基于PLC的大棚溫度自動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、清華大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）題 目基于PLC的大棚溫度自動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 系 （院）自動(dòng)化系專 業(yè)電氣工程與自動(dòng)化班 級(jí)2009級(jí)3班學(xué)生姓名雷大鋒學(xué) 號(hào)2009022321指導(dǎo)教師王曉峰職 稱副教授二一三年六月二十日獨(dú) 創(chuàng) 聲 明本人鄭重聲明：所呈交的畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)，是本人在指導(dǎo)老師的指導(dǎo)下，獨(dú)立進(jìn)行研究工作所取得的成果，成果不存在知識(shí)產(chǎn)權(quán)爭(zhēng)議。據(jù)我所知，除文中已經(jīng)注明引用的內(nèi)容外，本設(shè)計(jì)（論文）不含任何其他個(gè)人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫過的作品成果。對(duì)本文的研究做出重要貢獻(xiàn)的個(gè)人和集體均已在文中以明確方式標(biāo)明。本聲明的法律后果由本人承擔(dān)。作者簽名: 年 月 日畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）使用授權(quán)聲明本人完全了解

2、濱州學(xué)院關(guān)于收集、保存、使用畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）的規(guī)定。本人愿意按照學(xué)校要求提交學(xué)位論文的印刷本和電子版，同意學(xué)校保存學(xué)位論文的印刷本和電子版，或采用影印、數(shù)字化或其它復(fù)制手段保存設(shè)計(jì)（論文）；同意學(xué)校在不以營利為目的的前提下，建立目錄檢索與閱覽服務(wù)系統(tǒng)，公布設(shè)計(jì)（論文）的部分或全部?jī)?nèi)容，允許他人依法合理使用。（保密論文在解密后遵守此規(guī)定）作者簽名: 年 月 日濱州學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）基于PLC的大棚溫度自動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)摘要大棚溫度自動(dòng)控制系統(tǒng)是一種為作物提供最好環(huán)境、避免各種棚內(nèi)外環(huán)境變化對(duì)其影響的控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)采用FX2N系列PLC作為下位機(jī)， PC機(jī)作為上位機(jī)，采用三菱D-720通用變

3、頻器,采用溫度、濕度、光照傳感器采集現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)，這些模擬量經(jīng)PLC轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)，把轉(zhuǎn)化來的數(shù)據(jù)與設(shè)定值比較，PLC經(jīng)處理后給出相應(yīng)的控制信號(hào)使環(huán)流風(fēng)機(jī)、遮陰簾、微霧加濕機(jī)等設(shè)備動(dòng)作，大棚溫度就能實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制。這種技術(shù)不但實(shí)現(xiàn)了生產(chǎn)自動(dòng)化，而且非常適合規(guī)?；a(chǎn)，勞動(dòng)生產(chǎn)率也得到了相應(yīng)的提高，通過種植者對(duì)設(shè)定值的改變，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)大棚內(nèi)溫度的自動(dòng)調(diào)節(jié)。關(guān)鍵詞： 大棚，溫度控制，PLCThe Automatic Greenhouse Temperature Control System Based on PLCAbstractThe system is a way to providing the

4、best conditions to plants and promoting them growth very well ,avoiding the bad weather and effect of seasons outside the shed .This system uses FX2N series PLC as the next machine and PC as upper machine, using the Mitsubishi D-720 general frequency Manager. The sensor of temperature, humidity and

5、light collecting scene signal, these simulation volumes are turned into digital signal by PLC, then compared with the setting value. At last, the PLC disposes of them, then contorts with wind machine, covering Yin curtain. According to the actual measured value of each sensor and the value determine

6、d in advance about greenhouse environmental factors. This system can suitable for the automation and mass production, the laboring productivity has been increasing by a wide margin through changing the target value of greenhouse environment, and we can control the greenhouse temperature automaticall

7、y. Key words: greenhouse, temperature control, PLC i 目 錄第一章 緒論11.1 大棚溫度控制系統(tǒng)發(fā)展背景及現(xiàn)狀11.2 大棚溫度控制系統(tǒng)研究目的及意義2第二章 系統(tǒng)概述32.1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)任務(wù)32.2 系統(tǒng)技術(shù)介紹32.2.1 傳感技術(shù)32.2.2 PLC42.2.3 上位機(jī)52.3 系統(tǒng)工作原理52.4小結(jié)7第三章 硬件部分設(shè)計(jì)83.1 環(huán)境調(diào)控系統(tǒng)83.2 傳感器的選擇103.3 系統(tǒng)硬件接線圖123.3.1 系統(tǒng)主電路設(shè)計(jì)123.3.2 系統(tǒng)其他部分電路設(shè)計(jì)143.3.3 PLC部分電路設(shè)計(jì)153.4小結(jié)16第四章 軟件設(shè)計(jì)174.1

