---PLC空气质量检测设计.docx

《---PLC空气质量检测设计.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《---PLC空气质量检测设计.docx（18页珍藏版）》请在淘文阁 - 分享文档赚钱的网站上搜索。

1、成都电子机械高等专科学校成教院毕 业 设 计（论 文）论文题目： PLC 空气质量检测设计教 学 点：重庆科创职业学院指导老师： 孙庆玲职称：讲师同学姓名： 杜锋学号: 10124412026专业：机电一体化成都电子机械高等专科学校成教院制2021 年 3月 1日成都电子机械高等 专科学校成教院2 / 18毕业设计 （论文）任务书题目： PLC 空气质量检测设计任务与要求： ：通过 PLC 的设计、仿真，为最终的实际应用供应参考依据；并分析了讨论过程中显现的问题，逐步找出光控开关的正确设计方法时间： 2021年 12 月 15日 至 2021年 3 月 5 日共 12周教 学 点：重庆科创职业

2、学院同学姓名：杜锋学 号： 10124412026专业：机电一体化 指导单位或教研室：指导老师：孙庆玲职称： 讲师毕业设计 论文进度方案表字日 期工 作 内 容执 行 情 况指导老师签12 月 15日至选题*12 月 25日12 月 26日至1 月 2 日论文提纲写作1 月 3 日至初稿写作2 月 15 日2 月 15 日至二稿写作2 月 29 日3 月 1 日至定稿并上交论文的电子文稿3 月 10 日3 月 10 日至做好论文评阅预备3 月 15 日老师对进度方案实施情形总评签名年月日本表作评定同学平常成果的依据之一；5 / 18PLC空气质量检测设计摘要 随着科学技术的不断进步，以及化学工

3、业的进展给我们的生活带来了前所未有的变革, 但是同时空气质量的恶化也对人们的健康构成显著的威逼, 直接导致了各种呼吸道疾病和中枢神经不适症 , 空调病等疾病的产生 . 这就要求我们对空气质量进行检测，并对检测信息进行统计，得到合理的治理措施；虽然化学工业的进展给我们的生活带来了前所未有的变革, 但是同时空气质量的恶化也对人们的健康构成显著的威逼, 直接导致了各种呼吸道疾病和中枢神经不适症 , 空调病等疾病的产生 . 特别以甲苯 , 甲醛等为主要成分的装修材料所挥发出的气体以及吸烟所产生的尼古丁等被称为隐形杀手的大量有毒气体却使我们生活空 间中的空气质量显著降低；关键词： 空气质量检测；工作原理

4、PLC air quality test designAlong with the science and technology unceasing progress, and chemical industrial development to our life has brought an unprecedented change, but at the same time the deterioration of the air quality of the health of the people constitute significant threats, led directly

5、 to various respiratory disease and central nervous BuShiZheng, such as the generation of KongDiaoBing disease. This require us to test air quality, and the test information statistics, get reasonable treatment measures. Although the development of chemical industry to our life has brought an unprec

6、edented change, but at the same time the deterioration of the air quality of the health of the people constitute significant threats, led directly to various respiratory disease and central nervous BuShiZheng, such as the generation of KongDiaoBing disease. Especially in toluene, such as formaldehyd

7、e for main ingredients decorate material to the volatility of the gas and smoking produced such as nicotine is called the invisible killer of large volume of poisonous gas will make our life space to the air quality significantly reduced.Keywords: air quality detection； Working principle目录第一章前言 1其次章

8、 PLC 的工作原理 2第一节硬件设计 2其次节软件设计 3第三节模糊掌握 4第四节 PLC的工作方式 6第三章 PLC 空气质量检测的应用及进展9第一节 湿度检测 9其次节 环境粉尘检测 10第三节 矿山空气成分检测 11第四节车内空气质量检测 11结论 11致谢 11第一章 前 言虽然化学工业的进展给我们的生活带来了前所未有的变革, 但是同时空气质量的恶化也对人们的健康构成显著的威逼, 直接导致了各种呼吸道疾病和中枢神经不适症, 空调病等疾病的产生 . 特别以甲苯 , 甲醛等为主要成分的装修材料所挥发出的气体以及吸烟所产生的尼古丁等被称为隐形杀手的大量有毒气体却使我们生活空间中的空气质量显

