基于触摸屏PLC的蔬菜保鲜库温湿度监控系统设计.docx
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基于触摸屏PLC的蔬菜保鲜库温湿度监控系统设计
基于触摸屏、PLC的蔬菜保鲜库温湿度监控系统设计
THEDESINGOFTEMPERATUREANDHUMIDITYCONTROLSYSTEMFORTHEFRESHVEGETABLESBASEDONTOUCHSCREENANDPLC
专业：
自动化
姓名：
指导教师姓名：
申请学位级别：
学士
论文提交日期：
2014.6.6
学位授予单位：
摘要
随着保鲜库技术的普及，保鲜库数量不断增多，对于蔬菜保鲜库来说，其中一个比较重要的因素是温湿度控制。
温度太低，蔬菜会被冻伤，因此需要将温度始终控制在适合蔬菜保鲜的范围内。
传统的温度控制是在保鲜库内部悬挂温度计和湿度计，工人依据读取的温湿度值来调节保鲜库内的温湿度，仅靠人工控制即耗人力，又容易发生差错。
如今随着储藏产业的提高，对于数量较多的保鲜库来说，传统的温湿度控制措施就显现出很大的局限性。
为此，在现代化的蔬菜保鲜库管理中通常有温湿度自动控制系统，以控制蔬菜保鲜库的温湿度，来适应产业需要。
本设计是基于触摸屏和PLC实现的监视和控制系统的设计对温度和湿度的新鲜蔬菜。
控制系统与可编程逻辑控制器作为核心,以触摸屏为人机界面,系统控制界面简单直观,易于操作。
用户可以通过键盘设定需要值和报警的上限和下限的温度、湿度、人机界面实时显示。
这个设计主要是应用可编程序逻辑控制器和触摸屏为主要设备,该设备具有很高的可靠性、很强的抗干扰能力和广泛的适用性等,不仅可以用于新鲜的蔬菜监控设计,也可以用在其它控制系统和监控系统的设计上。
关键词：
PLC；触摸屏；温度；湿度；
ABSTRACT
Withthepopularityoffreshtechnology,growingnumberoffresh,forfreshvegetables,oneofthemoreimportantfactoristhetemperatureandhumiditycontrol.Temperatureistoolow,vegetablestofrostbite,andthereforeneedtocontrolthetemperatureissuitableforvegetables.Thetraditionaltemperaturecontroliswithinthefreshsuspensionthermometerandhygrometer,workersaccordingtothereadingofthetemperatureandhumidityvaluetoadjustthetemperatureandhumidityinsidethecan,onlybyartificialcontroltheconsumptionofmanpower,andpronetoerror.Nowwiththeimprovementofstorageindustry,forlargerquantityoffresh,traditionaltemperatureandhumiditycontrolmeasureswillappearalotoflimitations.Therefore,inmodernvegetablefreshnessstorehousemanagementtypicallykeeptemperatureandhumidityautomaticcontrolsystem,tocontrolthetemperatureandhumidityofthefreshvegetables,toadapttoindustryneeds.
ThisdesignisbasedonthetouchscreenandPLCtorealizethedesignofthemonitoringandcontrolsystemfortemperatureandhumidityoffreshvegetables.Controlsystemwithprogrammablelogiccontrollerasthecore,withtouchscreenasman-machineinterface,controlsystemsimpleandintuitiveinterface,easytooperate.Userscansetbykeyboardneedtovalueandalarmoftheupperandlowerlimitsoftemperature,humidity,man-machineinterface,real-timedisplay.
Thisdesignismainlytheapplicationofprogrammablelogiccontrollerandtouchscreenasthemainequipment,theequipmenthashighreliability,stronganti-interferenceabilityandwideapplicability,etc.,notonlycanbeusedforfreshvegetablesmonitoringdesign,alsocanbeusedinothercontrolsystemandthedesignofthemonitoringsystem.
