基于PLC的溫室控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

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畢 業(yè) 設(shè) 計(jì)（論 文） 設(shè)計(jì)(論文)題目： 基于PLC的溫室控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 學(xué)生姓名： 二級(jí)學(xué)院： 班　　級(jí)： 提交日期： 目錄 目 錄 摘 要 II Abstract III 1 前言 4 1.1 課題意義及背景 4 1.2 溫室控制國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀 4 1.3 溫室控制系統(tǒng)分類 5 1.4課題研究內(nèi)容及進(jìn)度安排 6 2 總體方案設(shè)計(jì) 8 2.1 控制要求 8 2.2 控制總體方案 8 3 硬件電路 9 3.1 PLC選型 9 3.2 傳感器選型 10 3.2.1 溫度傳感器選擇 10 3.2.2 濕度傳感器選擇 10 3.2.3 二氧化碳傳感器選擇 10 3.2.4 光照傳感器選擇 10 3.3 I/O端口分配 11 4 軟件設(shè)計(jì) 13 4.1 控制流程 13 4.2 PID值設(shè)定 15 4.3 程序編寫 16 5 結(jié) 論 23 參考文獻(xiàn) 24 致 謝 25 附 錄 26 VI 摘要 基于PLC的溫室控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 摘 要 就我國的現(xiàn)狀來說，很大一部分溫室設(shè)備已經(jīng)是非常老舊的了，滿足不了生產(chǎn)生活的需求。所以這種狀況下，發(fā)明一種實(shí)時(shí)性強(qiáng)，精度高，運(yùn)行穩(wěn)定且可綜合檢測多個(gè)點(diǎn)溫度測控系統(tǒng)就很有價(jià)值了。所以查閱相關(guān)文獻(xiàn)，調(diào)研國內(nèi)外溫室發(fā)展歷程及現(xiàn)狀，根據(jù)三種不同控制核心的溫室控制系統(tǒng)，實(shí)際需求，提出溫室控制的要求，據(jù)此提出本課題總體控制思路。本課題目的是設(shè)計(jì)一種基于PLC的溫室控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)溫室的智能控制。 關(guān)鍵詞：溫室大棚 控制系統(tǒng) PLC Abstract Design of greenhouse control system based on PLC Abstract At present, the vast majority of greenhouse equipment in our country are relatively old, it is difficult to keep up with the needs of production and life. In this case, it is very necessary to develop a multi point temperature measurement and control system with high real-time, high precision, reliable and stable operation. If the implementation of intelligent greenhouse temperature control, has great significance for improving the regulation of greenhouse production efficiency and no cost savings and other aspects, the purpose of this project is the design of a greenhouse control system based on PLC, realize the intelligent control of greenhouse. Research the development process and current situation of greenhouse at home and abroad, and according to the different control of the core of the greenhouse control system is described in this paper. According to the actual demand, this paper puts forward the requirements of greenhouse control. The purpose of this project is the design of a greenhouse control system based on PLC, realize the intelligent control of greenhouse. Key words: Greenhouse Control system PLC 第1章 前言 第一章 前 言 1.1課題意義及背景 科技的飛速發(fā)展，改變著各行各業(yè)的工作方式和傳統(tǒng)習(xí)慣，現(xiàn)代農(nóng)業(yè)裝備作為驅(qū)動(dòng)現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的發(fā)展的關(guān)鍵，越來越受到重視。