基于PLC的溫室大棚控制

1、2014屆屆 分 類 號: TP 單位代碼:10452 畢業(yè)論文（設(shè)計） 基于基于 PLC 的溫室大棚控制的溫室大棚控制 姓 名 陳良奎陳良奎 學(xué) 號201009140304201009140304 年 級 20102010 專 業(yè) 電氣工程及其自動化電氣工程及其自動化 系（院） 汽車學(xué)院汽車學(xué)院 指導(dǎo)教師 劉建華劉建華 2014 年 04 月 09 日 臨沂大學(xué) 2014 屆本科畢業(yè)論文（設(shè)計） 摘 要 溫室已成為當(dāng)今時代反季節(jié)作物培育的主要場所，隨著科技的發(fā)展，溫室技術(shù)已 日臻成熟。同時，溫室技術(shù)合理利用農(nóng)業(yè)資源、保護生態(tài)環(huán)境、提高農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)量及在 國際市場競爭力的這一特性，深受廣大反季節(jié)作

2、物培育者的喜愛。如何能使溫室實現(xiàn) 全自動化控制，減少人力的參與，已成為溫室技術(shù)的重要研究課題之一。隨著過程控 制技術(shù)、自動檢測技術(shù)、通信技術(shù)的發(fā)展，將工業(yè)上較為成熟的、先進的控制方法和 管理手段引入到農(nóng)業(yè)的生產(chǎn)設(shè)施中，實施有效的溫室環(huán)境控制，已成為現(xiàn)階段溫室技 術(shù)的主要研究方向。 本文介紹了溫室工作環(huán)境的控制原理，討論了在溫室控制中引入 PLC 技術(shù)構(gòu)成分 布式控制系統(tǒng)的方法,詳細介紹了系統(tǒng)的特點、組成、硬件設(shè)計、實時動態(tài)監(jiān)控系統(tǒng) 及通信問題。分布式的控制結(jié)構(gòu),使各子系統(tǒng)相對獨立,管理與控制功能分開,易于實 現(xiàn)群控化管理,提高了系統(tǒng)的可靠性,且易于擴展。 關(guān)鍵詞: : 溫室大棚;PLC;集散控

3、制；智能控制 臨沂大學(xué) 2014 屆本科畢業(yè)論文（設(shè)計） ABSTRACT Greenhouse has become the main place in todays era anti-season crop cultivation. With the development of science and technology, the greenhouse becomes more and more mature. At the same time, greenhouse utilizing agricultural resources, protecting the environmen

4、t, improving agricultural production and the characteristics of the competitiveness in the international market, was deeply loved by the majority of anti-season crop breeders. How to make the greenhouse fully automated control and reduce human involvement, has become an important research topic in g

5、reenhouse technology. With the development of the process control technology, automatic detection technology and the communication technology, advanced control methods and management tools introduced in the industry to agriculture production facilities, the implementation of effective control of the

6、 greenhouse environment, greenhouse technology has become a main research direction of present greenhouse technology. This paper introduces the control principle of greenhouse environment, discusses the introduction of PLC technology in the greenhouse control system of distributed control system, de

7、tailed introduces the system composition, characteristics, hardware design, real- time dynamic monitoring system and communication problems. Distributed control structure, make each subsystem are relatively independent and separate management and control function, easy to implement management, the g

8、roup control, improve the reliability of the system, and easy to extend. Key words: Greenhouse; PLC; distributed control; intelligent control 臨沂大學(xué) 2014 屆本科畢業(yè)論文（設(shè)計） 目 錄 1 1 緒論緒論.1 1 1.1 研究背景.1 1.2 研究目的及意義.1 1.3 課題研究的主要內(nèi)容.2 1.4 控制系統(tǒng)設(shè)計的初步方案.2 1.5 系統(tǒng)設(shè)計的總體方案.3 2 2 控制系統(tǒng)的硬件設(shè)施控制系統(tǒng)的硬件設(shè)施.4 4 2.1 傳感器系統(tǒng)設(shè)計.4 2.2

9、 電氣控制系統(tǒng)的設(shè)計.6 2.3 系統(tǒng)主電路設(shè)計.7 2.4 系統(tǒng)控制電路設(shè)計.9 3PLC3PLC 控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計.1010 3.1 控制系統(tǒng)的程序設(shè)計.10 3.2PLC I/O 地址設(shè)置 .12 3.3 控制程序設(shè)計及分析.13 3.4 編程軟件實現(xiàn).18 4 4 模糊控制算法在溫室控制系統(tǒng)中的應(yīng)用模糊控制算法在溫室控制系統(tǒng)中的應(yīng)用.1919 4.1 引言.19 4.2 模糊控制系統(tǒng)概述.19 4.3 多變量模糊控制器的設(shè)計.20 4.4 輸入量采樣及模糊量化算法程序設(shè)計.21 5 5 總結(jié)與展望總結(jié)與展望.2323 5.1 總結(jié).23 5.2 進一步研究方向.23

10、 參參 考考 文文 獻獻 .2424 致致 謝謝 .2525 臨沂大學(xué) 2014 屆本科畢業(yè)論文（設(shè)計） 1 1 緒論 1.1研究背景 隨著科技水平的迅速發(fā)展，農(nóng)業(yè)的研究和應(yīng)用技術(shù)越來越受到重視，特別是溫室 大棚已經(jīng)成為高效農(nóng)業(yè)的一個重要組成部分。在實際的農(nóng)業(yè)種植中，溫室環(huán)境與生物 的生長、發(fā)育、能量交換等有著密切的關(guān)系?，F(xiàn)代化農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的重要一環(huán)就是對農(nóng) 業(yè)生產(chǎn)環(huán)境的一些重要參數(shù)進行檢測和控制。作為實現(xiàn)溫室生產(chǎn)管理自動化、科學(xué)化 的基本保證，環(huán)境測控可通過對監(jiān)測數(shù)據(jù)的分析，并結(jié)合作物生長發(fā)育規(guī)律，從而控 制環(huán)境條件，使作物達到優(yōu)質(zhì)、高產(chǎn)、高效的栽培目的。在實際上生產(chǎn)生活中，溫室 大棚在現(xiàn)代化