9、著降低；随着国内人民生活水平的提高和现代高科技和电子技术的进展，这就要求提高四周空气质量，使其达到人体感到舒服的程度；2021 年，中国的奥运年，号召以绿色为主， 创建绿色奥运；全球气候的日益变暖，越来越表达出爱护环境的重要性；影响空气质量的 3 个重要因素是温度、湿度和清洁度；鉴于净化空气改善生活, 预防因空气导致的各种疾病的需要 , 国内外相关机构不仅出台了相应的空气标准, 同时也在实行先进的科学技术致力于空气质量检测及净化方面的讨论 , 并已设计出相当多的产品；1 / 18其次章 PLC 的工作原理第一节 硬件设计掌握电路主要有单片机、电源部分、数据采集部分，和显示电路以及功率驱动电路组

10、成；如图 1-1 所示；图 1-1掌握电路本系统采纳 Atmel 公司的 AT89C51作为系统 CPU；该芯片含有 4 kB 可重编程闪速程序储备器， 276 V 的操作范畴， 128 BRAM，2 个 16 b 定时计数器，一个 5 向量两级中断结构，一个全双工串行口，一个精密模拟比较器，6 个中断源，与工业标准MCS-51 系列单片机指令集和引脚结构兼容；1. 键盘电路方式挑选和参数设置为节约单片机的口线，键盘信号送入模数转换器进行转换，从而判定出是哪一个按键按下，然后执行相应的动作； S1 是掌握自动手动切换按键，默认方式下，系统是手动工作方式，按一次 S1 键，工作方式变化一次； S

11、2 是温度加 1 键， S3 是温度减 1 键，每按S2，S3 一次设定的温度就加或者减 1 C； S4 是送风方式按键，第1 次按是向头吹冷风， 第 1 次按是向头吹冷风和向脚吹热风，第3 次按是向脚吹热风，第4 次按是吹脚和除霜， 第 5 次按是除霜； S5 是循环方式按键，默认的循环方式是内循环方式，按一次是外循环方式，再按一次又回到内循环方式；S6 是压缩机开关键，掌握压缩机的启停；按键电路图如图 1-2 所示：12 / 18图 1-2按键电路2. 模拟量采样电路本系统一共有 11 路模拟信号需要进行 AD转换，即车内温度传感器信号、车外温度传感器信号、蒸发器温度传感器信号、湿度传感器

12、信号、CO浓度传感器信号、 CO2浓度传感器信号、温度门电机位值反馈信号、内外空气门电机位置反馈信号、冷风门电机位置反馈信号、热风门电机位置反馈信号和除霜风门电机位置反馈信号；采纳美国德州仪器公司于近几年推出的一种性能价格比较优的11 个输入端的 10 b 模数转换器 TLC1543；3. 显示驱动显示器采纳苏州创高电子有限公司生产的专用的汽车显示器，内部结构为发光二极管，工作方式同一般的 LED；可以显示送风方式、车内空气循环方式、鼓风机工作状态、设定温度以及车内实际温度等；本系统显示采纳动态显示，有程序直接掌握；为节约口线，系统采纳串入并出的移位寄存器芯片74HC164来对显示进行段选，单

13、片机的P00，P01， P02 和 74HC164相连； 74HC164输出的信号经 MC1413驱动输出显示电路的段码掌握信号输出端，由 P2 口的 P20，P2 1， P22，P23， P24 驱动输出显示的位选掌握信号；其次节 软件设计系统软件用 C51 编写，由主程序和定时器 T0 中断服务程序等组成，从功能上包括系统初始化、显示程序、数据采集程序、数字滤波和数字处理程序、设定键处理程序等模块；显示程序的功能是将显示缓冲器内容送显示器显示；我们采纳定时动态扫描方法，每隔1 ms 刷新一次；数据采集程序是主程序的一部分，由于温度、湿度、二氧化碳浓度及风门开度等这些模拟信号变化缓慢，我们每

14、隔1 min采集一次数据，而对按键每隔100 ms采集一次，由T0 定时中断服务程序置位数据采集标志和按键采集标志，主程序查询到数据采集标志后依次采集运算温度、湿度、二氧化碳浓度和风门开度等数据参数，存入对应的数据储备器；采集到按键采集标志后对按键进行采集，并执行相应动作；为了提高掌握系统的稳固性，加强抗干扰才能，采纳了隔离电压芯片、光电隔离技术和数字滤波技术，并使用WatchDog 技术和软件陷阱防止程序跑飞，实现任务的复原，实行有效的电源抗干扰措施；第三节 模糊掌握模糊掌握器的设计包括精确量的模糊化、模糊控 61 制规章的形成及解模糊；模糊掌握器的硬件用单片机实现；传感器定时监测温度信号，