8、PLC的I/O分布圖174.2 系統(tǒng)程序184.2.1 系統(tǒng)溫度PID調(diào)節(jié)程序184.2.2 系統(tǒng)主程序184.3 小結(jié)19第五章 結(jié)論20參考文獻(xiàn)21謝辭22 I第一章 緒論1.1 大棚溫度控制系統(tǒng)發(fā)展背景及現(xiàn)狀 如今塑料大棚、日光溫室逐漸成為我國設(shè)施結(jié)構(gòu)的主要結(jié)構(gòu)類型。其能夠充分利用陽光、節(jié)約燃煤、減輕環(huán)境污染等特點(diǎn)。1997年我國的日光溫室面積快速增加至16.7萬公頃。農(nóng)業(yè)聯(lián)合部推廣的新一代節(jié)能型的日光溫室，可以節(jié)約大量的煤資源，每年沒畝能節(jié)約燃煤約20噸1 。越來越先進(jìn)的現(xiàn)代化溫室大棚采用的覆蓋材料也越來越先進(jìn)，比如PC板。從1995年開始我國大型溫室大棚面積迅速增加，截至目前已有約2

9、00公頃，一些發(fā)達(dá)國家也發(fā)現(xiàn)了現(xiàn)代化溫室大棚土地利用率高、便于機(jī)械化操作等優(yōu)點(diǎn)也大力發(fā)展面積也不斷增加。設(shè)施農(nóng)業(yè)的發(fā)展為大棚實(shí)現(xiàn)大型現(xiàn)代化、溫室的發(fā)展進(jìn)程提供很好的機(jī)會(huì)，使其能夠快速發(fā)展。但是到目前為止，有相當(dāng)一部分的大棚、溫室還要靠種植者的經(jīng)驗(yàn)來完成，缺乏根本的科學(xué)性。這種管理方式缺乏量化的指標(biāo)，精確度很差，僅僅能夠被動(dòng)的調(diào)節(jié)溫度等，而不能主動(dòng)的是大棚內(nèi)的環(huán)境因子自動(dòng)的改變，這就不能發(fā)揮大棚的高產(chǎn)特性。由此可知，大棚溫度的自動(dòng)控制對(duì)設(shè)施農(nóng)業(yè)甚至我國農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化的進(jìn)程都有很大的影響。根據(jù)國內(nèi)外大棚控制技術(shù)的發(fā)展形勢(shì)，其發(fā)展階段可以分為三個(gè)：（1）手動(dòng)控制：這是大棚環(huán)境控制發(fā)展的初級(jí)階段，其技術(shù)相

10、當(dāng)落后。傳感器也是長(zhǎng)期從事農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的種植者，其也是該系統(tǒng)的執(zhí)行者。他們作為該控制技術(shù)的核心，在對(duì)大棚內(nèi)外各環(huán)境因子和作物情況的基礎(chǔ)上結(jié)合自己豐富的經(jīng)驗(yàn)，手動(dòng)改變大棚內(nèi)的環(huán)境。但其生產(chǎn)效率低，不適合農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化的進(jìn)程，且要求種植者有較高的生產(chǎn)素質(zhì)。（2）自動(dòng)控制：這是大棚控制技術(shù)發(fā)展的另一階段，它需要種植者根據(jù)棚內(nèi)作物的生長(zhǎng)狀況提前設(shè)置好作物所需的目標(biāo)參數(shù)，然后控制系統(tǒng)把傳感器的實(shí)際輸出值與預(yù)先設(shè)置好的目標(biāo)參數(shù)進(jìn)行比較，從而去控制各環(huán)境因子的調(diào)節(jié)過程，進(jìn)一步完成各種加熱、降溫等。該控制技術(shù)使生產(chǎn)自動(dòng)化，利于大規(guī)模生產(chǎn)，大大提高的生產(chǎn)效率。改變預(yù)先設(shè)置的目標(biāo)值可以使棚內(nèi)的環(huán)境因子得到自動(dòng)的調(diào)節(jié)，但該

11、控制不能適應(yīng)作物生長(zhǎng)狀況的突變，難以介入作物生長(zhǎng)的內(nèi)在規(guī)律。但是目前我國有相當(dāng)一部分的自主開發(fā)的現(xiàn)代化溫室以及引進(jìn)的國外設(shè)備都運(yùn)用該控制2。 （3）智能化控制：這是大棚控制發(fā)展到目前為止為最高階段，該技術(shù)建立在自動(dòng)控制和生產(chǎn)實(shí)踐的基礎(chǔ)上，是總結(jié)和運(yùn)用各種農(nóng)業(yè)領(lǐng)域知識(shí)、技術(shù)和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)建成的專家系統(tǒng)，通過建立最適宜作物生長(zhǎng)的數(shù)學(xué)模型，開發(fā)出一種適合個(gè)各種作物生長(zhǎng)的專家控制技術(shù)。該技術(shù)是在手動(dòng)、自動(dòng)、自動(dòng)化控制發(fā)展之后發(fā)展起來的，也會(huì)越來越先進(jìn)，越來越完備。截至到目前，我國對(duì)于該系統(tǒng)的研究技術(shù)還是比較落后，以基本的PID控制為主。它僅僅能夠滿足常見的溫度系統(tǒng)，在一些復(fù)雜、時(shí)變情況下難以使用，基本都由