溫室大棚可以為植物提高生長環(huán)境，創(chuàng)造植物生長最適合的條件，保護(hù)植物以防受到外界環(huán)境變化以及惡劣氣候的影響。溫室一般以遮蓋和透亮材料做為核心構(gòu)成材料 ,它能夠讓植物或者農(nóng)作物莊稼等在任何情況下都能愉悅地成長。溫室大棚的情況是指它在照明度，氣溫土壤含水量以及光合作用氣體等各種情況組成的復(fù)雜結(jié)構(gòu)。想要掌控溫室就的掌控一下這些：溫室里面的氣溫、含水量、進(jìn)風(fēng)效果與光照強(qiáng)弱。 我國國內(nèi)目前現(xiàn)代化溫室的發(fā)展是建立在汲取國外技術(shù)以及自主研發(fā)的基礎(chǔ)上。就我國的現(xiàn)狀來說，很大一部分溫室設(shè)備已經(jīng)是非常老舊的了，滿足不了生產(chǎn)生活的需求。所以這種狀況下，發(fā)明一種實(shí)時(shí)性強(qiáng)，精度高，運(yùn)行穩(wěn)定且可綜合檢測多個(gè)點(diǎn)溫度測控系統(tǒng)就很有價(jià)值了。如果實(shí)現(xiàn)溫室的溫度智能控制，對(duì)于提高溫室的無人監(jiān)管性和生產(chǎn)效率節(jié)約成本等方面有著重要意義，本課題目的是設(shè)計(jì)一種基于PLC的溫室控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)溫室的智能控制。 1.2溫室控制國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀 溫室大棚可以為植物提高生長環(huán)境，創(chuàng)造植物生長最適合的條件，保護(hù)植物以防受到外界環(huán)境變化以及惡劣氣候的影響。溫室一般以遮蓋和透亮材料做為核心構(gòu)成材料 , 它能夠讓植物或者農(nóng)作物莊稼等在任何情況下都能愉悅地成長。所以溫室控制系統(tǒng)的重要設(shè)計(jì)就是對(duì)環(huán)境的把控，精密化把控和作業(yè)分辨率就是這個(gè)技術(shù)最終的目標(biāo)。 農(nóng)業(yè)的發(fā)展成長伴隨而來的是，許多園藝工程因擁有較高的科技含量，又密切聯(lián)系這人們的生活，得到了世界各國更多的重視。這時(shí)候，一個(gè)很好的發(fā)展機(jī)會(huì)就擺在了我國的大型現(xiàn)代化溫室面前。我國現(xiàn)代化溫室能夠發(fā)展起來要?dú)w功于對(duì)國外技術(shù)的引進(jìn)及自主開發(fā)雙重的努力。國外對(duì)大棚參數(shù)控制技術(shù)研究時(shí)間靠前，始于1970年左右。1980年后，研究出了分散型控制模式。當(dāng)前，正設(shè)計(jì)探索制造上位機(jī)數(shù)據(jù)采集控制系統(tǒng)的復(fù)合因素協(xié)同管控設(shè)備。伴隨著全球都在迅速發(fā)展溫室控制技術(shù)，少部分國家在能夠完成自動(dòng)化的基礎(chǔ)上正朝著無人值守的趨勢(shì)發(fā)展。當(dāng)前，極少數(shù)經(jīng)濟(jì)條件比較發(fā)達(dá)的國家或地區(qū)已經(jīng)研制出能夠自動(dòng)控制相對(duì)現(xiàn)代化高科技溫室的計(jì)算機(jī)，最重要的是完成了對(duì)一些植物土場的建設(shè)。而我國的溫室系統(tǒng)屬于非閉合式系統(tǒng)，溫室內(nèi)科技含量很低，仍靠管理人員個(gè)人主觀決定來管理。而且，國內(nèi)現(xiàn)在擁有的溫室控制系統(tǒng)主要是對(duì)一個(gè)變量進(jìn)行調(diào)節(jié)，從而導(dǎo)致自動(dòng)化水平低，難以控制溫室環(huán)境，因此難以確保產(chǎn)品的質(zhì)量和產(chǎn)量。也就是這些溫室大棚在解決城鄉(xiāng)居民的蔬菜供應(yīng)中扮演著重要的角色。 1.3溫室控制系統(tǒng)分類 目前，按照控制器類型來劃分，主要有分為以下幾種控制系統(tǒng)： （1）基于工業(yè)控制計(jì)算機(jī)的溫室自動(dòng)控制系統(tǒng)。就像江蘇理工大學(xué)的幾位導(dǎo)師自己研究的相對(duì)來說比較自動(dòng)化的溫室控制系統(tǒng)，利用計(jì)算機(jī)來當(dāng)溫室控制系統(tǒng)的核心部分，同時(shí)也是省內(nèi)一個(gè)比較重視的項(xiàng)目， 1996年他們?cè)僖淮胃愣艘粋€(gè)更厲害的智能溫室，第二年又對(duì)研究成果進(jìn)行了更新及升級(jí)。20世紀(jì)九十年代末期開始，團(tuán)隊(duì)進(jìn)行了試驗(yàn)，看生菜、空心菜、三葉芹的無土栽培在溫室環(huán)境中是什么樣的，測試表明，照度、氣溫、含水量、光合作用氣體百分比等相關(guān)參數(shù)控制效果良好，差不多達(dá)到預(yù)期目標(biāo)，并確定了每個(gè)溫室因素變量的可控程度。