11、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中發(fā)揮著巨大的作用。我國現(xiàn)代溫室技術(shù)起步較晚。目前的栽 培設(shè)施中，有國家標(biāo)準(zhǔn)的裝配式溫室大棚僅占設(shè)施栽培面積的少部分，大多數(shù)的農(nóng)村 仍采用自行建造的大小棚，只能起到一定的保溫作用，根本談不上對溫光水氣養(yǎng)分等 環(huán)境條件的調(diào)控，抗自然環(huán)境的能力極差。即使那些數(shù)量不多的裝配式溫室大棚也缺 乏配套的調(diào)控設(shè)備和儀器，僅僅依靠經(jīng)驗和單因子定性調(diào)控，所以，我國設(shè)施栽培的 智能化程度非常低。西方發(fā)達國家在現(xiàn)代溫室測控技術(shù)上起步比較早。80年代，隨著 微型計算機日新月異的進步和價格大幅度下降，以及對溫室控制要求的提高，以微機 為核心的溫室綜合環(huán)境控制系統(tǒng)，在歐美得到了長足的發(fā)展，并邁入了網(wǎng)絡(luò)化、智能 化

12、階段。目前，國外現(xiàn)代化溫室的內(nèi)部設(shè)施己經(jīng)發(fā)展到比較完備的程度，并形成了一 定的標(biāo)準(zhǔn)。 1.2研究目的及意義 改革開放以來，我國的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)取得了可喜的成績，但同時，我國農(nóng)業(yè)發(fā)展中存 在的問題也越來越凸現(xiàn)出來，如果這些問題得不到解決，將成為嚴(yán)重制約我國農(nóng)業(yè)可 持續(xù)發(fā)展的瓶頸。首先是我國人口眾多。其次是資源短缺。第三是我國農(nóng)產(chǎn)品成本高， 科技含量低，無法形成產(chǎn)業(yè)規(guī)模。要解決這些問題，根本在于實現(xiàn)我國農(nóng)業(yè)從傳統(tǒng)農(nóng) 業(yè)向以優(yōu)質(zhì)、高效、高產(chǎn)為目的的現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)轉(zhuǎn)化。農(nóng)業(yè)環(huán)境綜合控制作為農(nóng)作物優(yōu) 質(zhì)、高效、高產(chǎn)的手段，是農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化的重要標(biāo)志，隨著社會經(jīng)濟的發(fā)展，以溫室為 代表的設(shè)施農(nóng)業(yè)將成為現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的發(fā)展主要

13、方向之一，成為21世紀(jì)最有活力的農(nóng)業(yè)新 產(chǎn)業(yè)。 日光溫室發(fā)展到今天，已由生產(chǎn)各種反季節(jié)蔬菜的生產(chǎn)設(shè)施，發(fā)展為日光溫室 園藝設(shè)施，進而發(fā)展為設(shè)施農(nóng)業(yè)，已成為種植業(yè)、養(yǎng)殖業(yè)和水產(chǎn)業(yè)全面發(fā)展的新興產(chǎn) 業(yè)。據(jù)統(tǒng)計，全國節(jié)能日光溫室面積到2002年底已到達760萬畝。隨著我國現(xiàn)代溫室 產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展，在溫室產(chǎn)業(yè)的運營中暴露出了一些問題:1）現(xiàn)代溫室管理和種植的 人才缺乏，溫室種植技術(shù)落后，造成了現(xiàn)代溫室的功能和優(yōu)勢不能充分發(fā)揮。2）能 源消耗大，以現(xiàn)代溫室為代表的設(shè)施農(nóng)業(yè)生產(chǎn)企業(yè)效益低下，導(dǎo)致溫室產(chǎn)業(yè)出現(xiàn)了滑 臨沂大學(xué) 2014 屆本科畢業(yè)論文（設(shè)計） 2 坡的現(xiàn)象。3）不同地域的氣候環(huán)境制約了進口大型

14、溫室適用性，溫室不能周年運行。 4）計算機控制水平低。目前國內(nèi)溫室計算機控制系統(tǒng)與國際選進技術(shù)存在很大差距， 商用控制系統(tǒng)不能滿足高效節(jié)能有效控制溫室機構(gòu)運行的要求。 1.3課題研究的主要內(nèi)容 本論文研究的是基于PLC控制技術(shù)和MCGS組態(tài)技術(shù)的溫室大棚設(shè)計，從整體上分 析和研究了控制系統(tǒng)的電路設(shè)計、硬件設(shè)計、軟件設(shè)計，控制對象的模型建立、控制 算法的選擇和參數(shù)的整定，組態(tài)方案的設(shè)計，完成了溫室大棚智能控制系統(tǒng)設(shè)計。 1.4 控制系統(tǒng)設(shè)計的初步方案 1.4.11.4.1 溫度的控制溫度的控制 與其他環(huán)境因子比較，溫度是設(shè)施栽培中相對容易調(diào)節(jié)的環(huán)境因子。室內(nèi)溫度的 調(diào)節(jié)和控制包括保溫、加溫和降溫

15、3種。 （1）保溫 為了提高大棚的保溫能力，常采用各種保溫覆蓋。具體方法就是增加 保溫覆蓋的層數(shù)，采用隔熱性能好的保溫覆蓋材料，以提高設(shè)施的氣密性。 （2）加溫 我國傳統(tǒng)的單屋面溫室，大多采用爐灶煤火加溫，近年來也有采用鍋 爐水暖加溫或地?zé)崴訙氐?。大型連棟溫室和花卉溫室，則多采用集中供暖方式的 水暖加溫，也有部分采用熱水或蒸汽轉(zhuǎn)換成熱風(fēng)的采暖方式。 （3）降溫 保護設(shè)施內(nèi)降溫最簡單的途徑是通風(fēng)，但在溫度過高，依靠自然通風(fēng) 不能滿足作物生育要求時，必須進行人工降溫。降溫包括遮光降溫法、屋面流水降溫 法、蒸發(fā)冷卻法及強制通風(fēng)法。遮光降溫法是一種在室外與溫室屋頂部相距40cm處張 掛遮光幕，對溫

16、室降溫很有效。 1.4.21.4.2 濕度的控制濕度的控制 土壤濕度要與空氣相對濕度協(xié)調(diào)一致才能達到溫室濕度的有效控制，濕度調(diào)控范 圍一般在60%RH-80%RH，精度為士5%。濕度的調(diào)控影響溫度，要求濕度與溫度的調(diào)控 需按按一定的程序進行。常用的濕度調(diào)節(jié)方式是加濕和去濕。 （1）加濕 一般常用的方法是水噴霧法和蒸汽加濕。水噴霧法采用雙位或多位控 制來實現(xiàn)；蒸汽加濕則采用電極加濕器或澆蒸加濕器實現(xiàn)。 （2）去濕 在溫室中去濕常用以下三種方式：加熱控制法、吸附法-化學(xué)除濕器、 排濕換氣。在濕度的調(diào)節(jié)系統(tǒng)中，溫室內(nèi)的加濕和去濕則由溫室內(nèi)的調(diào)節(jié)部件完成， 這些部件有天窗、側(cè)窗、濕簾、風(fēng)機等。 1.4