12、有經(jīng)驗(yàn)的工人現(xiàn)場(chǎng)來調(diào)試。目前，我國的設(shè)施農(nóng)業(yè)土地利用率低、盲目引進(jìn)溫室、管理技術(shù)水平低、勞動(dòng)生產(chǎn)率低、能源浪費(fèi)嚴(yán)重3 。但是隨著科技發(fā)展和社會(huì)的全面進(jìn)步，這些問題也會(huì)被逐漸解決，逐步向?qū)I(yè)化發(fā)展，朝著自動(dòng)化農(nóng)業(yè)型發(fā)展，從而為社會(huì)大眾提供更加豐富可口、安全、優(yōu)質(zhì)的綠色健康食品。1.2 大棚溫度控制系統(tǒng)研究目的及意義 雖然目前我國絕大部分的大棚都安裝了加熱、降溫和通風(fēng)設(shè)備，但是大多是通過人工使其動(dòng)作，一旦大棚面積很大種植者的勞動(dòng)強(qiáng)度就會(huì)很大，更不用說實(shí)現(xiàn)對(duì)溫度的精確控制了。 該系統(tǒng)結(jié)合目前國內(nèi)外的發(fā)展現(xiàn)狀，充分發(fā)揮PLC的控制優(yōu)點(diǎn)在結(jié)合種植者種植經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)對(duì)溫度的精確自動(dòng)調(diào)節(jié)，該溫度自控控制

13、系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了大棚作物生產(chǎn)的自動(dòng)化，為推動(dòng)規(guī)模化生產(chǎn)和勞動(dòng)生產(chǎn)率的提高都起到了很好的促進(jìn)作用。改變?cè)O(shè)定目標(biāo)值就能自動(dòng)地進(jìn)行大棚內(nèi)環(huán)境因子的調(diào)節(jié)。對(duì)于推進(jìn)我國農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化起到很大作用。第二章 系統(tǒng)概述該系統(tǒng)下位控制由FX2N系列PLC完成，上位機(jī)為PC機(jī)，變頻器采用三菱D-720通用變頻器,由溫度、光電、濕度等傳感器采集現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)，PLC將傳感器采集到的有關(guān)的環(huán)境參數(shù)轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)，然后把這些數(shù)值與給定值比較，經(jīng)過控制計(jì)算給出相應(yīng)的控制信號(hào)使環(huán)流風(fēng)機(jī)、遮陰簾、微霧加濕機(jī)等設(shè)備動(dòng)作，實(shí)現(xiàn)大棚溫度的自動(dòng)控制。軟件部分主要是實(shí)現(xiàn)對(duì)各傳感器所測(cè)環(huán)境因子值的處理，其中包括一些算術(shù)邏輯運(yùn)算，然后通過與設(shè)定值的對(duì)比，

14、發(fā)出相應(yīng)的信號(hào)完成對(duì)各種硬件設(shè)備的控制，軟件部分可以稱作系統(tǒng)的“大腦”，而硬件部分則可以稱作系統(tǒng)的“神經(jīng)”和“肢體”。2.1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)任務(wù)大棚的作用是為作物提供最佳的生長(zhǎng)環(huán)境，避免一年四季氣候變化和惡劣天氣一般大棚以采光和覆蓋材料作為主要的結(jié)構(gòu)材料，它能夠確保作物在冬季或其他惡劣環(huán)境下健康的生長(zhǎng)，從而起到提高產(chǎn)量的作用。大棚溫度控制通過接受光照、溫度、濕度傳感器傳來的信號(hào)，經(jīng)過PC機(jī)和PLC的控制和決策調(diào)節(jié)各種環(huán)境因子從而為其提供良好的生活環(huán)境。目前國內(nèi)的大部分的大棚都是通過這種自動(dòng)控制，這種控制方式對(duì)作物生長(zhǎng)情況的改變難以作出及時(shí)的反應(yīng)，不能緊密跟蹤作物生長(zhǎng)的內(nèi)在規(guī)律。該系統(tǒng)在原有溫度自動(dòng)控

