基于PLC的溫室大棚控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

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1、山東科技大學(xué)泰山科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 山東科技大學(xué)泰山科技學(xué)院 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 題目：基于PLC的溫室大棚控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 系部名稱：機(jī)電工程系 班級(jí)名稱：電氣工程及其自動(dòng)化 學(xué)生姓名： 學(xué) 號(hào): 指導(dǎo)老師： 完成日期：2016年6月6日 摘要 溫室大棚是用來栽培農(nóng)作物的設(shè)施,它能改變農(nóng)作物的生長(zhǎng)環(huán)境,使其能夠外界的四季變化和惡劣氣候,為農(nóng)作物的生長(zhǎng)創(chuàng)造適宜的條件.溫室大棚作為高效農(nóng)業(yè)的重要組成部分,已經(jīng)成為我們研究的方向。如何利用科學(xué)技術(shù)控制溫室內(nèi)的各種環(huán)境因子，已成為我國(guó)溫室大棚行業(yè)研究的重要課題之一. 本論文主要介紹了基于PLC控制的溫室大棚系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案

2、，該研究中將采用溫度傳感器、CO２濃度傳感器、光照傳感器對(duì)溫室大棚中各項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行檢測(cè),將測(cè)量值送入PLC中,在PLC中將其與設(shè)定值進(jìn)行比較,再發(fā)出相應(yīng)的指令驅(qū)動(dòng)外圍設(shè)備來調(diào)控溫室大棚內(nèi)的環(huán)境參數(shù),從而實(shí)現(xiàn)了溫室大棚的自動(dòng)化、智能化控制。在此基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)監(jiān)測(cè)、數(shù)據(jù)記錄、數(shù)據(jù)輸出顯示等功能，實(shí)現(xiàn)了控制系統(tǒng)優(yōu)良的人機(jī)界面，為溫室大棚的研究提供新的方向。 關(guān)鍵詞:溫室大棚；可編程控制器（PLC)；傳感器；控制； ABSTRACT Greenhouses are used for growing plants in a range of facilities， it can change the

3、crop growing environment, enabling it to the outside of four seasons and harsh climate, creating suitable conditions for crop growth. Greenhouses as important component of agriculture， has become our research directions. How to use science and technology to control environmental factors within the g

4、reenhouse, greenhouse industry has become an important subject of study。 Described in this paper, based on Siemens S7—200 series PLC control system design of greenhouseThe research will be used temperature sensor， andCO2 concentration sensor, and light sensor on greenhouse big shed in the the index

5、 for detection, will measurement value into PLC in the， in PLC will be its and set value for compared， again issued corresponding of instruction drive peripheral equipment to Regulation greenhouse big shed within of environment parameter, to achieved has greenhouse big shed of automation, and intell

6、igent of control. On this basis， using configuration software configuration design of control systems， monitoring， data logging， data output function， achieving excellent control system human-machine interface， for greenhouse research to provide new direction. Keywords： greenhouse； programmable log

7、ic controllers（PLC); sensor； control;application。 目錄 摘要..。..。。...。....。....。。.。。。。..。。.。。。.....。。.。。..。.。。。.....。.。。....。。。。.。..。。。...。.。..。。....。...。.。。.。.。..。。.。。.。。。..。Ⅰ ABSTRACT。..。。。..。....。。..。.。。..。。。..。.。....。。...。..。....。。..。。..。。.。。。。。。.。。。。。..。。..。.。。..。。。.。....。。。.。...。.。。。。Ⅱ 目錄.。。.。

8、.。.....。。.。.。。。。。..。.。。.。..。。。.....。。...。。.。。。..。。....。..。...。.。.。.。。.。。...。.。。。.。.。。...。。...。。..。。。。。。.。.。。.。.Ⅲ 1 緒論。。。.。。.......。。....。...。。。.。....。。.。.....。。。...。。。。...。。..。...。.......。。.。。。。。。...。。。。.。。。。。。。..。.。。..。...。。。..。。1 1。1課題概述..。。。...。.....。.。..。。。..。。..。。..。....。.。.。。.。....。.。...。...

9、。。。.。...。.。.。...。。。....。。.。..。.。...。1 1.1.1課題簡(jiǎn)介。。...。.。。。.。。..。。.。..。.。。。。。...。。.。。。。。...。。。.....。。。。.。。。....。。。。。。。.。。。.....。.。..1 1。1.2研究目的及意義。..。。..。。........。。....。。。。..。。.。.。。。。。。。.。。.。.。。..。.。..。......。.。。。...1 1。2國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀。....。。。.。....。。。。。..。。.。。.。.。.。.。。.....。。。。。.。....。。.。..。..。。

10、。..。..。。。。。.。。..。.。。。2 1。2.1國(guó)內(nèi)研究現(xiàn)狀。.。。。。。。...。.。..。.。。。.。...。。。。。.。.。.。。.。。..。.。...。。。。。...。..。.。。。..。..。。.。。2 1。2.2國(guó)外研究現(xiàn)狀。...。.。.。。.。.。.。.。.。。。。。.。。。。..。..。....。。...。。。。..。..。。。..。..。.。....。.。..。.2 1.3研究?jī)?nèi)容..。。。。.。。.。。。...。。....。..。。。.。.。...。.。。.....。。。。。。。。。.。..。.。。...。.。。。....。.。。。。.。..

11、.。。.。...。...3 2 控制系統(tǒng)的整體控制方案.。..。。。。..。..。.....。.。。。。..。....。。。。.。。。。...。。..。.。.。。。.。。。。。。...。.。...4 2.1控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)任務(wù)。。..。。。.....。。..。.。.。。.。。。..。.。.。。.。。.。.。..。.。。...。。.。.。.。..。..。。..。..。。.。.4 2.2系統(tǒng)的控制方案。。。.。。。。....。..。.。。。.。...。..。。。。。。。。..。....。。..。..。。。。。...。。...。。。.。。。.....。.。。。..。4 3 控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)。

12、。。..。.。..。..。。。。。。。.。。..。。。..。.。。。.。.。。..。..。.。.。.。。...。。.。。。。...。。.。.。。.。。.。.。7 3.1電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)..。。...。。。.。.。。。..。....。。...。.。。。.。.。...。..。。。。。。.。.。。。...。.。......。...。.....。.。7 3.1.1系統(tǒng)主電路設(shè)計(jì)。。.。........。.。。。.。。.。.。.。。.。.。.。....。。。.。.。.。.。...。。...。。。。。。。。。.。。。。.。7 3.1.2控制系統(tǒng)各部分控制電路設(shè)計(jì).。.....。。.。....。。。。

13、.。。..。.。...。......。。。.。.。。。。。7 3。2 PLC簡(jiǎn)介。.。。。.。。.。.。。。.。。。.。....。。。。。。.。。.。。。...。.....。..。。。.。。。。。。。.。.。..。..。。。.。。.。。。..。.。。.。.。。..。。。12 3。2。1 PLC的產(chǎn)生和系統(tǒng)組成..。..。...。。.。.。.。。。.。.。。.。.。.。.。。.。.。.....。。。。。。.。。。。。。。。。.12 3。2.2 PLC的工作原理。......。.。。..。.。。...。......。。.。..。.。。....。。。..。.。.。.。。。。...。。。....

14、....。12 3.3 PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本原則及步驟..。。。。.。。。。。..。..。。。...。。.。。。.。。..。。..。。。。..。..14 3。3.1設(shè)計(jì)PLC控制系統(tǒng)的基本原則。...。.。...。。.。。。.。。。。.。。.。。。。.。。.。。..。。.。.。。..。14 3。3。2 PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)步驟。。。..。.。....。.。..。。。。....。。.。。。。..。.。....。。。。..。...。...14 3。4 PLC硬件電路設(shè)計(jì)。。.。。。.。。....。。。.。..。。.。..。......。.。。.。.。。..。..。.。。。.。。。...