15、经 A D 转换输入到单片机，单片机对信号进行处理，由模糊算法运算输出掌握信号；依据实际要求，检测输入变量有温度、湿度和清洁度；掌握输出变量有 5 个，分别是混合风门开度、冷热风门开度、除霜风门开度、内外循环风门开度和加湿阀的启停及压缩机的启停；本文以混合风门开度为例来介绍模糊掌握器的设计，其他模糊掌握器设计类似，不再一一赘述；温度模糊推理如图 1-3 所示；1. 精确量的模糊化图图 1-3温度模糊推理模糊掌握器的输入量是一个精确量，为了达到模糊掌握的目的，第一要把精确量转换成模糊量，精确量的模糊化主要是求各模糊变量的隶属函数；输入变量为温度偏差 e 和偏差变化率 c，输出变量为掌握量 u，

16、u 为风门开度的增量，风门开度越大，经过加热器的风就越多，温度上升的越快；e， ec 和 u 相应的温度论域为 20，20，温度变化率的论域为 4， 4，风门开度增量的论域为 50，50， E， EC 的模糊语言均设定为负大（ NB）、负小（ NS）、零（ ZE）、正小（ PS）、正大（ PB）5 档；U 的模糊语言定为负大（ NB）、负中（ NM）负小（ NS）、零（ ZE）、正小（ PS）、正中（ PM）、正大（ PB）7 档；输入变量和输出变量的隶属函数分别如表 1-1 和表 1-2 所示；表 1-1 输入变量表 1-2 输出变量以上偏差为给定值与本次采样值之差，偏差变化率为本次偏差值和

17、上次偏差值之差；模糊掌握器采纳双输入单输出的二维结构；2. 模糊掌握规章的确定本系统采纳 IF Ai and Bi then Ci为模糊掌握规章，其中 Ai 为温差 E 的模糊子集； Bi 为温差变化率 EC的模糊子集； Ci 为风门开度增量 U的模糊子集；依据温度变化的参数特点和现场实际操作体会及专家的学问理论，总结出模糊掌握规章表，如表 1-3 所示；表 1-3模糊掌握规章表上述选取掌握量变化的原就是：当误差较大时，挑选掌握量以尽快排除误差为主，而当误差较小时，挑选掌握量要留意防止超调，以系统的稳固性为主要动身点；3. 输出反模糊化依据模糊掌握规章表确定的每一条模糊条件语句都可以运算出相应

18、的模糊掌握量 u， 依据重心法，可得到用于该掌握系统实时掌握的基本 Fuzzy 掌握器的查询表，如表 1-4 所示；表 1-4 基本 Fuzzy 掌握器的查询表第四节 PLC 的工作方式1. “次序扫描，不断循环”的工作方式(1) 每次扫描过程；集中对输入信号进行采样；集中对输出信号进行刷新；(2) 输入刷新过程；当输入端口关闭时，程序在进行执行阶段时，输入端有新状态， 新状态不能被读入；只有程序进行下一次扫描时，新状态才被读入；(3) 一个扫描周期分为输入采样，程序执行，输出刷新；(4) 元件映象的长短由三条打算； ACPU执行指令的速度； B指令本身占有的时间；C指令条数；(5) 由于采纳

19、集中采样，集中输出的方式；存在输入/ 输出滞后的现象，即输入 / 输出响应推迟；2. 不同的运行方式最初研制生产的 PLC主要用于代替传统的由继电器接触器构成的掌握装置，但这两者的运行方式是不相同的：(1) 继电器掌握装置采纳硬规律并行运行的方式，即假如这个继电器的线圈通电或断电，该继电器全部的触点在继电器掌握线路的哪个位置上都会立刻同时动作；(2) PLC 的 CPU就采纳次序规律扫描用户程序的运行方式，即假如一个输出线圈或规律线圈被接通或断开，该线圈的全部触点 包括其常开或常闭触点 不会立刻动作，必需等扫描到该触点时才会动作；3. 扫描技术当 PLC投入运行后，其工作过程一般分为三个阶段，

