基于西門子S7-300系列PLC的溫濕度檢測儀的設計研究

郭峰

（西安鐵路職業技術學院　陜西　西安　710014）

基于西門子S7-300系列PLC的溫濕度檢測儀的設計研究

郭峰

（西安鐵路職業技術學院陜西西安710014）

溫濕度檢測儀在我國所擁有的類型與數量并不是很多，無法滿足國內日益增長的需求，所以希望通過進行溫濕度檢測儀的設計，降低開發難度，增長使用率與將其優勢更好的展現給我國更多的企業。對此，本文針對基于西門子S7-300系列PLC溫濕度檢測儀的設計進行研究與探討，并詳細講述PLC技術的概念與優勢和西門子S7-300系統結構組成，也包括PLC系統設計與檢測儀的硬件組成等，借此完成溫濕度檢測儀的整體設計，同時，利用環境溫度與濕度進行實際檢測工作，以供參考。

西門子S7-300系列PLC；濕度檢測儀；傳感器

溫濕度雙參數測試儀具有顯示現階段的水蒸氣的飽和度、溫度走向、濕度變化等功能。而溫度與濕度作為生活中的基礎，與我們生活與工作中的許多項目有著密切的關系，同時，溫濕度也作為工業生產中最為基礎而重要的工藝參數，包括機械、電子、能源、石油、化工等許多行業都需要針對溫度與濕度進行準確的檢測與控制。伴隨我國居民生活水準的快速提高，人們對自身的生活與工作環境越發重視，空氣中不斷變化的溫濕度也會直接影響到人們的感官體驗與情緒變化，因此，對于溫度與濕度的檢測與控制就有著重要的現實意義，溫濕度測試儀的出現就有了必要的需求。

1　S7-300的系統結構與PLC的概念與特色

1.1S7-300的系統結構

S7-300的系統結構中的電源、CPU與其他組成部分都屬于獨立的模塊［1］，可以利用U形總線將電源、CPU與其他組成部門緊密相連，并與西門子S7-300的標準軌道相融合。不同的模塊都擁有總線連接器，總線連接器通常位于不同模塊的背后［2］。其中，機架的左側通常用于安裝電源模塊，而CPU模塊則與電源模塊相連接，CPU的右測則可以用于安裝IM接口模塊，同時，也可只選用主架導軌而無需安裝擴IM接口模塊。在S7編程軟件進行組態主架導軌硬件過程中，電源、CPU與IM接口模塊則分別位于導軌的1之3號槽之中，而一條導軌共含有11個槽號［3］，在從1至11號槽之間，4至11號槽可用于快速安裝電源、CPU與其他部件或拆除，而1至3號槽則不允許隨意進行安裝與拆除工序。

1.2PLC的概念與特色

PLC技術的概念核心作為一種可編程的控制器，可通過計算機技術為基礎進行新型工業各類設備與控制的裝置系統。PLC作為一項可用于多種環境下進行設計的數字運算操作技術專用電子設備。其通過編制程序中含有的存儲器，用以開展內部存儲執行工序［4］，并進行邏輯運算、計算、順序運算、計時與計數等項目的操作指令，并可利用數字式與模擬式完成輸入與輸出，并針對各類型的設備或生產過程進行控制。

PLC技術可集中于下述幾點鐘：第1點，具有較強的通用性、靈活性與多功能性，PLC技術是專為各種環境下的工業行業進行設備等項目的設計而應運而生的新技術［5］，具備很強的工業項目控制能力，并可利用選配相應的控制模塊達到面對各種情況下工業控制系統的需求；第2點，具有很高的可靠性與抗干擾能力。為保障PLC可以在環境較為惡劣的工業生產中進行可靠而高效的工作［6］，在其設計之處并特意加強PLC技術的抗干擾能力，使其不易受到來自噪聲、電源波動、電磁波與振動等因素的影響；第3點，其具有模塊化結構、安裝操作簡便、測試操作難度較低等優勢。在PLC的各部件中［7］，包含CPU、電源與I/O等模塊化結構設計，其優點在于可快速將機架與電纜和各模塊相連接，使其在安裝與擴展、維護之時更加快速而簡便。

2　溫濕檢測儀傳感器的選型

2.1溫度傳感器

溫度傳感器需要符合系統設計的要求標準，而LM35型號溫度傳感器是眾多型號中性能最為符合要求的裝置。這種溫度傳感器利用溫度系數作為其溫敏元件［8-10］，而其中的芯片則使用差分對管等線性化為主要技術，基本滿足傳感器的線性化要求，也可有效提升溫度傳感器的精度性與熱敏電阻能力［11］，與過去的溫度傳感器相比，其具備線性化能力較好、精準度高、校準簡便、外圍電路構造單一等優勢，非常適用于LIC系統中進行溫度采集時的數據測量與收集。

2.2濕度傳感器

現階段，濕度傳感器使用的型號最為廣泛的是由美國公司所銷售的 HIH-3610型號傳感器、法國公司所銷售的HF3223型號傳感器與HM1500型號傳感器等3種型號的濕度傳感器［12-13］，其中，HM1500型號濕度傳感器所具備的優勢相較于其他兩種型號更為明顯，因此本次設計采用HM1500型號濕度傳感器作為主要的部件［14-15］。

