1、大连大学DALIAN UNIVERSITY20XX 届毕业论文（设计）题目名称：基于智能仪表的恒温孵蛋器控制系统设计所 在 学 院 ：专业（班级）：学生姓名：指导教师：评 阅 人 ：院 长 ：信息工程学院摘 要本设计以智能仪表进行温度控制，通过 485 总线实现多个孵蛋器或若干车间当前运行状况的实时监控，系统便于调试，成本低，针对大型饲养场的育雏设置实时监控系统，可大大降低工作人员劳动强度，提高系统运行效果。该温度监控系统由智能仪表，装有组态王的工控机，加热电阻，固态继电器以及散热器等设备组成。该系统呈分布式控制，并且利用三级控制结构实现对孵蛋器恒温箱内部温度的实时监控。上位机和下位机采用了
2、RS-485 总线实现信号的传送，从而现对孵蛋器恒温箱内部温度的实时监控。上位机选用了工控微机作为对数据进行集中管理的机器，可对上位机实施监控，用于设定温度和对下位机控制以及查询多点的温度值。下位机利用了多台智能仪表，对系统实行分散控制。为了确保系统的运行的可靠性，上位机对该孵蛋器温度监控系统进行管理与控制。综上，该系统能够实现孵蛋器内不同时刻的温度的控制与检测，与传统的普通养殖场相比，该系统成本比较低、靠性高、功耗较低、操作简单。不仅可以使用于孵蛋器，还可用于温室等其他场合，具有很好的实用价值。关键词：智能仪表；温度控制；组态王；RS-485 总线ABSTRACTThe design of
3、intelligent instrument temperature control , through 485 real-time monitoring of multiple incubators or several workshop current operating conditions , the system is easy to debug , low- cost , real-time monitoring system set up for large farms brood , can greatly reduce the work the labor intensity
4、 and improve the system is running . The temperature monitoring system consists of the equipment, such as intelligent instrumentation, KINGVIEW equipped PC, the heating resistor, solid state relays, radiators and so on. The system is controlled by distributed, and three level control structure can r
5、ealize a system of real-time monitoring of the temperature. Upper and lower computer uses the RS-485 bus for transmitting signals and enabling real-time monitoring of temperature. The upper computer using industrial computer as a centralized management unit to monitor and control the upper computer,
6、 which can use to set the temperature, control lower computer and check the temperature at a plurality of positions. Lower computer using multiple intelligent instruments to control the system by decentralized control. In order to ensure the reliability of the system, the upper machine works to mana
