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1、 題 目 基于PLC的智能溫室控制系統(tǒng)設計 摘 要 隨著人們生活水平的提高，由溫室大棚種植的反季節(jié)蔬菜成為人們越來越離不開的食物，農作物的生長環(huán)境能被溫室大棚所改善，外界的四季變化和惡劣氣候不會讓其發(fā)生改變，創(chuàng)造了適宜農作物生長的環(huán)境。作為高效農業(yè)的重要部分——溫室大棚，是我們值得研究的方向。 本論文主要介紹了溫室大棚基于PLC控制的系統(tǒng)設計方案，為了對溫室大棚中各項指標進行檢測，該研究中將采用溫度傳感器、CO2濃度傳感器、光照傳感器，將測量值送入PLC中，在PLC中將其與設定值進行比較，再發(fā)出相應的指令驅動外圍設備來調

2、控溫室大棚內的環(huán)境參數(shù)，從而實現(xiàn)了溫室大棚的自動化、智能化控制。本設計的優(yōu)點是成本低廉，節(jié)約資源，能實現(xiàn)利益最大化。 關鍵詞：溫室大棚；PLC；傳感器；智能控制 ABSTRACT With the improvement of people’s living standards, anti-season vegetables grown in greenhouses have become more and more indispensable for people. The growing environm

3、ent of crops can be improved by greenhouses, and changes in the four seasons and bad weather will not allow them to occur. Change has created an environment suitable for the growth of crops. As an important part of high-efficiency agriculture, greenhouses are the directions that we should study. Th

4、is paper mainly introduces the system design scheme based on PLC control in greenhouses. In order to detect various indicators in greenhouses, this research will use temperature sensors, CO2 concentration sensors, light sensors, and send the measured values to the PLC. PLC will compare it with the s

5、et value, and then issue corresponding instructions to drive the peripheral equipment to regulate the environmental parameters in the greenhouse, thereby realizing the automation and intelligent control of the greenhouse. The advantages of this design are low cost, resource conservation, and maximiz

6、ed benefits. Key words:Greenhouse；PLC；Temperature Sensor；Intelligent control 目 錄 第一章 緒論1 1.1課題背景1 1.2研究目的和意義1 1.3國內外研究現(xiàn)狀2 第二章 系統(tǒng)總設計方案3 2.1系統(tǒng)的設計任務3 2.2系統(tǒng)的控制方案4 第三章 控制系統(tǒng)硬件方案設計5 3.1電氣控制系統(tǒng)主電路設計5 3.2電氣控制系統(tǒng)各部分控制電路設計5 3.3PLC硬件電路設計9 3.4傳感器型號選擇11 第四章 控制

7、系統(tǒng)軟件方案設計14 4.1STEP7 Micro/Win軟件簡介14 4.2控制系統(tǒng)程序設計思路14 4.3控制系統(tǒng)程序流程圖15 4.4控制程序設計及分析16 第五章 控制程序的仿真與調試24 5.1仿真軟件介紹24 5.2仿真與調試準備工作24 5.3程序仿真與調試24 結論26 致謝27 參考文獻28 第1章 緒論 1.1課題背景 隨著農業(yè)生產越來越朝著自動化、智能化的方向發(fā)展，一些問世的溫濕度監(jiān)測與控制也與時俱進。而我國的現(xiàn)代化溫室是在引進國外技術與自我開發(fā)的基礎上發(fā)展起來的。本課題研究的重點是：實現(xiàn)溫室大棚的溫度智能控制，為了滿足溫濕度

8、的需要能夠自動調節(jié)溫度。 目前，我國很難保障生產生活的需要，這是由于絕大多數(shù)溫室設備都比較老舊。這種溫度采集一般需要在溫室內布置大量的測溫電纜，才能把傳感器上采集到的溫度信號送到主機上，安裝和拆卸都很繁雜，成本也比較高，同時線路上一般傳送的是模擬信號，線路損耗又嚴重影響到測溫精度。在這種情況下，開發(fā)一種實時性高，精度高，運行可靠、穩(wěn)定的精度也很難保證。 針對現(xiàn)有技術的不足，提供一種替代人工控制溫度操作，適用性廣，結構簡單，操作方便，溫室資源利用率高，生產成本低，這就是本文設計溫室大棚智能控制系統(tǒng)的目的所在。 1.2研究目的和意義 作為高效農場的一個重要部分——溫室大棚。對農業(yè)生產環(huán)