17、.31.4.3 溫度、濕度之間的耦合溫度、濕度之間的耦合 溫度與濕度之間有一定的耦合關(guān)系，對一個因子的控制常會帶來另一個因子的變 化。在冬季溫室環(huán)境控制中，默認(rèn)為溫度控制優(yōu)先的原則，在溫度條件滿足后，再來 滿足濕度條件。如溫度過低、濕度過大的情況下，以加溫為主導(dǎo)，只有當(dāng)溫度上升到 一定值后，才能通風(fēng)降濕，另一方面，溫度提高本身可以使相對濕度降低。在夏季降 臨沂大學(xué) 2014 屆本科畢業(yè)論文（設(shè)計） 3 溫加濕的過程中，采用以濕度優(yōu)先的原則。當(dāng)濕度過小時，開啟蒸發(fā)降溫加濕裝置。 而當(dāng)溫度過高需要啟動蒸發(fā)降溫執(zhí)行機構(gòu)時，必須先檢測室內(nèi)的相對濕度，只有濕度 低于某一設(shè)定范圍時，才能啟動蒸發(fā)裝置。 1

18、.4.41.4.4 二氧化碳濃度調(diào)節(jié)二氧化碳濃度調(diào)節(jié) 大氣中二氧化碳平均濃度一般為0.03%，變幅較小。在冬春設(shè)施蔬菜生產(chǎn)中，為 了保溫，設(shè)施經(jīng)常處于密閉狀態(tài)，缺少內(nèi)外氣體交換，二氧化碳濃度變幅較大，中午 設(shè)施內(nèi)由于光合作用，二氧化碳濃度下降，接近甚至低于補償點，二氧化碳處于虧缺 狀態(tài)應(yīng)當(dāng)及時的補充二氧化碳。補充二氧化碳的方法很多，常用的主要有三種： （1）燃燒法；（2）化學(xué)反應(yīng)法（目前在我國的設(shè)施栽培中運用較多）；（3）施用 顆粒有機生物氣肥法。 1.5系統(tǒng)設(shè)計的總體方案 1.5.11.5.1 溫室控制系統(tǒng)溫室控制系統(tǒng) 溫室控制系統(tǒng)就是依據(jù)室內(nèi)外裝設(shè)的溫度傳感器、濕度傳感器、二氧化碳傳感器

19、等采集和觀測的溫室內(nèi)外的溫度、濕度、二氧化碳濃度等環(huán)境參數(shù)信息，通過控制設(shè) 備對溫室保溫被、通風(fēng)窗、噴滴灌等驅(qū)動、執(zhí)行機構(gòu)的控制，對溫室環(huán)境氣候和灌溉 施肥進行調(diào)節(jié)控制以達到栽培作物生長發(fā)育的需要，為作物生長發(fā)育提供最合事宜的 生態(tài)環(huán)境，以大幅度提高作物的產(chǎn)量和品質(zhì)?？傮w結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示： 圖1 溫室控制系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)示意圖 1.5.21.5.2 控制原則控制原則 (1)以時間為基準(zhǔn)的變溫管理:根據(jù)一天中時間的變化實行變溫管理,根據(jù)作物生 長的需要將一天分成四個時間段,四個時間段中根據(jù)不同的控溫要求對溫室進行控制。 一天中四個時間段中的分段方法用戶可以靈活的更改，而且四個時間段中的溫度設(shè)定

20、用戶也可以設(shè)定修改。 （2）以種植的作物為基準(zhǔn)的變控管理：可能每個階段用戶種植的作物不同，所 臨沂大學(xué) 2014 屆本科畢業(yè)論文（設(shè)計） 4 需的環(huán)境參數(shù)也不同，每個階段的各個參數(shù)都可以依據(jù)作物所需的生長環(huán)境進行靈活 的設(shè)定。 1.5.31.5.3 控制方案控制方案 本系統(tǒng)采用自動與手動互相切換控制兩種方式來實現(xiàn)對溫室的控制,提高設(shè)備運 行的可靠性。在運行的時候可以通過按鈕對這兩種控制方式進行切換。 （1）手動控制模式 手動控制簡單可靠，有繼電器、接觸器、按鈕、限位開關(guān)等 電器元件組成。 （2）自動控制模式 通過傳感器對環(huán)境因子進行監(jiān)測,并對其設(shè)定上限和下限值, 當(dāng)檢測到某一值超過設(shè)定值,便發(fā)

21、出信號自動對驅(qū)動設(shè)備進行開啟和關(guān)閉,從而使溫室 環(huán)境因子控制在設(shè)定的范圍內(nèi)。可以大大節(jié)約勞動力降低勞動者的勞動強度。 2 控制系統(tǒng)的硬件設(shè)施 2.1傳感器系統(tǒng)設(shè)計 傳感器系統(tǒng)的主要功能是將傳感器采樣得到的模擬信號轉(zhuǎn)換成溫室現(xiàn)場控制器所 需要的信號。溫室環(huán)境參數(shù)的檢測中，傳感器位于作物需要檢測的位置，一般通過雙 絞線將檢測的信號傳輸?shù)綔厥铱刂破鲀?nèi)?？紤]到傳輸距離的問題，本文設(shè)計中將系統(tǒng) 的輸出電流都控制在0-10mA，從而減小傳輸過程中的干擾，保證采樣值的準(zhǔn)確性與可 靠性。 (1)溫度傳感器 本系統(tǒng)采用比較方便的AD590溫度傳感器,溫度傳感器AD590是電 流輸出型溫度傳感器，以電流輸出量作為

22、溫度指示，其電流溫度靈敏度為1A/K。它 的輸出電流精確地正比于絕對溫度，可以作為精確測溫元件。AD590的輸出電流 I=（273+T）uA（T為攝氏溫度），因此測得電壓U01=（273+T）uA10K=（273+T） 10-2V。但由于AD590的增益有偏差，電阻也有誤差，因此應(yīng)對電路進行調(diào)整。調(diào)整 的方法為：把AD590放于冰水混合物中，調(diào)整電位器R1，使U01=2.732V；或者在室溫 （25 C）的條件下通過調(diào)節(jié)電位器R2，使電壓U02=-2.73V，調(diào)整電位器R3，使 U0=1.25V。這種調(diào)整的方法，可以保證在0或25附近有較高精度。具體的測量電 路如圖2所示： 臨沂大學(xué) 2014