7、ge and control on the temperature monitoring system.Draw a conclusion, the system can realize the detection and control of temperature at different points in the greenhouse, compared with the traditional manual control, this system has the advantages such as simple operation, low power consumption,
8、high reliability, lower costs and so on, which can used not only in incubators , but also for other occasions，like greenhouses. It really has a very good practical value.Key Words: Intelligent instrument; Temperature control; KINGVIEW; RS485 busII目 录摘 要 . IABSTRACT . II1 绪论 11.1 课题背景及研究意义 11.2 控制方式
9、. 21.3 研究内容 . 22 设计流程与设备类型 32.1 系统设计原理 32.1.1 设计流程 32.1.2 RS-485 通信技术分析 32.1.3 系统控制原理 62.2 设备选型 72.2.1 FP33 智能仪表 72.2.2测温传感器 102.2.3温度变送器 112.2.4 RS232/RS485 转换模块 . 132.3 本章小结 143 电气设计原理 163.1 温度控制的电气原理 163.2 温度控制电气图 183.3 本章小结 194 组态界面设计 204.1 组态软件的基础 204.1.1组态软件的定义 204.1.2组态王软件的特点 204.1.3组态王软件仿真的基
10、本方法 214.2 组态变量的建立 214.3 孵蛋器恒温箱温度监控主界面设计 254.3.1动作连接界面 254.3.2数据实时记录 264.3.3报警界面 274.4 监控主界面 294.5 本章小结 305 总结 31附录一 外文文献译文 33附录二 外文文献原文 40III致 谢 44IV基于智能仪表的恒温孵蛋器控制系统设计1 绪论1.1 课题背景及研究意义孵蛋器是用来孵育人工饲养的卵生动物的机械，每次可同时大量孵蛋。可孵化各种鸟类，以及鳄鱼等爬行类的蛋。孵蛋器在现代实际应用中是十分重要的设备之一，因为孵蛋器在实际操作中关键为温度控制，相对动物孵蛋更方便，效率更高，孵蛋器可以二十四小时
11、恒温工作，可以大大提高孵蛋产仔率。孵蛋器工作只需少数管理人员控制和管理，可配置实时监控画面，采集过程参数，更卫生更方便管理。一般的孵蛋器均以电为主要热源，煤作为补充热源，可使用蜂窝煤、霉病、木炭、液化气等各种燃料，也可用更换热水的方法保持恒温，经济效益高。而且系统配备 UPS 电源，不怕停电，有电自动控制，无电人工监控，即使停电后依旧可长期正常运行，孵蛋器用电热毯加温，毯、机分开，机内安全无异味。孵蛋器的种类很多，主动化的程度和容量的大小有所不同，但其结构原理基础相似，主要由机体、主动控温装置、主动控湿装置、主动翻蛋装置和透风换气装置等几部分组成。其中箱体式孵化机利用较多，该种类型的孵化机按其
12、容量可分为小、中、大型三种规格，其容量分别为 1 万枚以下、1 万5 万枚、5 万10 万枚或者更大，在中小型孵化机之中，孵化和出雏两部分是安装在同一个机体内的。孵蛋器内含有温度调节装置，可将机器温度调整为适合该生物的蛋孵化的温度。还通过 LCD 显示温度、孵蛋天数及蛋的现况。机器温度必须要适当，否则无法将蛋孵化。本设计以智能仪表进行温度控制，通过 RS-485 总线实现多个孵蛋器或若干车间当前运行状况的实时监控，系统便于调试，成本低，针对大型饲养场的育雏设置实时监控系统，可以大程度的降低工作人员劳动强度，提高系统的运行效果。在分布式监测控制系统中，RS-485 总线技术硬件设计比较简单、控制