9、境的一些重要參數(shù)進行檢測和控制是現(xiàn)代化農業(yè)生產中的重要一項。例如：空氣的溫度、濕度、土壤的含水率等。為了使作物達到優(yōu)質、高產、高效的栽培要求，要對監(jiān)測數(shù)據進行分析，結合作物生長發(fā)育規(guī)律，控制環(huán)境條件。而在農業(yè)種植問題中，溫室環(huán)境與作物的生長、發(fā)育、能量交換密切相關，要實現(xiàn)溫室生產管理自動化、科學化，進行環(huán)境測控是必不可少的。 現(xiàn)代化農業(yè)生產中，現(xiàn)代農業(yè)設施發(fā)揮著巨大的作用，其中蔬菜大棚就是典型的代表。蔬菜和水果的生長與大棚內的溫度、濕度以及土壤的含水率等參數(shù)息息相關。國外的溫室設施已經發(fā)展到比較完備的程度，并形成了一定的標準，但是價格非常昂貴，缺乏與我國氣候特點相適應的測控軟件。而當今大多數(shù)

10、都采用人工管理方式，對大棚溫度、濕度、土壤含水率等參數(shù)進行檢測與控制，這樣會造成不可彌補的損失，而且很難達到預期的效果。之所以呈現(xiàn)出這樣的局面是由于測控精度低、勞動強度大以及測控不及時等弊端所導致。 因此，為了走智能化生產發(fā)展這一條路，推動我國的農業(yè)發(fā)展，科學的高效農業(yè)生產和準確的提高農業(yè)研究是必要的。溫室大棚自動化、智能化的生產管理是基于傳感器對溫室內環(huán)境因素檢測，并結合農作物的生長規(guī)律設定參數(shù)，從而提高農作物的質量和品質。 1.3國內外研究現(xiàn)狀 在現(xiàn)代農業(yè)領域，西方發(fā)達國家的起步比較早。1949年，美國建成了第一個人工氣候室在工程技術的幫助下。在現(xiàn)代化農業(yè)設施中，隨著計算機技術的快速

11、發(fā)展，不斷地提高溫室大棚的自動控制技術和管理技術，使其在世界各地都得到了不錯的發(fā)展。 到現(xiàn)在為止，國外的溫室大棚內部設施已經達到了比較完善的程度，并形成了一定的技術標準。由計算機控制溫室內被控環(huán)境因子，傳感器也較為齊全，如溫室大棚內的溫度、濕度、光照、二氧化碳濃度等等，對各個執(zhí)行機構的控制基本上可以用傳感器檢測。對于這些系統(tǒng)的控制，計算機已經不是簡單的、獨立的、靜態(tài)的直接數(shù)字控制，而是基于PLC的智能控制系統(tǒng)，在實現(xiàn)自動化后，一些國家向著完全自動化、無人化的方向繼續(xù)發(fā)展。 我國的溫室大棚技術起步有點晚，政府發(fā)展的用塑料大棚、日光溫室為主的農業(yè)栽培設施，加快了農村的經濟發(fā)展并且有效的緩解了蔬

12、菜季節(jié)性短缺的問題。我國溫室大棚的特點是：利用太陽光熱資源，節(jié)約不可再生能源，減少環(huán)境污染。 雖然我國溫室規(guī)模有限，還沒有形成規(guī)模經濟，另外構建設施的費用也比較高，但從長期發(fā)展來看，溫室監(jiān)控系統(tǒng)分布式和網絡化將是我國現(xiàn)代農業(yè)發(fā)展的必然趨勢。現(xiàn)代溫室大棚中常用的自動控制調控機構有：通風窗、遮陽簾、通風機、熱風機、冷風機、人工加熱燈、二氧化碳增肥器、噴霧系統(tǒng)及蒸熏設備?？刂破骺梢哉{節(jié)各個機構，使系統(tǒng)保證室內氣候滿足植物生長需要并盡可能的節(jié)省能源。常用的控制器有：單片機、工控機、PLC、通用PC機等。 第2章 系統(tǒng)總設計方案 2.1系統(tǒng)的設計

13、任務 本文研究的是溫室大棚基于PLC技術上的應用，從整體上對溫室大棚控制系統(tǒng)的電路設計、硬件設計、軟件設計等方面。 本次的研究內容為溫室大棚PLC控制系統(tǒng)，以可編程控制器PLC為核心， 溫室大棚中的溫度、光照強度、二氧化碳濃度等環(huán)境參數(shù)可以通過溫度傳感器、光照傳感器、二氧化碳傳感器來檢測，溫室大棚的通風扇、冷/熱風機、遮陽簾、加熱器、二氧化碳添加器等硬件設施通過PLC控制系統(tǒng)控制，對溫室大棚中的環(huán)境因子進行調控，進而實現(xiàn)對溫室大棚智能化控制。 2.2系統(tǒng)的控制方案 為了實現(xiàn)上述任務，溫室大棚需要一套完善的溫室控制系統(tǒng)。本控制系統(tǒng)以PLC為控制核心，溫室大棚中的各項環(huán)境因子采用傳感器進