這個(gè)叫復(fù)合因素控制系統(tǒng)，是經(jīng)過手機(jī)一起測量的數(shù)據(jù)，再通過對(duì)應(yīng)的儀器轉(zhuǎn)變成可以處理的數(shù)字信號(hào)，經(jīng)過個(gè)人寫的程序進(jìn)行操作，接著電腦把數(shù)據(jù)和開始的數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比，最后把指令傳到每個(gè)執(zhí)行的儀器。采集量有室內(nèi)照度、氣溫、含水量、光合作用氣體百分比等相關(guān)參數(shù)。光照強(qiáng)度不夠就開啟補(bǔ)光燈、氣溫不夠就打開加熱器、土壤含水量不足就開啟滴灌系統(tǒng)，用最方便的管控方法。 （2）基于單片機(jī)的溫室自動(dòng)控制系統(tǒng)。就像一些有名的學(xué)者自主發(fā)明的濕度綜合控制系統(tǒng)。這個(gè)系統(tǒng)最主要的是五一單片機(jī)，可以在沒有人的情況下檢測大棚里的各項(xiàng)數(shù)據(jù)。每個(gè)高端機(jī)和地底層控制設(shè)備采用五八五通訊。 (一百天的內(nèi)單位時(shí)間的溫度和氣溫及空氣含水量)。儀器來比對(duì)大棚里面檢測的數(shù)據(jù)和設(shè)定的，假想氣溫、濕度過高、過低或者正好整出9種組合。胡建東，肖建軍等發(fā)明多個(gè)大棚氣溫調(diào)整的系統(tǒng)，這個(gè)裝備利用的控制器是單板機(jī)和從外面添加的少許存儲(chǔ)裝置以及I/O芯片組成:作者將溫度調(diào)節(jié)的系統(tǒng)簡化成一個(gè)兩要素的非參數(shù)化控制系統(tǒng)。 （3）基于可編程邏輯控制器的溫室自動(dòng)控制系統(tǒng)。就好像三菱系列FX-2N工控板作為底層控制河北，電腦為總控設(shè)備構(gòu)成氣溫調(diào)整設(shè)備。獲得的棚外參數(shù)包括氣溫、含水量、光量、風(fēng)大小及方向、天氣，棚內(nèi)參數(shù)包括光合作用相關(guān)影響參數(shù)?？梢哉瓶剌敵鲂盘?hào)的電機(jī)有好幾個(gè)，如開關(guān)窗的，遮擋陽光的，通風(fēng)的等等。 本課題為設(shè)計(jì)一款基于PLC的溫室控制系統(tǒng)。 1.4課題研究內(nèi)容及進(jìn)度安排 像前文所說的，溫室可以為植物提高生長環(huán)境，創(chuàng)造植物生長最適合的條件，保護(hù)植物以防受到外界環(huán)境變化以及惡劣氣候的影響。溫室大棚的情況是指它在照明度，氣溫土壤含水量以及光合作用氣體等各種情況組成的復(fù)雜結(jié)構(gòu)。想要掌控溫室就的掌控一下這些：溫室里面的氣溫、含水量、進(jìn)風(fēng)效果與光照強(qiáng)弱。本課題目的在于設(shè)計(jì)一款基于PLC的溫室控制系統(tǒng)： （1） PLC選型 PLC選型指標(biāo)包括： I/O）點(diǎn)數(shù)，進(jìn)行初步計(jì)算時(shí)要考慮留一點(diǎn)點(diǎn)余量，一般依據(jù)統(tǒng)計(jì)的要求控制端口量或設(shè)備總量，然后再增加百分之十到二十的余量后，作為點(diǎn)數(shù)選型指標(biāo)。采購型號(hào)時(shí)，還需根據(jù)制造廠商PLC控制功能，及配置選擇合適的控制器。 ② ROM容量的估算，ROM容量是PLC本身能提供的硬件存儲(chǔ)單元大小，程序大小 是ROM中用戶應(yīng)用項(xiàng)目使用的存儲(chǔ)單元的大小，因此其大小小于ROM容量。設(shè)計(jì)階段，由于用戶梯形圖還沒有編寫，因此，其大小在設(shè)計(jì)階段是未知的，需在其調(diào)試之后才知道。方便選擇型號(hào)時(shí)初步估計(jì)大小，一般先對(duì)ROM容量進(jìn)行估算來取代。 ③PLC基礎(chǔ)功能的選取。 （2） 室內(nèi)參數(shù)檢測傳感器選型 對(duì)溫室的照度、氣溫、含水量、光合作用氣體百分比等等室內(nèi)參數(shù)進(jìn)行檢測。氣溫的調(diào)整和管控是經(jīng)過溫度傳感器對(duì)氣溫進(jìn)行檢查，檢查到的信號(hào)再轉(zhuǎn)變成數(shù)字信號(hào)輸送到PLC，接著比較完轉(zhuǎn)化PLC里面初始參數(shù)為電信號(hào)來掌控遮陰簾，變化溫室內(nèi)的氣溫，讓氣溫保持設(shè)計(jì)的范圍里面。 （3） 室內(nèi)參數(shù)調(diào)節(jié)控制 針對(duì)室內(nèi)的數(shù)據(jù)，一般只可以調(diào)整，比如說：溫室里面可以兩個(gè)方向開的天窗、側(cè)窗、濕簾窗開關(guān)，內(nèi)外遮陽網(wǎng)卡管，濕簾水泵開關(guān)，環(huán)流風(fēng)機(jī)開關(guān)，節(jié)約能源降溫排濕電扇，CO2補(bǔ)充氣體的閥門、補(bǔ)光燈等執(zhí)行裝備的把控。 