15、。。...。..。。....。....。17 3.4。1 PLC型號(hào)的選擇。。。。。..。。。.。。。。。。。。.。.....。..。。。。。。。..。..。。..。。。.。。。....。。.。.。.。。。。..。.17 3.4。2傳感器的選型。。。。.。。.。.。。。..。。。.。。.。。。.。...。。。.。。.。....。.。.。。.。。.。。。..。.....。。.。。。.。...17 3.4。3模擬量輸入模塊EM235......。.。。。.。..。.......。。.。......。..。。..。。。.。。。。。..。...。。。..19 3

16、.4。4 PLC O/I地址分配表..。.。。....。。。.。。。.。。。....。.....。.。.。..。..。.。。。。。。。.....。。。。。.。。21 3.4.5 PLC硬件接線圖設(shè)計(jì)...。。。。.。.。。。...。。。。.。。。..。。。.。.。.。。.。.。。.。.。。.。..。.。。。。。。。。。.。23 4 控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)。.。.。..。。。。。。。..。。。。.。。.。。。。...。.。。.。.......。.。.。...。。。。....。.。.。。.。..。。......24 4。1 PLC程序設(shè)計(jì)方法。...。。。。。....。.。..。。...

17、。。.....。。。...。.....。..。.。。。。。。......。。。。。。....。..。。..。.。24 4。2編程軟件STEP7—MICRO/WIN概述..。....。。。.。。。.....。。。。..。.。.。.。。.。.。.。...。...。。。.。...。24 4。3控制系統(tǒng)的程序設(shè)計(jì).。.。。。.。.。..。..。。.。。。...。.。。..。..。。.....。...。。。。。。.。...。。..。..。。。。.。。。.。.。25 4.3.1程序的設(shè)計(jì)思路。..。。.。。。.。.。.。。。。。.。..。..。...。.。..。。。.。。.。.....。。.

18、。.。。。.。。。....。。。...25 4.3。2程序控制流程圖。。。。。..。。.。..。。。。..。。.。。。。。。。。.。。。。.。。..。。。.。。。。。。。。.。.。..。。..。.。。。。。.26 4。3。3控制程序設(shè)計(jì)及分析.。。.。。。。..。.。。.。。。。.。。..。.。..。。....。.。。。。。。..。.。.。。.。。.。..。。.。29 結(jié)論。。.。..。..。。。...。...。。..。。.。。.。。...。....。。.。.。。...。。。.。.。.。。.。...。.。。..。.。..。.。。....。...。.。........。。.

19、。...。。..。。..。。。36 參考文獻(xiàn).。.。..。。。。。.。。。。...。......。.。。。。。.。。。.。.。。.。。..。.。。。。。..。..。....。.。。.。.。..。..。。..。。...。。...。.。..。.。。。..。。。37 致謝。..。。...。.。...。。。。。.。...。。.。。。.......。...。。..。..。..。。.。。。.。.。.。。。。.。。...。。..。。.。.。...。。。。..。.。.。.。。...。.。..。..。.。。。.39 附錄1 外文資料翻譯.。.。..。.。..。。..。。....。.。。。。.。。。。。。。

20、.。.。.。。.。..。。。.。。.。.。。...。。..。。。..。.。.。..。。.。。.40 附錄2 電氣原理圖。。....。.。.。.。。。。。。..。.。.。.。.。。。。。.。.。。。..。。...。。.。。.。。..。.。.....。...。。。。...。.。.。....。.。53 附錄3 軟件程序.。。。。。.。.。。.。。。。。..。。。。...。.。.。..。....。。。..。..。。..。。.。。.。。...。。.。.。。。。.。。。。......。。。...。.。..54 VI 1 緒論 1.1課題概述 1.1.1課題簡(jiǎn)介 溫室大棚是用來栽培植物的設(shè)施。

21、溫室是用來改變農(nóng)作物的生長(zhǎng)環(huán)境 ,避免外界四季變化和惡劣氣候?qū)r(nóng)作物的不利影響，為農(nóng)作物生長(zhǎng)創(chuàng)造適宜的條件。 溫室環(huán)境指的是農(nóng)作物的生長(zhǎng)空間 ，它是由光照、溫度、濕度、二氧化碳濃度等諸多因素組成的。溫室控制主要是通過控制溫室大棚內(nèi)的溫度、濕度、通風(fēng)與光照等自然因素，使得它可以在不適合農(nóng)作物生長(zhǎng)的季節(jié)和惡劣的環(huán)境下可以高效的種植農(nóng)作物。從而達(dá)到對(duì)農(nóng)作物調(diào)節(jié)產(chǎn)期、促進(jìn)農(nóng)作物生長(zhǎng)發(fā)育、提高產(chǎn)量的目的.現(xiàn)代化溫室中具有控制溫度、光照、氣肥等條件的設(shè)備,并采用電腦進(jìn)行自動(dòng)智能控制，以此創(chuàng)造農(nóng)作物生長(zhǎng)所需最佳的環(huán)境條件。 1。1。2研究目的及意義 目前的農(nóng)作物栽培設(shè)施中，按國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)裝配的鋼管塑料大棚

22、和玻璃溫室僅占全國(guó)大棚面積的一少部分，大多數(shù)的農(nóng)村仍是采用自行搭建的竹木棚。這種簡(jiǎn)單的竹木棚只能起到一定的保溫效果，根本談不上對(duì)光照和二氧化碳的合理充份的利用,而且抗自然環(huán)境的能力很差,面對(duì)突發(fā)的氣象災(zāi)害也無能為力。即使那些為數(shù)不多的裝配式塑料大棚和玻璃溫室，也都不同程度的缺乏配套的專業(yè)調(diào)控設(shè)備和儀器，所以我國(guó)的現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)特別是溫室大棚領(lǐng)域的自動(dòng)智能化程度還非常低. 中國(guó)農(nóng)業(yè)發(fā)展，必須走現(xiàn)代化發(fā)展這一條路。隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，現(xiàn)在化農(nóng)業(yè)的研究和應(yīng)用技術(shù)越來越受到重視,特別是溫室大棚，因?yàn)闇厥掖笈镆呀?jīng)成為了現(xiàn)代化高效農(nóng)業(yè)的一個(gè)重要組成部分.現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)最重要的一環(huán)就是對(duì)環(huán)境中影響農(nóng)作物生長(zhǎng)的因素做檢

23、測(cè)和控制,通過對(duì)溫室環(huán)境的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的分析，并結(jié)合農(nóng)作物的生長(zhǎng)規(guī)律，對(duì)環(huán)境因素的控制，是作為溫室大棚自動(dòng)化、智能化生產(chǎn)管理的基本保證，從而能使農(nóng)作物達(dá)到優(yōu)質(zhì)、高效的栽培目的。 所以，現(xiàn)在我們進(jìn)行溫室大棚PLC監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)具有積極的現(xiàn)實(shí)意義。本課題通過對(duì)可編程控制器PLC、傳感器的學(xué)習(xí)和研究，完成了利用西門子PLC與電腦終端組成的溫室大棚群監(jiān)控系統(tǒng)。 1.2國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀 1。2.1國(guó)內(nèi)研究現(xiàn)狀 我國(guó)溫室大棚技術(shù)起步較晚，政府發(fā)展的以塑料大棚、日光溫室為主的農(nóng)業(yè)栽培設(shè)施，促進(jìn)了農(nóng)村的經(jīng)濟(jì)發(fā)展和緩和了蔬菜的季節(jié)性短缺矛盾.利用太陽光熱資源，節(jié)約不可再生能源,減少環(huán)境污染是我國(guó)溫室大棚的一大

24、特色。 雖然我國(guó)溫室規(guī)模有限，還沒有形成規(guī)模經(jīng)濟(jì)，另外構(gòu)建設(shè)施的費(fèi)用也比較高，但從長(zhǎng)期發(fā)展來看，溫室監(jiān)控系統(tǒng)分布式和網(wǎng)絡(luò)化將是我國(guó)現(xiàn)代農(nóng)業(yè)發(fā)展的必然趨勢(shì)?，F(xiàn)代溫室大棚中常用的能自動(dòng)控制的調(diào)控機(jī)構(gòu)有:通風(fēng)窗、遮陽簾、通風(fēng)機(jī)、熱風(fēng)機(jī)、冷風(fēng)機(jī)、人工加熱燈、二氧化碳增肥器、噴霧系統(tǒng)及蒸熏設(shè)備?？刂破骶C合調(diào)節(jié)各個(gè)機(jī)構(gòu),使系統(tǒng)在節(jié)省能源的同時(shí)保證室內(nèi)氣候滿足植物生長(zhǎng)需要。使用的控制器也有很多選擇，如單片機(jī)、工控機(jī)、PLC、通用PC機(jī)等。 1。2.2國(guó)外研究現(xiàn)狀 西方發(fā)達(dá)國(guó)家在現(xiàn)代農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的起步比較早。1949年,美國(guó)借助于工程技術(shù)的發(fā)展，建成了第一個(gè)人工氣候室。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的快速發(fā)展，溫室大棚作為

