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1、中北大学2015届毕业设计说明书毕业设计说明书蔬菜大棚温湿度实时测控系统设计学生姓名： 苏庆庆 学号： 1102034221学 院： 机械与动力工程学院 专 业： 过程装备与控制工程 指导教师： 崔宝珍 2015年6月蔬菜大棚温湿度实时测控系统的设计摘要 温室大棚在现代农业得到了广泛应用。如何利用自动检测与自动控制系统有效的控制好温室大棚内的各种环境因子，以提高温室大棚环境的控制精度和效果，对我国温室业的发展有着不可估量的重要意义。本设计采用西门子S7-300系列可编程控制器来实现自动化控制的温室大棚。首先分析温湿度的控制要求，当温湿度超出设定值时，然后采取措施调控，从而确定控制方案。随后进行
2、了硬件选型，确定I/O地址的分配，最后用梯形图编写环境温湿度控制的程序，并着重对梯形图进行仿真调试，由PLC将其与设定值进行比较，再发出相应的指令驱动电机卷帘等设备运行或停止来调节室内的温度、湿度，从而达到智能化，自动化控制的目的。关键词：蔬菜大棚，PLC，温湿度控制，梯形图Design of real time measurement and controlling system for greenhouse temperature and humidity AbstractGreenhouse in modern agriculture has been widely used. How
3、to use automatic detection and automatic control system of effective control of greenhouse trellis inside, in order to improve the environmental factor trellis environment control precision of the greenhouse effect and has become the greenhouse industry research in China at present. This design USES
4、 the Siemens s7-300 PLC to realize the automation control greenhouse trellis. Temperature, humidity environment factors in the process of plants plays an important role in detecting the environmental factor, when considering the accuracy, the reaction speed, convenient device connected by such issue
5、s, will the temperature sensor,humidity sensors detect the indicators of environment, the sensor will test results by PLC sent PLC compare it with setting, then sends out the corresponding order-driven heating element, the fan, ventilation window, filling light equipment, sunshade shade equipment op
6、eration or stop to adjust indoor temperature, light, humidity, so as to achieve the purpose of intelligent, automation control.Keywords: Vegetables greenhouse，PLC system，Temperature and humidity control，Ladder目 录1 绪 论11.1 课题背景及研究意义11.2 国内外温室控制技术发展概况21.3 选题的目的和意义32 温湿度控制系统的整体设计方案42.1 系统的设计任务42.2 PLC控
7、制系统设计的基本原则和步骤42.3 控制系统核心部件的选择52.3.1 传感技术52.3.2 PLC52.3.3 上位机62.4 控制方案62.5 温湿度控制系统工作原理62.6 小结83 温湿度控制系统的硬件选型与设计93.1 PLC的选型93.1.1 I/O地址分配103.1.2 接线图113.2 传感器的选型133.2.1温度传感器134 软件系统的的研究及控制程序的仿真调试184.1 STEP7软件编程简介184.1.1 软件简介194.1.2软件运行214.1.3 主要功能块简介214.2 程序的仿真调试225 结论28参考文献29致 谢30附录：程序梯形图311 绪 论如今塑料大棚
8、、蔬菜大棚逐渐成为我国设施结构的主要结构类型。其能够充分利用阳光、减轻环境污染等特点。1997年我国的日光温室面积快速增加至16.7万公顷。农业联合部推广的新一代节能型的日光温室，可以节约大量的煤资源，每年没亩能节约燃煤约20吨1 。越来越先进的现代化温室大棚采用的覆盖材料也越来越先进，大棚技术越来越普及，随之，对大棚蔬菜的温湿度控制技术要求也越来越严格。1.1 课题背景及研究意义中国农业的发展必须走现代化农业这条道路，随着国民经济的迅速增长，农业的研究和应用技术越来越受到重视，特别是温室大棚已经成为高效农业的一个重要组成部分。现代化农业生产中的重要一环就是对农业生产环境的一些重要参数进行检测
