【基于PLC的智能温室控制系统设计与实现7800字（论文）】

.控制系统硬件设计硬件设计和软件设计组成了PLC控制系统。本设计的控制系统的硬件设计，从主电路、电气控制、电路、传感器类型的选择、PLC类型的选择、PLC外部接线和EM235模拟量模块的设计。4.1电气控制系统主电路设计通风设备类似于主电路的屏蔽。一切都取决于发动机的停堆，而反向转弯和起动完成基本工作，不同的通风装置和阳极屏电机的功率不同，发动机挡板有轨道开关、荧光设备开关、二氧化碳发生器、冷热风扇、加热器，所以他们的工作原理是一样的。控制系统的基本示意图如图4-1所示。图4-1控制系统的主电路图从图4-1可以看出，热继电器在系统中达到过载保护目的。保险丝在系统中达到短路保护和过载保护目的。电动机状态受主触点KM1-KM9控制。4.2控制系统各个部分控制电路的设计全部设备完成温室控制系统的执行目的。包括加热器等设备；1.热风机为例介绍:（1）热风机的主电路保险丝和热继电器在热风机的工作中起安全作用。下图4-2是热风机的主电路图：图4-2热风机的主电路图图4-3热风机控制电路图2.正反转设备在执行器中，节气门和风扇、节气门等装置都不关闭，即直接-反向装置。因为他们的控制电路原理是相似的。以遮阳帘为例来分析.（1）遮阳帘主电路图4-4是遮阳帘的主电路图。从图3-4中可以看出，电机的正反转受KM3和KM4控制。FU2保险丝起安全作用。热继电器FR2起防止电机过载作用。图4-4遮阳帘主电路图（2）遮阳帘的控制电路遮阳帘的控制电路如下图所示。按总开关，常开触点闭合，形成自动闭合；如果在手动模式下，手动变速开关和SB4注射器打开，则窗帘锁开关处于换档模式；如果SB4键打开窗帘，KM10处于打开状态，触点已正常打开和关闭，电机工作；在SQ1最大日照时，断开触点，KM3断开；当SB4电源开关接通时，KM4接触器被激活，通常关闭接触器，电机工作方向相反。当最后一个值达到最大值时，SQ2闭合触点通常处于断开位置，KM4处于电机断开和短路位置。SB3关闭开关。启动SB3时，KM10熄火，点火熄火，发动机停车.在自动模式下，当SB1返回自动位置时，阴影由PLC控制.当KM3被激活时，其常开点火开关关闭，发动机向前行驶且雨伞打开。当KM4处于当前状态时，其常开触点闭合，电机反向转动，遮阳帘处于闭合状态。图4-5遮阳帘控制电路图4.3硬件选择4.3.1PLC的型号选择（1）控制系统所需要的I/O点数依据控制要求，首先确定所有输入和输出，确定PLC的I/O点。（2）选择PLC的型号西门子PLC包括S7-200系列、S7-1200系列等。与S7-200配套使用的硬件有:编程器、操作面板、兼容PC等，CPU板、I/O板和电源组成了S7-200硬件结构。此外，还有系统软件和接口。这个控制系统需要14个输入和10个输出.考虑到PLC的硬件需求，25%的备用点必须预留用于系统升级。虽然CPU-224的I/O点数也是14个输入和10个输出，但未能保留I/O点数，使得后续的升级工作更加困难。因此，选择CPU226，它有24输入点、16输出，下图为西门子S7-200外形图。图4-6西门子S7-200的外形4.3.2PLC的I/O地址分配表依据温室控制系统的要求，I/O地址分配表如表4-1所示表4-1I/O地址分配表输入信号输出信号序号名称地址符号序号名称地址符号1自动/手动转换I0.0SB11通风电机正转Q0.0KM12总启动I0.1SB22通风电机反转Q0.1KM23总停止I0.2SB33遮阳帘打开QO.2KM34窗帘开度I0.3SQ14遮阳帘关闭QO.3KM45窗帘关度I0.4SQ25热风机QO.4KM56遮阳帘打开I0.5SB46冷风机QO.5KM67遮阳帘关闭I0.6SB47加热器QO.6KM78通风电机正转I0.7SB58补光灯QO.7KM89通风电机反转I1.0SB59二氧化碳添加器Q1.0KM910热风机开/关I1.1SB610启动指示灯Q1.1KM1011冷风机开/关I1.2SB712加热器开/关I1.3SB813补光灯开/关I1.4SB914二氧化碳添加器开/关I1.5SB1015温度传感器AIW016光照度传感器AIW217二氧化碳传感器AIW44.3.3EM235模拟输入模块设计（1）EM235模拟输入模块简介EM235模拟输入模块通过将传感器信号转换为标准电压,电流信号。