目的设计而应运而生的新技术［5］，具备很强的工业项目控制能力，并可利用选配相应的控制模块达到面对各种情况下工业控制系统的需求；第2点，具有很高的可靠性与抗干扰能力。为保障PLC可以在环境较为恶劣的工业生产中进行可靠而高效的工作［6］，在其设计之处并特意加强PLC技术的抗干扰能力，使其不易受到来自噪声、电源波动、电磁波与振动等因素的影响；第3点，其具有模块化结构、安装操作简便、测试操作难度较低等优势。在PLC的各部件中［7］，包含CPU、电源与I/O等模块化结构设计，其优点在于可快速将机架与电缆和各模块相连接，使其在安装与扩展、维护之时更加快速而简便。 2.1 温度传感器
温度传感器需要符合系统设计的要求标准，而LM35型号温度传感器是众多型号中性能最为符合要求的装置。这种温度传感器利用温度系数作为其温敏元件［8-10］，而其中的芯片则使用差分对管等线性化为主要技术，基本满足传感器的线性化要求，也可有效提升温度传感器的精度性与热敏电阻能力［11］，与过去的
温度传感器相比，其具备线性化能力较好、精准度高、校准简便、外围电路构造单一等优势，非常适用于LIC系统中进行温度采集时的数据测量与收集。 2.2 湿度传感器
现阶段，湿度传感器使用的型号最为广泛的是由美国公司所销售的 HIH-3610型号传感器、法国公司所销售的HF3223型号传感器与HM1500型号传感器等3种型号的湿度传感器［12-13］，其中，HM1500型号湿度传感器所具备的优势相较于其他两种型号更为明显，因此本次设计采用HM1500型号湿度传感器作为主要的部件［14-15］。
3.1 温湿度检测仪的硬件电路接线图
温湿度检测仪的硬件电路设计时，以西门子S7-300系列PLC作为其温湿度检测控制系统，其中，图1为控制系统I/O外部接线图。 3.2 温湿度检测系统的I/O点分配
在温湿度检测仪进行工作中，其控制系统共需要进行开关量为4项输入与输出，其输出与输入点包含在CPU所设计的范围内，因此对在分析工作完成后进行I/O点的分配工作。应用于I/O点分配的PLC系统并不是单独存在部件，而是是作为一项硬件模块，左侧为输入模板，右侧为输出模板，而其中，输出模板与继电器线圈相连接，并利用继电器触点进行与交流接触器线圈连接的工序。表1所示为I/O点分配。 3.3 温湿度检测仪设计
选择西门子S7-300系列的PLC作为本次设计的程序控制核心，选择温度、湿度传感器作为温湿度检测仪系统的检测装置，选择蜂鸣器与指示灯作为系统的报警装置，系统输出口连接空调装置与加湿器。通过检测装置采集感知信号，获取环境信息。通过PLC程序设计实现温湿度检测及环境温湿度控制，以输出口连接的蜂鸣器与指示灯作为报警指示，以WINCC组态系统作为模拟现实温湿度检测仪的画面
控制器，从而形成完整的基于PLC程序控制的温湿度检测仪系统。
温湿度检测仪系统设计如图2所示。当按下开始按钮后，PLC程序开始运行。传感器上电，可实行周围环境的信息采集。本次设计中的温度和湿度传感器分别采集周围环境的温湿度，采集到的数据在WINCC监控组态中显示出来，并将温湿度信号由I/O口输入到PLC系统当中。根据编号的程序对温湿度信号进行处理。首先判断温度与湿度是否正常，假设正常温度范围设置在 25～30℃，湿度设定为相对湿度35%，当检测的温度信号处于25～30℃范围内、湿度为35%时，系统默认不执行操作，继续执行传感器检测信号，收集周围环境温湿度信息。当温度检测值超出30℃或者低于25℃时，温度检测程序动作，发出高温报警信号或低温报警信号，对应的指示灯亮起，蜂鸣器报警，同时启动空调设备，给予空调对应的降温或者升温信号指令，通过空制温度变化，恢复正常温度范围。当湿度低于或者高于35%时，程序控制动作执行与温度控制类似，湿度高指示灯或湿度低指示亮起，蜂鸣器报警，同时启动加湿器，根据信号指令调节环境湿度。当温湿度传感器再次检测到周围温湿度恢复到正常范围后，停止输出指令，报警信号熄灭，蜂鸣器停止报警，空调设备和加湿器停止工作。若检测的恢复信号未达到正常值，系统自动继续执行输出动作，保证系统正常运行，调节温湿度。全部过程通过WINCC组态显示，便于人为干预。
通过文中内容的分析，可有效降低我国基于西门子S7-300系列PLC的温湿度检测仪器的设计与开发难度，同时，这类仪器在我国相关类型较少，需求量较高，具有广阔的市场前景与发展潜力。本文通过分析与探索基于PLC系统的温湿度检测仪设计方案，从而达到直接控制其效果与功能上可说明西门子S7-300系列PLC具有较高的控制性与稳定性，且拥有配置方案较多，编程操作简单，便于维修等优势存在，而且可根据不同情况改变当前工艺要求，十分适用于新设备的系统开发工
作，具有重要的现实意义与应用价值。
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