14、行檢測，然后將測量結果送入PLC中，經過PLC的處理，然后對執(zhí)行設備發(fā)出指令，這樣能很好的調控溫室中的各項環(huán)境因子。 本次控制系統(tǒng)設有自動、手動兩個模式，是考慮到實際生產中的穩(wěn)定性與安全性。自動方式是周期性的按照PLC進行控制，手動模式是當遇到突發(fā)情況時，可以手動操作設備，保證設備的可靠運行。將傳感器檢測到的數(shù)據與設定值相比較，然后通過軟件程序去執(zhí)行相關的命令。本次系統(tǒng)設計的優(yōu)點是成本偏低，節(jié)約資源，能實現(xiàn)利益最大化。該溫室大棚的控制系統(tǒng)總框圖如下圖2-1所示： 圖2-1 控制系統(tǒng)總框圖 由圖可知，PLC系統(tǒng)、傳感器系統(tǒng)、外部執(zhí)行系統(tǒng)等幾部分構成了溫室大棚控制系統(tǒng)，核心是PL

15、C控制系統(tǒng)，將傳感器系統(tǒng)收集的數(shù)據通過PLC模擬量輸入模塊EM235輸入到PLC，通過與設定值比較，執(zhí)行設備被輸出開關量進行控制。具體來說就是按下啟動按鈕，系統(tǒng)啟動后，由溫度傳感器、光照度傳感器、二氧化碳傳感器檢測到的信號，經過PLC內部處理，由輸出模塊輸出控制信號，以控制外部的執(zhí)行器件。如果溫度過高，就會驅動冷風機、通風扇來降低溫室內溫度；如果溫度過低，就會驅動熱風機、加熱器、通風扇來升高室內溫度；遮陽簾和發(fā)光器來調節(jié)光照強度；二氧化碳添加器來添加二氧化碳濃度。 第3章 系統(tǒng)硬件方案設計 PLC控制系統(tǒng)的設計可分為硬件設計和軟件設計兩部分。本章介紹了溫室大棚控制系統(tǒng)的硬件設計方案

16、，主要有電氣控制系統(tǒng)主電路設計、電氣控制系統(tǒng)各部分控制電路設計、傳感器型號選擇、PLC型號選擇及PLC外部接線方面進行設計。 3.1電氣控制系統(tǒng)主電路設計 溫室大棚控制系統(tǒng)的主電路如下圖3-1所示，通風扇和遮陽簾的主電路相似，都需要電機的啟動、停止以及正反轉來完成工作，不同的是通風扇和遮陽簾的電機功率不同，且遮陽簾電機帶限位開關，冷/熱風機、加熱器、發(fā)光體、CO2發(fā)生器都屬于開關設備，因此它們的工作原理大致相同。 圖3-1 溫室大棚控制系統(tǒng)主電路原理圖 上圖可知，刀開關為QK，能控制整個主電路的啟動和停止；熱繼電器為FR1-FR5，能起過載保護作用；熔斷器為FU1-FU7，對各支

17、路起到短路保護和過載保護作用；接觸器的主觸頭為KM1-KM9，可以實現(xiàn)電機的啟停、正反轉以及開關設備的啟?？刂?。 3.2電氣控制系統(tǒng)各部分控制電路設計 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)行設備分為兩大類：開關設備和非開關設備。開關設備包括風機、加熱器等等；非開關設備比如正反轉的電機，包括通風扇、遮陽簾等，這些電機需要啟停和正反轉，需要限位開關。 1.開關設備 加熱器、二氧化碳添加器、熱風機、冷風機、發(fā)光體都屬于開關設備，其控制電路比較相似，現(xiàn)在就以熱風機為例，做以下分析： （1）熱風機的主電路 風機的運行可以通過一個繼電器來控制，主要控制風機的電機通斷。風機工作運行必須

18、有熔斷器、熱繼電器來保護電路，主要功能有過電流保護、短路保護和過載保護。下圖3-2為熱電機的主電路圖： 圖3-2 熱風機主電路圖 （2）熱風機控制電路 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/自動切換開關。按下總啟動開關SB2，接觸器線圈KM10得電，KM10常開觸點閉合，形成自鎖。若是手動操作，將旋鈕開關SB1打到手動檔位，將SB6旋轉到開啟檔位，接觸器KM5得電，其常開觸點閉合，熱風機開始運行；將SB6旋轉到停止檔位，接觸器KM5失電，其常閉觸點斷開，熱風機停止運行。若是自動控制，將開關SB1旋轉到自動檔位，由PLC控制器控制，