Keywords:
PLC；touchscreen；Temperature;Humidity;
第一章前言..............................................1
第一节蔬菜保鲜库现况及发展前景..........................1
第二节选题依据及研究意义................................2
第三节研究内容..........................................3
第二章软硬件介绍........................................4
第一节台达触摸屏........................................4
第二节台达PLC...........................................5
第三节温度模块和温度传感器..............................5
第四节模拟信号模块和湿度传感器..........................6
第三章触摸屏设计........................................7
第一节首页设计..........................................7
第二节主界面设计........................................8
第三节温湿度显示、参数设定界面设计......................9
第四节误差补偿界面设计.................................11
第五节传感器故障报警界面设计...........................12
第六节手动操作界面设计.................................13
第七节外部设备开关状态显示界面设计.....................14
第八节曲线界面设计.....................................15
第九节报警表设计.......................................16
第十节附加功能设计.....................................16
第四章PLC程序..........................................17
第一节PLC程序内容......................................17
第二节外设开关控制.....................................22
第三节数据采集及补偿...................................25
第四节报警程序设计.....................................28
结束语
参考文献
致谢
第一章前言
第一节蔬菜保鲜库现况及发展前景
一、我国蔬菜冷库与保鲜技术现状及存在问题
1.蔬菜冷库建设逐渐从大城市到生产。
冷藏的主要方法是长期储存的蔬菜在我们国家,但大多数是近30年的发展建设,改革开放前的计划经济时期,国家蔬菜存储企业很少,只有几个基本的冰箱是建立在大城市。
蔬菜种植业在改革开放之后,蔬菜存储行业的快速发展,和全国各地省市果蔬冷藏、存储容量增加。
2.集中蔬菜冷库建筑面积。
我国蔬菜存储主要集中在山东、河南、河北、陕西、山西、辽宁、江苏、如蔬菜产地在北方,蔬菜冷藏能力约为1700万吨,控制整个国家目前,山东省200多,600多一万吨,2009年山东栖霞新的150000吨;陕西235万吨（2007）,2007和50000吨/年。
3.不能适时采收、及时入库。
4.质量和食品安全有待于提高和加强。
5.产品国内外市场竞争力差。
6.技术力量薄弱。
二、发展趋势及对策
1.发展产地冷库和在大型批发市场建库
2.设施配套化、现代化
3.规模化品牌化是冷藏业发展的方向
4.综合保鲜技术的应用与发展
冷库贮藏方式仍然是蔬菜贮藏的主要方式；冷藏库+保鲜膜+保鲜剂的综合保鲜技术会被广泛的应用；冷链流通将是近些年的发展重点 。