25、現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)設(shè)施的重要組成部分，其自動(dòng)控制技術(shù)和管理技術(shù)得到不斷地提高，在世界各地都得到了不錯(cuò)的發(fā)展。 目前,國(guó)外的溫室大棚內(nèi)部設(shè)施已經(jīng)發(fā)展到了比較完備的程度,并形成了一定的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。溫室內(nèi)被控環(huán)境因子由計(jì)算機(jī)控制，傳感器也較為齊全，如溫室大棚內(nèi)的溫度、濕度、光照、二氧化碳濃度等等,由傳感器的檢測(cè)基本上可以實(shí)現(xiàn)對(duì)各個(gè)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的控制.計(jì)算機(jī)對(duì)于這些系統(tǒng)的控制已經(jīng)不是簡(jiǎn)單的、獨(dú)立的、靜態(tài)的直接數(shù)字控制，而是基于PLC的智能控制系統(tǒng)，一些國(guó)家在實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化的基礎(chǔ)上向著完全自動(dòng)化、無人化的方向發(fā)展. 1.3研究?jī)?nèi)容 可編程控制器是集計(jì)算機(jī)技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)和通訊技術(shù)為一體的新型自動(dòng)控制裝置，PLC的

26、優(yōu)越性能,已被廣泛應(yīng)用于工業(yè)控制的各個(gè)領(lǐng)域，并已成為工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域的三大支柱之一。PLC的應(yīng)用已經(jīng)成為了世界潮流，在以后PLC技術(shù)將會(huì)在我國(guó)的到更全面的應(yīng)用. 本文研究的是PLC技術(shù)在溫室大棚技術(shù)上的應(yīng)用.從整體上分析研究了溫室大棚控制系統(tǒng)的電路設(shè)計(jì)、硬件設(shè)計(jì)、軟件設(shè)計(jì)和人機(jī)界面等。 本次的研究?jī)?nèi)容為溫室大棚PLC控制系統(tǒng)。溫室大棚的作用是改變植物生長(zhǎng)的環(huán)境，從而避免因四季變化和突發(fā)的惡劣天氣對(duì)植物生長(zhǎng)發(fā)育的不良影響，為植物生長(zhǎng)提供一個(gè)良好的生長(zhǎng)環(huán)境.在農(nóng)作物的生長(zhǎng)環(huán)境中，溫室大棚中的溫度、濕度、光照、二氧化碳濃度等環(huán)境參數(shù)對(duì)農(nóng)作物的生長(zhǎng)起著非常重要的作用。本次研究以可編程控制器PLC為核

27、心，通過傳感器檢測(cè)溫室中的環(huán)境參數(shù),經(jīng)變送為4-20mA的電流信號(hào)后送入S7—200的模擬量輸入模塊EM235，經(jīng)分析處理,輸出開關(guān)量，通過驅(qū)動(dòng)電路控制通風(fēng)扇、冷暖風(fēng)機(jī)、遮陽簾、二氧化碳發(fā)生器等多種執(zhí)行機(jī)構(gòu)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)溫室大棚智能化控制，從而實(shí)現(xiàn)良好的人機(jī)界面. 2 控制系統(tǒng)的整體控制方案 2。1 控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)任務(wù) 本控制系統(tǒng)主要針對(duì)的被控對(duì)象是溫度、光照、二氧化碳濃度，通過對(duì)這些因素的檢測(cè)，然后與設(shè)定值進(jìn)行比較，然后進(jìn)行調(diào)節(jié)。溫度的調(diào)節(jié)主要靠通風(fēng)扇、風(fēng)機(jī)、和加熱器進(jìn)行調(diào)節(jié)；光照主要通過遮陽簾進(jìn)行控制；二氧化碳濃度主要通過二氧化碳發(fā)生器來進(jìn)行調(diào)節(jié)。 本次設(shè)計(jì)的溫室大棚就是通過溫度傳感

28、器、光照傳感器、二氧化碳傳感器來檢測(cè)溫室大棚中的溫度、光照強(qiáng)度、二氧化碳濃度等信息，然后通過PLC控制系統(tǒng)控制溫室大棚的通風(fēng)扇、冷/熱風(fēng)機(jī)、遮陽簾、加熱器、二氧化碳發(fā)生器等硬件設(shè)施，對(duì)溫室大棚中的環(huán)境因子進(jìn)行調(diào)控，以使溫室大棚里的環(huán)境為最適宜農(nóng)作物生長(zhǎng)的環(huán)境。 2.2 系統(tǒng)的控制方案 在溫室大棚中，需要一套完善的溫室控制系統(tǒng)來控制上述任務(wù).本控制系統(tǒng)以PLC為控制核心，采用傳感器對(duì)溫室大棚中的各項(xiàng)環(huán)境因子進(jìn)行檢測(cè)，然后將測(cè)量結(jié)果送入PLC中,經(jīng)過PLC的處理，然后對(duì)執(zhí)行設(shè)備發(fā)出指令，通過執(zhí)行設(shè)備對(duì)溫室中的各項(xiàng)環(huán)境因子進(jìn)行調(diào)控。 考慮到實(shí)際生產(chǎn)中的穩(wěn)定性與安全性，本控制系統(tǒng)設(shè)有自動(dòng)、手動(dòng)兩

29、個(gè)模式，自動(dòng)方式是周期性的按照PLC進(jìn)行控制，手動(dòng)模式是當(dāng)遇到緊急突發(fā)狀況時(shí)，改為手動(dòng)操作,進(jìn)而去控制執(zhí)行設(shè)備的運(yùn)行.通過傳感器檢測(cè)到數(shù)據(jù)和設(shè)定的數(shù)值進(jìn)行比較，然后通過軟件程序去執(zhí)行相關(guān)的命令，本設(shè)計(jì)的優(yōu)點(diǎn)是成本低廉，節(jié)約資源，能實(shí)現(xiàn)利益最大化。該溫室大棚的控制系統(tǒng)總體框圖如下圖2.1所示： 圖2。1 控制系統(tǒng)總體框圖 該溫室大棚控制系統(tǒng)由PLC系統(tǒng),傳感器系統(tǒng)，外部執(zhí)行系統(tǒng)等幾部分組成,以PLC控制系統(tǒng)為核心，通過傳感器系統(tǒng)收集的數(shù)據(jù)，通過PLC模擬量輸入模塊EM235輸入到PLC,經(jīng)過與設(shè)定值比較,輸出開關(guān)量進(jìn)而對(duì)執(zhí)行設(shè)備進(jìn)行控制。本系統(tǒng)為一個(gè)溫室大棚的控制系統(tǒng)，以后還可以以大棚群為

30、單位，通過上位機(jī)進(jìn)行統(tǒng)一控制。 具體來說就是按下啟動(dòng)按鈕,系統(tǒng)啟動(dòng)后，接收由溫度傳感器、光照度傳感器、二氧化碳傳感器檢測(cè)到的信號(hào)，然后經(jīng)過PLC內(nèi)部處理,由輸出模塊輸出控制信號(hào)，以控制外圍的執(zhí)行器件。如果溫度過高，就會(huì)驅(qū)動(dòng)冷風(fēng)機(jī)、通風(fēng)扇來降低溫室內(nèi)溫度；如果溫度過低，就會(huì)驅(qū)動(dòng)熱風(fēng)機(jī)、加熱器、通風(fēng)扇來調(diào)節(jié)室內(nèi)溫度；光照則由遮陽簾和發(fā)光器來進(jìn)行調(diào)節(jié);二氧化碳濃度則由二氧化碳添加器來添加。 3 控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì) PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)主要由硬件設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì)兩部分組成.本章主要從硬件角度介紹了溫室大棚控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)方案，主要從電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)、PLC外部接線圖及外部硬件配置方面進(jìn)行設(shè)計(jì).