23、 屆本科畢業(yè)論文（設(shè)計） 5 圖2 溫度測量電路 (2)濕度傳感器 電容式濕度傳感器的動態(tài)范圍大，動態(tài)響應(yīng)快，幾乎沒有零漂， 結(jié)構(gòu)簡單，適應(yīng)性強。電容式濕敏元件，具有最突出的優(yōu)點是長期穩(wěn)定性極強，通過 嚴(yán)格的工藝制作，制成的儀表和傳感器產(chǎn)品可以達到較高的精度?；谝陨显?，本 設(shè)計選用電容式濕度傳感器HS1101。將HS1101接入555定時器組成的振蕩器電路中， 輸出一定頻率的方波信號。這種方法具有結(jié)構(gòu)簡單，使用方便，因此被廣泛使用。具 體的測量電路如圖3所示： 圖3 濕度測量電路 (3)二氧化碳傳感器 在二氧化碳濃度測量上采用響應(yīng)速度快、測量精度高、技術(shù) 成熟的紅外二氧化碳氣體傳感器600

24、4，并配合了一系列有效的補償措施。為了增加系 統(tǒng)的通用性、靈活性，本系統(tǒng)硬、軟件都采用了模塊化結(jié)構(gòu)，根據(jù)應(yīng)用場合不同而選 臨沂大學(xué) 2014 屆本科畢業(yè)論文（設(shè)計） 6 用不同的配置。該系統(tǒng)可廣泛地應(yīng)用于諸如溫室大棚、蔬菜儲藏以及其它農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和 科研領(lǐng)域，并且由于系統(tǒng)的靈活性和模塊化，可以方便地滿足其它場合的需要。 2.2 電氣控制系統(tǒng)的設(shè)計 主控系統(tǒng)由可編程控制器與輸入輸出設(shè)備及驅(qū)動/執(zhí)行機構(gòu)組成。主控系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 如圖4所示： 輸 入 接 口 CPU 輸 出 接 口 電源 存儲器 圖4 主控系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 2.2.12.2.1 PLCPLC 的選擇、安裝及相應(yīng)要求的選擇、安裝及相應(yīng)要求 （1）PLC

25、具有控制能力強、操作靈活方便、可靠性高、適宜長期連續(xù)工作的特點， 非常適合高效溫室的控制。S7系列可編程控制器包括S7-200系列、S7-300系列和S7- 400系列。其功能強大，分別應(yīng)用于小型、中型和大型自動化系統(tǒng)。本控制系統(tǒng)采用 德國西門子S7-200 PLC。S7-200系列PLC是西門子公司生產(chǎn)的一種小型整體式結(jié)構(gòu)可 編程序控制器。S7-200系列PLC廣泛應(yīng)用于集散自動化系統(tǒng)，使用范圍覆蓋機床、機 械、電力設(shè)施、民用設(shè)施、環(huán)境保護設(shè)備等自動化控制領(lǐng)域，既可用于繼電器簡單控 制的更新?lián)Q代，又可實現(xiàn)復(fù)雜的自動化控制。因此S7-200系列具有極高的性能/價格 比。 S7-200系列的PL

26、C有CPU221、CPU222、CPU224、CPU224XP、CPU226、CPU226XM等6 種不同型號。其中CPU226集成24輸入/16輸出共40個數(shù)字量I/O 點，可連接7個擴展模 塊，最大擴展至248路數(shù)字量I/O 點或35路模擬量I/O 點，具有13K字節(jié)程序和數(shù)據(jù)存 儲空間，6個獨立的30kHz高速計數(shù)器，2路獨立的20kHz高速脈沖輸出，具有PID控制 器，2個RS485通訊/編程口，具有PPI通訊協(xié)議、MPI通訊協(xié)議和自由方式通訊能力。 此控制系統(tǒng)的I/O點數(shù)為14輸入9輸出，在既能實現(xiàn)該系統(tǒng)控制要求，又能滿足以后發(fā) 展的前提下，選用的S7-200系列的 CPU226。

27、（2）PLC系統(tǒng)的安裝方式分為集中式、遠程I/O式以及多臺PLC聯(lián)網(wǎng)的分布式。 集中式不需要設(shè)置驅(qū)動遠程I/O硬件，系統(tǒng)反應(yīng)快、成本低；遠程I/O式適用于大 型系統(tǒng)，系統(tǒng)的裝置分布范圍很廣，遠程I/O可以分散安裝在現(xiàn)場裝置附近，連線短， 但需要增設(shè)驅(qū)動器和遠程I/O電源；多臺PLC聯(lián)網(wǎng)的分布式適用于多臺設(shè)備分別獨立控 臨沂大學(xué) 2014 屆本科畢業(yè)論文（設(shè)計） 7 制，又要相互聯(lián)系的場合，可以選用小型PLC，但必須附加通訊模塊。 （3）相應(yīng)功能要求 一般小型（低檔）PLC具有邏輯運算、定時、計數(shù)等功能，對于只需要開關(guān)量控 制的設(shè)備都可以滿足。 對于以開關(guān)量控制為主，帶少量模擬量控制的系統(tǒng)，可選

28、用能帶A/D和D/A轉(zhuǎn)換單 元，具有加減算術(shù)運算數(shù)據(jù)傳送功能的增強型低檔PLC。 對于控制較復(fù)雜，要求實現(xiàn)PID運算、閉環(huán)控制、通信互聯(lián)網(wǎng)等功能，可視控制 規(guī)模大小及復(fù)雜程度，可選用中檔或高檔PLC。但是中、高檔PLC價格較貴，一般用于 大規(guī)模過程控制和集散控制系統(tǒng)等場合。 （4）響應(yīng)速度要求 PLC是為工業(yè)自動化設(shè)計的通用控制器，不同檔次PLC的響應(yīng)速度一般都能滿足其 應(yīng)用范圍內(nèi)的需要。如果要跨范圍使用PLC，或者某些功能活信號有特殊的速度要求 時，則應(yīng)該慎重考慮PLC的響應(yīng)速度，可選具有高速I/O處理功能的PLC，或選用具有 快速響應(yīng)模塊和中斷輸入模塊的PLC等。 2.2.22.2.2 執(zhí)