5.加强行业组织化、规范化管理
最大力度发挥行业协会作用，提高组织化、规范化的综合管理，加强行业自律，进一步维护市场的秩序，能够有效的改进无序的竞争现状。
6.持证上岗，提高从业人员素质
加强操作者职业技能培训，提高从业人员的素质，熟练的掌握贮藏保鲜技术的原理以及操作技能，能做到灵活运用，来确保产品质量。
第二节选题依据和研究意义
由于科学技术的进一步进步,人们所需要的蔬菜质量进一步提高。
要求进一步提高蔬菜新鲜的存储环境,蔬菜新鲜温暖、潮湿的监测尤为重要,这是一个重要的因素,以确保蔬菜口味和质量。
其主要内容是新鲜,很长一段时间,最大限度保持一些原始农产品的质量和新鲜,新鲜的农产品,在保存存储一段时间后,仍然只是挑选或接近时,挑选新鲜的状态和质量。
如果存储不当,浪费大量的蔬菜,生产者,造成巨大的经济损失。
这可以决定蔬菜的质量的性能。
目前,主要采用人工温度控制、湿度主要通过毛发湿度计,双金属是衡量和湿度试纸测试设备,如通过手工测试,和控制排湿设备,该方法耗时,低效率和测试结果的准确性和随机性,效果不是很好,霉菌和不良现象仍然发生。
使用触摸屏和PLC拱顶温度和湿度监测系统设计,这种设计是使用PLC和触摸屏为主要设备的蔬菜可以保持温度和湿度监测系统的设计,控制系统与可编程逻辑控制器为中心,触摸屏作作为人机界面,控制系统界面简单直观,易于操作。
用户可以通过键盘设置需要所需的温度和湿度值,使系统稳定运行。
PLC和触摸屏有可靠性好,很强的抗干扰能力,适用性广等,可以适合在各种不同环境条件下的工作,甚至极其恶略的环境下也具有很高的控制精度。
第三节研究内容
一、控制系统框图
图1-1控制系统框图
二、设计基本思路
本设计把触摸屏与PLC技术联合到一起来实现蔬菜保鲜库的温、湿度自动控制的目标。
工作人员可以根据库中不同蔬菜所需要的不同温度、湿度参数输入进触摸屏界面，输入的参数会通过对应的地址传送到一个PLC寄存器中，然后控制外部设备的工作状态；温湿度传感器是将外部采集到的数据通过PLC的控制系统运送到触摸屏界面并显示出来，同时与对应的设定参数值比较，再进行需要的输出。
除此之外，还能扩充别的功能，如手、自动切换功能，多种方式控制，不再受单方面的限制；报警条件设定，及时地显示出系统故障和问题所在；历史曲线界面，不仅非常形象的描述了温、湿度的变化情况，而且还容易收集、整理、比较。
第二章软硬件介绍
第一节台达触摸屏
一、触摸屏工作原理
触摸屏是控制器与触摸检测元件两部分来构成；触摸检测元件是安设在显示器的前方，是用来检测使操作者触摸到的位置，接收信号后将信号送到控制器；控制器主要作用就是用来接收触摸屏上触摸点的监测装置上的信号，然后将信号转换为触点的坐标，然后再送到主机上，同时它还能够接收主机上发出来的命令且加以执行。
二、触摸屏的主要类型
触摸屏可分为四个大类：
电阻触摸屏、红外线触摸屏、电容感应触摸屏和表面声波触摸屏。
三、触摸屏的主要功能特点
Ø操作容易：
只需要用手指接触显示屏上的相关按钮就可以完成操作
Ø界面简明：
不需要了解相关知识就可轻松上手操作
Ø强大的信息量：
信息存储量基本不受限制，任何复杂地数据信息都可以写入系统中
Ø安全可靠：
通过了多年市场考验，反应速度快，功能性强，系统稳定可靠
Ø通讯功能强：
支持多种PLC连接，支持所有的台达系列PLC连接
Ø动态联网：
系统将根据使用者的需求来建立相应的网络连接
第二节台达PLC
PLC（可编程逻辑控制器）是一个为在工业环境下使用的软件而专门设计的用数字运算操作的电子装备。
一、PLC主要特点
1.可靠性高，有很强的抗干扰能力。
2.功能完善。
3.变成简单，使用方便。
4.减少了控制系统设计及施工的工作量。
5.扩充方便，组合灵活。
6.丰富的I/O接口模块。
7.体积较小，重量较轻，功能较低。
二、PLC主要功能
1.开关逻辑控制
2.闭环的过程控制
3.模拟量控制
4.定时控制
5.数据处理
6.技术控制
7.通信和联网
第三节温度模块和温度传感器
一、DVP-04PT温度模块
这个模块将接受外部四个铂温度传感器,并把它成14数据信号。
DVP-PLC主机应用程序利用FROM/TO指令来使用读/写模块,包括49个CR模块缓存,每个缓存有16位。