31、 3。1電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 3。1。1系統(tǒng)主電路設(shè)計(jì) 溫室大棚控制系統(tǒng)的主電路如下圖3.1所示.其中通風(fēng)扇和遮陽簾主工作電路相似，都需要電機(jī)的啟動(dòng)、停止以及正反轉(zhuǎn)來完成工作，不同點(diǎn)是通風(fēng)扇和遮陽簾電機(jī)的功率不同，且遮陽簾電機(jī)帶限位開關(guān)。其中冷/熱風(fēng)機(jī)、加熱器、發(fā)光體、CO2發(fā)生器的工作原理大致相同,都屬于開關(guān)設(shè)備. 圖3.1 溫室大棚控制系統(tǒng)主電路原理圖 從上圖可以看出，QK為刀開關(guān),其作用為控制整個(gè)主電路的啟停；FR1-FR5位熱繼電器，起過載保護(hù)作用;FU1-FU7為熔斷器，對(duì)各支路起到短路保護(hù)和過載保護(hù)作用;KM1—KM9為接觸器的主觸頭,可以實(shí)現(xiàn)電機(jī)的啟停、正反轉(zhuǎn)以及開關(guān)設(shè)備的

32、啟?？刂?。 3。1.2控制系統(tǒng)各部分控制電路設(shè)計(jì) 通過系統(tǒng)主電路可以看出，溫室大棚的控制系統(tǒng)的執(zhí)行設(shè)備分為兩大類：開關(guān)設(shè)備和非開關(guān)設(shè)備。開關(guān)設(shè)備包括風(fēng)機(jī)、加熱器等等；非開關(guān)設(shè)備比如正反轉(zhuǎn)的電機(jī)，包括通風(fēng)扇、遮陽簾等，這些電機(jī)需要啟停和正反轉(zhuǎn)，需要限位開關(guān). 1。開關(guān)設(shè)備 加熱器、二氧化碳添加器、熱風(fēng)機(jī)、冷風(fēng)機(jī)、發(fā)光體都屬于開關(guān)設(shè)備,其控制電路比較相似,現(xiàn)在就以熱風(fēng)機(jī)為例，做以下分析： (1）熱風(fēng)機(jī)的主電路 風(fēng)機(jī)的運(yùn)行可以通過一個(gè)繼電器來控制，主要控制風(fēng)機(jī)的電機(jī)通斷.風(fēng)機(jī)工作運(yùn)行必須有熔斷器、熱繼電器來保護(hù)電路，主要功能有過電流保護(hù)、短路保護(hù)和過載保護(hù)。下圖3。2為熱電機(jī)的主電路圖：

33、 圖3.2 熱風(fēng)機(jī)主電路圖 (2）熱風(fēng)機(jī)控制電路 控制電路原理圖如下圖3。3所示，依照電路原理圖可知：SB1為手動(dòng)/自動(dòng)切換開關(guān).按下總啟動(dòng)開關(guān)SB2，接觸器線圈KM10得電，KM10常開觸點(diǎn)閉合，形成自鎖。若是手動(dòng)操作,將旋鈕開關(guān)SB1打到手動(dòng)檔位，將SB6旋轉(zhuǎn)到開啟檔位,接觸器KM5得電，其常開觸點(diǎn)閉合，熱風(fēng)機(jī)開始運(yùn)行；將SB6旋轉(zhuǎn)到停止檔位，接觸器KM5失電,其常閉觸點(diǎn)斷開，熱風(fēng)機(jī)停止運(yùn)行。若是自動(dòng)控制，將開關(guān)SB1旋轉(zhuǎn)到自動(dòng)檔位，由PLC控制器控制,當(dāng)接觸器KM5得電時(shí),其常開觸點(diǎn)閉合，熱風(fēng)機(jī)運(yùn)行. 圖3。3 熱風(fēng)機(jī)控制電路圖 2.正反轉(zhuǎn)設(shè)備 在執(zhí)行設(shè)備里，通風(fēng)扇和遮陽

34、簾屬于非開關(guān)設(shè)備，也就是正反轉(zhuǎn)設(shè)備,他們的控制電路很相似，現(xiàn)在以遮陽簾為例來分析一下主電路圖和控制電路原理圖. （1)遮陽簾主電路 下圖3.4為遮陽簾的主電路圖。由電路圖可知，接觸器KM3、KM4主要是控制遮陽簾電機(jī)正反轉(zhuǎn)；熔斷器FU2主要是在電路中起到過電流保護(hù),應(yīng)對(duì)短路；熱繼電器FR2的作用主要是電機(jī)的過載保護(hù)。 圖3。4 遮陽簾主電路圖 （2）遮陽簾的控制電路 遮陽簾的控制電路原理圖如下圖3.5所示。由其電路原理圖可以分析得：旋鈕SB1為手動(dòng)/自動(dòng)選擇開關(guān)，按鈕SB2為總啟動(dòng)開關(guān)，按下SB2，交流接觸器KM10得電，其常開觸點(diǎn)閉合,形成自鎖；若手動(dòng)操作，將旋鈕旋轉(zhuǎn)到手動(dòng)位置，

35、SB4為開簾、閉簾切換開關(guān),當(dāng)SB4切換到開簾開關(guān)時(shí)，接觸器KM3得電,其常開觸點(diǎn)閉合，電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)，當(dāng)其開簾程度達(dá)到最大程度時(shí),碰到限位開關(guān)SQ1，其常閉觸點(diǎn)斷開，接觸器KM3失電，電動(dòng)機(jī)停止轉(zhuǎn)動(dòng);當(dāng)SB4切換到閉簾開關(guān)時(shí)，接觸器KM4得電,其常開觸點(diǎn)閉合,電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn),待關(guān)閉到最大限度時(shí)，限位開關(guān)SQ2常閉觸點(diǎn)斷開，KM4失電,電動(dòng)機(jī)停止運(yùn)行.SB3為緊急停止開關(guān)，當(dāng)按下SB3時(shí)，接觸器KM10失電，其常閉觸點(diǎn)斷開,電動(dòng)機(jī)停止運(yùn)行.若自動(dòng)運(yùn)行時(shí)，旋鈕開關(guān)SB1旋轉(zhuǎn)到自動(dòng)位置,遮陽簾運(yùn)行受到PLC控制，中間接觸器KM3得電時(shí),其常開觸點(diǎn)閉合,電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)運(yùn)行，遮陽簾打開;中間接觸器KM4得電時(shí),其

36、常開觸點(diǎn)閉合，電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn),遮陽簾閉合. 圖3.5 遮陽簾控制電路原理圖 3.2 PLC簡(jiǎn)介 3。2。1 PLC的產(chǎn)生和系統(tǒng)組成 1969年美國(guó)數(shù)字設(shè)備公司研制出世界第一臺(tái)PLC，開創(chuàng)了工業(yè)控制新時(shí)代。PLC隨著計(jì)算機(jī)和微電子技術(shù)的發(fā)展，由最初的1位機(jī)發(fā)展到8位機(jī)，并隨著微處理器CPU和微型計(jì)算機(jī)技術(shù)在PLC中的應(yīng)用,形成了現(xiàn)代意義上的PLC。目前，PLC已經(jīng)使用16位、32位高性能微處理器，并實(shí)現(xiàn)了多處理器多通道處理?，F(xiàn)在，PLC已經(jīng)非常成熟。［1]，［46] PLC實(shí)質(zhì)上是一種工業(yè)控制計(jì)算機(jī)。PLC與計(jì)算機(jī)的組成很類似，不過PLC比一般的計(jì)算機(jī)具有更強(qiáng)的與工業(yè)過程相連接的借口，以