29、行設(shè)施及執(zhí)行設(shè)施及電氣控制設(shè)計電氣控制設(shè)計 （1）執(zhí)行機構(gòu) 溫室的執(zhí)行機構(gòu)可分為兩大類:一類是正反轉(zhuǎn)運行電機，如開窗、拉幕等，這些 電機需要正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)和停止，必須有限位開關(guān)；另一類是開關(guān)控制設(shè)備，如風(fēng)機、水 泵等。本設(shè)計中包括的環(huán)境調(diào)控系統(tǒng)有:外遮陽幕系統(tǒng)、保溫被系統(tǒng)、鈉燈補光系統(tǒng)、 前后窗自然通風(fēng)系統(tǒng)、濕簾水泵系統(tǒng)、環(huán)流風(fēng)機系統(tǒng)、熱水采暖系統(tǒng)、噴灌系統(tǒng)。噴 灌系統(tǒng)是一個相對獨立的系統(tǒng)，是溫室自動控制系統(tǒng)的一個重要組成部分，從安全角 度考慮設(shè)計為灌溉提醒從而實現(xiàn)自動噴灌。 為了保證執(zhí)行機構(gòu)的安全，各執(zhí)行部件的限位開關(guān)的常閉接點都連接在電機電路 中，用常開接點作為下位機的輸入信號，達到雙保險的目

30、的。 （2）電氣控制設(shè)計 圖5 溫室控制子系統(tǒng)組成 2.3系統(tǒng)主電路設(shè)計 臨沂大學(xué) 2014 屆本科畢業(yè)論文（設(shè)計） 8 接觸器位于主回路中，以實現(xiàn)三相電機的啟動、停止與換向以及單相電機的啟動、 停止。 圖6 電氣主回路 系統(tǒng)硬件主電路如圖6所示，其中天窗電機、側(cè)窗電機、遮陽幕電機除功率有所 不同之外，都配有限位開關(guān)，需通過電機正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)和停止來完成響應(yīng)結(jié)構(gòu)的開啟與 閉合，因此它們的工作主電路相似。環(huán)流電機、熱風(fēng)機、濕簾風(fēng)機、微霧加濕器、補 光燈則屬于開/關(guān)設(shè)備。QK為刀開關(guān)，用于控制整個主電路的啟停；QFO為總分?jǐn)嗥鳎?臨沂大學(xué) 2014 屆本科畢業(yè)論文（設(shè)計） 9 QF1QF8為分?jǐn)嗦菲鳎?/p>

31、FU1為熔斷器，分別對主線路與各個分線路實施短路和過載保 護；FR1FR8為熱繼電器，對電機起端詳和過載保護的作用。KM1KM13為交流接觸 器的主觸頭，用其實現(xiàn)電機的正反轉(zhuǎn)、停止以及風(fēng)機等開/關(guān)設(shè)備的起?？刂啤?2.4系統(tǒng)控制電路設(shè)計 （1）電氣控制柜設(shè)計 電氣控制柜是由多個開關(guān)設(shè)備和相應(yīng)的控制、測量、信號等元件，以及所有內(nèi)部 的電氣和機械連接部件構(gòu)成的一個組合體?？刂乒裆吓溆惺謩?自動的切換開關(guān)，手 動功能用于系統(tǒng)中部分設(shè)備出現(xiàn)故障或設(shè)備維護檢修時使用，正常情況下，切換至自 動狀態(tài)，由PLC實施控制。其中按鈕部分用于手動控制下控制各執(zhí)行機構(gòu)的運行狀態(tài)， 而指示燈部分則顯示各執(zhí)行機構(gòu)的實際運

32、行狀態(tài)。 （2）正反轉(zhuǎn)設(shè)備控制電路 天窗、前側(cè)窗、后側(cè)窗和外遮陽這些執(zhí)行機構(gòu)均屬于正反轉(zhuǎn)設(shè)備，其控制電路相 似，現(xiàn)以天窗為例，做以下介紹。 圖7 天窗控制電路原理圖 天窗控制電路原理圖如圖7所示，K1為手動/自動的切換開關(guān)。在手動狀態(tài)下， SB1、SB2分別為開窗、關(guān)窗按鈕，SB3為天窗停止按鈕。按下按鈕SB1，交流接觸器 KM1的線圈得電，指示燈L1亮，同時KM1的常開觸點閉合，起自鎖作用，此時電機正轉(zhuǎn)， 天窗打開，當(dāng)天窗開啟到最大位置后觸碰天窗限位開關(guān)SQ1，其常閉觸點斷開，KM1的 線圈失電，電機停止轉(zhuǎn)動；同理當(dāng)按下按鈕SB2，天窗關(guān)閉，到關(guān)閉的最大位置后， 電機停轉(zhuǎn)；按下按鈕SB3，K

33、M1或KM2的線圈失電，天窗停止動作，用于急停操作。接 觸器KM1、KM2的互鎖可防止兩個接觸器同時得電吸合。在自動狀態(tài)下，由PLC控制器 實現(xiàn)控制，中間接觸器KM15的線圈得電時，其常開觸點閉合，天窗開啟；中間接觸器 KM16的線圈得電時，其常開觸點閉合，天窗閉合。 臨沂大學(xué) 2014 屆本科畢業(yè)論文（設(shè)計） 10 （3）開/關(guān)設(shè)備設(shè)備控制電路 熱風(fēng)機、環(huán)流風(fēng)機、濕簾風(fēng)機、濕簾水泵、微霧加濕器均屬于開/關(guān)設(shè)備，其控 制電路相似，現(xiàn)以熱風(fēng)機為例，做以下介紹。 圖 8 熱風(fēng)機控制電路原理圖 熱風(fēng)機控制電路原理圖如圖8所示，K1為手動/自動的切換開關(guān)。在手動狀態(tài)下， SB13為啟動按鈕，SB14為

34、停止按鈕。按下按鈕SB13，交流接觸器KM9的線圈得電，指 示燈L9亮，同時KM9的常開觸點閉合，起自鎖作用，此時熱電機運轉(zhuǎn)；按下按鈕 SB14，KM9的線圈失電，熱電機停止工作。在自動狀態(tài)下，由PLC控制器實現(xiàn)控制，中 間接觸器KM23得電時，其常開觸點閉合，熱風(fēng)機運行。 3PLC 控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計 3.1控制系統(tǒng)的程序設(shè)計 3.1.13.1.1 程序設(shè)計思路程序設(shè)計思路 PLC部分用梯形圖編輯主控程序，設(shè)計為“手動” 、 “自動”兩種工作方式，根據(jù) 從單片機送來的實測參數(shù)與預(yù)先設(shè)定值進行自動控制，驅(qū)動執(zhí)行機構(gòu)。 當(dāng)PLC處于“離線”工作方式時，主要通過EPROM內(nèi)存儲的程序進行輸出控制，

