基于plc的大棚溫濕度控制系統(tǒng)

1、摘 要隨著人們的生產(chǎn)水平的不斷提高，對生活環(huán)境和生產(chǎn)環(huán)境的要求就顯得尤為重要，溫濕度的智能控制就顯得極為重要，因此溫濕度檢測系統(tǒng)就是現(xiàn)代生產(chǎn)生活中應(yīng)運而生的一種智能、快捷、方便可靠的檢測系統(tǒng)。在我們?nèi)粘Ｉ钪性S多的蔬果、花卉都是由溫室大棚培育而出，可是在現(xiàn)階段該如何利用自動檢測控制系統(tǒng)更有效的提高溫室大棚的調(diào)節(jié)精度和效率,這對我國農(nóng)業(yè)發(fā)展有著不可估量的重要意義。 本設(shè)計采用三菱FX2N系列的可編程控制器來實現(xiàn)自動化控制，溫室大棚中的溫度、濕度等環(huán)境因素在植物的生長中起重要的作用,在檢測時應(yīng)考慮到測量精度、方便設(shè)備連接與操作等問題.采用溫度傳感器和濕度傳感器測量，再將所測量的信息反饋給PLC，由

2、PLC將其與設(shè)定值做出比較,進(jìn)而發(fā)出相應(yīng)的指令調(diào)節(jié)溫室內(nèi)的溫度和濕度,使該系統(tǒng)能夠達(dá)到自動化控制的目的.關(guān)鍵詞：plc梯形圖程序?qū)?49986419I目 錄0 前言11 系統(tǒng)設(shè)計任務(wù)11.1課題研究背景及意義11.2溫室大棚的主要結(jié)構(gòu)的概述21。2。1溫室大棚的結(jié)構(gòu)21。2。2溫度傳感器、濕度傳感器、檢測儀表31。2。3電機部分31.3系統(tǒng)工作流程概述31.3。1對溫室大棚內(nèi)的溫度與濕度進(jìn)行調(diào)節(jié)、監(jiān)測31。3。2系統(tǒng)流程42 系統(tǒng)硬件的選用42.1PLC的選用42。2變頻器的選用52。2。1變頻器的作用及工作原理52.2.1三菱FR-E540通用型變頻器62。3 傳感器的選擇62。3.1傳感器

3、的選擇方法62。3。2傳感器的型號及顯示儀表選擇72.4環(huán)流風(fēng)機132。 5 加熱及加濕系統(tǒng)的設(shè)計 13 32.5.1 燃油熱風(fēng)機加熱系統(tǒng)132.5。2微霧加濕機143 主電路的回路設(shè)計163。1電氣原理圖163。2 環(huán)流風(fēng)機電路設(shè)計173.2。1變頻器的使用173。2。2環(huán)流風(fēng)機回路電路圖183.3加濕電機電路設(shè)計193.4風(fēng)門電機電路設(shè)計193.5風(fēng)冷電機電路設(shè)計203。6加熱風(fēng)機主回路設(shè)計214 軟件程序設(shè)計214。1PLC的IO分配表214。2PLC接線圖234。3 主程序設(shè)計與分析24結(jié)束語31參考文獻(xiàn)32附錄A33II0 前言如今塑料大棚、日光大棚成為我國設(shè)施農(nóng)業(yè)結(jié)構(gòu)的主要組成.能

4、夠充分利用陽光，可以減輕環(huán)境污染的等特點，隨著改革開放的加深，農(nóng)村勞動力系統(tǒng)的轉(zhuǎn)移,城市化進(jìn)程飛速的加快，農(nóng)業(yè)發(fā)展迎來一場新的農(nóng)業(yè)變革.從1995年開始我國大型溫室大棚的面積快速增加到目前已有約200公頃.溫室大棚的光利用率強，土地利用率高,越冬保溫能力強，作物病蟲害的低等優(yōu)點。設(shè)施農(nóng)業(yè)的大力發(fā)展為大棚實現(xiàn)大型現(xiàn)代化的發(fā)展提供了很好的機會，使其快速穩(wěn)定的發(fā)展,到目前為止，相當(dāng)大一部分的溫室大棚要靠種植者的經(jīng)驗為保障來完成，缺乏根本的科學(xué)性。這種管理方式缺少量化的指標(biāo),精確度低。僅僅夠溫室大棚實施被動的調(diào)節(jié)而不能主動的使大棚內(nèi)的環(huán)境因素自我調(diào)節(jié)就無法發(fā)揮大棚的高效性，這對農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化進(jìn)程的發(fā)展是極