19、當接觸器KM5得電時，其常開觸點閉合，熱風機運行。 圖3-3 熱風機控制電路圖 2.正反轉設備 在執(zhí)行設備里，通風扇和遮陽簾屬于非開關設備，也就是正反轉設備，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正反轉；熔斷器FU2主要是在電路中起到過電流保護，應對短路；熱繼電器FR2的作用主要是電機的過載保護。 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

20、。由其電路原理圖可以分析得：旋鈕SB1為手動/自動選擇開關，按鈕SB2為總啟動開關，按下SB2，交流接觸器KM10得電，其常開觸點閉合，形成自鎖；若手動操作，將旋鈕旋轉到手動位置，SB4為開簾、閉簾切換開關，當SB4切換到開簾開關時，接觸器KM3得電，其常開觸點閉合，電動機正轉，當其開簾程度達到最大程度時，碰到限位開關SQ1，其常閉觸點斷開，接觸器KM3失電，電動機停止轉動；當SB4切換到閉簾開關時，接觸器KM4得電，其常開觸點閉合，電動機反轉，待關閉到最大限度時，限位開關SQ2常閉觸點斷開，KM4失電，電動機停止運行。SB3為緊急停止開關，當按下SB3時，接觸器KM10失電，其常閉觸點斷開，

21、電動機停止運行。若自動運行時，旋鈕開關SB1旋轉到自動位置，遮陽簾運行受到PLC控制，中間接觸器KM3得電時，其常開觸點閉合，電動機正轉運行，遮陽簾打開；中間接觸器KM4得電時，其常開觸點閉合，電動機反轉，遮陽簾閉合。 圖3-5 遮陽簾控制電路圖 3.3 PLC的硬件電路 3.3.1PLC的型號選擇 1.控制系統(tǒng)所需要的I/O點數(shù) 根據溫室大棚控制系統(tǒng)的控制要求，可以確定全部的輸入設備和輸出設備，從而可以確定PLC有關的輸入輸出設備，進而可以確定PLC的I/O點數(shù)，本控制系統(tǒng)所需的PLC的I/O點數(shù)為14個數(shù)字量輸入，3個模擬量輸入，10個數(shù)字量輸出。 2.選擇PLC

22、的型號 西門子PLCS7系列PLC包括S7-200系列、S7-300系列、S7-400系列。其功能非常強大，按其功能又分為小型、中型、大型PLC。根據本系統(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點數(shù)為14輸入、10輸出。根據PLC硬件設計要求，應留出約25%的空余點數(shù)，以方便以后的系統(tǒng)改造升級。CPU224的I/O點數(shù)雖然也為14輸入、10輸出，但是不能留出I/O點數(shù)裕量，不方便以后的升級改造，所以選擇擁有I/O點數(shù)為24輸入、16輸出的CPU226，以方便以后系統(tǒng)的升級優(yōu)化。CPU226相對功能強大，可以連接7個擴展模塊，最大可擴展至248個數(shù)字量I/O點

23、或35個模擬量I/O點，具有13K的儲存空間。 3.3.2 PLC的I/O地址分配表 根據系統(tǒng)要求，控制系統(tǒng)的I/O地址分配表如下表3-6、3-7所示 表3-6 輸入端口地址分配表 序號 輸入口 信號名稱 備注 符號 01 I0.0 手動/自動切換 旋鈕 SB1 02 I0.1 總啟動 按鈕 SB2 03 I0.2 總停止 按鈕 SB3 04 I0.3 遮陽簾開限位 限位開關 SQ1 05 I0.4 遮陽簾關限位 限位開關 SQ2 06 I0.5 遮陽簾開簾 單刀雙擲開關 SB4 07 I0.6 遮陽簾關簾

24、單刀雙擲開關 SB4 08 I0.7 通風扇正轉 單刀雙擲開關 SB5 09 I1.0 通風扇反轉 單刀雙擲開關 SB5 10 I1.1 熱風機啟停 旋鈕 SB6 11 I1.2 冷風機啟停 旋鈕 SB7 12 I1.3 加熱器啟停 旋鈕 SB8 13 I1.4 補光燈啟停 旋鈕 SB9 14 I1.5 CO2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3-7 輸出端口地址分配表 序號 輸出口