37、及更好的適應(yīng)控制要求的編程語言，從PLC硬件上看，它由CPU、存儲(chǔ)器、輸入輸出借口、電源等組成.如下圖3.6所示： 圖3。6 PLC控制系統(tǒng)示意圖 3.2.2 PLC的工作原理 PLC的工作原理可用16個(gè)字來概括:循環(huán)掃描、順序執(zhí)行、集中輸入、集中輸出。PLC的工作過程可用下圖3.7來表示: 電源ON 內(nèi)部處理 輸入處理 通信服務(wù) 更新時(shí)鐘，特殊寄存器 STOP CPU運(yùn)行方式 執(zhí)行程序 輸出處理 CPU強(qiáng)制為STOP Y 致命錯(cuò)誤 執(zhí)行自診斷 N Y N PLC正常

38、 存放自診斷錯(cuò)誤結(jié)果 圖3.7 PLC運(yùn)行框圖 3。3PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本原則及步驟 了解了PLC的指令系統(tǒng)和工作原理后,就可以將PLC用于工程項(xiàng)目中。PLC的控制部分的設(shè)計(jì)可以參考以下的基本原則及步驟。 3。3.1設(shè)計(jì)PLC控制系統(tǒng)的基本原則 在PLC系統(tǒng)的實(shí)際設(shè)計(jì)過程中,設(shè)計(jì)原則往往會(huì)涉及到很多方面,其中最基本的可以歸納為4點(diǎn). 1。最大限度的滿足要求 要充分的發(fā)揮PLC功能，最大限度的滿足被控對(duì)象的設(shè)計(jì)要求，是設(shè)計(jì)原則中最重要的一條原則。程序開發(fā)人員要到現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研調(diào)查，要與現(xiàn)場(chǎng)人員和車間工作人員緊密結(jié)合，共同合作，解決重要問題和疑難問題。 2。保證

39、系統(tǒng)的安全可靠 PLC控制系統(tǒng)基本原則之二就是保證PLC能夠長(zhǎng)期安全、可靠、穩(wěn)定的運(yùn)行。 3.維修方便、方便簡(jiǎn)單的使用與經(jīng)濟(jì)效益 在滿足設(shè)計(jì)要求的前提下，要盡量的考慮經(jīng)濟(jì)效益,要注意以后的工程擴(kuò)展，也要盡量使系統(tǒng)更簡(jiǎn)單,要擁有合理的布局，以方便以后的檢查與維修。 4.適應(yīng)以后改進(jìn)的需求 適當(dāng)?shù)目紤]PLC控制系統(tǒng)以后的系統(tǒng)改進(jìn)和技術(shù)完善，所以在PLC選型上，其I/O點(diǎn)數(shù)要留有25%左右的裕量,以適應(yīng)以后的系統(tǒng)技術(shù)改進(jìn)。 3.3.2 PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)步驟 在設(shè)計(jì)PLC系統(tǒng)時(shí)，首先要對(duì)PLC應(yīng)用系統(tǒng)進(jìn)行功能設(shè)計(jì)，根據(jù)系統(tǒng)所具備的功能和現(xiàn)場(chǎng)工藝的要求，明確系統(tǒng)所需的功能和必要的程序設(shè)

40、計(jì)。然后進(jìn)行PLC應(yīng)用系統(tǒng)功能的具體分析，從而得出PLC控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和形式，輸入/輸出信號(hào)的種類及數(shù)量，控制系統(tǒng)的規(guī)模和布局.PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)為以下步驟和圖3.8: 評(píng)估控制任務(wù) PLC型號(hào)的選擇 控制流程的設(shè)計(jì) 程序設(shè)計(jì) 控制柜設(shè)計(jì)及布線 程序的檢查與調(diào)試 PLC安裝 模擬運(yùn)行 修改軟、硬件 聯(lián)機(jī)調(diào)試 是否滿足要求 否 是 程序備份 投入使用 圖3。8 PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)步驟 1.分析被控對(duì)象并提出控制要求、制定控制方案 詳細(xì)分析被控對(duì)象的工藝過程及工作特點(diǎn)，提出被控對(duì)

41、象對(duì)PLC控制系統(tǒng)的控制要求,確定控制方案，擬定設(shè)計(jì)任務(wù)書。 2.確定I／O設(shè)備 根據(jù)系統(tǒng)的控制要求，確定系統(tǒng)所需的全部輸入設(shè)備（如:按紐、位置開關(guān)、轉(zhuǎn)換開關(guān)及各種傳感器等)和輸出設(shè)備(如：接觸器、電磁閥、信號(hào)指示燈及其它執(zhí)行器等），從而確定與PLC有關(guān)的輸入/輸出設(shè)備,以確定PLC的I/O點(diǎn)數(shù)。 3.選擇PLC PLC選擇包括對(duì)PLC的機(jī)型、容量、I/O模塊的數(shù)量、I/O模塊余量、電源等的選擇。 4.分配I/O點(diǎn)并設(shè)計(jì)PLC外圍硬件線路 分配I/O點(diǎn)：畫出PLC的I/O點(diǎn)與輸入/輸出設(shè)備的連接圖或?qū)?yīng)關(guān)系表;PLC外圍硬件線路:畫出系統(tǒng)其它部分的電氣線路圖，包括主電路和未進(jìn)入P

42、LC的控制電路等；由PLC的I/O連接圖和PLC外圍電氣線路圖組成系統(tǒng)的電氣原理圖. 5.程序設(shè)計(jì) （1)控制程序；（2)初始化程序;（3)檢測(cè)、故障診斷和顯示等程序；（4）保護(hù)和連鎖程序。 6。硬件實(shí)施 設(shè)計(jì)控制柜和操作臺(tái)等部分的電器布置圖及安裝接線圖;設(shè)計(jì)系統(tǒng)各部分之間的電氣互連圖;根據(jù)施工圖紙進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)接線,并進(jìn)行詳細(xì)檢查。 7。整理和編寫技術(shù)文件 技術(shù)文件包括設(shè)計(jì)說明書、硬件原理圖、安裝接線圖、電氣元件明細(xì)表、PLC程序以及使用說明書等。 3。4PLC硬件電路設(shè)計(jì) 3.4。1PLC型號(hào)的選擇 1?？刂葡到y(tǒng)所需要的I/O點(diǎn)數(shù) 根據(jù)溫室大棚控制系統(tǒng)的控制要求,可以確定全

43、部的輸入設(shè)備和輸出設(shè)備，從而可以確定PLC有關(guān)的輸入輸出設(shè)備,進(jìn)而可以確定PLC的I/O點(diǎn)數(shù),本控制系統(tǒng)所需的PLC的I/O點(diǎn)數(shù)為14個(gè)數(shù)字量輸入,3個(gè)模擬量輸入,10個(gè)數(shù)字量輸出。 2。選擇PLC的型號(hào) 西門子PLCS7系列PLC包括S7—200系列、S7—300系列、S7—400系列。其功能非常強(qiáng)大，按其功能又分為小型、中型、大型PLC.根據(jù)本系統(tǒng)控制要求，選擇S7-200系列的PLC。 由以上分析得此系統(tǒng)所需I/O點(diǎn)數(shù)為14輸入、10輸出。根據(jù)PLC硬件設(shè)計(jì)要求，應(yīng)留出約25%的空余點(diǎn)數(shù)，以方便以后的系統(tǒng)改造升級(jí).CPU224的I/O點(diǎn)數(shù)雖然也為14輸入、10輸出，但是不能留出I/

44、O點(diǎn)數(shù)裕量，不方便以后的升級(jí)改造，所以選擇擁有I/O點(diǎn)數(shù)為24輸入、16輸出的CPU226，以方便以后系統(tǒng)的升級(jí)優(yōu)化。CPU226相對(duì)功能強(qiáng)大,可以連接7個(gè)擴(kuò)展模塊,最大可擴(kuò)展至248個(gè)數(shù)字量I/O點(diǎn)或35個(gè)模擬量I/O點(diǎn)，具有13K的儲(chǔ)存空間。 3。4。2傳感器的選型 1。溫度傳感器 根據(jù)溫室溫度控制的要求,本文的溫度傳感器采用芬蘭維薩拉公司型號(hào)為HMD40的產(chǎn)品，該款傳感器不僅測(cè)量精度高，易于安裝、響應(yīng)速度快，對(duì)環(huán)境要求較低，還具可靠性好、良好的長(zhǎng)期穩(wěn)定性、滯后小、不宜受灰塵、化學(xué)氣體等環(huán)境因素的影響等特點(diǎn).其外觀如下圖3。9所示： 圖3.9 HMD40型溫度傳感器實(shí)物圖 該傳