3　溫濕檢測儀的PLC設計

3.1溫濕度檢測儀的硬件電路接線圖

溫濕度檢測儀的硬件電路設計時，以西門子S7-300系列PLC作為其溫濕度檢測控制系統，其中，圖1為控制系統I/O外部接線圖。

圖1　控制系統I/O外部接線圖

3.2溫濕度檢測系統的I/O點分配

在溫濕度檢測儀進行工作中，其控制系統共需要進行開關量為4項輸入與8項輸出，其輸出與輸入點包含在CPU所設計的范圍內，因此對在分析工作完成后進行I/O點的分配工作。應用于I/O點分配的PLC系統并不是單獨存在部件，而是是作為一項硬件模塊，左側為輸入模板，右側為輸出模板，而其中，輸出模板與繼電器線圈相連接，并利用繼電器觸點進行與交流接觸器線圈連接的工序。表1所示為I/O點分配。

表1　I/O點分配

3.3溫濕度檢測儀設計

選擇西門子S7-300系列的PLC作為本次設計的程序控制核心，選擇溫度、濕度傳感器作為溫濕度檢測儀系統的檢測裝置，選擇蜂鳴器與指示燈作為系統的報警裝置，系統輸出口連接空調裝置與加濕器。通過檢測裝置采集感知信號，獲取環境信息。通過PLC程序設計實現溫濕度檢測及環境溫濕度控制，以輸出口連接的蜂鳴器與指示燈作為報警指示，以WINCC組態系統作為模擬現實溫濕度檢測儀的畫面控制器，從而形成完整的基于PLC程序控制的溫濕度檢測儀系統。

圖2　溫濕度檢測系統工藝流程圖

溫濕度檢測儀系統設計如圖2所示。當按下開始按鈕后，PLC程序開始運行。傳感器上電，可實行周圍環境的信息采集。本次設計中的溫度和濕度傳感器分別采集周圍環境的溫濕度，采集到的數據在WINCC監控組態中顯示出來，并將溫濕度信號由I/O口輸入到PLC系統當中。根據編號的程序對溫濕度信號進行處理。首先判斷溫度與濕度是否正常，假設正常溫度范圍設置在 25～30℃，濕度設定為相對濕度35%，當檢測的溫度信號處于25～30℃范圍內、濕度為35%時，系統默認不執行操作，繼續執行傳感器檢測信號，收集周圍環境溫濕度信息。當溫度檢測值超出30℃或者低于25℃時，溫度檢測程序動作，發出高溫報警信號或低溫報警信號，對應的指示燈亮起，蜂鳴器報警，同時啟動空調設備，給予空調對應的降溫或者升溫信號指令，通過空調控制溫度變化，恢復正常溫度范圍。當濕度低于或者高于35%時，程序控制動作執行與溫度控制類似，濕度高指示燈或濕度低指示亮起，蜂鳴器報警，同時啟動加濕器，根據信號指令調節環境濕度。當溫濕度傳感器再次檢測到周圍溫濕度恢復到正常范圍后，停止輸出指令，報警信號熄滅，蜂鳴器停止報警，空調設備和加濕器停止工作。若檢測的恢復信號未達到正常值，系統自動繼續執行輸出動作，保證系統正常運行，調節溫濕度。全部過程通過WINCC組態顯示，便于人為干預。

4　結束語

通過文中內容的分析，可有效降低我國基于西門子S7-300系列PLC的溫濕度檢測儀器的設計與開發難度，同時，這類儀器在我國相關類型較少，需求量較高，具有廣闊的市場前景與發展潛力。本文通過分析與探索基于PLC系統的溫濕度檢測儀設計方案，從而達到直接控制其效果與功能上可說明西門子S7-300系列PLC具有較高的控制性與穩定性，且擁有配置方案較多，編程操作簡單，便于維修等優勢存在，而且可根據不同情況改變當前工藝要求，十分適用于新設備的系統開發工作，具有重要的現實意義與應用價值。

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Temperatureand hum idity detector based on SiemensS7-300 seriesPLC design research

GUO Feng
（Xi'an Railway Vocational and Technical College，Xi'an 710014，China）

The temperature and humidity detector type and quantity in our country have notmany，unable tomeet the growing domestic demand，so I hope through the design of the temperature and humidity detector，decrease the difficulty of developmentgrowth utilization and its advantages better showmore andmore 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 conceptand advantage of PLC technology in detailand Siemens S7-300 system structure，including hardware composition of PLC system design and detector，etc.，to complete the overalldesign of the temperature and humidity detector of，at the same time，the use ofenvironmental temperature and humidity foractual testingwork，foryour reference.

Siemens S7-300 series PLC；humidity detector；the sensor

TN99

A

1674-6236（2016）19-0038-03

2016-03-03稿件編號：201603033

西安鐵路職業技術學院院級課題（XTZY13G04）

郭 峰（1979—），男，陜西銅川人，講師。研究方向：機電一體化、數控技術。