25、 控制信號 備注 符號 01 Q0.0 通風扇正轉 接觸器 KM1 02 Q0.1 通風扇反轉 接觸器 KM2 03 Q0.2 遮陽簾開簾 接觸器 KM3 04 Q0.3 遮陽簾關簾 接觸器 KM4 05 Q0.4 熱風機 接觸器 KM5 06 Q0.5 冷風機 接觸器 KM6 07 Q0.6 加熱器 接觸器 KM7 08 Q0.7 補光燈 接觸器 KM8 09 Q1.0 CO2添加器 接觸器 KM9 10 Q1.1 啟動指示燈 接觸器 KM10 3.3.3 PLC硬件接線圖 本控

26、制系統(tǒng)設計選用S7-200系列的CPU226以及模擬量輸入模塊EM235，硬件接線圖如下圖3-8所示 圖3-8 硬件接線圖 3.4傳感器型號選擇 1.溫度傳感器 根據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為HMD40的產品，該款傳感器不僅測量精度高，易于安裝、響應速度快，對環(huán)境要求較低，還具可靠性好、良好的長期穩(wěn)定性、滯后小、不宜受灰塵、化學氣體等環(huán)境因素的影響等特點。其外觀如下圖3-9所示： 圖3-9 HMD40型溫度傳感器實物圖 該傳感器的主要性能指標如下： 1．溫度檢測范圍：-10～60℃；測量精度：±0.3%℃ 2．工作

27、電壓：10～28V DC； 3．輸出信號：4～20mA。 2.光照傳感器 光控用于控制遮陽幕的開關，使作物得到合理的光照并實現(xiàn)以下目的：免除作物超過光飽合點，提高光合作用；實現(xiàn)對長日照作物、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品型號Poi88-c光照度傳感器。該傳感器用于實現(xiàn)對環(huán)境光照度的測量，輸出標準的電壓及電流信號，體積小，安裝方便，線性度好，傳輸距離長，抗干擾能力強，量程可調。 1.量程：O-200Klx、O-20Klx、0—2000lx可選 2.供電電壓：24VDC／12VDC 3.輸出信號：4-20mA，0-10V可

28、選 4.精度：±2% 3.二氧化碳濃度傳感器 二氧化碳控制實時監(jiān)測C02的含量，當C02的含量低于設定值時打開C02儲氣罐或C02發(fā)生器以增施氣肥。C02傳感器選用弗加羅公司生產TGS4160二氧化碳傳感器，該傳感器為固態(tài)電化學型氣體敏感元件。這種二氧化碳傳感器除具有體積小、壽命長、選擇性和穩(wěn)定性好等特點外，同時還具有耐高濕低溫的特性，可廣泛用于自動通風換氣系統(tǒng)或是C02氣體的長期監(jiān)測等應用場合。其外觀如下圖3-10所示： 圖3-10 TGS4160二氧化碳傳感器實物圖 TGS4160傳感器的主要技術參數(shù)如下： 1.測量范圍：300-50

29、,000ppm 2.對二氧化碳CO2濃度有高靈敏度 3.CO2二氧化碳傳感器TGS4160對濕度依賴性極低，長壽命 4.使用溫度：-10～+50℃ 第4章 控制系統(tǒng)軟件方案設計 4.1 STEP7?Micro/Win軟件簡介 STEP7-Micro/WIN32 編程軟件是基于Windows的應用軟件，由西門子公司專為S7-200系列可編程控制器設計開發(fā)，它功能強大，既可用于開發(fā)用戶程序，又可以實時監(jiān)控用戶程序的執(zhí)行狀態(tài)。STEP7-Micro/WIN主界面如圖4-1所示。 圖4-1 STEP7-Micro/WIN

30、主界面圖 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.可以進行符號編程，通過符號表分配符號和絕對地址，即對編程元件定義符號名稱，增加程序的可讀性，并可打印輸出。 3.支持三角函數(shù)，開方，對數(shù)運算功能。 4．具有易于使用的組態(tài)向導。 5.可用于CPU硬件配置。 6.可以將STEP 7-Micro/WIN正在處理的程序與所連接的PLC中的程序進行比較。 4.2控制系統(tǒng)程序設計思路 本控制系統(tǒng)設有手動、自動兩種工作模式，自動模式為正常運行狀態(tài)，手動模式用于應對一些突發(fā)情況。在自動工作模式下，PLC運行時，將傳感器對溫室溫度、光照、二氧化碳濃度等環(huán)境因