35、控 制策略比較簡單。下位機軟件在GX Developer7.0環(huán)境下開發(fā)，而PLC本身又有多種程 序設(shè)計語言，如梯形圖語言、指令語句表語言、功能表語言等。其中梯形圖語言沿襲 傳統(tǒng)的電氣符號控制圖，但簡化了符號，編程容易且直觀。根據(jù)設(shè)計要求，本系統(tǒng)涉 及的電氣設(shè)備中:保溫被在早晨打開，夜間收攏;室內(nèi)環(huán)流風(fēng)機定時打開和關(guān)閉(使用 濕簾時禁用);濕簾風(fēng)機與濕簾水泵為同時控制;前后開窗互鎖。 根據(jù)傳感器采集的存儲在PLC指定數(shù)據(jù)寄存器中的溫度、濕度、光照強度、CO2濃 度值以及根據(jù)生產(chǎn)經(jīng)驗設(shè)置的各參數(shù)的上下限，決定各執(zhí)行機構(gòu)的輸出狀態(tài)。由于各 環(huán)境參數(shù)之間的禍合關(guān)系，某一環(huán)控設(shè)備的啟閉會對多個環(huán)境因子

36、產(chǎn)生影響，如打開 濕簾水泵不僅使溫室內(nèi)的濕度增大，還使溫室內(nèi)的溫度降低;當(dāng)溫室內(nèi)的CO2濃度較低 需通風(fēng)換氣時，也使溫室內(nèi)的溫度降低;需要增溫增濕時，采用打開供熱水泵的方法， 一方面溫度增加了，但同時濕度也降低了，給溫度方面的控制帶來了負(fù)面影響。針對 臨沂大學(xué) 2014 屆本科畢業(yè)論文（設(shè)計） 11 這些情況，我們采取了以下相應(yīng)的措施:( l)根據(jù)時間的不同(晝夜)、環(huán)境因子的重 要性不同，設(shè)置不同的優(yōu)先級，首先考慮優(yōu)先級高的環(huán)境因子的要求，比如我們在此 采用3級優(yōu)先級，即溫度、濕度光照強度CO2濃度。(2)溫度、濕度采用聯(lián)合控制策 略，策略如表1。(3)考慮意外情況的影響，如濕度低于濕度下限

37、時，采用報警輸出的 方式，由人工操作噴灌機給作物噴灌。(空氣濕度高低反應(yīng)土壤水分的多少)。溫濕度、 光照強度、CO2濃度的控制策略如下: 光照強度光強上限時，打開遮陽幕; 光照強度濃度上限或者CO2濃度濃度下限時，開窗通風(fēng)換氣。 表1 溫濕度聯(lián)合控制策略 濕度溫度前后窗后窗風(fēng)機濕簾水泵、風(fēng)機遮陽幕供熱泵報警 高開開關(guān)關(guān)（卷起）關(guān) 中開關(guān)關(guān)關(guān)關(guān) 高 低關(guān)關(guān)關(guān)關(guān)開 高關(guān)關(guān)開關(guān)關(guān) 中關(guān)關(guān)關(guān)關(guān)關(guān) 中 低關(guān)關(guān)關(guān)關(guān)開 高關(guān)關(guān)開開（放開）關(guān)噴灌提醒 中開關(guān)關(guān)關(guān)關(guān)噴灌提醒 低 低關(guān)關(guān)關(guān)關(guān)開噴灌提醒 3.1.23.1.2 控制系統(tǒng)控制系統(tǒng)流程圖流程圖 （1）溫室大棚的溫度控制流程圖，如圖9： 開始 溫度檢測 測

38、量值=設(shè)定值？ Y 保持室內(nèi)溫度 結(jié)束 測量值設(shè)定值? Y 打開升溫設(shè)備 N 打開降溫設(shè)備 N 圖9 溫室大棚的溫度控制流程圖 （2）光照控制流程圖，如圖10： 臨沂大學(xué) 2014 屆本科畢業(yè)論文（設(shè)計） 12 開始 光照強度檢測 測量值=設(shè)定值？ Y 保持室內(nèi)光照強度 結(jié)束 測量值=設(shè)定值？ Y 保持室內(nèi)CO2濃度 結(jié)束 打開CO2添加設(shè)備 N 圖11 CO2濃度控制流程圖 3.2PLC I/O地址設(shè)置 表 2 輸入端口分配表 序號輸入口信號名稱備注符號 I0.0 手動/自動切換旋鈕 SB1 I0.1 總啟動按鈕 SB2 I0.2 總停止按鈕 SB3 I0.3 遮陽簾開限位限位開關(guān) SQ1

39、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)機啟停旋鈕 SB6 I1.2 冷風(fēng)機啟停旋鈕 SB7 01 02 03 04 05 06 07 08 09 10 11 12I1.3 加熱器啟停旋鈕 SB8 臨沂大學(xué) 2014 屆本科畢業(yè)論文（設(shè)計） 13 I1.4 補光燈啟停旋鈕 SB913 14I1.5 CO2添加器啟停旋鈕 SB10 AIW0 溫度傳感器 AIW2 光照度傳感器 15 16 17AIW4 CO2 濃度傳

40、感器 表3 輸出端口分配表 序號輸出口控制信號備注符號 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)機接觸器 KM5 Q0.5 冷風(fēng)機接觸器 KM6 Q0.6 加熱器接觸器 KM7 Q0.7 補光燈接觸器 KM8 Q1.0 CO2 添加器接觸器 KM9 01 02 03 04 05 06 07 08 09 10 Q1.1 啟動指示燈接觸器 KM10 3.33.3控制程序設(shè)計及分析控制程序設(shè)計及分析 （1）自動/手動切換，見圖12： 圖 12 自動/手動切換 I0.0為自動/手動切換

41、，I0.1為總啟動，當(dāng)I0.1=1時，Q1.1得電，啟動燈亮， I0.2為總停止，當(dāng)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(dāng)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）溫度控制 圖 13 自動情況下的溫度控制 當(dāng)中間繼電器M0.0得電時，系統(tǒng)的運行方式為自動模式，見圖13。在自動情況下， 臨沂大學(xué) 2014 屆本科畢業(yè)論文（設(shè)計） 14 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A(chǔ)IW0與設(shè)定值“25度”進行比較，當(dāng)AIW025時，中間