5、大的影響.根據(jù)溫室大棚溫濕度控制系統(tǒng)的發(fā)展形勢可將其分為三個階段:手動控制:這是溫室大棚發(fā)展的初級階段,技術(shù)落后,主要依靠長期從事農(nóng)業(yè)工作者的經(jīng)驗實施,也是該系統(tǒng)的執(zhí)行者.但生產(chǎn)的效率低，不適合推進(jìn)農(nóng)業(yè)的現(xiàn)代化進(jìn)程.自動控制：這是溫室大棚農(nóng)業(yè)發(fā)展的另外一個階段，它需要種植者按照棚內(nèi)作物的生長情況設(shè)置目標(biāo)參數(shù)，從而控制系統(tǒng)把傳感器的實際輸出值進(jìn)行比較，達(dá)到調(diào)節(jié)環(huán)境因素的作用，這有利于大規(guī)模的生產(chǎn)，提高生產(chǎn)效率，缺點是難以介入植物生長的內(nèi)在規(guī)律.智能控制：這是最終階段，該技術(shù)主要建立在自動控制和生產(chǎn)實踐上,是總結(jié)和運用農(nóng)業(yè)領(lǐng)域知識及實驗數(shù)據(jù)建成的系統(tǒng),該技術(shù)是在手動控制和自動控制技術(shù)之后發(fā)展而來的

6、，會越來越先進(jìn)與成熟。1 系統(tǒng)設(shè)計任務(wù)1.1課題研究背景及意義目前，我國絕大部分的溫室大棚都安裝了加溫、降溫、通風(fēng)和除濕等設(shè)備，但大部分是通過人工讓它工作,若是面積增大種植者的勞動強度就會成倍的增長,更別提對溫濕度的精確控制。結(jié)合發(fā)展現(xiàn)狀充分的發(fā)揮PLC控制的優(yōu)點，再綜合種植者的經(jīng)驗和溫濕度的精確自動的調(diào)節(jié)，對推進(jìn)溫室大棚的發(fā)展起到很大的作用。溫室大棚主要的作用是為作物提供優(yōu)秀的成長環(huán)境，以避免四季氣候變化和惡劣的天氣環(huán)境.通常以采光和覆蓋式材料作為主要結(jié)構(gòu)材料，它能確保作物的健康成長從而提高產(chǎn)量。溫室大棚的溫濕度控制通過接受光電、溫度、濕度傳感器傳來的信號再經(jīng)過PLC的控制以及決策調(diào)劑各種環(huán)

7、境因素而提供良好的生長環(huán)境。該系統(tǒng)在前人總結(jié)的原有基礎(chǔ)上,再結(jié)合農(nóng)業(yè)知識和各種實驗數(shù)據(jù)的收集，更精確的使用外部設(shè)備動作完成相應(yīng)的功能。在不同的季節(jié)都有不同的溫濕度的標(biāo)準(zhǔn),根據(jù)外界的溫度變化大棚內(nèi)的溫度也會跟著降低或升高但溫室里面是可能根據(jù)植物的生長環(huán)境條件來改變的，比如到了冬季溫度降低,而植物會因溫度的降低使植物生長得慢以及不生長，導(dǎo)致植物的產(chǎn)量下降，所以現(xiàn)在農(nóng)業(yè)方面也挺先進(jìn)的，有了控制植物的溫、濕、光照、二氧化碳、環(huán)境的溫、濕度，以及土壤養(yǎng)分、土壤溫度、土壤水分等農(nóng)業(yè)環(huán)境要素，根據(jù)溫室作物生長要求，自動控制、灌溉施肥等環(huán)境控制設(shè)備，自動調(diào)控溫室內(nèi)環(huán)境,達(dá)到適宜植物生長的范圍，為植物生長提供最

8、佳環(huán)境.智能溫室控制系統(tǒng)可以使溫室運行于經(jīng)濟(jì)節(jié)能狀態(tài)，實現(xiàn)溫室的無人值守自動化運行,減輕人員勞動強度,降低溫室能耗和運行成本。1.2溫室大棚的主要結(jié)構(gòu)的概述1。2。1溫室大棚的結(jié)構(gòu)跨度，目前各地生產(chǎn)中使用的溫室大棚,大多數(shù)跨度（自溫室南部底腳起至北墻內(nèi)側(cè)的寬度）都是6-7m。事實證明，這樣的跨度，配之以一定的屋脊高度,可以保證南屋面（前坡）有極大的采光角度.可保證作物生長有較大的空間,又便于被蓋保溫，還便于選擇建筑材料，是比較適用的。如果跨度增大,高度無法再增加,南屋面角度變小，勢必采光不好。另外，揭蓋草苫困難，使保溫效果下降.并提高建材造價.從各地經(jīng)驗看來在北緯40°以北或冬季嚴(yán)寒