31、素進行檢測的測量值與溫室控制系統(tǒng)的設定值進行比較，如果溫度的檢測量高于設定值，PLC就會發(fā)出相應的指令控制冷風機的開啟和通風扇正轉（將溫室中的空氣排向外界）；如果測量值低于設定值，則打開加熱器和熱風機，對溫室進行加溫，并使通風扇反轉（將外界的空氣引入溫室）。當溫室的光照低于設定值時，系統(tǒng)打開遮陽簾和補光燈；當溫室的光照高于設定值時，系統(tǒng)關閉遮陽簾。當溫室的二氧化碳濃度低于設定值，系統(tǒng)開啟二氧化碳調節(jié)閥。如果溫室中的測量值與設定值相等，則關閉相應設備，保持溫室中的環(huán)境參數(shù)。 溫室大棚內的不同作物對于自然環(huán)境的要求也不盡相同，本系統(tǒng)為研究方便，取其范圍內一值，作為參考。植物對大棚溫室內的溫度要求

32、大多數(shù)在25-30℃，本系統(tǒng)取值28℃；光照強度單位為lx,本系統(tǒng)取光照強度為30000lx;夏季在陽光直接照射下，光照強度可達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，而植物生長需求則為1000-1500ppm，因此本系統(tǒng)取二氧化碳濃度臨界值為1000ppm。 4.3控制系統(tǒng)程序流程圖 4.3.1溫室控制系統(tǒng)流程圖 圖4-2 溫室控制系統(tǒng)流程圖 （1） 溫室大棚的溫度控制流程圖，如圖4-3： 圖4-3 溫室

33、大棚的溫度控制流程圖 （2） 光照控制流程圖，如圖4-4： 圖4-4 光照控制流程圖 （3） CO2濃度控制流程圖，如圖4-5： 圖4-5 CO2濃度控制流程圖 4.4控制程序設計及分析 1. 自動/手動切換 圖4-6 自動/手動切換圖 如網絡1所示，I0.0為自動/手動切換，I0.1為總啟動，當I0.1=1時，Q1.1得電，啟動燈亮，I0.2為總停止，當I0.0=1，I0.1=1時，中間繼電器M0.0得電，系統(tǒng)的運行方式為自動模式；當I0.0=0，I0.1=1時，中間繼電器M0.1得電，系統(tǒng)的運行方式為手動模式。 2. 溫度控

34、制 圖4-7 自動情況下溫度控制圖 如網絡2所示，當中間繼電器M0.0得電時，系統(tǒng)的運行方式為自動模式。在自動情況下，溫度傳感器將測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，將溫度傳感器檢測到的測量值AIW0與設定值“28度”進行比較，當AIW0>28時，中間繼電器M0.2得電，啟動降溫設備；當AIW0<28時，中間繼電器M0.3得電，啟動升溫設備。 圖4-8 手動情況下溫度控制圖 如網絡3所示，當中間繼電器M0.1得電時，系統(tǒng)的運行方式為手動模式。可通過控制相應的按鈕——通風扇正轉I0.7、通風扇反轉I1.0、熱風機I1.1、冷風機I1

35、.2、加熱器I1.3，進行溫室大棚溫度的手動控制。 圖4-9 通風扇正轉圖 如網絡4所示，在溫室大棚的溫度控制過程中，自動模式下，當溫度傳感器測量的溫度值高于設定的溫度值時，中間繼電器M0.2得電，通風扇正轉，將溫室中的熱空氣排入外界，與外界交換空氣；手動模式下，將控制通風扇正反轉的單刀雙擲開關撥至“通風扇正轉”，中間繼電器M0.4得電，通風扇正轉。 圖4-10 通風扇反轉圖 如網絡5所示，在溫室大棚的溫度控制過程中，手動模式下，當溫度傳感器測量的溫度值低于設定的溫度值時，中間繼電器M0.3得電，通風扇正轉，將外界的空氣引入溫室，與外界交換空氣；手動模式下，將控制通

36、風扇正反轉的單刀雙擲開關撥至“通風扇反轉”，中間繼電器M0.5得電，通風扇反轉。 圖4-11 熱風機啟動圖 如網絡6所示，在溫室大棚的溫度控制過程中，手動模式下，當溫度傳感器測量的溫度值低于設定的溫度值時，中間繼電器M0.3得電，熱風機啟動；手動模式下，按下熱風機啟動按鈕，中間繼電器M0.6得電，熱風機啟動。 圖4-12 冷風機啟動圖 如網絡7所示，在溫室大棚的溫度控制過程中，自動模式下，當溫度傳感器測量的溫度值高于設定的溫度值時，中間繼電器M0.2得電，冷風機啟動；手動模式下，按下冷風機啟動按鈕，中間繼電器M0.7得電，冷風機啟動。 圖4-13 加熱器啟動