根據(jù)以上研究內(nèi)瓤，進(jìn)度安排如下： 2016.12.20—2017.3.9 查資料,開題報(bào)告,中英文翻譯 2017.3.9-4.30 計(jì)算、設(shè)計(jì)、繪圖、完成論文草稿 2017.5.1-5.7 完成論文定稿 2017.5.8-5.9 答辯前準(zhǔn)備 2017.5.10-5.11 準(zhǔn)備答辯 40 第2章 總體方案設(shè)計(jì) 第二章 總體方案設(shè)計(jì) 2.1控制要求 本課題設(shè)計(jì)為基于PLC的溫室控制系統(tǒng)，其用來完成對(duì)溫室的照度、氣溫、含水量、光合作用氣體百分比等等室內(nèi)參數(shù)檢測和調(diào)節(jié)，溫室里面可以兩個(gè)方向開的天窗、側(cè)窗、濕簾窗開關(guān)，內(nèi)外遮陽網(wǎng)卡管，濕簾水泵開關(guān)，環(huán)流風(fēng)機(jī)開關(guān)，節(jié)約能源降溫排濕電扇, CO2補(bǔ)充氣體的閥門、補(bǔ)光燈等執(zhí)行裝備的把控。其控制功能包括： （1） 溫度控制 （2） 濕度控制 （3） 二氧化碳濃度控制 （4） 光照度調(diào)節(jié) 2.2 控制總體方案 依據(jù)上述控制需求，本課題以PLC為基礎(chǔ)實(shí)現(xiàn)滿足自動(dòng)與手動(dòng)相互自由切換掌控的方式以完成對(duì)溫室的控制,增強(qiáng)設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)的可靠性。在運(yùn)行的時(shí)候可以通過外接開關(guān)對(duì)選擇手動(dòng)還是自動(dòng)操作。 （1）人為操作狀態(tài) 人為控制簡單可靠，有常用強(qiáng)電設(shè)備開關(guān)組成。 （2）無人操作狀態(tài) 通過傳感器對(duì)參數(shù)進(jìn)行收集處理,并對(duì)其設(shè)定閥值,當(dāng)檢測到相關(guān)參數(shù)達(dá)到或超越預(yù)定閥值,通過計(jì)算發(fā)出相關(guān)控制指令，驅(qū)動(dòng)調(diào)節(jié)設(shè)備進(jìn)行參數(shù)調(diào)節(jié),實(shí)現(xiàn)其可控?？梢源蟠蠊?jié)約勞動(dòng)力降低操作人員工作強(qiáng)度。 第3章 硬件電路設(shè)計(jì) 第三章 硬件電路設(shè)計(jì) 3.1 PLC選型 （1）三菱PLC：三菱PLC作為利用電力線組網(wǎng)的一種接入技術(shù)，現(xiàn)在大多應(yīng)用在民用如小區(qū)，酒店，辦公室等地方的監(jiān)控。以電力線為通訊載體，從而讓PLC擁有非常大的快捷優(yōu)勢(shì)，不管在哪兒，僅僅需要一個(gè)電源插座，連撥號(hào)都不需要，就立馬可以接入4.5~45Mbps的網(wǎng)速，可以上網(wǎng)，語音聊天，看看電視劇什么的。 Plc現(xiàn)在成長的方向是利用電子裝備服務(wù)于工業(yè)。如今各行各業(yè)使用到三菱plc的頻率已經(jīng)非常高了，像制造業(yè)、石油產(chǎn)業(yè)、電力領(lǐng)域等，因?yàn)樗容^可靠，抗外界干擾能力強(qiáng)，且方便使用，塊頭小，重量不大，售價(jià)還低。 (2）西門子PLC：從結(jié)構(gòu)上分，西門子PLC有兩種。第一種固定式，指各種板塊組合的是一個(gè)不可分開的整體。模第二種組合式，指各種板塊組成的裝備是按照一定規(guī)則安裝的。這些裝備主要需求是可靠，抗外界干擾能力強(qiáng)。西門子PLC由于使用現(xiàn)代大規(guī)模集成電路技術(shù)，且生產(chǎn)技術(shù)比較嚴(yán)謹(jǐn)，內(nèi)部電路使用現(xiàn)在非常先進(jìn)的抗干擾技術(shù)，是非常可靠的。 西門子PLC系統(tǒng)的設(shè)計(jì)建起來比較快，因?yàn)榱坎淮?，這樣也容易保養(yǎng)和維修以及二次修改。西門子PLC塊頭不大，重量也不重，消耗的能量少，塊頭小方便裝入機(jī)械里面，成為滿足機(jī)電一體化的最佳控制個(gè)體。 （3）歐姆龍PLC：是一種專門為了在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)的數(shù)字運(yùn)算操作的電子裝置。就現(xiàn)在不只是中國，世界很多東西都用到到歐姆龍plc的頻率已經(jīng)非常高了，像制造業(yè)、石油產(chǎn)業(yè)、電力領(lǐng)域等，因?yàn)樗容^可靠，抗外界干擾能力強(qiáng)，且方便使用，塊頭小，重量不大，售價(jià)還低。構(gòu)造靈動(dòng)、傳輸效果好、速率快、帶寬不亂、應(yīng)用范圍大、廉價(jià)等等是歐姆龍PLC的重要特征。 根據(jù)上文的分析，我們本次設(shè)計(jì)選擇了西門子的模塊化中小型PLC系統(tǒng)S7-200，相比于三菱和歐姆龍，它不僅能解決中等性能需求的應(yīng)用，而且應(yīng)用的地方非常大。它的特征是：模塊化、不需要排風(fēng)扇的構(gòu)成，分布和掌握客戶也都非常簡單。S7-200系列的CPU有很多性能逐步增加的效果，同時(shí)它的I/O擴(kuò)展模塊很多還便捷，這樣就方便客戶可以根據(jù)自己的需求選擇配套的模塊。如果任務(wù)規(guī)模擴(kuò)大，變得越來越復(fù)雜，就可以隨意增加模塊對(duì)PLC展開擴(kuò)大。