45、感器的主要性能指標(biāo)如下： 1．溫度檢測(cè)范圍：—10～60℃；測(cè)量精度：±0.3％℃ 2．工作電壓：10～28V DC； 3．輸出信號(hào)：4～20mA。 2.光照傳感器 光控用于控制遮陽幕的開關(guān)，使作物得到合理的光照并實(shí)現(xiàn)以下目的:免除作物超過光飽合點(diǎn),提高光合作用；實(shí)現(xiàn)對(duì)長(zhǎng)日照作物、中日照作物和短日照作物的光照控制。 光照度傳感器可以采用北京易盛泰和科技有限公司產(chǎn)品型號(hào)Poi88-c光照度傳感器。該傳感器用于實(shí)現(xiàn)對(duì)環(huán)境光照度的測(cè)量,輸出標(biāo)準(zhǔn)的電壓及電流信號(hào)，體積小，安裝方便，線性度好,傳輸距離長(zhǎng)，抗干擾能力強(qiáng)，量程可調(diào)。 1。量程：O-200Klx、O-20Klx、0—20

46、00lx可選 2。供電電壓:24VDC／12VDC 3。輸出信號(hào)：4-20mA,0-10V可選 4.精度：±2% 3。二氧化碳濃度傳感器 二氧化碳控制實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)C02的含量,當(dāng)C02的含量低于設(shè)定值時(shí)打開C02儲(chǔ)氣罐或C02發(fā)生器以增施氣肥。C02傳感器選用弗加羅公司生產(chǎn)TGS4160二氧化碳傳感器,該傳感器為固態(tài)電化學(xué)型氣體敏感元件。這種二氧化碳傳感器除具有體積小、壽命長(zhǎng)、選擇性和穩(wěn)定性好等特點(diǎn)外，同時(shí)還具有耐高濕低溫的特性，可廣泛用于自動(dòng)通風(fēng)換氣系統(tǒng)或是C02氣體的長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)等應(yīng)用場(chǎng)合.其外觀如下圖3。10所示： 圖3。10 TGS4160二氧化碳傳感器實(shí)物圖 TGS4160傳

47、感器的主要技術(shù)參數(shù)如下： 1。測(cè)量范圍：300-50，000ppm 2。對(duì)二氧化碳CO2濃度有高靈敏度 3。CO2二氧化碳傳感器TGS4160對(duì)濕度依賴性極低，長(zhǎng)壽命 4。使用溫度：—10～+50℃ 3.4.3模擬量輸入模塊EM235 1。模擬量輸入模塊EM235的簡(jiǎn)介 傳感器采集信息后，將信息轉(zhuǎn)化成標(biāo)準(zhǔn)的電壓或電流信號(hào),PLC硬件設(shè)計(jì)則需要模擬量輸入模塊，將電壓或電流信號(hào)轉(zhuǎn)化為數(shù)字量再輸入PLC中進(jìn)行處理.由于本控制系統(tǒng)需要3個(gè)模擬量輸入,所以選擇EM235模擬量輸入模塊。 模擬量輸入模塊EM235可以直接將被測(cè)主回路交流電流轉(zhuǎn)化成按線性比例輸出4—20mA直流電流的

48、標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)，連續(xù)輸送到接收裝置.該模塊需要DC24V的工作電源，具有4模擬量輸入和1模擬量輸出,利用DIP開關(guān)來設(shè)置輸入信號(hào)的量程。下表3.1說明如何通過DIP開關(guān)設(shè)置EM235模塊的輸入量程的范圍。 表3。1 EM235模擬量輸入范圍和分辨率的開關(guān)表 單極性 滿量程輸入 分辨率 SW1 SW2 SW3 SW4 SW5 SW6 ON OFF OFF ON OFF ON 0-50mV 12.5μV OFF ON OFF ON OFF ON 0-100mV 25μV ON OFF OFF OFF ON ON 0-500mV 125

49、μV OFF ON OFF OFF ON ON 0-1V 250μV ON OFF OFF OFF OFF ON 0-5V 1.25mV ON OFF OFF OFF OFF ON 0—20mA 5μA OFF ON OFF OFF OFF ON 0-10V 2。5mA 如上表所示，通過開關(guān)SW1-SW6可以選擇模擬量輸入范圍。SW6決定模擬量輸入的單雙極性，當(dāng)SW6為ON時(shí),模擬量輸入為單極性，當(dāng)SW6為OFF時(shí),模擬量輸入為雙極性。SW4和SW5為增益開關(guān)，SW1、SW2和SW3為衰減開關(guān)。該標(biāo)中，ON是閉合,OFF是斷開，

50、EM235只在電源接通時(shí)讀取開關(guān)設(shè)置。 溫室大棚中的傳感器測(cè)量的溫度、光照度、二氧化碳濃度的測(cè)量值均為單極性，所以選擇0-20mA的量程和0-5V量程. 2.模擬量輸入模塊EM235的使用說明 校準(zhǔn)輸入時(shí)，其步驟如下; （1）切斷模塊電源,選擇需要的輸入范圍. (2）接通CPU和模塊電源，使其通電穩(wěn)定15分鐘. （3）用一個(gè)變送器、一個(gè)電壓源或一個(gè)電流源，將零值信號(hào)加到一個(gè)輸入端。 （4）讀取適當(dāng)?shù)妮斎胪ǖ涝贑PU中的測(cè)量值。 （5）調(diào)節(jié)偏置電位計(jì),直到讀數(shù)為零，或所需要的數(shù)據(jù)數(shù)字值. （6)將一個(gè)滿刻度值信號(hào)接到輸入端子中的一個(gè)，讀出送到CPU的值。 （7）調(diào)節(jié)增益電位計(jì)

51、，直到讀數(shù)為32000，或所需的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)值。 （8）必要時(shí)，重復(fù)偏置和增益校準(zhǔn)過程。 經(jīng)上述步驟調(diào)整后，若輸入0-20mA的模擬量信號(hào)，則對(duì)應(yīng)的數(shù)字量結(jié)果0-32000或設(shè)定的所需數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)值. 3。模擬量輸入模塊EM235接線說明 24V DC電源正極接入模塊左下方L+端子,負(fù)極接入M端子.EM235模塊的上部端子排為標(biāo)注A、B、C、D的四路模擬量輸入接口，可分別接入標(biāo)準(zhǔn)電壓電流信號(hào).為電壓輸入時(shí),以A端為例，電壓信號(hào)正極接入A+端，負(fù)極接入A-端,RA端懸空.為電流輸入時(shí)，以B端為例，須將RB與B+短接，然后與電流信號(hào)輸出端相連，電流信號(hào)輸入端則接入B-接口.若4個(gè)接口未能全部使用，

52、以C端口為例，未用的接口要將C+與C-端子短接，以免受到外部干擾。下部端子為一路模擬量輸出端的3個(gè)接線端子MO、VO、IO，其中MO為數(shù)字接地接口,VO為電壓輸出接口，IO為電流輸出接口.若為電壓負(fù)載，則將負(fù)載接入MO、VO接口，若為電流負(fù)載，則接入MO、IO接口。 3.4。4 PLC I/O地址分配表 根據(jù)系統(tǒng)要求，控制系統(tǒng)的I/O地址分配表如下表3。2、3。3所示 表3.2 輸入端口地址分配表 序號(hào) 輸入口 信號(hào)名稱 備注 符號(hào) 01 I0。0 手動(dòng)/自動(dòng)切換 旋鈕 SB1 02 I0.1 總啟動(dòng) 按鈕 SB2 03 I0。2 總停止 按鈕