13、方便，满足低成本和高精度的工业测量控制系统要求，且 RS-485 总线速度较快，传送距离较远，其采用差分平衡方式传输信号，具有很强的抗共模干扰能力，允许一对双绞线发送器驱动多个负载设备。所以该总线标准已经成为数据传输的首选标准。随着经济的快速增长，养殖业的研究及应用技术越来越受到重视，特别是养殖场对孵蛋器的恒温自动监控技术已经成为了高效率养殖的一个重要组成部分。这就要求我们提高养殖场孵化效率和孵化质量。采用智能表来控制温度、通风等，不仅容易控制、配置简单灵活节能，而且还可以大大提高孵化效率和孵化质量。智能仪表具有体积小、功能性强、可靠性高、造价便宜和开发周期短这些优势，广泛用于自动监测和控制系
14、统。1基于智能仪表的恒温孵蛋器控制系统设计1.2 控制方式该恒温孵蛋器控制系统由装有组态王的工控机、智能温控仪表、固态继电器、串口转换模块、加热器和风扇等模块组成。该系统采用了三级控制的结构，以实现分布式温度监控系统的设计。上位机和下位机之间采用了 RS-485 总线接口实现数据的发送和接收，可以实现对温度的实时监控。集中管理机即上位机，采用了工控微机来进行上位的监视和控制，从而进行温度的设定和查询各个点的实时温度值，以及对系统的下位机进行控制。下位机通过多台智能仪表，进行分散控制。在设计该分布式温度监控系统时，为保证监控系统的可靠性，该系统不仅可以有上位机进行监控，还可以由仪表进行人工监控。
15、1.3 研究内容本设计是以智能仪表进行温度控制，通过 485 总线实现多个孵蛋器或若干车间当前运行状况的实时监控的研究。重点研究了仪表的参数设置与调试，电气接线图设计，研究 RS-485 总线技术的应用，及如何实现 RS-485 总线对多台智能仪表的通信连接。本文的第一章主要论述课题研究的意义，孵蛋器恒温控制系统设计原理和系统优势，同时介绍论文的主要研究内容。第二章是设计的流程和选用设备的类型，分析了 RS-485 通信技术分析以及系统控制原理，并对 FP33 智能仪表进行了介绍。第三章涉及了孵蛋器更文监控系统中温度的电气控制原理，分析了恒温箱温度控制电气原理图的工作流程。第四章主要对组态软件
16、的使用方式和孵蛋器保温箱温度监控系统模拟图的绘制进行了介绍。第五章是对论文的整体总结和期望。2基于智能仪表的恒温孵蛋器控制系统设计2 设计流程与设备类型2.1 系统设计原理2.1.1 设计流程本设计的上位机选用装有组态王的 PC 机，通过 RS-232/RS-485 转换器与数台智能仪表进行通信。这样就可以实现数据的监控和管理，双向的数据的高速通信，以及主要工艺参数的设定，实现温度控制过程中的报警状况记录和温度实时记录曲线等。也可以直接在上位机上通过组态王模拟该孵蛋器温度的监控画面，来得到温度数据的采集和报警处理等。该恒温监控系统的下机位为 FP33 智能仪表，可以利用上位机给定的一些工艺参数
17、进行温度的监控与调节，来达到要求的控温效果。本设计的加热模块分为三个温度区，可以认为这三个温度区就是数个孵蛋器的温度，每个孵蛋器的温度设定值可以通过对仪表的设置进行修改，三个温度区设定温度值可以各不相同。该控制系统中的扰动主要有：风扇和加热器。图 2.1 为系统的总体结构框图：上位机（PC）RS-232 转 RS-485MAX485 MAX485 MAX485智能仪表 智能仪表 智能仪表风扇Pt100 风扇 Pt100 风扇 Pt100加热器加热器 加热器孵蛋器 孵蛋器 孵蛋器图 2.1 系统总体结构框图2.1.2 RS-485 通信技术分析RS-485 总线技术是目前在工业测控领域使用较为广
18、泛的一种接口技术。它是在 RS-422 总线的基础上经过一些实践发展而来的，它是由美国电子工业协会3基于智能仪表的恒温孵蛋器控制系统设计制定并发布的一种串口标准。在各个方面的性能上来看 RS-485 都会比 RS-232 有很大的提高。RS-485 总线接口本质上是由 RS-232 的总线接口发展来的，它可以应用在多点到多点的通信和组建点到多点的的网络中，所以 RS-485 接口逐渐取代了 RS-232 接口，并且在分布式监控系统中有广泛的应用。 RS-485 总线利用自身成本低和可靠性高等优点，使它在远程控制和远程监控，智能家居及远程抄表等各个领域应用广泛。RS-485 总线接口的通信方式分
19、为总线式和主从式，一般的工业控制中多数采用的通信方式为主从式。但是，总线式也有其更好的优点，比如它的通用性和扩展性，使通信网络的搭建更容易。RS-485 总线的半双工接口采用了双向单通道的连接方式，由 RS-485 总线构成的网络中的每个站点的地址都不相同，不管在什么时候，所有站点中只有其中的一个处于发送状态，其他的站点处于接收状态，这样就可以避免数据在传输过程中，因为数据之间发生碰撞而导致数据传输失败。RS-485 的两种工作模式平衡发送模式和差分接收模式都能够彻底的消除地线信号，因此 RS-485 有很强大的抗共模干扰信号的能力。RS-485 总线的线路驱动器和线路接收器决定了 RS-48