SIMATIC S7-200具備高電磁兼容性。不僅如此，它對(duì)抗振動(dòng)，對(duì)抗沖擊性能力強(qiáng)，讓它在工業(yè)領(lǐng)域更具有優(yōu)勢(shì)。 3.2 傳感器選型 3.2.1 溫度傳感器選擇 溫度傳感器是一個(gè)能夠測出氣溫然后轉(zhuǎn)變成可以使用輸出信號(hào)的儀器。氣溫測量儀表最終要的模塊就是溫度傳感器，但它的種類很多，所以可以選擇的范圍也很廣。根據(jù)我們這次的設(shè)計(jì)不算太難，可以使用相對(duì)來說方便的AD590溫度傳感器,它是電流輸出型溫度傳感器，對(duì)氣溫的表達(dá)方式可以用電量的輸出量來代替，它的電流氣溫敏感度為1μA/K。其輸出的電流與氣溫形成正比，測量溫度相當(dāng)精準(zhǔn)。其溫度傳感器也是有缺點(diǎn)的。它的增益和電阻都會(huì)有些小毛病，所以要對(duì)此電路給予小小的改進(jìn)。調(diào)零方式：把AD590浸入在冰與水中，轉(zhuǎn)動(dòng)電阻元件R1，使電壓U01=2.732V；或者在保準(zhǔn)外界氣溫狀態(tài)下轉(zhuǎn)動(dòng)電阻元件R2，使電壓U02=-2.73V，同時(shí)，轉(zhuǎn)動(dòng)電阻元件R3，使U0=1.25V。這種調(diào)零辦法，保證了AD590在調(diào)節(jié)的環(huán)境溫度出具有較高測量分辨率。 3.2.2 濕度傳感器選擇 電容式濕度傳感器的量程長，反應(yīng)靈敏，組成少，適合場合多，非常主要的優(yōu)點(diǎn)是長時(shí)間都特別穩(wěn)定，且它的制作都有人把控，得到的優(yōu)勢(shì)就是做出來的儀表和傳感器都非常精確。出于這些考慮，本系統(tǒng)設(shè)計(jì)選用電容式濕度傳感器HS1101。這樣的話，構(gòu)成和使用都會(huì)很簡潔。 3.2.3二氧化碳傳感器 在溫室氣體濃度測量上采用反應(yīng)靈敏、分辨率高、制造生產(chǎn)完善的紅外溫室氣體氣體傳感器 ，還有大量相關(guān)誤差較小方法。為了增加系統(tǒng)的實(shí)用性和易用性，其設(shè)備都分區(qū)搭配組成方式，在不同環(huán)境下而選用合適的組塊。該系統(tǒng)其可廣泛地應(yīng)用于像本次設(shè)計(jì)一樣的農(nóng)業(yè)之類的范疇。 3.2.4 光照傳感器 光照傳感器將溫室里面的照明強(qiáng)度測量值輸入到到PLC中，然后由PLC去對(duì)比剛開始設(shè)好的數(shù)值，最后把比對(duì)后的數(shù)據(jù)輸入到執(zhí)行機(jī)構(gòu)，由它進(jìn)行處理。一旦測量的數(shù)值比剛開始設(shè)置的高，就關(guān)閉補(bǔ)光儀器，再繼續(xù)關(guān)閉遮陽簾；中間情況就是兩個(gè)數(shù)值相等，就關(guān)閉補(bǔ)光儀器，其他按部不動(dòng)；如果測量的數(shù)據(jù)小于設(shè)定的數(shù)據(jù)，就可以命令打開補(bǔ)光儀器的同時(shí)繼續(xù)打開遮陽簾。進(jìn)行上述指令時(shí)，一旦遮陽簾電機(jī)或者補(bǔ)光儀器發(fā)生問題就會(huì)出現(xiàn)聲光報(bào)警。選用KM35B61作為設(shè)計(jì)光照傳感器，其參數(shù)如下所示。 表3.1 光照傳感器參數(shù) 3.3 I/O端口分配 本課題設(shè)計(jì)為基于PLC的溫室控制系統(tǒng)，其用來完成對(duì)溫室的照度、氣溫、含水量、光合作用氣體百分比等等室內(nèi)參數(shù)檢測和調(diào)節(jié)，溫室里面可以兩個(gè)方向開的天窗、側(cè)窗、濕簾窗開關(guān)，內(nèi)外遮陽網(wǎng)卡管，濕簾水泵開關(guān)，環(huán)流風(fēng)機(jī)開關(guān)，節(jié)約能源降溫排濕電扇, CO2補(bǔ)充氣體的閥門、補(bǔ)光燈等執(zhí)行裝備的把控。其控制功能包括： （5） 溫度控制 （6） 濕度控制 （7） 二氧化碳濃度控制 （8） 光照度調(diào)節(jié) 根據(jù)控制要求得出如下I/O端口分配。 3.2輸入端口分配表 輸入口 信號(hào)名稱 備注 符號(hào) I0.0 手動(dòng)/自動(dòng)切換 旋鈕 SB1 I0.1 啟動(dòng) 按鈕 SB2 I0.2 停止 按鈕 SB3 I0.3 遮陽簾開限位 限位開關(guān) SQ1 I0.4 遮陽簾關(guān)限位 限位開關(guān) SQ2 I0.5 遮陽簾開簾 單刀雙擲開關(guān) SB4 I0.6 遮陽簾關(guān)簾 單刀雙擲開關(guān) SB4 I0.7 通風(fēng)扇正轉(zhuǎn) 單刀雙擲開關(guān) SB5 I1.0 通風(fēng)扇反轉(zhuǎn) 單刀雙擲開關(guān) SB5 I1.1 熱風(fēng)機(jī)啟停 旋鈕 SB6 I1.2 冷風(fēng)機(jī)啟停 旋鈕 SB7 I1.3 加熱器啟停 旋鈕 SB8 I1.4 補(bǔ)光燈啟停 旋鈕 SB9 I1.5 CO2添加器啟停 旋鈕 SB10 AIW0 溫度傳感器 AIW2 光照度傳感器 AIW4 CO2濃度傳感器 AIW6 土壤濕度傳感器 