第５期（总第１７４期） ２０１２年ｌＯ月 机械工程与自动化 ＭＥＣＨＡＮＩＣＡＬ ＥＮＧＩＮＥＥＲＩＮＧ ＆ ＡＵＴ（）ＭＡＴＩ（）Ｎ Ｎｏ．５ （）ｃｔ． 文章编号：１６７２—６４１３（２０１２）０５—０１４８—０２ 基于ＰＬＣ的仓库温湿度调节系统设计 袁连余 （盐城生物工程高等职业技术学校，江苏 盐城 ２２４０５１） 摘要：介绍了一种仓库温湿度调节系统。采用ＡＴ８９Ｃ５２为控制核心，通过ＡＤ５９０采集温度数据，ＨＳｌｌＯ０／ １ｉ０１采集湿度数据，并可以进行ＬＥＤ显示及报警；当温湿度超过阀值时．自动启动温湿度控制系统，进行 温湿度调节。整个系统的数据采集实时性好，故障恢复速度快。 关键词：ＰＬＣ；仓库；温度；湿度；调节系统 中图分类号：ＴＰ２７３ 文献标识码：Ａ ０ 引言 仓库是用来存放商品的重要场所，而防潮、防霉、 防腐、防燃是仓库管理中非常重要的日常工作内容，是 检查仓库管理质量的重要标准。仓库环境保持的好坏 会直接影响储备物资的耐用寿命和工作可靠性。在日 常工作内容上，要保持仓库环境中各项参数的恒定，首 要解决的问题是能够实时监测仓库内的温湿度参数。 传统技术手段下，仓库环境监测工作由仓库保管员具 体负责，存在占用人力资源多、成本高、工作量大、效率 低下等弊端。本文基于单片机和ＰＬＣ设计了一种仓 库温湿度调节系统。 １仓库温湿度调节系统的结构 仓库温湿度调节系统是由温度和湿度传感器检测 仓库中的温度与湿度，通过Ａ／Ｄ转换将采集的数据 送入到单片机中，并通过ＬＥＤ显示温度与湿度。当 温度与湿度超过设定的值时开始报警，人们可以及时 地通过外界的条件去改变仓库中的温湿度，从而使仓 库中的温度与湿度保持在一个良好的环境中。 仓库温湿度调节系统结构框图如图１所示。主要 容量会随着所测空气湿度的增大而增大。有了这一特 性，就可以使用它来测量周围空气的湿度，之后将相应 的电容值转化为湿度值。将其电容的变化量转变为人 们可以理解、计算机能够使用的形式有两种方法：①将 ＨＳＩ１Ｏｏ／ＨＳ１１０１置于桥式振荡电路（由电阻和电容 组成的电路）中，所输出的正弦波电压信号经整流、放 大、Ａ／Ｄ转换后，变为数字信号；②将ＨＳ１ｌＯＯ／ ＨＳ１１０１置于５５５振荡电路中，将电容值的变化转为 与之成反比的电压频率信号，可直接被电子设备所采 集转换。湿度检测电路如图２所示。 ｌ湿度控制 厂—］ —厂一 Ｉ’ ｔ ， ＡＴ １Ｊ上位机 系统 韫度９０检Ｄ５测节点｝．＿ 厂 ． 一 ＡＴ８９Ｃ Ｉ 串行 ５２ ＿．１ ＬＥＤ显示 Ａ Ｄ５９０破节点 ｉ Ｊ湿度控制ｈ一报警电路 ｌ 厂＿’１ 包括上位机系统、串行ＬＥＤ显示、报警电路、单片机、 温度检测、湿度检测、信号采集通道、温度控制系统和 湿度控制系统。其中，单片机采用了性价比很高的 ＡＴ８９Ｃ５２，ＰＬＣ采用了三菱公司的ＦＸ１Ｎ系列的 图１ 仓厍温湿厦调节系统结构框图 ３温度检测电路设计 温度检测元件ＡＤ５９０用于测量热力学温度的基 本应用电路如图３所示。流过ＡＤ５９０的电流与其自 ４８ＭＲ，湿度传感器采用了ＨＳＩＩＯＯ／ＨＳ１１０１电容传感 器，温度传感器采用了ＡＤ５９０。 ２湿度检测电路设计 身所处环境的热力学温度成正比，而且当电阻Ｒ 和 电位器Ｒ 的电阻之和为１ ｋｆｌ时，输出电压 随温 ＨＳ１ＩＯ０／ＨＳ１ｉ０１电容传感器，如果使用普通的 电子电路实现，则等效于一个电容器件，但不同的是电 收稿日期：２０１２－０４—２３；修回日期：２０１２—０５—０７ 度的变化量为ｌ ｍＶ／Ｋ。但由于ＡＤ５９０的增益随着 周围环境的不同会有所偏差，而且不同电阻的阻值也 有偏差，因此在实际使用时要对电路进行校正。校正 作者简介：袁连余（１９７４一），男，江苏盐城人，讲师，本科，研究方向为自动化及电工技术。 ２０１２年第５期 袁连余：基于ＰＬＣ的仓库温湿度调节系统设计 ・ １４９ ・ 的方法是：把ＡＤ５９０放于冰水混合物中，调整电位器 Ｒ ，使Ｕ。一２７３．２＋２５＝２９８．２ ｍＶ。但这样调整只适 用于０℃或２５℃附近。 ６２０ ｋＱ 图２湿度检测电路 图３温度检测电路 ４信号采集通道设计 本文所设计的系统中，温度输入信号为８路的模 拟信号，对湿度的检测也需要大量采集点，所以需要多 路信号采集通道的支持。基于实际的应用情况，采用 多路分时的模拟量输入通道作为信号采集通道。这种 结构的信号采集通道特点为：①对ＡＤＣ、Ｓ／Ｈ要求 高；②处理速度慢；③硬件简单，成本低；④软件比 较复杂。信号采集通道结构框图如图４所示。 温度检测节点ｒ Ａ１）５９０ ｉ 『 ——＿＿＿＿＿——＿＿＿———— ＨＳ１１ｏｏ／１１０１ Ｉ ｌ Ｉ 湿度检测节点Ｉ ｌ 多 路 ＬＮ ｆ） Ｉ＿ｒ 换 — 持器Ｈ转换器 ０。。 Ｉ ＡＤ５９０ ｌ Ｊ 器 ｆ 『温度检测节点广 ＨＳ１１００／１１０１ Ｌ Ｉ １ 湿度检测节点Ｉ Ｉ Ｉ壹ｌ ４信号采集通道结构框图 ５系统软件设计 系统软件主程序的设计应考虑以下问题：①温湿度 的ＬＥＤ显示；②温湿度数据的采集，非正常数据的滤 波；③参数超过阀值时的报警和处理；④温湿度参数的 标度转换。通常，符合上述功能的温度控制程序由主程 序和ＴＯ中断服务程序两部分组成。这里所需要注意的 是标度变换，标度变换的目的是要把实际采样的二进制 值转换成ＢＣＤ形式的温度值，然后存放到显示缓冲区 ３４Ｈ～３ＢＨ。对一般线性仪表来说，标度变换公式为： 一 Ａ 一Ａｏ＋（Ａ 一Ａｏ） 三 。 １ ｍ 』’０ 其中：Ａ 为实际测量值；Ａ。为一次测量仪表的下限； Ａ， 为一次测量仪表的上限；Ｎ。为仪表下限所对应的 数字量；Ｎ 为仪表上限所对应的数字量；Ｎ 为测量 所得数字量。 系统软件处理流程如图５所示。系统上电时首先 要进行各设备的初始化，特别是对ＰＬＣ程序的写入， 以及温度和湿度传感器的配置写入，之后通过信号采 集通道进行仓库环境温湿度的采集。当温湿度超过事 先设定好的阀值时，会触发报警电路进行报警，之后随 即开启温度和湿度控制系统，进行仓库温湿度的调节； 无论采集到的温湿度数据是否超过阀值，都要通过 ＬＥＤ屏幕进行显示。 Ｎ 图５系统软件处理流程 ６结论 该温湿度检测器的设计精巧，功能完善，能够对最 多高达８路的环境进行检测，对仓库的应用环境来说 具有很大的实用性。在对温度进行测量时采用的是 ＡＤ５９Ｏ，它非常适合于实际中相对恶劣环境下的使用， 不但工作环境面大，条件要求简单，而且抗干扰能力 强，数据最远传输达百米以上。总体来说，系统不但实 用性较强，而且稳定性和耐久度都非常好。 参考文献： ［１］曹爱华．张峰，丁冉．基于ＤＳＰ和ＣＰＩ Ｄ的电机智能保护 装置的设计［Ｊ］．电工技术，２００９（１）：７７—７８． ［２］ 胡汉才．单片机原理及接口技术［Ｍ］．北京：清华大学出 版社，ｌ９９６． Ｅ３］周兰．基于ＤＳＰ和ＣＰＬＤ的无位置传感器无刷直流电动 机控制系统ＥＪ３．自动化信息．２０１０（６）：４６—４７． ［４７李志全．智能仪表设计原理及应用［Ｍ］．北京：国防工业 出版社．１９９８． Ｅ５３ 何希才，虹敏．传感器应用接口电路［Ｍ］．北京：机械工业 出版社。１９９７． （英文摘要转第１５２页） ・ ｌ５２ ・ 机械工程与自动化 ２０１２年第５期 控制系统中体现出了非常好的控制性能。 ６Ｏ ５０ ４０ ５ 结论 基于ｄＳＰＡＣＥ实时控制测试平台，进行了双容水 箱串级液位控制系统的快速控制原型实验，对ＰＩＤ控 制算法和模糊ＰＩＤ控制算法进行了对比实验研究。 