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1、基于PLC的温室控制系统的设计摘 要随着人们生活水平的提高，由温室大棚种植的反季节蔬菜成为人们越来越离不开的食物，所以温室大棚技术越来越重要，而温度控制是最为重要的一环。考虑到PLC具有灵活性、操作简单等优点，所以设计出了基于PLC的温度控制系统。该论文介绍了温室控制系统的构成，包括信息采集部分、智能控制部分以及最后的执行部分。由于温度的变化因素很多，包括光照、湿度、通风等因素，所以本次设计的系统中包括了升降温系统、补光系统、遮阳系统、加湿系统、CO2系统、通风系统，来综合调整温度的变化保证温度的准确度。根据设计需要和经济综合因素的考虑选用了西门子S7-200型PLC的控制，这样既能够满足输入
2、与输出控制，又有比较高的性价比。在设计中给出了控制系统的软硬件设计，并用STEP7软件进行对梯形图的输入、调试与仿真，能够完全符合设计需求。 关键词 传感器 PLC 模糊控制器 MCGS组态软件 电机Greenhouse Control System Based on PLCABSTRACTWith the improvement of peoples living standard anti season vegetables become people are increasingly inseparable from the food, so the greenhouse technol
3、ogy is more and more important, and the temperature control has become the most important part, so the PLC control system of greenhouse based on. Temperature sensor and PLC are the core of the greenhouse control system, they have a direct impact on the working status of the system. Its working proce
4、ss is the when the temperature sensor to collect the signal is transmitted to the fuzzy controller, the fuzzy controller by the signal conversion and comparative analysis, then the signal transformation output signal to the MCGS configuration software is used to judge the and the signal is transmitt
5、ed to the PLC, PLC receives the signal and control motor working temperature control. MCGS configuration software where the computer is also a platform for human-computer interaction.Key words Temperature Sensor PLC Fuzzy Controller MCGS Configuration Software Electric Machinery目录第1章 绪论1 1.1 课题背景1 1
6、.2 国内外研究现状1 1.3 内容安排2第2章 系统总设计方案4 2.1 系统总体设计思路4 2.2 设计概要图4第3章 系统硬件方案设计6 3.1 信息采集电路的设计6 3.1.1 温/湿度传感器的选择6 3.1.2 光照传感器的选择7 3.1.3 CO2传感器的选择8 3.2 主控制电路设计9 3.2.1 PLC的选择9 3.2.2 PLC内部接线图10 3.2.3 模糊控制器设计原理11 3.3 系统执行部分设计12 3.3.1 正反转部分设计12 3.3.2 开关类设计13 3.4 系统主电路图14第4章 系统软件方案设计16 4.1 STEP7 Micro/Win软件简介16 4.
7、2 STEP7-Micro/WIN编程软件主要功能16 4.3 STEP7-Micro/WIN编程方法17 4.4 PLC系统软件介绍18第5章 系统调试24 5.1 仿真软件简介24 5.2 控制程序的仿真与调试24 5.2.1 仿真与调试准备工作24 5.2.2 程序仿真与调试24结论26致谢27参考文献28第1章 绪论1.1 课题背景时代在进步社会在发展人民的生活水平也在不断地提高，而反季节蔬菜已经成为人们餐桌上必不可少的食物，所以以大棚温室为主的农业种植面积不断增大，温室大棚主要就是为植物的生长创造合适的温度环境，但是如何创造合适的温度环境成为摆在人们面前一大难题。而现在最普遍控温方式
8、是人们根据室内温度进行操作，例如用竹杆挑拨塑料膜来控制风口大小以及用滑轮绳索拉动塑料膜来控制风口大小。这种人工操作方式存在四个无法克服的难题；（1）温度利用率比较低，在天气较好时为防止高温对植物生长的影响，所以风口要相对放大点，这样就造成室内低温段跟高温段温差较大，这就会使温度流失，植物的生长缓慢；（2）当遇到雨雪大风天气，温室内的温度不能保证恒定不变，植被不能再适宜的温度下生长，就会容易发生病虫害，造成经济损失；（3）一次性的温度失控往往会有无法逆转的损失；例如在树花期出现一两次的高温情况，就会使的全年绝产；（4）劳动强度很大，时间上也很难快速调整温度。蔬菜看管温度的用时约占总时的50%，水