42、繼電器M0.2得電，啟動降溫設(shè)備；當(dāng)AIW020時，中間繼 電器M2.0得電，啟動補光設(shè)備；當(dāng)AIW220時，中間繼電器M2.1得電，啟動補光設(shè)備。 圖 21 手動情況下光照控制 當(dāng)中間繼電器M0.1得電時，系統(tǒng)的運行方式為手動模式，見圖21?？赏ㄟ^控制相 應(yīng)的按鈕遮陽簾開簾I0.5、遮陽簾關(guān)簾I0.6、補光燈I1.4，進行溫室大棚光照強 度的手動控制。 圖 22 遮陽簾開簾 在溫室大棚的光照控制過程中，自動模式下，當(dāng)光照傳感器測量的光照強度低于 設(shè)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(guān)簾的單刀雙擲開關(guān)撥至“遮陽簾開簾” ，中間繼電器M2.2得電，

43、遮陽簾開簾補 光。見圖22。 臨沂大學(xué) 2014 屆本科畢業(yè)論文（設(shè)計） 17 圖 23 遮陽簾關(guān)簾 在溫室大棚的光照控制過程中，自動模式下，當(dāng)光照傳感器測量的光照強度高于 設(shè)定的光照值時，中間繼電器M2.0得電，遮陽簾關(guān)簾遮光；手動模式下，將控制遮陽 簾開關(guān)簾的單刀雙擲開關(guān)撥至“遮陽簾關(guān)簾” ，中間繼電器M2.3得電，遮陽簾關(guān)簾遮 光。見圖23。 圖 24 補光燈開啟 在溫室大棚的光照控制過程中，自動模式下，當(dāng)光照傳感器測量的光照強度低于 設(shè)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。見圖24。 （4）CO

44、2濃度控制 圖 25 自動情況下的 CO2 濃度控制 當(dāng)中間繼電器M0.0得電時，系統(tǒng)的運行方式為自動模式，見圖25。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A(chǔ)IW4與設(shè)定值“1000”進行比較，當(dāng) AIW41000時，中間繼電器M3.0得電，添加溫室中的CO2。 臨沂大學(xué) 2014 屆本科畢業(yè)論文（設(shè)計） 18 圖 26 手動情況下的 CO2 濃度控制 當(dāng)中間繼電器M0.1得電時，系統(tǒng)的運行方式為手動模式，見圖26?？赏ㄟ^控制 CO2調(diào)節(jié)閥I1.5，進行溫室大棚CO2濃度的手動控制。 圖 27

45、 CO2 調(diào)節(jié)閥工作 在溫室大棚的CO2濃度控制過程中，自動模式下，當(dāng)CO2濃度傳感器測量的濃度低 于設(shè)定的濃度時，中間繼電器M3.0得電，打開CO2調(diào)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(diào)節(jié)閥添加CO2。見圖27。 3.4 編程軟件實現(xiàn) 在本次設(shè)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(diào)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(xué)運算指令等） 。該

46、仿真軟件還 提供了數(shù)字信號輸入開關(guān)、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(xué)習(xí)S7-200 的一個輔助工具。 本部分主要介紹了溫室大棚控制系統(tǒng)的軟件調(diào)試過程，通過仿真與調(diào)試檢驗其是 否符合設(shè)計初衷，能否達到相應(yīng)的指標(biāo)。 控制程序的仿真步驟如下： （1）準(zhǔn)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。 1、在STEP7 Micro/Win中編輯好梯形圖 2、利用File|Exp

47、ort命令將梯形圖程序?qū)С鰹閿U展名為awl的文件， 3、如果程序中需要數(shù)據(jù)塊，需要將數(shù)據(jù)塊導(dǎo)出為txt文件。 （2）程序仿真 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，綠色運行燈亮，按要求操作輸入點，觀測輸出點的情況，發(fā) 現(xiàn)相應(yīng)的點綠色燈亮： 3、模擬仿真結(jié)果與控制要求完全一致，程序仿真成功。 臨沂大學(xué) 2014 屆本科畢業(yè)論文（設(shè)計） 19 圖 28 控制程序仿真圖 4 模糊控制算法在溫室控制系統(tǒng)中的應(yīng)用 4.1引言 PLC與監(jiān)控計算機聯(lián)合工作為“在線”工作方式， “在線”工作方式充分發(fā)揮了計 算機容量大、計算速度快的優(yōu)點。溫室

48、環(huán)境是一個非線性、分布參數(shù)、時變、大時延、 多變量藕合的復(fù)雜對象，被控對象的數(shù)學(xué)模型很難建立，為此，采用模糊控制來解決。 4.2模糊控制系統(tǒng)概述 生產(chǎn)規(guī)模的不斷擴大使得控制過程越來越復(fù)雜，經(jīng)典控制理論和現(xiàn)代控制理論由 于種種原因己不能滿足日益復(fù)雜的控制要求。在處理過程模型不確定或難以建模等問 題時，PID控制和基于現(xiàn)代控制理論的控制策略就顯得無能為力，應(yīng)用于復(fù)雜過程控 制時往往受到限制，因此，先進的控制算法得以研究推廣，模糊控制便是其中的一種。 1965年，美國加利福尼亞大學(xué)L.A.Zadeh教授首先提出了模糊集合的概念，為模糊集 合的運用和模糊數(shù)學(xué)的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)，模糊科學(xué)得以發(fā)展。1974

49、年，英國倫敦大學(xué) 的教授E.H.Mamdani成功地將模糊控制運用于鍋爐與蒸汽發(fā)動機上，這一開拓性的工 作標(biāo)志著模糊控制應(yīng)用階段的誕生，并繼而得到大規(guī)模發(fā)展。 模糊控制從誕生到現(xiàn)在僅僅經(jīng)歷了幾十年的時間，就己在工業(yè)、經(jīng)濟、醫(yī)學(xué)、軍 事等方面取得了巨大的發(fā)展。對象越模糊，這種控制方法就越能反映出比其它控制方 法更多的優(yōu)越性，例如在純滯后、難以準(zhǔn)確建模、參數(shù)漂移大及非線性不確定分布參 數(shù)系統(tǒng)中，采用模糊控制往往能取得令人滿意的效果。 4.2.14.2.1 模糊控制的特點模糊控制的特點 糊控制是一種應(yīng)用模糊集合理論，統(tǒng)籌考慮控制策略的應(yīng)用方式，具有如下幾個 主要特點： （1）模糊控制是以人對被控對象