15、制和生產(chǎn)者生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，通過一定的對(duì)農(nóng)業(yè)領(lǐng)域知識(shí)、技術(shù)和各種實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的收集，更精確及時(shí)的使外部設(shè)備動(dòng)作完成相應(yīng)的加熱降溫和通風(fēng)，及時(shí)為作物提供更適宜的生長(zhǎng)環(huán)境，達(dá)到高產(chǎn)高效的目的。2.2 系統(tǒng)技術(shù)介紹2.2.1 傳感技術(shù)電量一般是指物理學(xué)中的電學(xué)量，如電流、電阻、電容、電感等；非電量則是指除電量之外的一些參數(shù)，如壓力、流量、質(zhì)量、溫度等4 。能實(shí)現(xiàn)非電量到于此相對(duì)應(yīng)的電量轉(zhuǎn)換的技術(shù)稱為傳感技術(shù)，其核心器件為傳感器。2.2.2 PLCPLC（可編程序控制器）由CPU模塊、I/O模塊和編程器構(gòu)成PLC。PLC的特殊功能由特殊模塊完成。輸入模塊完成對(duì)信號(hào)的接收和輸入，輸出模塊實(shí)現(xiàn)對(duì)繼電器等執(zhí)行裝

16、置的控制。PLC特點(diǎn)如下：編程方法簡(jiǎn)單易學(xué)、功能強(qiáng)、性能價(jià)格比高、硬件配套齊全，用戶使用方便，適用性強(qiáng)，可靠性高，抗干擾能力強(qiáng)，系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、安裝、調(diào)試工作量少，維修工作量小，維修方便，體積小，能耗低5。PLC的工作原理：PLC有兩種基本的工作模式，即運(yùn)行模式與停止模式。PLC采用“順序掃描，不斷循環(huán)”的工作方式，一次循環(huán)可以分為五個(gè)階段：內(nèi)部處理、通信服務(wù)、輸入處理、程序執(zhí)行和輸出處理。掃描過程如下圖： 圖2-1 PLC掃描過程 圖2-2 PLC工作原理圖PLC一旦工作首先開始掃描，對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行集中采集，對(duì)輸出信號(hào)進(jìn)行集中刷新。每當(dāng)刷新輸入時(shí)，輸入端口就關(guān)閉，在執(zhí)行程序時(shí)，即使有新狀態(tài)到達(dá)輸

17、入端，也不能被讀入。下一掃描周期時(shí)才被讀入。2.2.3 上位機(jī)計(jì)算機(jī)集散控制系統(tǒng)中有上位機(jī)的概念。在該控制系統(tǒng)中，計(jì)算機(jī)的級(jí)別是不一樣的，下位機(jī)是與現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備直接發(fā)生關(guān)系的計(jì)算機(jī)，控制下位機(jī)或給下位機(jī)提出新任務(wù)的稱為“上位機(jī)”。集散控制系統(tǒng)越復(fù)雜，計(jì)算機(jī)的級(jí)別就越多，這樣的話可能還會(huì)有級(jí)別更高的計(jì)算機(jī)對(duì)上位機(jī)進(jìn)行控制或者下達(dá)命令。2.3 系統(tǒng)工作原理該系統(tǒng)由PLC,溫度、光照、濕度傳感器，還有一些環(huán)流風(fēng)機(jī)、遮陰簾、微霧加濕機(jī)等設(shè)備組成。該系統(tǒng)工作原理如下圖：圖2-3 系統(tǒng)工作原理圖該系統(tǒng)首先通過各傳感器檢測(cè)大棚內(nèi)外的環(huán)境信號(hào)，然后將這些模擬量轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)，經(jīng)過運(yùn)算放大器組成的信號(hào)處理電路轉(zhuǎn)化成

18、系統(tǒng)需要的電壓信號(hào)。溫度傳感器得分輸出的電流正比與溫度，而且響應(yīng)速度快、線性度好和高阻抗電流輸出，能夠適應(yīng)長(zhǎng)距離傳輸，可以把- 555 的溫度轉(zhuǎn)換為14 V的電壓；濕度傳感器能將相對(duì)濕度轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的電流輸出信號(hào)。然后PLC將傳感器采集來的信號(hào)通過A/D轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，通過存儲(chǔ)器將這些數(shù)據(jù)暫時(shí)存儲(chǔ)起來然后和設(shè)定值比較，經(jīng)過一定的控制算法后給出相應(yīng)的控制信號(hào)對(duì)執(zhí)行機(jī)構(gòu)包括風(fēng)機(jī)、遮陰簾和加溫?zé)嵩O(shè)備動(dòng)作。該系統(tǒng)還可以通過通信接口將數(shù)據(jù)送至上位機(jī)PC機(jī)，完成數(shù)據(jù)管理、智能決策等更為強(qiáng)大的功能，且可以進(jìn)行數(shù)據(jù)的顯示、編輯、儲(chǔ)存和打印6。系統(tǒng)正常工作時(shí)，PLC通過傳感器來測(cè)量大棚內(nèi)的溫度，然后與預(yù)先設(shè)定的目