9、果看管温度用时约占总时的85%。最近几年虽有用单机械收放风口的技术出现，但由于都解决不了实际得问题，得不到广泛应用。 本文设计智能温控系统的目的在于针对现有技术的不足，提供一种是替代人工控制温度操作，适用广范，结构简单，操作方便，温度资源利用率高，生产成本低，产品品质优良的温室大棚智能控温技术。温室环境控制需要调控很多的环境因素，以达到调节成熟周期，加快生长发育的目的，温室环境控制为农业的高产稳产提供了保障，可以一定程度上替代人工，减少生产的成本，同时还具有结构简单，操作方便等优点。1.2 国内外研究现状20世纪70年代国外就开始对温室温度控制技术进行研究，当时采用模拟仪表进行组合，现场采集信
10、息并且进行记录、指示以及控制。20世纪80年代末期出现了分布式的控制系统。科技的发展带来的是生产力的解放，计算机技术的应用使温室控制更为精确，并且逐渐朝着无人化、智能化的方向发展。我国对于温室控制技术的研究始于20世纪80年代。我国工程技术人员大量吸取国外经验基础上，开始掌握了室内微机控制技术，但是这项技术仅仅只能控制温度、湿度和CO2浓度等单环境因子，从此之后我国的温室控制技术得到了飞跃式的发展。到90年代中后期，在学习国外建造经验的基础上，我国开始尝试自主研发环境控制系统。1995年，北京农业大学研制成功了“WJG-1型实验温室环境监控计算机管理系统”，这个系统是以小型分布式数据采集来控制
11、的系统。1996年江苏理工大学研制成功了用工控机进行管理的植物工厂系统。该系统能对较多的环境因素进行综合的控制，是国产化温室控制技术比较典型的成果。90年代末期，河北职业技术学院研制了蔬菜大棚，能够对温度和湿度进行实时测量及控制。当时我国农业现代化水平较低，农业劳动力过多，温室的建造投资太大，对工作人员的要求较高等成为了限制温室控制技术发展的主要因素。本文目的在于探寻温室环境自动控制在实践中的应用，并且推动温室控制系统的发展进程。1.3 内容安排温室的建造采用了先进的科学技术可以有效的提高农作物的产量和经济效益。本文在充分了解影响温室温度控制因素的基础上做出智能温室温度控制系统的总体设计方案。
12、系统由PLC作为设备核心构建而成，可以实现我们预期达到的要求。 本文对温室温度控制算法进行研究。温室环境是个复杂的系统，根据这种情况，本文采用模糊算法进行数据的前期处理。之后使用PLC网络组态方法，这样就解决了过程控制层和监控层之间通讯等问题，并且利用编程软件根据环境系统对温度控制的要求编写了监控程序，这样就能够实现远程监控、用户管理、报警记录、曲线显示等多项监控功能。本文设计的系统大大提高了设备的利用率，降低耗能，而强大的扩展功能使其可以很容易的选用外围设备， 这样就能提高系统的容错率大大降低了系统建造的难度。第2章 系统总设计方案2.1 系统总体设计思路环境因素是影响植物生长的重要因素，而
13、温室的建造使得环境这个重要因素得以改变，可以创造出更加好的环境让植物生长。温室的主要作用就是来改变植物生长，它能避免恶劣天气对植物的影响达到促进植物更好的生长。但是环境的更改我们需要考虑的很多，我们要主要分析哪些因素会对植物的生长起到作用。经过我们不断的咨询和调查我们得出作物的生长环境主要是由温度、湿度、CO2浓度、光照等因素构成，我们只是单独控制一种因素来控制温度是无法达到我们所想要的目的的，所以我们要考虑多种因素的综合控制。2.2 设计概要图温室是具有鲜明使用功能的农业型建筑，其构建涉及工程问题必须符合国家规定建造。温室的主要作用是承载负荷、保温、防雨雪等作用。传感器监测到温室中环境因素的
14、变化时，会把监测到的环境信号传递给模糊控制器，模糊控制器对信号进行处理然后传递给MCGS组态进行数据的人机互动显示，最后传递给PLC，PLC对信号进行处理控制内部设备运作不断地改变温室的环境，使温度保持在一定的范围内。本文设计的系统是以PLC为控制核心总体分为以下三个部分；（1）信息采集系统，它包括温/湿度传感器、光照传感器和CO2传感器主要是进行实时监测温室内的环境和执行设备工作时的反馈工作。它是影响系统精确度的主要因素。（2）智能控制部分，它主要包括了模糊控制器、MCGS组态（也是人机交互界面）还要系统最核心部分PLC。信息采集系统把信号出输给模糊控制器，模糊控制器进行信号的处理（对PLC
15、做出判断做出先前分析），模糊控制信号处理完毕然后传送给MCGS组态，MCGS组态做出趋势曲线、动画演示等进行人机信息交互，最后把信号传给PLC，PLC把信号与我们设定的值进行对比做出相应的判断，控制下一部分工作。（3）系统执行部分，它包括最后的设备含有正反转设备和开关类设备，根据PLC给出的信号做出相应的反应控制温度等达到我们预想的目的。最终信息采集部分在进行信息采集进行反馈然后重复上述步骤，进而达到智能控温的效果。我们也可以进行手动或自动切换更加确保温度的准确性。系统三个部分各有各的功能，它们的完美组合使得系统才能到达到我们所需要的目的，但是系统的运行过程中肯定会有误差存在。信息采集系统是系统开始的第一步它们元件的质量是保证系统准确性的第一步，所以我们在选择信息采集系统的器件时我们第一位的应该是确保器件的质量在考虑器件的价格，信息采集系统直接影响了整个系统的准确性。智能控制部分作为系统的第二部分起到了整个系统最核心的作用，它对系统准确性的影响（在我们先前校准完毕的情况下）不是特别大。最