3.3 輸出端口分配表 輸出口 控制信號(hào) 備注 符號(hào) Q0.0 通風(fēng)扇正轉(zhuǎn) 接觸器 KM1 Q0.1 通風(fēng)扇反轉(zhuǎn) 接觸器 KM2 Q0.2 遮陽簾開簾 接觸器 KM3 Q0.3 遮陽簾關(guān)簾 接觸器 KM4 Q0.4 熱風(fēng)機(jī) 接觸器 KM5 Q0.5 冷風(fēng)機(jī) 接觸器 KM6 Q0.6 加熱器 接觸器 KM7 Q0.7 補(bǔ)光燈 接觸器 KM8 Q1.0 CO2添加器 接觸器 KM9 Q1.1 噴灌系統(tǒng)啟動(dòng) 接觸器 KM10 Q1.2 啟動(dòng)指示燈 接觸器 KM10 第4章 軟件設(shè)計(jì) 第四章 軟件設(shè)計(jì) 4.1 控制流程 PLC有一部分只要控制的程序是用梯形圖編程的，工作方法設(shè)為手動(dòng)、自動(dòng)，依照最先測量的數(shù)據(jù)和先前設(shè)置好的數(shù)值，啟動(dòng)執(zhí)行構(gòu)件。 PLC狀態(tài)“離線”的時(shí)候，絕大多數(shù)輸出控制就是由EPROM里面儲(chǔ)備的程序發(fā)出的，過程簡易易懂。里面梯形圖語言保留了過往常用的控制圖，只是將符號(hào)改的移動(dòng)，方便編程和理解。依照本次發(fā)明需求，里面的儀器中:早上開啟保溫開關(guān)，晚上關(guān)閉;定時(shí)開關(guān)溫室里面的通風(fēng)機(jī);對(duì)濕簾風(fēng)機(jī)與濕簾水泵的管控時(shí)間必須相同;互鎖先后開窗。 依據(jù)傳感器收集的數(shù)據(jù)寄存器中的氣溫、空氣含水量、光亮程度強(qiáng)度、大棚氣體濃度。我們構(gòu)想了一下流程圖:( l)依照時(shí)間和環(huán)境的不同，設(shè)定不同的先后順序，起初要想到優(yōu)先級(jí)高的環(huán)境需求。 (2)濕度低于濕度下限時(shí)，開啟噴灌系統(tǒng)給作物噴灌。溫濕度、光照強(qiáng)度、CO2濃度的控制策略如下: 光照強(qiáng)度大于光強(qiáng)閾值時(shí)，開啟遮陽幕; 光照強(qiáng)度小于光照閾值時(shí)，開啟補(bǔ)光鈉燈； CO2濃度大于濃度閾值時(shí)或者CO2濃度小于濃度閾值時(shí)，開窗透風(fēng)換氣 地面濕度小于濕度下限時(shí)，開啟噴灌系統(tǒng)； 地面濕度大于濕度下限時(shí)，停止噴灌系統(tǒng)； 根據(jù)以上控制要求，控制流程如下所示： （1）氣溫控制流程圖，如下圖所示。 圖4.1氣溫控制流程圖 （2）透光程度控制流程圖，如下圖所示。 圖4.2 透光程度控制流程圖 （3）二氧化碳濃度控制流程圖，如下圖所示。 圖4.3 二氧化碳濃度控制流程圖 （4）土壤含水量控制流程，如下圖所示。 圖4.4 土壤濕度控制 4.2 PID值設(shè)定 I0.0可以任意手自動(dòng)切換，I0.1為總驅(qū)動(dòng)，當(dāng)I0.1=1時(shí)，Q1.1收到供電，啟動(dòng)燈亮，I0.2為總停止，當(dāng)I0.0=1，I0.1=1時(shí)，中間繼電器M0.0收到供電，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。 根據(jù)翻閱大學(xué)所學(xué)PLC相關(guān)知識(shí)，列出下面等式 其中，Y表示溫度，X表示電流。 而4～20mA的信號(hào)對(duì)應(yīng)的內(nèi)部數(shù)值為6400～32000，得如下曲線方程 其中，Z表示AIW值，X表示電流。 得， -10～60℃對(duì)應(yīng)的內(nèi)部AIW值可通過式(3-8)計(jì)算獲得，例如18℃對(duì)應(yīng)的AIW值即為16640。 現(xiàn)給出輸入量采樣與Er/Eh計(jì)算的程序： 模擬量輸入映像區(qū)中的AIW0、AIW2分別為溫度和濕度的測量值，將其存放于存儲(chǔ)單元VW0、VW2中，作為后續(xù)運(yùn)算的準(zhǔn)備。 4.3程序編寫 （1）自動(dòng)/手動(dòng)切換及設(shè)定值： 圖4.5 自動(dòng)/手動(dòng)切換 （2）溫度控制 圖4.6 自動(dòng)情況下的溫度控制 就像上圖畫的，中間繼電器M0.0收到供電，就是自動(dòng)運(yùn)轉(zhuǎn)模式。掌控氣溫的儀器將測得的數(shù)據(jù)輸送到PLC中，經(jīng)過整數(shù)對(duì)比命令，將掌控氣溫的儀器測得的數(shù)據(jù)與初定的數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比，當(dāng)AIW0大于25時(shí)，中間繼電器M0.2收到供電，打開降溫儀器；當(dāng)AIW0小于25時(shí)，中間繼電器M0.3收到供電，打開升溫儀器。 圖4.7手動(dòng)情況下溫度控制 中間繼電器M0.1收到供電，為手動(dòng)運(yùn)轉(zhuǎn)模式。可以經(jīng)過管控對(duì)應(yīng)的按鈕—通風(fēng)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，手動(dòng)管控大棚內(nèi)的氣溫。 