37、圖 如網絡8所示，在溫室大棚的溫度控制過程中，手動模式下，當溫度傳感器測量的溫度值低于設定的溫度值時，中間繼電器M0.3得電，加熱器啟動；手動模式下，按下加熱器啟動按鈕，中間繼電器M1.0得電，加熱器啟動。 3.光照控制 圖4-14 自動情況下光照控制圖 如網絡9所示，當中間繼電器M0.0得電時，系統(tǒng)的運行方式為自動模式。在自動情況下，光照傳感器將測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，將溫度傳感器檢測到的測量值AIW2與設定值“30000lx”進行比較，當AIW0>30000時，中間繼電器M2.0得電，啟動遮光設備；當AIW2<30000

38、時，中間繼電器M2.1得電，啟動補光設備。 圖4-15 手動情況下光照控制圖 如網絡10所示，當中間繼電器M0.1得電時，系統(tǒng)的運行方式為手動模式?？赏ㄟ^控制相應的按鈕——遮陽簾開簾I0.5、遮陽簾關簾I0.6、補光燈I1.4，進行溫室大棚光照強度的手動控制。 圖4-16 遮陽簾開簾圖 如網絡11所示，在溫室大棚的光照控制過程中，自動模式下，當光照傳感器測量的光照強度低于設定的光照值時，中間繼電器M2.1得電，遮陽簾開簾補光；手動模式下，將控制遮陽簾開關簾的單刀雙擲開關撥至“遮陽簾開簾”，中間繼電器M2.2得電，遮陽簾開簾補光。 圖4-17 遮陽簾關簾圖

39、 如網絡12所示，在溫室大棚的光照控制過程中，自動模式下，當光照傳感器測量的光照強度高于設定的光照值時，中間繼電器M2.0得電，遮陽簾關簾遮光；手動模式下，將控制遮陽簾開關簾的單刀雙擲開關撥至“遮陽簾關簾”，中間繼電器M2.3得電，遮陽簾關簾遮光。 圖4-18 補光燈開啟圖 如網絡13所示，在溫室大棚的光照控制過程中，自動模式下，當光照傳感器測量的光照強度低于設定的光照值時，中間繼電器M2.1得電，補光燈開啟補光；手動模式下，按下補光燈的啟停按鈕，中間繼電器M2.4得電，補光燈開啟補光。 4.二氧化碳濃度控制 圖4-19 自動情況下二氧化碳濃度控制圖 如網絡14

40、所示，當中間繼電器M0.0得電時，系統(tǒng)的運行方式為自動模式。在自動情況下，CO2濃度傳感器將測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濃度傳感器檢測到的測量值AIW4與設定值“1000ppm”進行比較，當AIW4<1000時，中間繼電器M3.0得電，添加溫室中的CO2。 圖4-20 手動情況下二氧化碳濃度控制圖 如網絡15所示，當中間繼電器M0.1得電時，系統(tǒng)的運行方式為手動模式?？赏ㄟ^控制CO2調節(jié)閥I1.5，進行溫室大棚CO2濃度的手動控制。 圖4-21 二氧化碳調節(jié)閥工作圖 如網絡16所示，在溫室大棚的CO2濃度控制過程中

41、，自動模式下，當CO2濃度傳感器測量的濃度低于設定的濃度時，中間繼電器M3.0得電，打開CO2調節(jié)閥添加CO2；手動模式下，按下CO2添加器的啟停按鈕，中間繼電器M3.1得電，打開CO2調節(jié)閥添加CO2。 第五章 控制程序的仿真與調試 5.1仿真軟件介紹 在本次設計中，利用S7-200仿真軟件V3.0漢化版進行控制程序的仿真與調試。 該仿真軟件可以仿真大量的S7-200指令（除部分指令如順序控制指令、循環(huán)指令、高速計數(shù)器指令和通訊指令等尚無法支持外，可支持常用的位觸點指令、定時器指令、計數(shù)器指令、比較指令、邏輯運算指令和大部分的數(shù)學運算指令等）。該

42、仿真軟件還提供了數(shù)字信號輸入開關、兩個模擬電位器和LED輸出顯示，仿真軟件同時還支持對TD-200文本顯示器的仿真，在實驗條件尚不具備的情況下，完全可以作為學習S7-200的一個輔助工具。 5.2仿真與調試準備工作 仿真軟件不提供源程序的編輯功能，因此必須和STEP7 Micro/Win程序編輯軟件配合使用，即在STEP7 Micro/Win中編輯好源程序后，然后加載到仿真程序中執(zhí)行后續(xù)步驟： （1）在STEP7 Micro/Win中編輯好梯形圖； （2）利用File|Export命令將梯形圖程序導出為擴展名為awl的文件； （3）如果程序中需要數(shù)據塊，需要將數(shù)據塊導出為txt文件；