20、即输入采样、用户程序执行和输出刷新三个阶段；完成上述三个阶段称作一个扫描周期；在整个运行期间，PLC的 CPU以肯定的扫描速度重复执行上述三个阶段，如图1-4 ；图 1-4扫描周期一般来说， PLC 的扫描周期包括自诊断、通讯等，如下图所示，即一个扫描周期等于自诊断、通讯、输入采样、用户程序执行、输出刷新等全部时间的总和，如图1-5 所示；4. PLC 的 I/O 响应时间图 1-5扫描路径为了增强 PLC的抗干扰才能，提高其牢靠性， PLC的每个开关量输入端都采纳光电隔离等技术；为了能实现继电器掌握线路的硬规律并行掌握，PLC 采纳了不同于一般微型运算机的运行方式（扫描技术）；以上两个主要缘

21、由，使得 PLC得 I/O 响应比一般微型运算机构成的工业掌握系统满的多，其响应时间至少等于一个扫描周期，一般均大于一个扫描周期甚至更长；所谓 I/O 响应时间指从 PLC的某一输入信号变化开头到系统有关输出端信号的转变所需的时间；其最短的 I/O 响应时间（图 1-6 ）与最长的 I/O 响应时间（图 1-7 ）所示：图 1-6最短 I/O 响应时间图 1-7 最短 I/O 响应时间以上是一般的 PLC的工作原理，但在现代显现的比较先进的 PLC中，输入映像刷新循环、程序执行循环和输出映像刷新循环已经各自独立的工作，提高了 PLC的执行效率；在实际的工控应用之中，编程人员应当知道以上的工作原

22、理，才能编写出质量好、工艺程序；第三章 PLC 空气质量检测的应用及进展第一节 湿度检测湿度是表示空气中水蒸气的含量的物理量，常量肯定湿度、相对湿度露点等表示；所谓肯定湿度就是单位体积空气内所含水蒸气的质量，也就是指空气中水蒸气的密度；一般用一立方 M空气中所含水蒸气的克数表示，即为 Ha=mV/V式中， mV为待测空气中水蒸气质量， V为待测空气的总体积，单位g/m3；相对湿度是表示空气中实际所含水蒸气的分压（Pa）和同温度下饱和水蒸气的分压（ PN）的百分比，即 HT=（Pw/PN） T*100%R%通常，用 RH%表示相对湿度；当湿度和压力变化时，因饱和水蒸气变化，所以气体中的水蒸气即使

23、相同，其相对湿度也发生变化；湿度的测量方式有以下几种，即采纳伸缩式湿度计、干湿球湿度计、露点计和阻抗式湿度计等；伸缩式湿度计是利用毛发、纤维素等物质随湿度变化而伸缩的性质，以前多用于自动记录仪，空调的自动掌握等，目前用于家庭设备的是把纤维素与约 50的金属铂粘合在一起，卷成螺旋状的传感器，不需要进行湿度补偿，但不能转换为电信号；湿敏传感器是由湿敏元件和转换电路等组成，它是将环境湿度变为电信号的装置； 湿敏传感器在工业、农业、气象、医疗以及日常生活等方面都得到了广泛的应用，特别是随着科学技术进展，对于湿度的检测和掌握越来越受到人们的重视并进行了大量的研制工作；通常，抱负的湿敏传感器的特性要求是，

24、适合于在宽温、湿范畴内使用, 测量精度要高；使用寿命要长，稳固性好；响应速度快，湿滞回差小，重现性好；灵敏度高，线形好，湿度系数小；制造工艺简洁，易于批量生产，转换电路简洁，成本低；抗腐蚀，耐低温顺高温特性等；其次节 环境粉尘检测MM19-DUSTMA型TE手持式环境粉尘检测仪是用于空气环境粉尘检测、职业卫生粉尘检测的有效工具；1. 检测方式用于粉尘的质量浓度检测，可同时检测呼吸性粉尘和可及入尘；用于粒子浓度检测， DUSTMAT手E持式环境粉尘检测可检测PM10,PM2.5和PM1三种粒子大小的浓度分布；2. 应用场合检测空气环境质量、作业场所、交通工具等场合的粉法浓度，鉴定敏锐空气中传播的