20、5 总线可以实现远距离的数据传输，最大传输距离可达 4000 英尺，而且在 1000m 之内它的传输速率可以达 100kbit/s 。RS-485 总线广泛的应用在多站点互连的网络中，但 RS-485 最多可以容纳 32 个节点连接在双绞线上。我们可以根据 RS-485 总线的规范构造一个拥有高传输速率，可以抑制噪声，而且比较经济的通信平台。这个平台有着宽共模范围，传输距离较远、控制方便等优点。RS-485 总线有抑制共模干扰能力，是因为它的工作模式是利用了平衡发送和差分接收。由于总线收发器的高灵敏度能够使它检测出低至 200mV 的电压信号，因此它可以进行远距离的数据传输与接收。发送电路中设
21、有使能端来控制RS-485 的半双工的工作方式，使得在数据发送时只能有其中的一点是处于发送状态 6。RS-485 接口标准的具体参数如表 2.1 所示：表 2.1 RS-485 接口标准参数4基于智能仪表的恒温孵蛋器控制系统设计性能指标 RS485 总线工作模式 差分传输 (平衡传输 )允许的收发器数目 32最大电缆长度 4 000 英尺(1 219 m)最大数据速率 10 Mb/s最小驱动输出电压范围 1.5 V最大驱动输出电压范围 5 V驱动器输出阻抗 54 接收器输入灵敏度 200 mV接收器输入电压范围 7V +12VRS-485 总线采用了差分传输方式（Different Drive
22、r Mode），又称为平衡传输。在传输的过程中，RS-485 使用了一对双绞线，双绞线的两端的定义分别为 A、B，一般情况下，A、B 之间的正电压为+2V+6V，这是是其中的一个逻辑状态；A、B 之间的负电压为-2V-6V ，这也是其中的一个逻辑状态。还有一个接地端为 C 端。在 RS-485 总线中，还有一个“使能端”。“使能端”的信号是用来控制发送器和传输线是处于连接状态还是断开状态。当 RS-485 总线的“使能端”起作用时，发送器处于高阻态状态，这种状态被称为“第三态”，它与逻辑符号“0”和“1”是不同的。如图 2.2 所示：ABC使能端图 2.2 RS-485 引脚图RS-485 总
23、线标准是一种拥有高传输速率、可以抑制噪声、共模范围较宽、传输距离较远，是相对比较经济的通信平台，再加上 RS-485 总线构成的电路有着成本低廉、控制方便等优点，使其得到了工业界的不同领域得到广泛应用 7。目前，RS-485 总线大量应用在研发机构的数据通信方面。但是，无论何时，基于 R5基于智能仪表的恒温孵蛋器控制系统设计S-485 总线规范上，系统只允许有一个主机，所以 RS-485 总线在分散控制单元和集中控制枢纽之间的应用比较多。组态王可以与一个或多个相连。利用串行口进行连接时，可以通过 RS-232/RS-485 适配器与智能仪表 RS-485 端子相连。当仪表使用相同的接口和上位机
24、进行通讯时，各个仪表的地址不能相同，这样就要对各个仪表进行混合编址。利用 RS-485 总线构成的通信网络最多允许并联 32 台接收器和 32 台驱动器。在孵蛋器恒温箱的监控系统中利用了五块智能仪表作为下位机就是利用了 RS-485总线的这一特点。其中，在温度监控系统中，每台智能仪表的地址都不相同。RS-485 通信原理图如图 2.3 所示：图 2.3 RS-485 通信原理图当使用 RS485 接口与计算机相连时，由 RS232/RS485 适配器到各个 FP33 智能仪表的具体连线如图 2.4 所示：图 2.4 RS-485 系统接线图2.1.3 系统控制原理本系统研究的是基于 RS-48
25、5 总线及智能仪表来实现对多个孵蛋器温度监控6基于智能仪表的恒温孵蛋器控制系统设计系统的设计，利用热电阻进行温度的采集，将采集到的数据传送到智能仪表，利用多块智能仪表对多路温度信号进行采集和控制。每个智能仪表通过 RS-485总线可进行信息通信。利用上位机组态界面对多个调表中数据进行集中监控，根据温度检测值与设定值来控制温度调节设备即加热器和风扇的正常运转，从而进行温度调节。这样不仅可以节省系统设计成本，还易于操作与调试。上位机即装有组态王的工控机可以利用 RS-232 到 RS-485 的转换器与下位机即多台智能仪表进行通讯，能够实现数据的双向、高速通信，可以对一些工艺参数进行管理和设定 8