19、標(biāo)值進(jìn)行比較，如果測(cè)量值超出了設(shè)定范圍的上下限值，PLC就會(huì)輸出指令，從而使相應(yīng)的硬件設(shè)備動(dòng)作；如果測(cè)量值在范圍值之內(nèi)，PLC就會(huì)響應(yīng)，使相應(yīng)設(shè)備停止運(yùn)轉(zhuǎn)。系統(tǒng)的工作流程見圖：圖2-4 系統(tǒng)工作流程圖2.4小結(jié) 本章一開始介紹了大棚溫度控制系統(tǒng)應(yīng)該完成的任務(wù)，然后對(duì)系統(tǒng)所涉及的技術(shù)作了簡(jiǎn)單介紹，最后對(duì)PLC和系統(tǒng)的工作原理做了深入剖析。這項(xiàng)前續(xù)工作為后續(xù)章節(jié)系統(tǒng)硬件和軟件上的設(shè)計(jì)奠定了基礎(chǔ)。第三章 硬件部分設(shè)計(jì)系統(tǒng)硬件的選擇對(duì)于系統(tǒng)的整個(gè)設(shè)計(jì)也是至關(guān)重要的，因?yàn)榭晒┻x擇的設(shè)備的型號(hào)太多，選擇的余地就會(huì)很大，所以選擇硬件時(shí)應(yīng)該慎重考慮溫室控制的實(shí)際情況以及需要完成的控制功能、控制方式、資金情況等

20、。外遮陽系統(tǒng)、環(huán)流風(fēng)機(jī)、溫度加熱器、微霧加濕機(jī)都是本系統(tǒng)必不可少的，當(dāng)然傳感器的選擇對(duì)系統(tǒng)也至關(guān)重要。系統(tǒng)主電路圖更加直觀的介紹了系統(tǒng)所需的各種硬件及其連接方式。3.1 環(huán)境調(diào)控系統(tǒng)（1）外遮陽系統(tǒng)全國很多地方夏季都很炎熱，光照太強(qiáng)，所以應(yīng)該在大棚上部安裝遮陽系統(tǒng)，利用遮陰簾將大部分的陽光擋住，這樣就可以根據(jù)大棚內(nèi)作物生長(zhǎng)的要求選擇適當(dāng)?shù)恼陉柭省?1.電機(jī)2.掉向輪3.壓簾線4.托簾線5.動(dòng)力線6.動(dòng)邊型材7.拉簾梁 圖3-1 鋼索遮陰簾系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如上圖所示的鋼索遮陰簾系統(tǒng)。其減速電機(jī)安裝在大棚的中心位置，電機(jī)輸出軸中心線距遮陰簾下表面相距約200mm，驅(qū)動(dòng)線之間的距離小于3000mm，把換向

21、輪安裝在大棚的兩端。（2）環(huán)流風(fēng)機(jī)常用的環(huán)流通風(fēng)是在大棚內(nèi)有序的安裝一定數(shù)量的環(huán)流風(fēng)機(jī)，通過環(huán)流風(fēng)機(jī)使大棚內(nèi)的空氣形成有序的流動(dòng)以保證棚內(nèi)空氣的均勻和穩(wěn)定，從而能夠起到通風(fēng)降溫的作用?？偤涂紤]棚內(nèi)循環(huán)通風(fēng)量、種植作物種類，采用如圖所示的分布格局，使風(fēng)機(jī)排列成兩排，有序的排列在棚內(nèi)中間走道兩側(cè)的架子上，因?yàn)樵摬季滞L(fēng)率較高，適合種植密度大、密閉要求高的大棚。 圖3-2 環(huán)流風(fēng)機(jī)布局圖（3）溫度加熱器加熱器是比較常用的電熱器件。它具有體積小、加熱功率高等特點(diǎn)，越來越備受人們的親睞。原理圖如下： 圖3-3 溫度加熱器原理圖 將電壓連接到三相可控硅的輸入端，輸出電壓的大小發(fā)生改變可控硅的觸發(fā)角也會(huì)發(fā)生