圖4.8 通風(fēng)扇正轉(zhuǎn) 對(duì)大棚內(nèi)溫度管控的自動(dòng)模式下，如果掌控氣溫的儀器測得的數(shù)據(jù)高于當(dāng)初設(shè)定的值，中間繼電器M0.2收到供電，通風(fēng)扇正轉(zhuǎn)，把里面多余的高溫排除；手動(dòng)管控模式時(shí)，把管控通風(fēng)扇正反轉(zhuǎn)的開關(guān)按鈕撥至“通風(fēng)扇正轉(zhuǎn)”，中間繼電器M0.4收到供電，會(huì)收到一樣的效果，通風(fēng)扇正轉(zhuǎn)。 圖4.9 通風(fēng)扇反轉(zhuǎn) 對(duì)大棚內(nèi)溫度管控的自動(dòng)模式下，如果掌控氣溫的儀器測得的數(shù)據(jù)低于當(dāng)初設(shè)定的值，中間繼電器M0.3收到供電，通風(fēng)扇正轉(zhuǎn)，把外面的氣體往里吸以改變氣溫；手動(dòng)管控模式時(shí)，把管控通風(fēng)扇正反轉(zhuǎn)的開關(guān)按鈕撥至“通風(fēng)扇反轉(zhuǎn)”，中間繼電器M0.5收到供電，得到一樣的效果，通風(fēng)扇反轉(zhuǎn)。 圖4.10 熱風(fēng)機(jī)啟動(dòng) 對(duì)大棚內(nèi)溫度管控的自動(dòng)模式下，如果掌控氣溫的儀器測得的數(shù)據(jù)低于當(dāng)初設(shè)定的值，中間繼電器M0.3收到供電，熱風(fēng)機(jī)開啟；手動(dòng)管控模式時(shí)，可以人為按下熱風(fēng)機(jī)啟動(dòng)開關(guān)，中間繼電器M0.6收到供電，同樣效果，熱風(fēng)機(jī)開啟。 圖4.11 冷風(fēng)機(jī)啟動(dòng) 對(duì)大棚內(nèi)溫度管控的自動(dòng)模式下，如果掌控氣溫的儀器測得的數(shù)據(jù)高于當(dāng)初設(shè)定的值，中間繼電器M0.2收到供電，冷風(fēng)機(jī)開啟；手動(dòng)管控模式時(shí)，可以認(rèn)為按下冷風(fēng)機(jī)啟動(dòng)開關(guān)，中間繼電器M0.7收到供電，同樣效果，冷風(fēng)機(jī)開啟。 圖4.12加熱器啟動(dòng) 對(duì)大棚內(nèi)溫度管控的自動(dòng)模式下，如果掌控氣溫的儀器測得的數(shù)據(jù)低于當(dāng)初設(shè)定的值，中間繼電器M0.3收到供電，加熱器開啟；手動(dòng)管控模式時(shí)，可以人為按下加熱器啟動(dòng)開關(guān)，中間繼電器M1.0收到供電，同樣效果，加熱器開啟。 （3）光照控制 圖4.13 自動(dòng)情況下光照控制 就像上圖畫的，中間繼電器M0.0收到供電，就是自動(dòng)運(yùn)轉(zhuǎn)模式。掌控光照的儀器將測得的數(shù)據(jù)輸送到PLC中，經(jīng)過整數(shù)對(duì)比命令，將溫度傳感器測量的數(shù)據(jù)AIW2與初定的值進(jìn)行對(duì)比，當(dāng)AIW0大于20時(shí)，中間繼電器M2.0收到供電，打開補(bǔ)光儀器；當(dāng)AIW2小于20時(shí)，中間繼電器M2.1收到供電，打開補(bǔ)光儀器。 圖4.14 手動(dòng)情況下光照控制 中間繼電器M0.1收到供電時(shí)，為手動(dòng)運(yùn)轉(zhuǎn)模式?？梢越?jīng)過管控對(duì)應(yīng)的開關(guān)——遮陽簾開簾I0.5、遮陽簾關(guān)簾I0.6、補(bǔ)光燈I1.4，手動(dòng)管控大棚內(nèi)的受光程度。 圖4.15遮陽簾開簾 對(duì)大棚內(nèi)光照管控的自動(dòng)模式下，如果光照傳感器檢測的數(shù)據(jù)低于當(dāng)初設(shè)定的值，中間繼電器M2.1收到供電，打開遮陽簾進(jìn)行光線補(bǔ)充；手動(dòng)管控模式時(shí)，把管控遮陽簾開關(guān)按鈕撥至“遮陽簾開簾”，中間繼電器M2.2收到供電，同樣效果，遮陽簾會(huì)打開進(jìn)行光線補(bǔ)充。 圖4.16 遮陽簾關(guān)簾 對(duì)大棚內(nèi)光照管控的自動(dòng)模式下，如果掌控光照的儀器測得的數(shù)據(jù)高于當(dāng)初設(shè)定的值，中間繼電器M2.0收到供電，關(guān)閉遮陽簾遮擋陽光；手動(dòng)管控模式時(shí)，把管控遮陽簾開關(guān)按鈕撥至“遮陽簾關(guān)簾”，中間繼電器M2.3收到供電，同樣效果，遮陽簾會(huì)關(guān)閉遮擋陽光。 圖4.17 補(bǔ)光燈開啟 對(duì)大棚內(nèi)光照管控的自動(dòng)模式下，如果掌控光照的儀器測得的數(shù)據(jù)低于當(dāng)初設(shè)定的值，中間繼電器M2.1收到供電，打開補(bǔ)光燈進(jìn)行陽光的補(bǔ)充；手動(dòng)管控模式時(shí)，按下補(bǔ)光燈的啟停開關(guān)按鈕，中間繼電器M2.4收到供電，同樣效果，補(bǔ)光燈會(huì)自動(dòng)打開補(bǔ)充陽光。 （4）CO2濃度控制 圖4.18 自動(dòng)情況下的CO2濃度控制 就像上圖畫的，中間繼電器M0.0收到供電，就是自動(dòng)運(yùn)轉(zhuǎn)模式。