本控制系统中计划设置三个模拟输入模块，硬件设备需要模拟输入模块将信号转换成数字信号输向PLC系统处理。本系统没有采用模拟输出，只采用了EM235模拟输入。主电路的交流信号可通过模拟输入模块直接转换成标准信号，按线性比例输出。系统会连续处理信号。模拟输入模块使用的工作电源,24V直流电压，计划由一个模拟输出和四个模拟输入组成，并通过DIP设置输入信号的范围。模拟输入模块如下表所示。表4-2模拟量模块输入范围和开关分辨率单极性满量程输入分辨率SW1SW2SW3SW4SW5SW6ONOFFOFFONOFFON0-50mV12.5微伏OFFONOFFONOFFON0-100mV25微伏ONOFFOFFOFFONON0-500mV125微伏OFFONOFFONONON0-1V250微伏ONOFFOFFOFFOFFON0-5V1.25微伏ONOFFOFFOFFOFFON0-20mV5微安OFFONOFFOFFOFFON0-10V2.5微安通过对上表SW1-SW2的分析，SW6定义了模拟输入的极性.SW6开启时处于模拟输入单极。当SW6关闭时，模拟输入是双极的。该控制系统采用单极性传感器，选用0-20mA和0-5V范围。调整上述步骤，输入0-20mA的模拟信号，数字信号结果为0-32000。4.3.4PLC硬件接线图Plc硬件部分接线图如下图4-7所示图4-7PLC接线图4.4传感器型号选择（1）温度传感器温度是反映环境质量的重要参数。依据控制的需求,温度传感器的选用了基恩士公司的FT-H50系列中低温，超长数字红外传感器。传感器稳定性高，传感器效应小，贴在热柱上确定温度响应，远红外吸收膜非常薄，能有效检测，快速可靠地吸收热量，有效提高热响应，传感器简单调整。外观图如图4-8所示图4-8温度传感器FT-H50该传感器的主要性能指标如下：（2）光照传感器对遮阳帘的开关进行控制，让作物光照程度合理，达到以下目标:防止作物超过光饱和点，增强光合作用；合理控制不同光照水平的作物。光传感器主要适用于光强测量，其工作原理是将光强值转换为标准电压，主要用于农业生产。根据系统控制要求，选用的光传感器为基恩士公司的LR-W500C光传感器。该传感器它体积小，安装方便，传送距离远，抗干扰本领好，可分辨颜色、物体的差异，不易受工件角度、距离的影响。其结构如图4-9所示.图4-9光照传感器LR-W500C结构图（3）二氧化碳浓度传感器CO2控制系统实监测CO2的含量。当若C02含量比给定值小时，CO2储气罐处于被开启状态或通过CO2发生器来施加气肥。选用TGS4160型固态电化学气体传感器作为CO2传感器。体积小巧、寿命长、可靠性性好等优点，其内部结构如图4-10所示:图4-10二氧化碳传感器TGS4160内部结构图5.控制系统软件设计5.1STEP7Micro/Win软件简介STEP7-MICRO/WIN是西门子公司专门为S7-200系列PLC的开发而设计的在Windows操作系统使用的软件操作系统，应用很广泛，操作便利，上手简单。支持中英文界面。它的基本功能是建立和编辑用户的程序，即时修改，实时编译,调试运行监控程序。5.2控制系统程序设计思路系统当处于自动模式的情况下时，PLC处于运行状态，此时系统将设定值与传感器测得的环境因素测量值值进行比较，当信号高于限定值，PLC发出命令，遮阳帘关闭和补光灯打开；当测得的光强低于规定值时，PLC发出相应命令，打开遮阳帘。如果测得的温度高于设定值，PLC应发出启动冷却风扇和风扇正向旋转的命令；如果测量的温度低于设定值，PLC发送命令启动风扇并转动风扇。如果测得的二氧化碳浓度低于目标值，SPS将发出启动二氧化碳发生器以增加浓度的命令。如果测量的环境因素与目标相同，系统将禁用相应的硬件以保持环境稳定性。通过温室气体浓度获得的数据应与控制系统的声明值进行比较。