22、相應(yīng)的改變，使加熱器的電壓值發(fā)生改變，實(shí)現(xiàn)了對(duì)大棚溫度的閉環(huán)控制。（4）微霧加濕機(jī)圖3-4 微霧加濕機(jī)加濕通過高壓微霧加濕機(jī)來完成，自來水經(jīng)過精濾后加壓，經(jīng)過高壓水管送至噴嘴，細(xì)微的轡頭經(jīng)過霧化形成以310微米的微霧噴射到大棚每個(gè)角落，使大棚起到加濕降溫的效果，該設(shè)備壓力大、硬度強(qiáng)，效率高、省電而且噪音小且噴霧均勻?？梢詽M足整個(gè)大棚空間的需要，起到高效加濕降溫的效果 3.2 傳感器的選擇傳感器種類繁多，側(cè)重功能不盡相同，而且受各種因數(shù)影響。所以傳感器的選用對(duì)測(cè)量的精確有重要影響。測(cè)量對(duì)象與測(cè)量環(huán)境，傳感器種類繁多，被測(cè)對(duì)象不同，可供選擇的傳感器多樣，這就需要我們根據(jù)特定的環(huán)境，全面、細(xì)致分析，

23、選擇最合適的傳感器。傳感器選擇的基本原則靈敏度，為了更好地處理輸出信號(hào)我們一般會(huì)對(duì)輸出信號(hào)進(jìn)行放大，但是隨著信號(hào)的增大外界無關(guān)量的影響作用也會(huì)隨著增大，從而影響測(cè)量結(jié)果。因此，這就要求所選擇的傳感器應(yīng)具有較高的抗干擾能力。同時(shí)也要盡可能的減小外界噪音的進(jìn)入。頻率特性，在保證不失真的前提下將頻率控制在允許范圍內(nèi)，被測(cè)量頻率范圍的大小與傳感器的頻率特性成正比，隨著頻率響應(yīng)的增高而變寬，同時(shí)機(jī)械系統(tǒng)慣性與結(jié)構(gòu)特性成正比關(guān)系。在動(dòng)態(tài)測(cè)量中，應(yīng)根據(jù)信號(hào)自身的特點(diǎn)，如隨機(jī)性、瞬態(tài)性、穩(wěn)態(tài)性等改變響應(yīng)特性，避免過大誤差的產(chǎn)生。穩(wěn)定性，傳感器穩(wěn)定性除受到自身結(jié)構(gòu)影響之外還受到所在的環(huán)境影響。精度，精度是傳感器

24、重要的性能指標(biāo)，它是整個(gè)控制系統(tǒng)測(cè)量精度的一個(gè)保障。下面介紹幾個(gè)比較常用的傳感器： （1）溫度傳感器17世紀(jì)，人類開始有了溫度 這一概念。當(dāng)材質(zhì)不同的兩種導(dǎo)體在某點(diǎn)連接時(shí)，且加熱連接點(diǎn)，不加熱的地方就會(huì)有電位差出現(xiàn)。不加熱的測(cè)量點(diǎn)溫度決定相應(yīng)電位差的數(shù)值，而且還決定于導(dǎo)體的材質(zhì)。在對(duì)不加熱部位環(huán)境的溫度值測(cè)量時(shí)加上這個(gè)電位差精確測(cè)量值就能準(zhǔn)確推算出加熱點(diǎn)溫度。此傳感器被稱為熱電偶。溫度不同要求的熱電偶的材質(zhì)也不同，它們對(duì)應(yīng)的敏感程度也不同。當(dāng)然熱電偶傳感器也有自己的優(yōu)缺點(diǎn)：靈敏度比較低，也容易受到前置放大器溫漂的影響，此特點(diǎn)決定它不適合測(cè)量很小的溫度變化。因?yàn)椴牧系拇旨?xì)并不決定熱電偶傳感器的敏

25、感度，所以很細(xì)的材料也能做成溫度傳感器。同時(shí)延展性非常好，相應(yīng)速度極快對(duì)于變化速度很快的過程也能測(cè)的出。溫度傳感器的種類也很多，主要的類型有：熱電偶、熱電阻、電阻溫度檢測(cè)器和IC溫度傳感器7。如今，在國防工程、空間技術(shù)、冶金、電子和食品行業(yè)低溫技術(shù)應(yīng)用越來越多，對(duì)于120K以下溫度的低溫溫度計(jì)得到了很快的發(fā)展，如一些溫度計(jì)，氣體溫度計(jì)、蒸汽壓溫度計(jì)、低溫?zé)犭娮韬偷蜏販夭铍娕嫉?。綜上該系統(tǒng)采用熱敏電阻測(cè)溫。（2）濕度傳感器基片上覆蓋的一層感濕材料制成的膜是濕敏電阻的主要元件，元件的相應(yīng)的電阻率、電阻值在感濕膜上有空氣中的水蒸氣吸附時(shí)發(fā)生變化，就是根據(jù)這一特性用來測(cè)量濕度的。濕敏電容是另外一種較