在這種情況下，掌控二氧化碳濃度的儀器將檢測的數(shù)據(jù)輸送到PLC中，經(jīng)過整數(shù)對(duì)比命令，將CO2濃度傳感器測量的數(shù)據(jù)AIW4與與初定的值進(jìn)行對(duì)比，當(dāng)AIW4小于1000時(shí)，中間繼電器M3.0收到供電，增加大棚內(nèi)的CO2，提高其濃度。 圖4.19手動(dòng)情況下的CO2濃度控制 中間繼電器0.1收到供電，為手動(dòng)運(yùn)轉(zhuǎn)模式?？梢越?jīng)過管控對(duì)應(yīng)的按鈕CO2調(diào)節(jié)閥I1.5，手動(dòng)管控增加或者減少大棚內(nèi)的CO2濃度。 圖4.20 CO2調(diào)節(jié)閥工作 對(duì)大棚CO2濃度管控，當(dāng)處于自動(dòng)模式，如果管控二氧化碳濃度的儀器檢測的濃度高于當(dāng)初設(shè)定的值，中間繼電器M3.0收到供電，開啟CO2調(diào)節(jié)閥以增多大棚內(nèi)CO2；手動(dòng)管控模式時(shí)，按下CO2添加設(shè)備的啟停開關(guān)按鈕，中間繼電器M3.1收到供電，同樣效果，CO2調(diào)節(jié)閥會(huì)開啟用來增多大棚內(nèi)CO2。 第5章 總結(jié) 5 總結(jié) 溫室大棚可以為植物提高生長環(huán)境，創(chuàng)造植物生長最適合的條件，保護(hù)植物以防受到外界環(huán)境變化以及惡劣氣候的影響。溫室一般以遮蓋和透亮材料做為核心構(gòu)成材料 ,它能夠在違反季節(jié)規(guī)律栽培植物 ,從而達(dá)到對(duì)農(nóng)作物結(jié)果時(shí)間、促進(jìn)長大、防治自然災(zāi)害及提高產(chǎn)量的效果。我國國內(nèi)目前現(xiàn)代化溫室的發(fā)展是建立在汲取國外技術(shù)以及自主研發(fā)的基礎(chǔ)上。就我國的現(xiàn)狀來說，很大一部分溫室設(shè)備已經(jīng)是非常老舊的了，滿足不了生產(chǎn)生活的需求。所以這種狀況下，發(fā)明一種實(shí)時(shí)性強(qiáng)，精度高，運(yùn)行穩(wěn)定且可綜合檢測多個(gè)點(diǎn)溫度測控系統(tǒng)就很有價(jià)值了。如果實(shí)現(xiàn)溫室的溫度智能控制，對(duì)于提高溫室的無人監(jiān)管性和生產(chǎn)效率節(jié)約成本等方面有著重要意義，本課題目的是設(shè)計(jì)一種基于PLC的溫室控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)溫室的智能控制。主要完成了一下工作： （1）查閱相關(guān)文獻(xiàn)，調(diào)研國內(nèi)外溫室發(fā)展歷程及現(xiàn)狀，并根據(jù)三種不同控制核心的溫室控制系統(tǒng)進(jìn)行了闡述； （2）根據(jù)實(shí)際需求，提出溫室控制的要求，據(jù)此提出本課題總體控制思路； （3）完成控制系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)，包括：PLC選型，溫度傳感器，濕度傳感器，二氧化碳傳感器，光照傳感器的選擇，并據(jù)此進(jìn)行I/O端口分配； （4）根據(jù)控制功能要求，設(shè)計(jì)各個(gè)功能控制流程，并設(shè)定PID值，完成程序編寫。 致謝 致謝 本次畢業(yè)設(shè)計(jì)利用了大學(xué)里所學(xué)的專業(yè)理論，所涉及的知識(shí)同時(shí)需要機(jī)械和電學(xué)，因此在設(shè)計(jì)過程中經(jīng)常遇到難題，如果沒有老師不厭其煩的解答，幫我弄懂一個(gè)一個(gè)難題，我可能根本無法完成這個(gè)設(shè)計(jì)。老師不厭其煩的解答，讓我茅塞頓開，不單這樣，老師他認(rèn)真負(fù)責(zé)，崇高的敬業(yè)精神也感動(dòng)著我，所以在這里，我非常感激幫助我的老師。我自己也明白了很多道理，做東西，做設(shè)計(jì)要腳踏實(shí)地，不要想著投機(jī)取巧，更不能偷懶，執(zhí)行力比想法更重要，只有去做了，才有可能去做成。也非常感謝這次畢設(shè)的機(jī)會(huì)，讓我又重新溫習(xí)了一遍四年所學(xué)的知識(shí)點(diǎn)，讓我在以后的工作生活里又多了很多知識(shí)和技能。最后祝愿大家順利畢業(yè)，前程似錦。 參考文獻(xiàn) 參考文獻(xiàn) [1] 王港元．電子技能基礎(chǔ)．成都：四川大學(xué)出版社，2001． [2] 張端等．實(shí)用電子電路手冊(cè)．北京：高等教育出版社，1992． [3] 傅豐林．模擬電子線路基礎(chǔ)．天津：天津科學(xué)技術(shù)出版社，1993． [4] 潘新民，王燕芳．微型計(jì)算機(jī)控制技術(shù)．北京：高等教育出版社，2001． [5] 崔堅(jiān).西門子S7可編程控制器—STEP7編程指南 [M]．機(jī)械工業(yè)出版社，2007.4 [6] 龔運(yùn)新.PLC技術(shù)及應(yīng)用—基于西門子S7-200[M]．清華大學(xué)出版社，2009.9 [7] 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