53、SB3 04 I0.3 遮陽簾開限位 限位開關(guān) SQ1 05 I0.4 遮陽簾關(guān)限位 限位開關(guān) SQ2 06 I0。5 遮陽簾開簾 單刀雙擲開關(guān) SB4 07 I0.6 遮陽簾關(guān)簾 單刀雙擲開關(guān) SB4 08 I0.7 通風(fēng)扇正轉(zhuǎn) 單刀雙擲開關(guān) SB5 09 I1.0 通風(fēng)扇反轉(zhuǎn) 單刀雙擲開關(guān) SB5 10 I1。1 熱風(fēng)機(jī)啟停 旋鈕 SB6 11 I1。2 冷風(fēng)機(jī)啟停 旋鈕 SB7 12 I1.3 加熱器啟停 旋鈕 SB8 13 I1。4 補(bǔ)光燈啟停 旋鈕 SB9 14 I1.5 CO2

54、添加器啟停 旋鈕 SB10 15 AIW0 溫度傳感器 16 AIW2 光照度傳感器 17 AIW4 CO2濃度傳感器 表3。3 輸出端口地址分配表 序號(hào) 輸出口 控制信號(hào) 備注 符號(hào) 01 Q0。0 通風(fēng)扇正轉(zhuǎn) 接觸器 KM1 02 Q0。1 通風(fēng)扇反轉(zhuǎn) 接觸器 KM2 03 Q0.2 遮陽簾開簾 接觸器 KM3 04 Q0。3 遮陽簾關(guān)簾 接觸器 KM4 05 Q0.4 熱風(fēng)機(jī) 接觸器 KM5 06 Q0。5 冷風(fēng)機(jī) 接觸器 KM6 07 Q0.6 加熱器 接觸器

55、 KM7 08 Q0。7 補(bǔ)光燈 接觸器 KM8 09 Q1.0 CO2添加器 接觸器 KM9 10 Q1.1 啟動(dòng)指示燈 接觸器 KM10 3。4.5PLC硬件接線圖設(shè)計(jì) 本控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)選用S7-200系列的CPU226以及模擬量輸入模塊EM235，硬件接線圖如下圖3.11所示（也可見附錄2) 圖3。11 硬件接線圖 4 控制系統(tǒng)的軟件部分 4.1PLC程序設(shè)計(jì)方法 PLC程序設(shè)計(jì)常用的方法主要有經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)法、電路轉(zhuǎn)換梯形圖法、邏輯設(shè)計(jì)法、順序控制設(shè)計(jì)法等。 一、經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)法：即根據(jù)前人總結(jié)的典型控制電路程序，再按照設(shè)計(jì)中被對(duì)象的具體要求，把典型程

56、序進(jìn)行重新組合,而且需要反復(fù)調(diào)試和修改，得到現(xiàn)在系統(tǒng)所需要的梯形圖,有時(shí)僅僅這些還不能滿足要求，還需要增加中間環(huán)節(jié),才能得出符合要求的系統(tǒng)。這種方法沒有一定的規(guī)律可遵循，設(shè)計(jì)所用的時(shí)間和設(shè)計(jì)質(zhì)量與設(shè)計(jì)者的經(jīng)驗(yàn)有很大的關(guān)系，故稱為經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)法。 二、繼電器控制電路轉(zhuǎn)換為梯形圖法：用PLC的外部硬件接線和梯形圖軟件來實(shí)現(xiàn)繼電器控制系統(tǒng)的功能。 三、順序控制設(shè)計(jì)法:根據(jù)功能流程圖，以步為核心,從起始步開始一步一步地設(shè)計(jì)下去，直至完成。此法的關(guān)鍵是畫出功能流程圖。 四、邏輯設(shè)計(jì)法:通過中間量把輸入和輸出聯(lián)系起來。實(shí)際上就找到輸出和輸入的關(guān)系,完成設(shè)計(jì)任務(wù)。 本次設(shè)計(jì)采用的是經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)法。 4

57、.2 編程軟件 STEP7—MICRO/WIN概述 STEP7—Micro/WIN32 編程軟件是基于Windows的應(yīng)用軟件，由西門子公司專為S7-200系列可編程控制器設(shè)計(jì)開發(fā)，它功能強(qiáng)大，既可用于開發(fā)用戶程序，又可以實(shí)時(shí)監(jiān)控用戶程序的執(zhí)行狀態(tài). 編程軟件的具體功能如下。 1.可以用梯形圖、語句表和功能塊圖編程。 2.可以進(jìn)行符號(hào)編程，通過符號(hào)表分配符號(hào)和絕對(duì)地址，即對(duì)編程元件定義符號(hào)名稱,增加程序的可讀性，并可打印輸出。 3。支持三角函數(shù),開方，對(duì)數(shù)運(yùn)算功能. 4．具有易于使用的組態(tài)向?qū)А? 5?？捎糜贑PU硬件配置。 6.可以將STEP 7-Micro/WIN正在處理的程

58、序與所連接的PLC中的程序進(jìn)行比較。 4。3 控制系統(tǒng)的程序設(shè)計(jì) 4.3。1程序的設(shè)計(jì)思路 本控制系統(tǒng)設(shè)有手動(dòng)、自動(dòng)兩種工作模式,自動(dòng)模式為正常運(yùn)行狀態(tài)，手動(dòng)模式用于應(yīng)對(duì)一些突發(fā)情況。在自動(dòng)工作模式下，PLC運(yùn)行時(shí)，將傳感器對(duì)溫室溫度、光照、二氧化碳濃度等環(huán)境因素進(jìn)行檢測(cè)的測(cè)量值與溫室控制系統(tǒng)的設(shè)定值進(jìn)行比較,如果溫度的檢測(cè)量高于設(shè)定值，PLC就會(huì)發(fā)出相應(yīng)的指令控制冷風(fēng)機(jī)的開啟和通風(fēng)扇正轉(zhuǎn)（將溫室中的空氣排向外界）；如果測(cè)量值低于設(shè)定值，則打開加熱器和熱風(fēng)機(jī)，對(duì)溫室進(jìn)行加溫，并使通風(fēng)扇反轉(zhuǎn)(將外界的空氣引入溫室).當(dāng)溫室的光照低于設(shè)定值時(shí)，系統(tǒng)打開遮陽簾和補(bǔ)光燈;當(dāng)溫室的光照高于設(shè)定值時(shí)

59、,系統(tǒng)關(guān)閉遮陽簾.當(dāng)溫室的二氧化碳濃度低于設(shè)定值,系統(tǒng)開啟二氧化碳調(diào)節(jié)閥。如果溫室中的測(cè)量值與設(shè)定值相等，則關(guān)閉相應(yīng)設(shè)備，保持溫室中的環(huán)境參數(shù)。 溫室大棚內(nèi)的不同作物對(duì)于自然環(huán)境的要求也不盡相同，本系統(tǒng)為研究方便，取其范圍內(nèi)一值，作為參考。植物對(duì)大棚溫室內(nèi)的溫度要求大多數(shù)在25-30℃,本系統(tǒng)取值28℃;光照強(qiáng)度單位為lx,本系統(tǒng)取光照強(qiáng)度為30000lx;夏季在陽光直接照射下，光照強(qiáng)度可達(dá)6萬～10萬lx，沒有太陽的室外0。1萬～1萬lx,夏天明朗的室內(nèi)100～550lx，夜間滿月下為0。2lx。二氧化碳濃度單位為ppm,空氣中含量為300-400ppm，而植物生長(zhǎng)需求則為1000-150

60、0ppm，因此本系統(tǒng)取二氧化碳濃度臨界值為1000ppm。 4。3.2程序控制流程圖 1。溫度控制流程圖 溫室大棚控制系統(tǒng)的溫度控制流程圖如下圖4。1所示: 開始 溫度檢測(cè) N 測(cè)量值=設(shè)定值？ 測(cè)量值=設(shè)定值？ Y N 保持室內(nèi)溫度 Y 打開升溫設(shè)備 打開降溫設(shè)備 結(jié)束 圖4。1 溫度控制流程圖 2。光照控制流程圖 溫室大棚控制系統(tǒng)的光照控制流程圖如下圖4.2所示: 開始 光照強(qiáng)度檢測(cè) N 測(cè)量值=設(shè)定值？ 測(cè)量值=設(shè)定值？ Y N 保持室內(nèi)光照強(qiáng)度