26、常用的濕度傳感器，主要部分為高分子薄膜電容，其精度要小于濕敏電阻。綜上該控制系統(tǒng)采用濕敏電阻測(cè)濕度。（3）光照傳感器光合有效輻射傳感器當(dāng)光合有效輻射傳感器接收到400700nm波長(zhǎng)的太陽光時(shí)，傳感器就能給PLC發(fā)出相應(yīng)的信號(hào)，從而使PLC控制遮陰簾電機(jī) 完成遮陰等動(dòng)作。3.3 系統(tǒng)硬件接線圖3.3.1 系統(tǒng)主電路設(shè)計(jì)圖3-5 系統(tǒng)硬件接線圖系統(tǒng)硬件由溫度加熱器、環(huán)流風(fēng)機(jī)、遮陰簾系統(tǒng)和微霧加濕機(jī)構(gòu)成，遮陰簾電機(jī)有正反控制功能，該系統(tǒng)通入380V工作電壓。3.3.2 系統(tǒng)其他部分電路設(shè)計(jì)（1）正反轉(zhuǎn)電機(jī)控制電路圖中SB3為停止按鈕，SB1、SB2分別為正反轉(zhuǎn)控制按鈕，常閉觸頭KM3、KM4為互鎖觸

27、頭，以避免SB1、SB2同時(shí)閉合時(shí)可能造成的短路事故，常開觸頭分別完成各自的自鎖功能，確保電機(jī)在正傳或者反轉(zhuǎn)時(shí)能保持一段時(shí)間，也就是所謂的自保持。 圖3-6 正反轉(zhuǎn)控制電路圖（2）開/關(guān)設(shè)備控制電路 圖3-7 開關(guān)設(shè)備控制電路圖中SB1為停止按鈕，負(fù)責(zé)切斷設(shè)備電源，SB2為啟動(dòng)按鈕，使設(shè)備投入電路開始運(yùn)行，常開觸頭為自鎖觸頭完成設(shè)備的自保持。3.3.3 PLC部分電路設(shè)計(jì)該系統(tǒng)采用三菱公司生產(chǎn)的FX2-32MR型號(hào)的PLC，該控制器輸入輸出點(diǎn)各16個(gè)，分別選用2個(gè)FX-4AD、一個(gè)FX-2DA特殊功能模塊完成模擬量的輸入和輸出過程，完成啟停的開關(guān)量信號(hào)全部由輸入繼電器分配，輸出的開關(guān)量信號(hào)用于

28、驅(qū)動(dòng)由接觸器控制的電機(jī)。模擬量由FX-4AD傳遞PLC， FX-4AD模擬量輸入通道未全部使用。通過FX2-DA輸出模擬量。溫度傳感器將4路溫度信號(hào)，通過對(duì)采樣周期的控制，對(duì)輸入的溫度信號(hào)不斷采樣4次，有效信號(hào)為其平均值，再對(duì)其值進(jìn)行加權(quán)計(jì)算，計(jì)算方式為(y=alXl+a2x2+a3x3+a4x4，其中口a1、a2、a3、a4為不同測(cè)溫點(diǎn)的測(cè)溫值)其他模擬信號(hào)處理方式與其相同。PLC系統(tǒng)控制電路圖如下：圖3-8 PLC系統(tǒng)控制電路圖3.4小結(jié)本章首先對(duì)系統(tǒng)所需硬件及其工作原理作了簡(jiǎn)單介紹，其次對(duì)系統(tǒng)的主要電路圖進(jìn)行了設(shè)計(jì)使讀者更直觀的了解系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，其他部分電路及PLC的控制電路圖又單獨(dú)對(duì)其他

29、模塊的結(jié)構(gòu)和連接方式作了簡(jiǎn)單說明為后續(xù)章節(jié)的系統(tǒng)軟件的設(shè)計(jì)作了充足的準(zhǔn)備。第四章 軟件設(shè)計(jì)一個(gè)系統(tǒng)功能的實(shí)現(xiàn)不但需要合適的硬件，而且與硬件相配的軟件對(duì)系統(tǒng)也非常重要，軟件主要功能是完成對(duì)信息量的邏輯運(yùn)算然后對(duì)硬件發(fā)出相應(yīng)的動(dòng)作指令使其動(dòng)作，所以只有軟硬件配合緊密才能共同實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)應(yīng)有的功能。 4.1 PLC的I/O分布圖該系統(tǒng)采用三菱公司生產(chǎn)的FX2-32MR型號(hào)的PLC作為系統(tǒng)的核心控制部件，其I/O接口分配如圖：表4.1 I/O分配表信號(hào)類型名名稱 電電路中編號(hào) PPLC中地址地信信號(hào)類型名名稱電電路中的編號(hào)PPLC中地址 地?cái)?shù)字輸 入信號(hào) 號(hào)啟動(dòng)按鈕SB1X0 數(shù) 字 輸 出 信 號(hào) 號(hào)環(huán)

