基于物联网技术的中职自动化实验平台的初步设计

基于物联网技术的中职自动化实验平台的初步设计

姚建国

关键词:物联网轮廓环境PLC

物联网技术是近几年来国内外研究和应用非常热门的领域,被称为影响世界发展的新兴生产力。物联网是指通过射频识别、激光扫描器、红外感应器等信息传感设备，按约定的协议，实现任何时间、任何物体、任何地点进行信息交换和通信，以实现智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的一种网络。而在中职的实际教学中物联网技术作为交叉学科与电子电气技术又互相关联，如何更好地开展物联网技术教学对中职学校和教师都提出了更高的要求。而在中职电气专业中PLC作为核心技术已经成为现代工业技术的支柱，所以如果将物联网技术与PLC的自动控制过程相结合，是非常具有研究与应用意义的。本文尝试应用物联网技术与PLC自动控制技术集合，搭建适合于中职实验教学的新模式平台，是一种提高实践教学效果的有益尝试。

本文设计实现的物联网结合PLC的实验平台，模拟的是温室大棚的温湿度控制过程,目的是减少水资源浪费，实现高精准的大棚培育环境控制技术。其中选择硬件的平台核心为西门子S7–200控制器,利用在现场传感器采集的信号,运用MicroWINV4.0软件上端对整个的控制程序进行软件的系统化编程,体现喷淋与通风系统与大棚内室温与湿度相互的调节,物物相连的物联网理念,利用“轮廓情景”对搭建的实验平台进行调试分析。

1轮廓环境的设计与搭建

1.1轮廓环境的硬件组合

所谓轮廓环境就是利用实验环境模拟实际环境,用建立轮廓环境的方法进行物联网控制模拟研究,轮廓环境的分析方法最大的特点是可以降低研究的成本,也可以使实验硬件的拓展性最大化。实验平台中有一部分硬件用小型电机模拟温室大棚中的喷淋喷头以及智能通风系统的执行机构;其中触摸屏模拟物联网系统中的中央控制面板;利用结合实际应用制作的模拟环境箱来模拟环境;根据系统的特点将网络分为局域网和互联网两个部分,这样既适合教学实验,又符合真实场景。

1.2硬件的选用

1.2.1控制器

针对中职的课程难度及标准，本系统选择的是西门子S7-200系列PLC作为核心控制器,其CPU型号为226,由于需要采集传感器输出的模拟量信号，因此选用EM235作为模拟输入输出模块。此外,由于系统中的电机需要用触摸屏进行控制,所以需要通过模块EM277构建PROFIBUS-FMS通讯网络或者使用CP243-1构建以太通讯网。

1.2.2传感器

在轮廓环境中需要信号采集作为底层，考虑到数字信号的抗干扰能力和稳定性，所以选用JCJ175系列温湿度变送器。该温湿度变送器有标准485通信接口可以直接配接S7-200的PLC端口。并且具有内置蜂鸣器报警及LCD液晶显示,提供两路标准模拟信号输出,电流4～20mA以及电压0～10V。

1.2.3执行电机

本系统中模拟的执行机构为喷淋喷头和通风风机，所以要求配置两台电机且可随时停住,这样便于设计可调,在为本系统配置执行电机时考虑到在与连接机构配合时要求震动小，体积小，节能，操作安全，所以选择直流电机作为本系统的首选执行电机，考虑到交流电机的噪音，能耗，所以放在次要考虑。在实际教学中为了直观观察现象，所以在电机输出轴上固定不同颜色的风扇。

1.2.4中控触摸屏

考虑到整个实验系统对空间的要求，所以选择微型的触摸控制系统TP177micro，TP177micro本身内嵌WinCCflexible操作系统，不但能够方便与PLC进行通讯，而且根据操作系统的特点编制特定的触摸界面，使洁面界面更加的形象生动，灵活的进行编程与数据管理。

2控制程序

2.1软件编程

2.1.1主程序

根据系统的运行过程和特点编写相应的控制程序，分为主控程序与子程序。主程序主要实现系统的检测过程，可以自动或手动控制。（图1所示）根据设计流程主程序首先应判断系统是否正常启动，而后执行相应的控制算法。再者，主程序可以判断现在执行的系统过程是自动控制模式还是手动控制模式。最后，由于系统中涉及到温湿度的采集，所以后期需要进行对采集的数据进行处理，并将传感器测量来的相应数字量转换为模拟量在实际中显示出来。

2.1.2子程序

根据系统的功能特点和对数据的处理要求，子程序主要用来进行PID调试控制和短信处理。（图2所示）由于整个控制系统采用闭环控制方式，所以精准的PID调节是实现系统中温湿度的实时精确控制很关键的一步。

2.2程序调试

本系统因为是在轮廓环境之下设计的，所以前期调试除了必要的模拟调试外，还要进行轮廓环境下的调试。模拟调试时应将外围电路环境切断，着重利用实验的程序进行程序故障的排除。轮廓环境调试时，应该注意算法的溢出，在测试程序是否有错误的同时，应及时观察温度和湿度的调节与轮廓环境应一致。

系统经过调试后，在自动模式下当温度超过预设值时风机电动机自动启动，

当湿度低于预设值时模拟喷淋喷头的电机将启动，这样就实现了在轮廓环境下通过物联网技术将物物相连并在特定的要求下实现了自动化控制。

3结语

该项目实现了在PLC的技术平台上通过物联网技术的加持，将传统的自动化控制环境转变为物与物通过PLC进行传递信息并进行控制，在自动化控制的设计上又多了新的设计思路。尤其在中职的自动化的实验实训教学中，可以让学生在已有的自动化技术实训前提下，通过这种轮廓情景将物联网技术更好的整合到已有的知识系统中。

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