如果测量值超过声明值，相应命令将通过发出SPS控制冷却风扇的开启和通风系统（温室气体）的正向运行；如果测量值低于规定值，则打开加热器和风扇以加热温室，并允许风扇以相反方向运行（将外部空气插入温室）。如果温室的照度小于规定值，系统应打开阳光和光束；如果温室的照明强度超过设定值，系统将遮住阴影。如果温室中的二氧化碳浓度低于设定值，系统将打开二氧化碳控制阀。如果温度范围内的值为给定值，关闭相应设备.温室内不同种类植物对自然环境要求是不一样的。该系统将其领域中的价值作为研究参考。温室的温度为25-30℃，以LX为光照强度单位，因此30000lx为系统的光照强度。5.3控制系统程序流程图图5-1温室控制系统流程图温度控制流程图，如下图5-2所示:图5-2温度控制流程图光照控制流程图，如图5-3：图5-3光照控制流程图CO2浓度控制流程图，如图5-4：图5-4CO2浓度控制流程图5.4控制程序设计及分析（1）自动/手动切换图5-5自动/手动切换图温度控制图5-6自动情况下温度控制图图5-7手动情况下温度控制图图5-8通风扇正转图如图5-8所示，在温度控制过程中，控制系统自动运行。开关启动,“通风扇正向运转”，中间继电器通电，通风扇处于正转状态。图5-9通风扇反转图如图5-9所示，如果温度传感器在手动模式下的温度低于限定温度，继电器打开，风机旋转，空气引入温室；在手动模式下，SPDT开关设置为“风扇向后旋转”，继电器充电，风扇反转。图5-10热风机启动图如图5-10所示，继电器M0，如果温度小于手动模式限定的数值，继电器打开，热风机启动。图5-11冷风机启动图如图5-11所示，中间继电器M0，如果温度大于手动模式设定数值，则继电器打开，冷风机启动。图5-12加热器启动图4.二氧化碳浓度控制图5-13二氧化碳浓度自动控制测量的CO2浓度信号与设定值“1000ppm”比较。如果AIW4小于1000，则中间继电器打开电源，在温室里加入二氧化碳.图5-14二氧化碳浓度手动控制如图5-14所示，当中间继电器m0.1接通时，系统处于手动模式。通过控制二氧化碳控制阀I1.5，可以手动控制温室内的二氧化碳浓度。如图5-15所示，以温度任务处理程序为例。此控制系统中使用的传感器是单极性的，因此使用0-20mA和0-5V范围。首先将SPS与给定的默认值进行比较。如果温度不在规定的标准值范围内，系统将发出警报，PLC将发送适当的指令以实时设置温度。图5-15温度模拟量处理程序5.5控制系统的触摸屏设计温室控制系统接管西门子TP177B触摸屏。对于环境参数，在触摸屏界面上设置上下限值和实时值。系统控制区域也使用手动/自动转换开关，以方便用户切换。同时，屏幕上使用停止、报警和启动开关。在设计触摸屏时，可以通过仿真软件对其进行仿真。系统的触摸屏设计如图5-16所示。图5-16触摸屏设计6.结论本文分析了我国智能农业的发展现状，并以建立智能温室监测系统为前提。与SPS技术一起，开发、测试和实施了许多智能温室监测系统，以收集从温室环境到自动远程的信号。本智能温室设计以S7-200SPS系列为核心。控制模式有手动和自动两种。设定目标是能在自动模式下运转。在紧急情况下，由人主动切换到手动模式。当控制系统自动运行时，传感器检测环境数据发送信号，如温度、光强和二氧化碳浓度，并将测量值与控制系统的规定值进行比较。如果观察到的温度和其他数据值超过规定值，SPS应提供适当的说明，以打开冷却风扇和鼓风机。如果设定值低于规定值，加热器和热风风扇开始加热温室，风扇朝相反方向转动。如果荧光灯的强度小于规定值，则打开屏幕并将灯充满。如果温室内的光线超过一定值，请关闭屏幕。如果温室内的二氧化碳浓度低于一定值，打开二氧化碳控制阀添加二氧化碳。如果温室内的测量值等于规定值，设备将停止工作并保持该值。此外，温度监测系统还有一些局限性：（1）由于传感器抗干扰能力弱，输出信号电导率弱，影响系统稳定运行。（2）实际设计过程中没有考虑系统的散热，这影响了系统的合理高效运行。虽然可以把温度控制在规定的范围内，但调节时间略长，系统的适应性不够强。本论文主要介绍了基于PLC控制的温室系统设计方案，本研究中计划采用温度传感器、CO2浓度传感器、光照传感器，将测量值转为电信号传输