50、的控制經(jīng)驗為依據(jù)而設(shè)計的控制器，不需要被 臨沂大學(xué) 2014 屆本科畢業(yè)論文（設(shè)計） 20 控對象精確的數(shù)學(xué)模型，特別適合被控對象具有多輸入多輸出的強耦合性、參數(shù)時變 性、嚴(yán)重非線性與不確定性的復(fù)雜系統(tǒng)或過程的控制。 （2）模糊控制中的知識表示、控制規(guī)則和合成推理是基于專家知識或熟練操作 人員的成功經(jīng)驗，并可以通過學(xué)習(xí)不斷更新，是一種易于控制、易于掌握的較理想非 線性控制器，也是一種語言控制器。 （3）模糊控制系統(tǒng)的構(gòu)造和控制規(guī)則易于用軟件實現(xiàn)。 （4）模糊控制抗干擾能力強，響應(yīng)速度快，并對系統(tǒng)參數(shù)的變化有較強的魯棒 性。模糊控制和PID控制作比較，模糊控制較之后者不僅對被控對象參數(shù)變化適應(yīng)能

51、 力強，而且在對象模型結(jié)構(gòu)發(fā)生較大改變的情況下，也能獲得較好的控制效果。 4.2.24.2.2 模糊控制器的組成模糊控制器的組成 圖29 模糊控制器的基本結(jié)構(gòu) 圖29為模糊控制器的基本結(jié)構(gòu)框圖，如圖29可知，其主要由四部分組成： （1）模糊化：模糊控制器的輸入必須通過模糊化才能用于控制輸出，因此，這 一部分實際上是模糊控制器的輸入接口，其主要作用是將真實的輸入量利用量化因子 進行尺度變換，用論域中的元素來表示輸入量，然后將此論域元素轉(zhuǎn)換到模糊集合中， 作為模糊推理的輸入。 （2）知識庫：由數(shù)據(jù)庫和模糊控制規(guī)則庫兩部分組成。數(shù)據(jù)庫主要存放所有輸 入輸出語言變量模糊子集的隸屬度矢量值，在模糊關(guān)系方

52、程求解的過程中，為模糊推 理提供數(shù)據(jù)。模糊控制規(guī)則庫是基于專家知識或手動操作人員長期積累的經(jīng)驗而建立 的，它是仿照人的直覺推理的一種語言表示形式，用來存放全部模糊控制規(guī)則，在推 理時提供控制規(guī)則。 （3）模糊推理：在模糊控制器中，根據(jù)輸入的模糊量，由模糊規(guī)則中所定義的 蘊含關(guān)系，經(jīng)過合成運算來得到模糊輸出量。考慮到推理時間的長短，通常采用運算 較簡單的推理方法。 （4）反模糊化：模糊推理得到的仍然是一個模糊向量，不能直接用來做控制量， 通過反模糊化變換，可變成表示在論域范圍內(nèi)的清晰量，然后再按比例因子經(jīng)尺度變 換成實際的控制量。 臨沂大學(xué) 2014 屆本科畢業(yè)論文（設(shè)計） 21 4.3多變量模

53、糊控制器的設(shè)計 模糊控制技術(shù)的核心在于模糊控制器的設(shè)計。在本系統(tǒng)中，著力分析設(shè)計控制溫 度、濕度這兩個物理量的模糊控制器，通過對被控對象的分析，按照擬定的控制方案， 采用“兩輸入多輸出”模糊控制器，其總體結(jié)構(gòu)如圖30所示。 圖30 多變量模糊控制器的總體結(jié)構(gòu)圖 4.3.14.3.1 輸入輸出變量的確定輸入輸出變量的確定 輸入模糊量為：Er溫度誤差；Eh濕度誤差 輸出控制變量均為開關(guān)量，只有開/關(guān)(1/0)兩種狀態(tài)，其包括：U1天窗；U2 前側(cè)窗；U3后側(cè)窗；U4外遮陽；U5環(huán)流風(fēng)機；U6微霧加濕器； U7熱風(fēng)機； 4.3.24.3.2 模糊語言值的選取模糊語言值的選取 工程上對于模糊語言變量的

54、取值一般是5個或7個元素的詞集，還有更多級別檔數(shù) 的劃分。增加分級檔數(shù)，可提高穩(wěn)態(tài)精度，但同時也將擴大模糊關(guān)系矩陣R的維數(shù)， 增加控制表的容量，這對提高控制穩(wěn)定性和快速性是不利的。綜合實驗研究的需要， 既考慮到控制規(guī)則的靈活細致，又兼顧簡單易行，決定采用NB，NS，ZE，PS，PB5 個元素的詞集。 4.4輸入量采樣及模糊量化算法程序設(shè)計 模擬量的輸入數(shù)據(jù)是有符號整數(shù)，占2個字節(jié)（16bit） ，所以地址必須從偶數(shù)字 節(jié)開始，例如：AIW0、AIW2等。PLC的CPU內(nèi)部用數(shù)值表示外部的模擬量信號，兩者之 間有一定的數(shù)學(xué)關(guān)系，在S7-200的CPU內(nèi)部，020mA對應(yīng)的數(shù)值范圍是032000，

55、則 對于420mA的信號，對應(yīng)的內(nèi)部數(shù)值為640032000。而溫度、濕度的傳感變送單元 分別取-1060、0100%RH線性對應(yīng)420mA,因此需經(jīng)過溫度/濕度值電流信號 內(nèi)部數(shù)值的兩次轉(zhuǎn)化?，F(xiàn)以溫度為例，因為420mA線性對應(yīng)-1060，可得如下 曲線方程（1） 臨沂大學(xué) 2014 屆本科畢業(yè)論文（設(shè)計） 22 (1) ( 10)60( 10) 4204 Y X 其中，Y表示溫度，X表示電流。 而420mA的信號對應(yīng)的內(nèi)部數(shù)值為640032000，得如下曲線方程(2) (2) 6400320006400 4204 Z X 其中，Z表示AIW值，X表示電流。 得， 1 2 1070 640025600 Y Z -1060對應(yīng)的內(nèi)部AIW值可通過式(3-8)計算獲得，例如18對應(yīng)的AIW值即為 16640。 現(xiàn)給出輸入量采樣與Er/Eh計算的程序： 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 單元VW0、VW2中，作為后續(xù)運算的準(zhǔn)備。 臨沂大學(xué) 2014 屆本科畢業(yè)論文（設(shè)計） 23 以種植蝴蝶蘭為例，溫度設(shè)定值T0 =18，濕度設(shè)定值H0 =70%RH，通過上述計 算方法得各自對應(yīng)的內(nèi)部數(shù)值分別為16640、24320，將其分別存放于