43、 5.3程序仿真與調試 采用了S7-200V3.0漢化版仿真軟件進行程序的仿真與調試，主要是為了保證系統(tǒng)的準確性，確保系統(tǒng)能夠正常運行并且達到我們所想達到的目的。仿真與調試可以分為以下幾個步驟； （1）打開S7-200仿真軟件，選擇CPU型號：CPU226，EM235，載入程序： （2）單擊“RUN”鍵，系統(tǒng)開始運行，觀察是否相應的綠燈亮起： （3）模擬仿真結果與控制要求完全一致，程序仿真成功：程序仿真圖如圖5-1和5-2所示。 圖5-1 控制程序仿真圖 圖5-2 控制程序仿真圖 結論 本次完成對溫室大棚控制系統(tǒng)的設計是通過西門

44、子S7-200系列PLC實現(xiàn)的?？刂葡到y(tǒng)分為手動、自動兩種工作模式，正常運行狀態(tài)即為自動模式，當遇到突發(fā)情況時，可以切換手動模式進行操作。在自動工作模式下，PLC運行時，溫室溫度、光照、二氧化碳濃度等環(huán)境因素由傳感器進行檢測，將測量值與溫室控制系統(tǒng)的設定值相比較，如果溫度的測量值高于設定值，冷風機和通風扇均會被開啟隨著PLC發(fā)出的指令；如果測量值低于設定值，則加熱器和熱風機均會被開啟，對溫室進行升溫，并使通風扇反轉。當溫室的光照低于設定值，遮陽簾和補光燈均會被打開；當溫室的光照高于設定值時，遮陽簾則會被關閉。當溫室的二氧化碳濃度低于設定值，二氧化碳調節(jié)閥將被開啟。如果溫室中的測量值與設定值相等

45、，則關閉相應設備，保持溫室中的環(huán)境參數(shù)。 此外，本溫度監(jiān)控系統(tǒng)仍存在一些不足： （1）輸出信號微弱是因為傳感器的抗干擾能力比較弱，從而會影響系統(tǒng)的穩(wěn)定性。 （2）在設計過程中，沒有考慮系統(tǒng)散熱的問題，導致系統(tǒng)散熱很緩慢。在不同的室溫下雖然最終都能把溫度控制在規(guī)定的范圍內，但調節(jié)時間會過長，系統(tǒng)的自適應性不夠好。 致 謝 隨著畢業(yè)論文的收尾，這也意味著我在大學的四年學習生活即將結束。在這四年的時間里，我掌握了很好的學習方法，學會了如何提高自己的學習效率。在生活中，學會了和不同的人一起交流。當然這些除了我自己努力外，更與各位老師、同學和朋友的

46、關心、支持和鼓勵是分不開的。 在此要感謝我的指導老師楊棟對我的悉心指導，感謝老師對于我的幫助。從論文的選題、文獻的采集、框架的設計、結構的布局到最終的論文定稿，老師都勤勤懇懇地指導我。在設計過程中，我通過查閱大量相關資料，讓自己學到了很多知識，雖然經歷了不少問題，但是最終都被解決并收獲頗多。在整個設計過程中，大大提高了我的動手能力，使我充分體會到了在探索過程中的艱難和成功時的喜悅。整篇論文肯定存在尚未發(fā)現(xiàn)的缺點和錯誤，懇請閱讀此篇論文的老師、同學，多予指正，不勝感激！ 參考文獻 [1]鐘鈴.PLC在昆明地區(qū)連棟玻

47、璃溫室溫濕度控制中的應用研究[D]. 昆明理工大學?2010 [2]范薇薇.基于無線傳感器網絡的溫室控制系統(tǒng)研究[D].沈陽工業(yè)大學?2010 [3]宋永飛.基于PLC和組態(tài)思想的智能溫室控制系統(tǒng)[J]. ??工業(yè)控制計算機.?2009(01) [4]荊珂,張孟杰,李芳,紀建偉.?溫室控制系統(tǒng)的現(xiàn)狀及其發(fā)展[J]. ?農機化研究.?2008(05) [5]李善軍,張衍林,艾平,翟紅.溫室環(huán)境自動控制技術研究應用現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢[J].?農業(yè)工程技術(溫室園藝).?2008(02) [6]寧翠珍.自動控制技術與設施農業(yè)[J]. ??山西農業(yè)(致富科技).?2007(05) [7]陳利軍

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