二、PT100铂热电阻温度传感器
本系统选用了铂电阻测量温度。
因为铂电阻的性能非常稳定，常用来做标准的测量温度元件。
在-259.34℃到+630.74℃的温度区间中能够使用铂电阻的温度计当作温度测量的基准。
本系统的测量范围正好符合使用铂电阻的要求，所以选取了PT100的温度传感器。
本系统选取的PT100的温度传感器的重要的技术参数：
测量范围：
-259.34℃～+630.74℃；容许的偏差值△℃：
A级
，B级
；热反映的时间<30s；最小的装入的深度：
热电阻的最小的装入深度≥200mm；允许的通过的电流≤5mA。
而PT100的温度传感器还具有很高的准确度、很好的抗振性、很强的耐压性、极强的稳定性等长处。
第四节模拟信号模块和湿度传感器
一、DVP-04AD模拟信号模块
这个模块将接受外部四个湿度传感器,并把它成14数据信号。
DVP-PLC主机应用程序使用FROM/TO命令数据读/写模块,模块包含49CR寄存器,每个寄存器有16位。
二、HS1101湿度传感器
该系统选取了HS1101电容集成的湿度传感器用来检测新鲜蔬菜内部湿度,而且湿度测量范围是0%RH-95%RH,162Pf-200Pf,电容传感器误差不超过2%的PH值,反映时间小于5秒,0.04Pf/℃温度系数,可以看出精度高。
这个元素不需要较高准确性、高可靠性、快速响应、高可靠性和专利设计的固体聚合物结构。
在现线性的电压输出与频率输出的两种电路中能良好的适应，还可以经过多路开关然后直接的输入到A/D转换器中。
第三章触摸屏设计
第一节首页设计
一、功能简介
本系统主要是研究蔬菜保鲜库的温、湿度监控，为了让蔬菜在最合适条件下保存，需要对库内温湿度分别进行设定并且跟踪调节。
首页界面是触摸屏系统中所有画面的总枢纽，通过首页界面能很方便的切换至触摸屏系统其他的画面。
二、画面介绍
如图3-1所示的标题“欢迎使用蔬菜保鲜库温湿度监控系统”使用的走马灯信息显示，设置为从左向右移动，每次移动点数15，时间间隔为500ms的不断循环，提高整体视觉的效果。
标题下方“天津科技大学电信学院自动化专业毕业设计——张红恩”为设计者个人信息说明，也采用走马灯显示，设置为从左向右移动，每次移动点数10，时间间隔为500ms的不断循环。
其中还有“主界面”、“传感器故障报警”和“历史曲线画面”，全都采用的是换画面按钮，使用者可以点击进到相应的界面进行设置和查询。
本界面的下方还有日期和实践的显示，方便使用者随时查看当前的时间。
图3-1首页界面
第二节主界面设计
一、功能简介
通过主界面的设计能方便各个界面之间的切换，从主界面可以切换到库内温、湿度显示界面；温、湿度补偿设定界面；外设开关状态显示界面；手动操作界面。
从主界面选择手动操作或者自动操作。
还能直观的看到库内温度、湿度和超限报警情况。
二、画面介绍
如图3-2画面中即为主界面信息。
其中的“主界面、库内温度℃、库内湿度%、温度超限报警、湿度超限报警”均为一般型信息显示。
而“首页、库内温度显示、库内湿度显示、温湿度补偿、外设开关显示、手动操作”为换画面按钮，其中“手动操作”也起到了按钮的作用，“自动操作”为保持型按钮。
界面中还有两个状态显示灯，当温度或湿度超过其相应的报警上限时闪烁报警，使使用者能及时的发现问题并处理。
界面下方还有日期和时间的显示。
图3-2主界面
第三节温湿度显示、参数设定界面设计
一、库内温度显示及范围设定界面
1.功能简介
图3-3左上方位置设有时间显示，能够清楚的显示出在任意时间下库内的温度测量值和平均值。
此界面还能设定保鲜库所要求的温度范围和报警范围，当库内温度超过报警设定的范围，报警指示灯将会闪烁，响铃报警。
通过按钮切换能切到主界面、库内湿度显示、库外温湿度显示、补偿设定界面。
2.画面介绍
画面中的标题、保鲜库及各个编号、上下限设定、报警上下限、T使用了一般性信息显示；“12.34”采用的是数值输出显示；其中“主界面、库内湿度、库外温湿度、补偿设定”都采用的换画面按钮。
“##.##”为数值输入设值键，通过触摸屏把数据地址写入相对应的存储器然后由PLC读取再进行其他程序。
画面右上角位置设有报警指示灯，当温度超过报警范围时闪烁。
图3-3库内温度显示及范围设定