26、。同时也可在上位机上运行组态王监控软件，从而对整个温度监控系统的报警和实时温度曲线进行监控。而系统的下机位即智能仪表，可以根据上位机已经设定的温度等参数进行温度量的调节，从而达到系统要求的控温效果。假设该孵蛋器恒温监控系统有五个孵蛋器保温箱，每个孵蛋器的恒温箱设定值可以不相同。该孵蛋器的恒温控制系统中的主要干扰对象有：加热器和风扇。系统控制原理图如图 2.5 所示：图 2.5 系统控制原理图2.2 设备选型2.2.1 FP33 智能仪表传统的智能仪表，它的性能主要取决于它内部元件的精密性和稳定性，元器件产生零点增益和零点漂移，以及时间漂移都会对测量的结果有影响。传统智能仪表的内部缺乏对故障的诊
27、断和处理能力，如果在对数据进行采集时仪表发生故障，很明显这样的结果是不正确的。然而，现在的智能仪表通过一系列技术的结合，比如数据的处理技术，数据的采集技术，硬件设备的平台以及仪表的智能化技术，使得现在的智能仪表性能较传统的仪表有很大的优势。可维护性、高精度、7基于智能仪表的恒温孵蛋器控制系统设计自诊断功能完善、功能性强等优点是现在智能仪表的显著特征。FP30 系列数字温度调节器采用 RS-232C 或 RS-485 通信接口，RS-232C 或RS-485 是电子工业协会（EIA）的通信标准，此标准规定了电器和机械硬件，没有规定数据传输过程的软件部分，因此，在使 FP30 系列数字温度调节器前
28、，用户必须很好的理解数据传输的规格和过程。RS-232C 接口只能进行 1 对 1 连接， RS-485 接口能够并联连接多 FP30 系列数字温度调节器。FP30 系列技术规格见表 2.2：表 2.2 技术规格（1） 仪表的显示面板和功能键图 2.6 仪表的显示面板8基于智能仪表的恒温孵蛋器控制系统设计显示面板上第一行的四位超大的红色液晶显示屏显示所测得的过程值；显示面板上第二行的思维绿色液晶显示屏显示数据的设定值，参数信息和错误信息；显示面板上第三行的七位指示灯中：OUT1（绿）和 OUT2（绿）变亮时表示调节输出。EV1（红）和 EV2（红）变亮时表示输出事件报警。AT（绿）闪烁时表示仪
29、表自整定。MAN（绿）闪烁时为手动状态。B/COM （绿）亮时为两者之一的状态。 是循环键，可选择子窗口与窗口群间的转换。 是增减键，增减数字大小和修改字符参数。 为确认键，仪表参数设置完之后通过此键进行确认。在该系统运行之前，可以利用智能仪表的自整定功能，找到使系统运行处于最佳状态的的 PID 参数，达到系统的调节品质，在 SV 的值设定好后，执行系统的自整定 AT。自整定结束后，AT 的显示灯会灭掉，此时系统恢复正常的控制。图 2.7 自整定示意图SR90 系列的智能仪表的工作方式有两种，分别是机内、通讯。在“COM”窗口，若智能仪表处于机内“LOC”的工作方式时，上位机只能进行读数据不能
30、写数据。要使上位机能完成数据的控制和读写，则仪表必须是全通信的工作方式，此时要在上位机发送发送的“COM”口设置通讯方式，仪表才可以进行全通讯的工作方式。此时面板上面的的“RUN/COM”的显示灯变亮，这样上位机便可完成数据的读写与控制。（2）智能仪表接线9基于智能仪表的恒温孵蛋器控制系统设计图 2.8 SRS93 （双输出）端子接线图SRS 系列的智能仪表的第二输出功能可以进行制冷加热的调节或者是主要是加热控制。还可以通过对双调节间相互作用的死区 DB 进行调整，用来提高控制的精确度，还能节约能源。接线端 1、2、3 是通讯端子，这三个端子的功能如表 2.3 所示：表 2.3 通讯端子功能接
31、口 端 子1 2 3A-OUTPUT + RS-232 SG SD RDRS-485 SG + 2.2.2 测温传感器电阻式温度传感器的工作原理实际是电阻和温度的关系，即电阻的阻值会随着温度的变化跟着变化。关于温度系数，如果电阻的阻值随着温度的升高而变小，则对应阻值系数为负，相反，如果电阻的阻值随着温度升高而增大，则对应阻值系数为正。一般情况下，电阻式温度传感器的电阻都是由是金属所制。在工业领域得到最广泛应用的是铂金属制作的电阻式温度传感器，相对于其他的金属而10基于智能仪表的恒温孵蛋器控制系统设计言，铂电阻有很多优点，例如它线性度好，不易变质，稳定且耐酸耐碱的这些特点都得到工业界的青睐。铂电