由于模糊控制算法对控制对象的模型不敏感，具有较 强的鲁棒性，但是因其模糊判断的天然特性，会在控制 目标附近产生震荡。而模糊控制和常规ＰＩＤ控制算 法相结合，既具备模糊控制算法动态性能优越的优点， 又体现了ＰＩＤ控制算法静态特性较好的优势，在液位 １００ ２００ ３００ ４００ ５００ ６００ 坦３Ｏ 疑２Ｏ １Ｏ ０ 时间／ｓ 控制系统中获得了非常好的控制效果。从控制器的设 计过程也可以看出，利用ｄＳＰＡＣＥ平台的快速控制原 型实验功能以及ＣｏｎｔｒｏｌＤｅｓｋ的在线调参功能，大大 简化了设计复杂控制器的操作过程，提高了设计环节 的工作效率。 参考文献： 图５ ＰＩＤ控制器液位响应曲线 ６０ ５０ ［１］朱鹰屏，王耀南．基于模糊ＰＩＤ原理的液位控制器的设计 ［Ｊ］．控制系统．２００５。１２（４）：３５－３８． ［２］李兵。方敏．模糊ＰＩＤ液位控制系统的设计与实现ＥＤ］．合 肥：合肥工业大学，２００６：１０—１３． 逞４０ 撂３０ ２０ ［３］孙红英．颜德文，李文武．基于参数自整定模糊ＰＩＤ的三 １０ 容水箱液位控制［Ｊ］．电气应用，２００６，２５（８）：９７—９９． ［４］ 马成玲，齐向东．水位模糊ＰＩＤ系统的设计［Ｊ］．信号与系 统，２０１１．１３（６）：６８—７０． ０ １００ ２００ ３００ ４００ ５００ ６００ ［５］马培蓓，吴进华，纪军．ｄＳＰＡＣＥ实时仿真平台软件环境 及应用［Ｊ］．系统仿真学报，２００４．１６（４）：６６７—６６８． ［６３陶永华．新型ＰＩＤ控制及其应用［Ｍ］．第２版．北京：机械 工 出版社，２００２． 时间／ｓ 图６模糊ＰＩＤ控制器液位响应曲线 Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ Ｆｕｚｚｙ ＰＩＤ Ｃｏｎｔｒｏｌ ｉｎ Ｌｉｑｕｉｄ Ｌｅｖｅｌ Ｃａｓｃａｄｅ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｓｙｓｔｅｍ ＨＵＡＮＧ Ｂｉａｏ，ＺＨＡＮＧ Ｊｉｎｇ－ｇａｎｇ （Ｓｃｈ０ｏｌ ｏｆ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｔａｉｙｕａｎ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｔａｉｙｕａｎ ０３００２４，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａ ｒｅａｌ—ｔｉｍｅ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｏｆ ｒａｐｉｄ ｃｏｎｔｒｏｌ ｐｒｏｔｏｔｙｐｉｎｇ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ ｉｎ ｗｈｉｃｈ ｔｈｅ ｒｅｓｅａｒｃｈ ｏｂｊｅｃｔ ｉｓ ａ ｄｏｕｂｌｅ－ｗａｔｅｒ—ｔａｎｋ ｌｉｑｕｉｄ ｌｅｖｅｌ ｃｏｎｔｒｏｌ ｓｖｓｔｅｍ ｂａｓｅｄ ｏｎ ｄＳＰＡＣＥ ｓｉｎｇｌｅ ｂｏａｒｄ ｓｙｓｔｅｍ ＤＳＩｉ０３ ｉｓ ｄｏｎｅ．Ｔｈｅ ｄｕａｌ－ｃｌｏｓｅｄ—ｌｏｏｐ ｃａｓｃａｄｅ ｃｏｎｔｒｏｌ ｓｙｓｔｅｍ ｗｈｉｃｈ ｓｅＤａｒａｔｅｌｖ ｕｓｅｓ ｃｏｍｍｏｎ ＰＩＤ ｃｏｎｔｒ０ｌ ａｎｄ ｆｕｚｚｙ ＰＩＤ ｃｏｎｔｒｏｌ ａｓ ｔｈｅ ｍａｉｎ ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ ｆｏｒ ｃｏｎｔｒａｓｔ，ｉｓ ａｐｐｌｉｅｄ ｔＯ ｔｈｉｓ ｓｙｓｔｅｍ．Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ ｒｅｓｕＩｔｓ ｓｈｏｗ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｆｕｚｚｙ ＰＩＤ ｃｏｎｔｒｏｌ ａｌｇｏｒｉｔｈｍ ｉｎ ｌｉｑｕｉｄ ｌｅｖｅｌ ｃｏｎｔｒｏｌ ｓｙｓｔｅｍ ｈａｓ ｇｅｔ ｓｅｎｓａｔｉｏｎａｌ ｃｏｎｔｒｏＩ ｅｆｆｅｃｔ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｄＳＰＡＣＥ；ｌｉｑｕｉｄ ｌｅｖｅｌ；ｆｕｚｚｙ ＰＩＤ ｃｏｎｔｒｏｌ （上接第１４９页） Ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ Ｗａｒｅｈｏｕｓｅ Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ａｎｄ Ｈｕｍｉｄｉｔｙ Ｃｏｎｔｒｏｌｌｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ Ｂａｓｅｄ ｏｎ ＰＬＣ ＹＵＡＮ Ｌｉａｎ－ｙｕ （Ｙａｎｃｈｅｎｇ Ｂｉｏｌｏｇｉｃａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｈｉｇｈｅｒ Ｖｏｃａｔｉｏｎａｌ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｓｃｈｏｏｌ，Ｙａｎｃｈｅｎｇ ２２４０５１，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｉｓ ｐａＰｅｒ ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｓ ａ ｗａｒｅｈｏｕｓｅ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ａｎｄ ｈｕｍｉｄｉｔｙ ｃｏｎｔｒｏｌｌｉｎｇ ｓｙｓｔｅｍ．ｗｉｔｈ ａｎ ＡＴ８９Ｃ５２ ａｓ ｃｏｎｔｒｏｌ ｃｏｒｅ，ｗｈｉｃｈ ｕｓｅｓ ＡＤ５９０ ｔＯ ａｃｑｕｉｒｅ ｔｈｅ ｓａｍｐｌｅ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｄａｔａ ａｎｄ ＨＳＩ １００／１ １０１ ｔＯ ａｃｑｕｉｒｅ ｔｈｅ ｓａｍｐｌｅ ｈｕｍｉｄｉｔｙ ｄａｔａ，ａｎｄ ｈａｓ ｔｈｅ ｆｕｎｃｔｉｏｎｓ ｏｆ ＬＥＤ ｄｉｓｐｌａｙｉｎｇ ａｎｄ ａｌａｒｍｉｎｇ．Ｉｔ ｗｉｌｌ ｓｔａｒｔ ｔｈｅ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ａｎｄ ｈｕｍｉｄｉｔｙ ｃｏｎｔｒｏｌ ｓｙｓｔｅｍ ｔＯ ａｄｊ ｕｓｔ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ａｎｄ ｈｕｍｉｄｉｔｙ ｗｈｅｎ ｔｈｅ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ａｎｄ ｈｕｍｉｄｉｔｙ ｂｅｙｏｎｄ ｔｈｅ ｓｔａｎｄａｒｄｓ．Ｔｈｅ ｗｈｏｌｅ ｓｙｓｔｅｍ ｉｓ ｏｆ ｇｏｏｄ ｒｅａｌ ｔｉｍｅ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ＰＬＣ；ｗａｒｅｈｏｕｓｅ；ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ；ｈｕｍｉｄｉｔｙ；ｃｏｎｔｒｏｌｌｉｎｇ ｓｙｓｔｅｍ