二、库内湿度显示及范围设定界面
1.功能简介
图3-4左上方位置设有时间显示，能够清楚的显示出在任意时间下库内的湿度测量值和平均值。
此界面还能设定保鲜库所要求的湿度范围和报警范围，当库内湿度超过报警设定的范围，报警指示灯将会闪烁，响铃报警。
通过按钮切换能切到主界面、库内温度显示、库外温湿度显示、补偿设定界面。
2.界面介绍
画面中的标题、保鲜库及各个编号、上下限设定、报警上下限、W使用了一般性信息显示；“12.34”为数值输出显示；“主界面、库内温度、库外温湿度、补偿设定”都采用的换画面按钮。
“##.##”为数值输入设值键，通过触摸屏把数据地址写入相对应的存储器然后由PLC读取再进行其他程序。
画面的右上方位置上设有报警的指示灯，如果湿度超过了报警范围然后闪烁。
图3-4棚内湿度显示及设定范围
三、库外温、湿度显示界面
1.功能简介
页面分两部分：
库外温度和库外湿度，分别使用两个温度传感器和两个湿度传感器把采集的温度和湿度显示出来，并显示出了平均值。
使用户根据外界环境确定要采取的一系列补偿措施。
2.画面介绍
如图3-5，画面右上角位置设有时间显示。
标题、库内温度、库内湿度均采用一般型信息显示，“12.34”采用数值输出显示，“库内温度、库内湿度、补偿设定、主界面”均采用换画面按钮。
图3-5库外温、湿度
第四节误差补偿界面设计
一、功能简介
误差补偿的界面主要是用来补偿在实际测量之中产生的误差，由于监控系统因所处环境不同，导线中的电阻的误差和硬件设备上产生的差异，都会造成一定的偏差。
如果有偏差的存在，必将影响测量精度，所以设计了误差补偿界面，来对产生的偏差进行外部人为的调节，再设定好校准后的补偿值，再通过PLC程序输入进行补偿校正，最后在触摸屏界面上限是出来的数值是经调整之后的数值，以此提高了测量的精确度。
在触摸屏界面上做这个界面的优点就是能随时随地得更改补偿值，不需要鼠标和键盘，更不需要改程序，快捷，简便，而又能够做到最精确的测量。
图3-6误差补偿设定界面
二、画面介绍
如图3-6所示，本设计分别对库内、外8个传感器进行了补偿设定。
“补偿设定、温度补偿值、湿度补偿值、T1、T2、T3、T4、W1、W2、W3、W4”均为一般信息显示，“##.##”为数值输入键，使用者可以根据实际的情况输入误差补偿值，然后反馈给PLC，PLC在程序运行后显示出校正后的数值，“主界面”是换画面按钮。
第五节传感器故障报警界面设计
一、功能简介
为了能实现进行对蔬菜保鲜库的温度、湿度的检测与控制，本系统设计分别选用了2支温度传感器和2支湿度传感器来监测库内的温度和湿度，选用2支温度传感器和2支湿度传感器来监测库外的温度和湿度。
如果当监测同一项目的传感器采集到的数据之间相差的太大则说明传感器可能发生了故障（开路或短路），继而报警提示使用者前去维修。
图3-7传感器故障报警界面
二、画面介绍
如图3-7可知，标题、“温度、湿度”均为一般型信息显示方式，设有八个指示灯作为报警灯。
其中“主界面、返回首页、补偿设定、历史报警、当前报警”均为换画面按钮。
第六节手动操作界面设计
一、功能简介
系统得电后当按下自动操作按钮时系统便会按设定的温、湿度范围进行保鲜库的温、湿度控制，而当按下手动操作按钮时将进入手动操作界面，当需要手动的调试各个温、湿度控制设备的控制状态或者当自动控制系统的控制出现故障时可采用手动操作方式对各个设备进行控制。
二、画面介绍
如图3-8，标题、“降温、功能、加湿、除湿、总开关”均为一般性信息显示，“ON/OFF”为保持型开关按钮，按住触摸屏上此按钮，该节点为ON，寿松开了则OFF，人机马上送信号给PLC相对应的节点ON或OFF。
按压时间设定为2s，当操作者按住按钮2s以上时该开关元件才会发生动作，能够有效的避免有人失误操作。
“主界面、首页”为换画面按钮。
图3-8手动操作界面
第七节外部状态开关状态显示界面设计
一、功能简介
该画面能良好的观看外部设备的开关状态，外部总开关、降温、供暖、加湿、除湿，每项配有一个指示灯，主要用于自动操作时对外部设备的观察。
二、画面介绍
如图3-9所示，“标题
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