9、和控制。例如：空气的温度、湿度、二氧化碳含量、土壤的含水量等。在农业种植问题中，温室环境与生物的生长、发育、能量交换密切相关，进行环境测控是实现温室生产管理自动化、科学化的基本保证，通过对监测数据的分析，结合作物生长发育规律，控制环境条件，使作物达到优质、高产、高效的栽培目的。以蔬菜大棚为代表的现代农业设施在现代化农业生产中发挥着巨大的作用。大棚内的温度、湿度与二氧化碳含量等参数，直接关系到蔬菜和水果的生长。国外的温室设施己经发展到比较完备的程度，并形成了一定的标准，但是价格非常昂贵，缺乏与我国气候特点相适应的测控软件。而当今大多数对大棚温度、湿度、二氧化碳含量的检测与控制都采用人工管理，这样
10、不可避免的有测控精度低、劳动强度大及由于测控不及时等弊端，容易造成不可弥补的损失，结果不但大大增加了成本，浪费了人力资源，而且很难达到预期的效果。因此，为了实现高效农业生产的科学化并提高农业研究的准确性，推动我国农业的发展，必须大力发展农业设施与相应的农业工程，科学合理地调节大棚内温度、湿度以及二氧化碳的含量，使大棚内形成有利于蔬菜、水果生长的环境，是大棚蔬菜和水果早熟、优质、高效益的重要环节。目前，随着蔬菜大棚的迅速增多，人们对其性能要求也越来越高，特别是为了提高生产效率，对大棚的自动化程度要求也越来越高。由于单片机及各种电子器件性价比的迅速提高，使得这种要求变为可能。1.2 国内外温室控制
11、技术发展概况温室是一种可以改变植物生长环境、为植物生长创造有利条件、避免外界四季变化和恶劣气候对其影响的场所。它以采光覆盖材料作为全部或部分结构材料，可在冬季或其他不适宜露地植物生长的季节栽培植物。越来越先进的现代化温室大棚采用的覆盖材料也越来越先进。一些发达国家也发现了现代化温室大棚土地利用率高、便于机械化操作等优点也大力发展面积也不断增加。世界发达国家如荷兰、美国以色列等大力发展集约化的温室大棚产业，温室内温度、光照、水、气、肥实现了计算机调控，从品种选择、栽培管理到采收包装形成了一整套完整的规范化技术体系。此外，国外温室业正致力于向高科技方向发展。遥测技术、网络技术、控制局域网已逐渐应用
12、于温室的管理与控制中。控制要求能在远离温室的计算机控制室能完成，即远程控制。另外该网络还连接有几个通讯平台，用户可以在遥远的地方通过形象直观的图形化界面与这种分布式的控制系统对话，就像在现场操作一样，给人以身临其境之感。设施农业的发展为大棚实现大型现代化、温室的发展进程提供很好的机会，使其能够快速发展。但是到目前为止，有相当一部分的大棚、温室还要靠种植者的经验来完成，缺乏根本的科学性。这种管理方式缺乏量化的指标，精确度很差，仅仅能够被动的调节温度等，而不能主动的是大棚内的环境因子自动的改变，这就不能发挥大棚的高产特性。由此可知，大棚温度的自动控制对设施农业甚至我国农业现代化的进程都有很大的影响
13、。从国内外温室控制技术的发展状况来看，温室环境控制技术大致经历三个发展阶段：（1）手动控制：这是在温室大棚技术发展初期最早所采取的控制手段，其时并没有真正上控制系统及执行机构。生产现场的种植者既不仅是温室环境的传感器，还是对温室作物进行管理的执行机构，他们是该系统的控制技术的核心。通过对大棚温室内外的气候状况和对蔬菜生长情况的检测，并且凭借长年积累的经验和直觉推测及判断，手动调节温室大棚的环境。种植者采用手动控制方式，对于作物生长状况的反应是最直接有效、最迅速的，这符合传统农业的生产规律。但这种控制方式的劳动生产率不高，不适合农业现代化的要求，而且对种植者的各方面要求较高。（2） 自动控制：这
14、是大棚控制技术发展的另一阶段，这种控制系统需要种植者根据棚内作物生长所需环境的目标参数，计算机根据传感器的实际测输出值与事先设定的目标参数进行比较，以决定温室环境因子的控制过程，进一步完成各种加热、降温等，控制相应机构进行加热、降温和通风等动作。该温室控制技术实现了生产自动化，利于规模化生产，劳动生产率得到大大的提高。通过改变温室环境设定的初始值，可以自动地进行大棚温室内环境气候调节，但是这种控制方式对作物生长状况的改变难以及时做出及时反应，难以介入植物生长的内在规律。但是目前我国有相当一部分的自主开发的现代化温室以及引进的国外设备都运用该控制。（3）智能化控制：这是大棚控制发展到目前为止为最
15、高阶段，该技术建立在自动控制和生产实践的基础上，是总结和运用各种农业领域知识、技术和实验数据建成的专家系统，通过建立最适宜作物生长的数学模型，开发出一种适合个各种作物生长的专家控制技术。该技术是在手动、自动、自动化控制发展之后发展起来的，也会越来越先进，越来越完备。从1995年开始我国大型温室大棚面积迅速增加，截至目前已有约200公顷，截至到目前，我国对于该系统的研究技术还是比较落后，以基本的PID控制为主。它仅仅能够满足常见的温度系统，在一些复杂、时变情况下难以使用，基本都由有经验的工人现场来调试。目前，我国的设施农业土地利用率低、盲目引进温室、管理技术水平低、劳动生产率低、能源浪费严重3 。但是随着科技发展和社会的全面进步，这些问题也会被逐渐解决，逐步向专业化发展，朝着自动化农业型发展，从而为社会大众提供更加丰富可口、安全、优质的绿色健康食品。1.3 选题的目的和意义大棚是蔬菜栽培生产中必不可少的设施之一，不同种类作物对温度及湿度等生长所