25、粉尘浓度；其体积小，重量轻，易携带，操作简便，自动或手动挑选病人正确测试结果；通过输入功能残气量 FRC值，可进行残气容积（ RV, 肺活量（ TLC及RV/TLC等值运算； 3. P 特点用三个键简洁的操作，大屏幕液晶显示实时粉尘浓度；牢固轻巧的便携箱，是为使用者细心设计的；设置有 RS-232接口，可便利的与运算机连机，进行数据储备和处理；空气质量软件：空气质量软件能收集并有效的纪录全部的样品；数据报告方式如下：(1) 电子表格(2) 实时典线图，使您能快速查找不同时间和地点的检测结果；DUSTMAT手E持式粉尘检测仪能实时，快速检测粉尘样品，高效监测空气质量；（1秒种就可读数）完全满意有

26、关粉尘检测的国家标准； PM10,PM2.5,PM1粒子分布情形，用 MM19-DUSTMA可TE快速被检出；(3) 主要技术指标：（一般采样间隔： 1秒至4小时） 检出限： 0.01mg/m3测量范畴： 0-600mg/m3读数方式：大屏幕双行液晶显示尺寸： 16010090毫M重量： 1.2 公斤第三节 矿山空气成分检测可编程掌握器（ PLC）是一种新型的通用掌握装置，可对矿山的空气成分进行检测；它将传统的继电器掌握技术、运算机掌握技术和通信技术融为一体，专为工业掌握而设计，具有功能强、通用敏捷、牢靠性强、环境适应性好、编成简洁、使用便利、体积小、重量轻、功耗低等一系列优点；近年来，随着可

27、编程掌握器的日渐成熟，越来越多设备的掌握都采纳 PLC掌握器来代替传统的继电器掌握，并取得了很好的经济效益；第四节 车内空气质量检测车内空气的质量调剂是一个复杂的掌握，影响的因素许多，很难用准确的数学模型来表示，因此用常规的掌握算法很难对这一过程加以很好的掌握；因此，这需要对车内空气质量检测、信息统计；模糊掌握技术是以模糊数学为基础进展起来的一种新的掌握技术， 模糊掌握算法具有人的智能思维，适应性好、鲁棒性强等特点，模糊掌握不需要建立数学模型，而是以人的体会和学问作为依据，仿照人的思维方式和人的掌握体会来实现的一种掌握，正适用于这类系统；因此，采纳模糊掌握算法对空气质量进行检测、自动掌握，可以

28、取得良好的效率； 结论PLC在空气质量检测方面的进展及应用，为治理空气环境，供应了更多有利参考数据；PLC空气质量检测设备，其具有功能强、通用敏捷、牢靠性强、环境适应性好、编成简洁、使用便利、体积小、重量轻、功耗低等一系列优点， PLC正在普及、广泛应用，进展前景大； 致谢在高校求学期间，是我感觉自己迄今为止的人生中最为充实，所获最丰的一个阶段， 在这段时间里，我学到了学问，遇到了好老师和好同学，交到了好伴侣，这些，都是足以使我一生受用的珍贵财宝；在这段人生经受即将告一段落之际，我要向我的亲人、老师、同学、同事和伴侣们表示诚心的感谢；感谢我的父母，他们的支持和勉励，使我始终没有丢失不断学习、不

29、断提高的斗志；在本论文完成之际，第一要向我的指导老师孙庆玲表示诚心的感谢；此外，我仍要感谢在这两年中我有幸倾听教诲，并给我带来深刻印象的老师们，一并致以深切的感谢；在设计课题的过程中，锤炼了统筹综合的才能；熟悉到做课题必需严谨求实；进一步锤炼了自己的规律才能；特别感谢课题组老师们无私的帮忙，该课题设计的每一章节都融含了老师们的聪明与汗水，在此向课题组的全部老师们表示诚心的感谢！也期望我们的学校能够越办越好！参考文献1 柳贵国：检测技术及应用. 电子工业出版社 . 2003 年版2 陈建泽：单片机原理及应用技术. 电子工业出版社 . 1995 年版3 王秀杰等主编 . 模拟集成电路应用. 西北工业高校出版社 . 1994 年版4 沈津农：传感器及应用技术. 化学工业出版社 . 2005 年版5 金发庆：传感器技术与应用. 机械工业出版社 . 2002 年版