30、流風(fēng)機(jī)KM1Y0停止按鈕SB2X1微霧加濕機(jī)KM2Y1轉(zhuǎn)換開關(guān)KHX2遮陰簾開KM3Y2環(huán)流風(fēng)機(jī)開關(guān)SB3X3遮陰簾關(guān)KM4Y3遮陰簾開SB4X4天窗開KM5Y4遮陰簾關(guān)SB5X5天窗關(guān)KM6Y5總復(fù)位開關(guān)SB6X6報(bào)警鈴TLY6加熱器1KM7Y10加熱器2KM8Y11 表4.2 數(shù)據(jù)寄存器分布編號(hào)D305-308D309D310D311D312D320D350D206功能4路溫度輸入濕度輸入1濕度輸入2光強(qiáng)輸入溫度控制加權(quán)溫度PID參數(shù)溫度給定4.2 系統(tǒng)程序4.2.1 系統(tǒng)溫度PID調(diào)節(jié)程序 圖4-1 溫度PID調(diào)節(jié)程序4.2.2 系統(tǒng)主程序圖4-2 系統(tǒng)主程序4.3 小結(jié)本章對(duì)系統(tǒng)所需的

31、軟件進(jìn)行了設(shè)計(jì)，PLC型號(hào)的選擇和I/O端口的分布之合理充分配合了系統(tǒng)的硬件，二者相互配合實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)應(yīng)有的功能，程序梯形圖的成功編寫為該系統(tǒng)設(shè)計(jì)畫上了圓滿的句號(hào)。第五章 結(jié)論大棚溫度自動(dòng)控制系統(tǒng)是一種為作物提供最好環(huán)境、避免各種棚內(nèi)外環(huán)境變化對(duì)其影響的控制系統(tǒng)。本文介紹的系統(tǒng)組成和功能如下：（1）硬件上，溫度、濕度和光照傳感器檢測(cè)大棚內(nèi)外諸如溫度、濕度等環(huán)境因子，然后通過變送器將這些檢測(cè)到的模擬量轉(zhuǎn)化為電壓或者電流通過輸入端口輸入到PLC然后經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)化后到達(dá)其內(nèi)部經(jīng)過其對(duì)信息的處理完成對(duì)硬件的相應(yīng)動(dòng)作：遮陽系統(tǒng)根據(jù)系統(tǒng)的輸出信號(hào)完成遮陽降低大棚內(nèi)的光照量，環(huán)流風(fēng)機(jī)動(dòng)作使大棚內(nèi)的空氣形成有序

32、的流動(dòng)以保證棚內(nèi)空氣的均勻和穩(wěn)定，從而能夠起到通風(fēng)降溫的作用，天窗電機(jī)的正反轉(zhuǎn)實(shí)現(xiàn)對(duì)大棚進(jìn)出空氣量的控制，微霧加濕機(jī)的動(dòng)作在一定程度上增加了大棚內(nèi)的濕度從而使溫度發(fā)生相應(yīng)變化。（2）軟件上，PLC通過A/D轉(zhuǎn)化將傳感器檢測(cè)到的大棚內(nèi)外的實(shí)時(shí)環(huán)境信號(hào)轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)后與預(yù)先設(shè)定值比較，如果數(shù)值高于或低于預(yù)先設(shè)定值，報(bào)警電路就會(huì)報(bào)警，然后PLC對(duì)信息進(jìn)行處理后相應(yīng)的硬件動(dòng)作，如果溫度在設(shè)定值，PLC就不會(huì)輸出信號(hào)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)大棚溫度的自動(dòng)控制。由于時(shí)間和所學(xué)知識(shí)有限，本系統(tǒng)的硬件和軟件可能做的不夠完善可能不能適應(yīng)比較復(fù)雜的情況，主要是對(duì)溫度的自動(dòng)調(diào)節(jié)，對(duì)于影響溫度的其他環(huán)境因子考慮可能不夠全面，建議后續(xù)工作能夠在實(shí)時(shí)性、精確性和擴(kuò)展性等方面對(duì)系統(tǒng)進(jìn)一步完善，為我國農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化的進(jìn)程作出貢獻(xiàn)。參考文獻(xiàn)1張劍鋒.節(jié)能型日光溫室環(huán)境因子的物理模型及其評(píng)價(jià)D.南京:南京農(nóng)業(yè)大學(xué),2003.2李慧,劉毅.溫室技術(shù)的發(fā)展方向J.林業(yè)機(jī)械與土木設(shè)備,2004(3).3古文海,陳建.設(shè)施農(nóng)業(yè)的現(xiàn)狀分析及展望J.農(nóng)機(jī)化研究,2004(5):12-13.4賀良.基于gsm短消息的無線數(shù)據(jù)監(jiān)控系統(tǒng)D.上海:上海海運(yùn)學(xué)院,2003.5單方威.原油集輸自動(dòng)加藥