61、 Y 打開遮光設(shè)備 打開補(bǔ)光設(shè)備 結(jié)束 圖4.2 光照控制流程圖 3。二氧化碳濃度控制流程圖 溫室大棚控制系統(tǒng)的二氧化碳濃度控制流程圖如下圖4。3所示： 開始 CO2濃度檢測(cè) N 測(cè)量值=設(shè)定值？ Y 打開CO2添加設(shè)備 保持室內(nèi)CO2濃度 結(jié)束 圖4。3 二氧化碳濃度控制流程圖 4.3。3 控制程序設(shè)計(jì)及分析 1。自動(dòng)/手動(dòng)切換 如網(wǎng)絡(luò)1所示，I0。0為自動(dòng)/手動(dòng)切換，I0.1為總啟動(dòng),當(dāng)I0。1=1時(shí)，Q1.1得電，啟動(dòng)燈亮，I0.2為總停止，當(dāng)I0.0=1，I0.1=1

62、時(shí)，中間繼電器M0。0得電，系統(tǒng)的運(yùn)行方式為自動(dòng)模式;當(dāng)I0。0=0，I0。1=1時(shí)，中間繼電器M0.1得電,系統(tǒng)的運(yùn)行方式為手動(dòng)模式。 2。溫度控制 如網(wǎng)絡(luò)2所示，當(dāng)中間繼電器M0.0得電時(shí)，系統(tǒng)的運(yùn)行方式為自動(dòng)模式。在自動(dòng)情況下，溫度傳感器將測(cè)得的模擬量通過模擬量輸入模塊EM235送入PLC中，通過整數(shù)比較指令，將溫度傳感器檢測(cè)到的測(cè)量值A(chǔ)IW0與設(shè)定值“28度"進(jìn)行比較,當(dāng)AIW0〉28時(shí)，中間繼電器M0.2得電，啟動(dòng)降溫設(shè)備；當(dāng)AIW0<28時(shí)，中間繼電器M0.3得電，啟動(dòng)升溫設(shè)備。 如網(wǎng)絡(luò)3所示,當(dāng)中間繼電器M0.1得電時(shí)，系統(tǒng)的運(yùn)行方式為手動(dòng)模式?？赏ㄟ^控制相應(yīng)的按鈕——通風(fēng)

63、扇正轉(zhuǎn)I0。7、通風(fēng)扇反轉(zhuǎn)I1。0、熱風(fēng)機(jī)I1.1、冷風(fēng)機(jī)I1。2、加熱器I1.3，進(jìn)行溫室大棚溫度的手動(dòng)控制。 如網(wǎng)絡(luò)4所示，在溫室大棚的溫度控制過程中，自動(dòng)模式下，當(dāng)溫度傳感器測(cè)量的溫度值高于設(shè)定的溫度值時(shí)，中間繼電器M0.2得電,通風(fēng)扇正轉(zhuǎn)，將溫室中的熱空氣排入外界，與外界交換空氣；手動(dòng)模式下,將控制通風(fēng)扇正反轉(zhuǎn)的單刀雙擲開關(guān)撥至“通風(fēng)扇正轉(zhuǎn)”,中間繼電器M0.4得電,通風(fēng)扇正轉(zhuǎn)。 如網(wǎng)絡(luò)5所示,在溫室大棚的溫度控制過程中，手動(dòng)模式下，當(dāng)溫度傳感器測(cè)量的溫度值低于設(shè)定的溫度值時(shí)，中間繼電器M0.3得電，通風(fēng)扇正轉(zhuǎn),將外界的空氣引入溫室,與外界交換空氣；手動(dòng)模式下，將控制通風(fēng)扇正反轉(zhuǎn)的

64、單刀雙擲開關(guān)撥至“通風(fēng)扇反轉(zhuǎn)"，中間繼電器M0。5得電，通風(fēng)扇反轉(zhuǎn)。 如網(wǎng)絡(luò)6所示，在溫室大棚的溫度控制過程中,手動(dòng)模式下，當(dāng)溫度傳感器測(cè)量的溫度值低于設(shè)定的溫度值時(shí),中間繼電器M0。3得電，熱風(fēng)機(jī)啟動(dòng)；手動(dòng)模式下，按下熱風(fēng)機(jī)啟動(dòng)按鈕，中間繼電器M0。6得電，熱風(fēng)機(jī)啟動(dòng)。 如網(wǎng)絡(luò)7所示，在溫室大棚的溫度控制過程中，自動(dòng)模式下，當(dāng)溫度傳感器測(cè)量的溫度值高于設(shè)定的溫度值時(shí)，中間繼電器M0.2得電，冷風(fēng)機(jī)啟動(dòng)；手動(dòng)模式下，按下冷風(fēng)機(jī)啟動(dòng)按鈕，中間繼電器M0。7得電，冷風(fēng)機(jī)啟動(dòng)。 如網(wǎng)絡(luò)8所示，在溫室大棚的溫度控制過程中，手動(dòng)模式下，當(dāng)溫度傳感器測(cè)量的溫度值低于設(shè)定的溫度值時(shí)，中間繼電器M0。3

65、得電，加熱器啟動(dòng)；手動(dòng)模式下，按下加熱器啟動(dòng)按鈕，中間繼電器M1。0得電,加熱器啟動(dòng)。 3.光照控制 如網(wǎng)絡(luò)9所示,當(dāng)中間繼電器M0.0得電時(shí),系統(tǒng)的運(yùn)行方式為自動(dòng)模式。在自動(dòng)情況下,光照傳感器將測(cè)得的模擬量通過模擬量輸入模塊EM235送入PLC中，通過整數(shù)比較指令，將溫度傳感器檢測(cè)到的測(cè)量值A(chǔ)IW2與設(shè)定值“30000lx”進(jìn)行比較，當(dāng)AIW0〉30000時(shí),中間繼電器M2.0得電，啟動(dòng)遮光設(shè)備；當(dāng)AIW2<30000時(shí),中間繼電器M2。1得電，啟動(dòng)補(bǔ)光設(shè)備。 如網(wǎng)絡(luò)10所示，當(dāng)中間繼電器M0。1得電時(shí),系統(tǒng)的運(yùn)行方式為手動(dòng)模式.可通過控制相應(yīng)的按鈕--遮陽簾開簾I0。5、遮陽簾關(guān)簾I

66、0。6、補(bǔ)光燈I1。4，進(jìn)行溫室大棚光照強(qiáng)度的手動(dòng)控制。 如網(wǎng)絡(luò)11所示,在溫室大棚的光照控制過程中，自動(dòng)模式下,當(dāng)光照傳感器測(cè)量的光照強(qiáng)度低于設(shè)定的光照值時(shí)，中間繼電器M2。1得電,遮陽簾開簾補(bǔ)光；手動(dòng)模式下，將控制遮陽簾開關(guān)簾的單刀雙擲開關(guān)撥至“遮陽簾開簾”,中間繼電器M2。2得電，遮陽簾開簾補(bǔ)光。 如網(wǎng)絡(luò)12所示，在溫室大棚的光照控制過程中，自動(dòng)模式下,當(dāng)光照傳感器測(cè)量的光照強(qiáng)度高于設(shè)定的光照值時(shí)，中間繼電器M2。0得電，遮陽簾關(guān)簾遮光;手動(dòng)模式下，將控制遮陽簾開關(guān)簾的單刀雙擲開關(guān)撥至“遮陽簾關(guān)簾”，中間繼電器M2。3得電，遮陽簾關(guān)簾遮光. 如網(wǎng)絡(luò)13所示,在溫室大棚的光照控制過程中,自動(dòng)模式下,當(dāng)光照傳感器測(cè)量的光照強(qiáng)度低于設(shè)定的光照值時(shí)，中間繼電器M2.1得電,補(bǔ)光燈開啟補(bǔ)光；手動(dòng)模式下，按下補(bǔ)光燈的啟停按鈕，中間繼電器M2。4得電，補(bǔ)光燈開啟補(bǔ)光。 4.二氧化碳濃度控制 如網(wǎng)絡(luò)14所示，當(dāng)中間繼電器M0。0得電時(shí)，系統(tǒng)的運(yùn)行方式為自動(dòng)模式.在自動(dòng)情況下，CO2濃度傳感器將測(cè)得的模擬量通過模擬量輸入模塊EM235送入PLC中，通過整數(shù)比較指令，將CO2濃度傳感器檢測(cè)