摘要：针对工业生产环境对温湿度控制的需求，设计了基于西门子S7-200系列PLC的温湿度控制系统，实现对环境温湿度的实时监测和控制。实验证明3系统稳定可靠，满足设计的要求。
关键词：PLC；温度传感器；湿度传感器；LED显示
引言
温度、湿度是许多领域的生产活动中必须要求的工艺参数，如精密电子、仓储、化工等各类工作环境中都需要对温湿度进行测量与合理控制。以西门子S7-200系列PLC为控制元件设计一种温湿度智能控制系统，可以对环境温湿度进行监测及调节，实现对工业生产环境的自动化控制。
1系统构成及工作原理
系统由温度传感器和湿度传感器、PLC、开关按钮、外围控制装置（加热阀、制冷阀、加湿阀、风机）、LED显示6个部分构成，如图1所示。温度传感器和湿度传感器作为输入端，检测环境的温湿度，PLC读取温湿度数值，并通过LED显示；PLC实时将环境温湿度与设定值比较，从而控制外围调节装置对环境温湿度进行调节。
2系统硬件电路设计
2.1PLC的选型
系统所占用的I/O点数计算：（1）输入信号。开始按钮、停止按钮、计数值加1按钮、计数值减1按钮。以上共需要4个输入信号点，系统预留20%的备用点，取1个点，共需要用5个输入点。（2）输出信号。LED数码管，段选码需使用8个输出点；位选通信号使用74LS138译码器，需要4个输出点；显示“-”的一个数码管需要1个输出点；加热阀、制冷阀、加湿阀、风机开关各需要一个输出点。以上共需要17个输出点，系统预留20%的备用点，取3个点，共需要用20个输出点。经分析，选用西门子S7-200型PLC可满足设计需求。
2.2传感器的选型
2.2.1集成温度传感器系统采用集成温度传感器LM35，其特点：直接用摄氏温度校准；比例因数为线性+l0mV/℃；精度0.5℃(在+25℃时)；额定范围-55～+150℃；适用于遥控设备；费用低；工作电压4～30V；漏泄电流小于60μA。LM35为电压型温度传感器，电路如图2所示。2.2.2集成湿度传感器系统采用HM1500湿度传感器，它具有精度高、测量范围大、反应时间快、温度依赖性较低、稳定性能好、使用灵活方便等优点，是一款性价比很高的集成湿度传感器［8］。HM1500参数：测量范围0～100%RH；输出电压范围+1～+4V（相对湿度为55%时的标称输出电压为2.48V）；温度系数为±0.1%RH/℃，湿度迟滞为±1.5%RH，响应时间为5s；灵敏度为+25mV/RH，测量精度为±3%RH。HM1500利用电容和相对湿度之间的函数关系实现对湿度的测量。其输出电压和相对湿度的响应曲线如图3所示。输出电压和相对湿度之间的关系可以用最小二乘法求得：
3显示方案的设计
PLC的Q0.0～Q0.7提供段选码显示，Q1.0～Q1.3接两个74LS138译码器的A、B、C及控制端。因为74LS138译码器输出的是低电平选通，因此译码后需要连接到74LS07输出低电平来驱动16个LED数码管，最后一个数码管用于显示“-”，表示输出温度为零下几度，这个数码管由输出点Q1.4单独驱动。显示方案采用74LS138译码器，把需要的输出点数从25位减少到了13位，不需要进行额外的I/O口扩展，就能实现17个LED的动态显示。显示方案原理如图4所示.
4PLC硬件设计
CPU224有14个输入接口10个输出接口，模拟量输入模块EM231有4个输入接口，数字量输出模块EM222有8个输出接口（系统采用2个，共16个接口）。输入接口分配：温度模拟量，AIW0；湿度模拟量，AIW2；启动按钮，I0.0；停止按钮，I0.2；计数值加1，I0.3；计数值减1，I0.4。输出接口分配：加热阀开关，Q0.0；冷气阀开关，Q0.1；加湿阀开关，Q0.2；风机开关，Q0.3；LED显示系统，Q2.0~Q2.7、Q3.0~Q3.4；74ls07，Q2.0~Q2.7；74ls138，Q3.0~Q3.3；74ls06，Q3.4。PLC的硬件接线如图5所示，主要包括按钮、温湿度传感器与输入端的连接，以及温湿度调节装置、显示装置与输出端的连接。
5系统软件设计
系统控制流程如图6所示。外围控制系统由加热阀、制冷阀、加湿阀和风机组成。PLC存储设定温度和设定湿度，每10min提取温度传感器和湿度传感器的检测数值，先用环境温度和设定温度进行比较，当环境温度大于设定温度时打开制冷阀，相反打开加热阀；然后用环境湿度和设定湿度进行比较，当环境湿度高于设定湿度时打开风机，相反时大开加湿阀。所有开关定时半分钟自动关闭。
6结语
综合利用PLC、传感器、数字电子、PID控制和LED显示等技术，完成了温湿度控制和时间显示装置的设计。系统运行良好，满足设计的要求。
参考文献
[1]陈立定,吴玉香,苏开才.电气控制与可编程控制器[M].广州:华南理工大学出版社，2004.
[2]张进秋,张中民.可编程控制器原理及应用实例[M].北京:机械工业出版社,2004.
[3]汪晓萍.可编程控制器系统开发实例导航[M].北京:人民邮电出版社,2004.
[4]庞党锋,王东涛,闫虎民,等.基于单片机与PLC的农业大棚温湿度控制系统设计[J].湖北农业科学,2013（02）:448-450.
[5]王志国,齐铁,王伟,等.基于PLC的智能温室环境控制系统设计[J].哈尔滨师范大学自然科学学报,2013（03）:76-78.
[6]陈会莲,谷明月,郑艳博,等.基于PLC的温湿度自动控制系统的设计[J].中国农机化学报,2015（02）:246-248.
[7]张如萍,唐育正.基于PLC的温湿度控制系统设计与实现[J].暖通空调,2010（08）:128-130.
[8]李丽丽,施伟.温室大棚智能温湿度控制系统的设计与实现[J]泌尿外科期刊.湖南农业科学,2011（21）:135-138.
[9]胡立涛.可编程控制器原理、应用与实验[M].海口:南海出版社,2005.
[10]沙占友.中外集成传感器实用手册[M].北京:电子工业出版社,2005.
作者：李锦杰 费旭云 毕松 单位：火箭军工程大学