32、阻温度传感器能够进行温度的测量是因为它可以将非电学的物理量转化为电学量。也就是说，温度传感器能将变化的温度信号转换为电信号，从而进行温度的测量和控制。温度传感器由传感器与信号转换器两部分组成。传感器其实就是热电偶或者是热电阻；信号转换器主要模块分别为信号处理和转换单元、测量单元，有的变送器有现场总线和显示单元等。Pt100 的阻值和温度的变化成正比，也就是 Pt100 的电阻越大，则相对应的测出来的温度就越高。二者的变化关系是，如果 Pt100 测得的温度是 0时，它对应的电阻值就为 100，如果 Pt100 测得的温度是 100时，它对应的阻值就为138.510。金属热电阻的阻值与温度的近似
33、关系一般可表示为：Rt=Rt01+（t-t0）上式中，Rt 是温度为 t时的电阻值；Rt0 是温度为 t0时对应的电阻值，一般情况下 t0=0； 是温度系数。半导体热敏电阻与温度关系为Rt=AeB/t上式中，Rt 是温度为 t时的电阻值，A、B 的值与半导体材料的结构常数有关。相对于其他电阻而言，热敏电阻的温度系数比较大，常温情况下电阻值高达几千欧。但是热敏电阻的互换性很差，而且有严重的非线性，它的测温范围在-50300 之间。金属热电阻一般情况下测量的温度范围在-200500之间，它的特点有测量精准度高、性能可靠、稳定性好，所以金属热电阻广泛的应用在工程控制中 11。组成热电阻的金属材料一般
34、要求符合以下的要求：温度系数大而且稳定，高稳定的性能，电阻率要高（这样在同样灵敏度的传感器的设计时可以减小传感器的尺寸大小），电阻值的变化要和温度的变化要有一定的线函数关系即线性关系等。对于大部分的金属材料而言，根据其温度变化和电阻值变化的关系来看，都满足热电阻材料的要求，但是，并不是满足这个要求的金属就能作为热电阻的制作材料。就目前而言，铂电阻和铜电阻在工业界广泛的应用，二者的电阻值和温度在测温范围内都成线性关系，唯一不同的是，铜电阻的温度系数大，一般应用在无腐蚀介质的测温，铂电阻的测温精度高，且稳定性较好，通常主要应用在测量中性介质或者是氧化性介质的温度。2.2.3 温度变送器温度变送器一
35、般采用热电偶或者热电阻作为它的测温元件，它的大致工作过程为，从测温元件检测到温度信号，并将其传输至温度变送器模块，再经过稳压11基于智能仪表的恒温孵蛋器控制系统设计之后的滤波，将运算放大，非线性校正，A/D 转换，恒流及反向保护电路等模块处理过后，把温度信号转换成为与其成线性关系的电流信号输出，电流的范围420mA。可以把温度变送器理解为一个变送模块或者变送电路。根据检测温度范围，可以将温度变送器分为热电偶温度变送器和热电阻温度变送器两种。温度变送器有以下特点：它能够将温度信号转换成一种标准化的电信号，广泛的应用在一些涉及到的温度变量的控制工业过程中。温度变送器主要由信号转换器和传感器两个模块
36、组成，通常由热电阻或者是热电偶构成传感器，由信号处理单元，信号转换单元和测量单元组成信号转换器。温度变送器的工作原理是，采用热电阻作为温度变送器的测温元件，将所测得的温度传动到变送器模块，经过一系列的处理后，温度信号便转化为和温度呈函数关系的电信号输出，其中电流的范围一般是 420mA。所测得的温度与温度变送器的输出信号信号有函数关系，也就是说，温度变送器的输出信号和温度传感器的电压信号有线性关系。从而利用这种函数关系便可确定测量的温度值。Pt100 温度变送器主要有三种引线方式，分别是：二线制接线法，就是热电阻的两端用两根导线引出来，虽然此种接线方法很简单，但是导线接到电路中必然会产生引线电
37、阻，而导线的长短和材质会对引线电阻的大小有影响，这种接线方法会对电路的正常测量会有影响，因此这种方式适只用于低测量精度要求的场合。三线制接线法，就是在热电阻的一端接入两条导线，另一端接一条导线。三线制接线方法如果和电桥配合使用，便可消除因引线电阻对电路测量精度的影响。这种接线方法在工业过程控制中得到了广泛的应用。四线制接线法，就是在热电阻的两端都接入两条引线的接线方式。其中的两条导线可以把热电阻上的温度信号转化为电压信号，剩下的两条把转换之后的电压传送给智能仪表。由上面的分析可知，四线制接线法能够消除接入电路中的导线产生电阻的影响，这种接线方式一般应用在测量精度较高的场合。一般情况下，热电阻的
38、接线方式都会选用三线制的接法。三线制的接线法可以消除电路中引线电阻对测量精度的影响 12。热电阻的的测量电路一般是不平衡电桥电路，不平衡的电桥电路会带入导线电阻，对电路的测量精度产生影响，但如果采用了三线制的接线法，就会消除导线电阻带来的误差，提高电路的测量精度。Pt100 温度变送器接线如图 2.9 所示：12基于智能仪表的恒温孵蛋器控制系统设计图 2.9 Pt100 温度变送器接线温度变送器在工业生产中得到了广泛的应用，温度变送器一般与智能仪表结合使用，进行一些过程的测量。然而在使用的过程当中，难免会有一些故障发生，比较常见的故障和解决方案有，首先，被测介质的温度有变化时，如果变送器的输出
39、并没有发生变化，则最可能发生的故障就是温度变送器的密封问题，可能是密封不够或者是在电路的焊接过程中出现了焊接失，从而误导致温度变送器没密封，解决这种故障的办法是替换掉温度变送器的外壳。最后一种故障是输出信号不稳定，这种故障是温度源不稳定。还有一种故障，是变送器的输出误差大，出现这种故障的原因就有很多了，可能是电阻丝的问题，也可能是厂家的标注问题13。温度变送器的应用特点有：1.它是二线制输出，输出电流信号，范围是 420mA，而且抗干扰能力较强；2.安全可靠，使用寿命长；3.将输入的非电学的温度信号转化为与之成函数关系的电压信号或者是电流信号输出；4.低功耗、可靠性高；5.优良的抗干扰能力；7
40、.体积小，使用方便。2.2.4 RS232/RS485 转换模块目前通信工业和 PC 领域最常用的串行通信接口是 RS-232 总线接口标准。 RS-232 采用了不平衡的传输方式，即单端通讯。它的共模抑制能力相对较差，而且双绞线上的电容，这些限制使其最高传输速率为 20Kbps，最大传输距离为15 米。RS-232 的通讯只能是点对点，即只需要用到一个接收设备和一个发送设13基于智能仪表的恒温孵蛋器控制系统设计备，所以这样的功能使得它只适合近距离的传输 14。一般在工业生产过程中使用的工控机大都是 RS-232 总线接口。但是 RS-232 还是有一定的缺陷，比如它的传输距离和传输速率相对于
41、 RS-485 而言还是有一定的限制。如果采用 RS-485 标准就可以使用差分信号来传送数据和控制信号，这样就可以消除 RS-232 带来的一系列问题。 4520 转换模块在 RS-232 的基础之上结合 RS-422 和 RS-485 标准的优点。它可以不用修改 PC 机上的任何软硬件就可以把 RS-232 信号转换为 RS-485 信号。4520 转换器是可以把 RS-232 总线转换到 RS-422/RS-485 总线的转换器，也就是说 4520 模块可以实现 RS-232 信号到 RS-485 信号的隔离。4520 转换器的隔离转换器模块可以使用 RS-422 接口或 RS-485
42、接口进行信号传输，这样可以获得更高的数据传输速率，更强的联网能力和更大的传输范围。4520 转换模块的组成电路可以自动的监控数据的流向，这样就可以不用处理网络中的握手请求，也就是说，一对双绞线就可以进行数据的传送和接收。当进行通讯时，4520 转换器模块也可以进行反向通讯，也就是说，RS-485 串口可以转换为 RS-232 串口，但是要特别注意，4520 模块不能设置 RS-485 总线设备的通讯地址，所以反向通讯时只能是一对一通讯。RS-232 设备可以通过 4520 转换器模块与 RS-485 实现数据之间的相互传送，其接线图如图 2.8 所示：图 2.10 RS-232/RS-485
43、转换模块的接线图2.3 本章小结本章主要介绍了恒温孵蛋器控制系统的设计原理、RS-485 总线的通讯原理，和本设计中涉及到的设备的选型以及分析，简单分析了该系统的设计思路，并且14基于智能仪表的恒温孵蛋器控制系统设计绘制了系统的控制原理图和框图，重点分析了 RS-485 总线的通讯功能，给出了上位机和下位机的连接方式，分析和列举了该设计涉及到的各个模块。对基于 RS-485 总线的规范标注及智能仪表的概念有了较清晰的认识。同时介绍了 FP33 智能仪表，测温传感器，温度变送器和 RS-232 转 RS-485 模块。通过对这些模块的详细的了解，使得对孵蛋器恒温箱监控器的设计思路和各个模块的连接
44、有了更深刻的理解。15基于智能仪表的恒温孵蛋器控制系统设计3 电气设计原理3.1 温度控制的电气原理该温度监控系统采用热电阻 Pt100 进行温度的测量，如图 3.5 所示，将 Pt100 测得的温度经过温度变送器传送发到智能仪表，智能仪表会把所测得温度与给定温度值进行比较。如果实际测得的温度小于设定的温度值，此时仪表的输出控制继电器线圈 J1 得电，继电器的常开触点 J1 闭合，使得连接加热设备的电路形成回路，加热设备开始工作，孵蛋器恒温箱温度将会升高。如果实际测得的温度大于设定的温度值，此时仪表的输出控制继电器线圈 J2 得电，继电器的常开触点 J2 闭合，使得连接散热设备的电路形成回路，
45、风扇开始工作，孵蛋器恒温箱温度将会降低。这样就可以达到温度的控制。接线需要注意以下事项：1、根据温度调节器上的端子排列图，仔细检查和确认接线正确。2、对于热电偶输入，使用与热电偶类型匹配的补偿导线。3、对于铂电阻输入，每根引线电阻应小于 5 欧姆, 3 根引线应该具有相同的电阻。4、输入信号线绝不能与强电线路同在一个导线管或者电缆槽中铺设。使用屏蔽电缆（单点接地） 能有效抗静态感应噪声。5、对于电源，使用截面积至少大于 1m m 2 、绝缘 6 0 0V 的导线。图 3.1 为端子表：图 3.1 端子表图 3.2 为智能仪表接线图：16基于智能仪表的恒温孵蛋器控制系统设计图 3.2 智能仪表接
46、线图图 3.3 为稳压电源：17基于智能仪表的恒温孵蛋器控制系统设计图 3.3 稳压电源RS-232 转 RS-422/485 转换器将 RS-232 信号透明的转换为 RS-422/485 信号。用户无须改动 PC 上的任何硬件和软件，便可以克服早期 RS-232 系统的不足，轻松地建立起一套基于 PC 硬件的工业级远程通讯系统，并将通讯距离再延伸 1200 米，或再增加 32 个节点。图 3.4 为转换口接线图图 3.4 转换口接线图18基于智能仪表的恒温孵蛋器控制系统设计3.2 温度控制电气图温度控制电气图如图 3.5 所示：温度监控的电气实现过程是：用 Pt100 热电阻来检测温度，并
47、将检测到的温度信号发送到智能仪表的端口 46、端口 47 和端口 48，再设定的温度值进行比较，并通过智能仪表温的端口 39 输出加热信号，从端口 40 输出散热信号，从而达到对孵蛋器恒温箱温度的监督和控制。图 3.5 温度控制电气图3.3 本章小结本章主要介绍了孵蛋器恒温监控系统中温度的电气控制原理，分析了孵蛋器恒温箱温度控制电气原理图的工作流程。根据电气图可以非常明确的看出温度控制的过程。19基于智能仪表的恒温孵蛋器控制系统设计4 组态界面设计随着自动化技术在工业生产过程中的飞速发展，人们对测控技术和自动化检测技术的要求越来越苛刻。不仅希望这些技术的实用性好，可靠性高，操作界面清晰，还要求
48、系统要有比较短的开发周期以便于系统的升级，组态王软件可以满足上面的要求。组态王软件中有各种各样的控制软件包，它是专门为工业控制开发的软件。它的操控界面简洁清晰，即使用户没有掌握太多的编程语言，也可以利用它提供各种通用工具模块进行复杂工程的设计，而且可以满足工业设计的要求。组态王的这种特点使工程的管理和组织更为方便。组态王是由北京亚控公司开发的一款实用性比较强的软件，它的主要由三大部分组成，分别是工程管理器、工程浏览器和画面运行系统这三大部分。其中工程管理器是用来创建一个新项目和现有项目的管理，如新建、删除、重命名、修改工程等。工程浏览器可以定义外部设备，构造数据库，系统配置，变量的构造等。画面
49、运行系统可以进行模拟实际环境，把外部设备采集到的数据记录并保存在数据库中，还可以用动画的方式把数据的变化以表格或者是曲线的形式进行表示，也可以进行报警记录等操作等。组态王与外部设备进通信时，需要外部设备为通讯的接口提供驱动程序，这样组态王就可以通过驱动程序与外部设备进行数据交换。4.1 组态软件的基础4.1.1 组态软件的定义“组态”有设定、设置、配置等意思是，可以理解为用户不需要复杂的程序，只需要进行简单的设置就能达到需求。组态监控软件是一款可以进行进行数据采集和过程控制的专用软件。组态软件为用户提供了简洁明了的模拟画面，它可以通过对不同模块的设定，进而轻松的实现一个复杂的监控系统的所要求的各项功能。而且组态王支持不同硬件的控制机及和不同的 I/O 产品。因为组态王的灵活性，使得组态软件广泛的应用在温度监控领域内。4.1.2 组态王软件的特点组态软件的开发周期短，开放性好，实用性强，操作简单使其广泛的应用在工业自动化领域。它的主要特点有，第一，它的通用性，根据工程的实际情况，用户可以利用画面运行系统中给定的工具和数据库，以及组态软件的底层设备，如智能仪表，智能模块、变频器，板卡等设备，就可以完成一个工程的构建，并且能得到该工程的动画模拟效果，也可以获得该工程的数据记录、报警记录和实时