9、極限溫度在20 以下地區(qū)，宜選用6m跨的溫室，北緯40°以南冬季不太嚴(yán)寒地區(qū),宜選用7m跨溫室。（2）高度 溫室的高度主要是指屋脊的高度。它與跨度有一定關(guān)系，在跨度確定的情況下，高度增加，溫室角度也增加，從而提高采光效果，進(jìn)而增加蓄熱量,彌補熱量損失的一面.6m跨的冬季溫室高度以2。72.8 m為宜，7m跨的溫室高度以 3。1 m為宜.（3）長度以5060 m為宜,如果太短。不僅單位面積造價提高，兩邊山墻遮陰面也大,影響產(chǎn)量，如果再長，室內(nèi)溫度不 易控制一致,產(chǎn)品和生產(chǎn)資料運輸也不方便。(4)前屋面角度 其指前屋面與地平面的夾角。這個角度越大,前屋面與陽光的交角（投射角）越大，透過的

10、光線也就越多.斜立式溫室這個角度在北緯400以南地區(qū)應(yīng)達(dá)到23或以上.拱圓形溫室在北緯40°42°，拱底腳應(yīng)達(dá)到 50°60°,拱的中段要達(dá)到20°30°,上段要達(dá)到10°,這樣有利于冬季采光.下圖為本課題的實物結(jié)構(gòu)圖1所示：圖1 溫室大棚結(jié)構(gòu)實物圖1。2.2溫度傳感器、濕度傳感器、檢測儀表溫度和濕度是農(nóng)作物生長的主要條件,是保證農(nóng)作物生長的需要的絕對適宜的溫度與濕度。從而使其達(dá)到最高的產(chǎn)量,溫度傳感器和濕度傳感器就是為了檢測溫室大棚內(nèi)的溫度與濕度從而與設(shè)定值相比較作出判斷。而監(jiān)視儀表則是直觀的體現(xiàn)出當(dāng)前的溫度值與濕度值.1

11、。2。3電機部分本系統(tǒng)采用了五種不同功能的電機:環(huán)流風(fēng)機，它在整個植物生長的過程中全天候的工作，主要作用是將大棚內(nèi)的空氣形成對流,為每一個植物提供適宜的溫度和濕度。風(fēng)冷電機的主要作用是當(dāng)溫度超過設(shè)定值時進(jìn)行溫室內(nèi)散熱的作用,從而保證農(nóng)作物的生長在正常的溫度下生長。風(fēng)門電機主要的作用是為農(nóng)作物提供新鮮的空氣從而達(dá)到控制溫室大棚內(nèi)的溫度以及濕度使其更適合農(nóng)作物的生長。加濕電機是為農(nóng)作物的生長提供適宜的濕度的關(guān)鍵部分，提高農(nóng)作物的成活率.在植物的生長中，需要在特定的時間對大棚內(nèi)的空氣進(jìn)行加溫，達(dá)到農(nóng)作物所需的溫度.在大棚中使用圓翼型熱鍍鋅散熱器進(jìn)行加熱。1。3系統(tǒng)工作流程概述1。3。1對溫室大棚內(nèi)的

12、溫度與濕度進(jìn)行調(diào)節(jié)、監(jiān)測對不同的農(nóng)作物生長所需的最適宜溫度也不盡相同如韭菜的最適生長溫度表11：表1 韭菜最適生長溫度表農(nóng)作物種類生長周期溫度（度）濕度（RH）韭菜20天20256070系統(tǒng)通過傳感器來檢測溫度與濕度，同時對溫度進(jìn)行調(diào)節(jié)控制。濕度傳感器再該系統(tǒng)中主要控制大棚濕度，通過濕度傳感器的設(shè)定值與當(dāng)前溫室大棚內(nèi)的濕度相比較，來控制風(fēng)門電機和加濕電機的開啟，使溫室內(nèi)的濕度達(dá)到設(shè)定值.1.3。2系統(tǒng)流程在該系統(tǒng)中可以實現(xiàn)手動控制和自動控制兩種不同的控制要求.（1）手動控制：可以手動控制加濕電機、風(fēng)門電機的啟動和停止.（2)自動控制：溫室大棚的工作流程是在播種完成之后，按下啟動按鈕打開環(huán)流風(fēng)機

13、為了讓環(huán)流,風(fēng)機一直處在最佳的運行速度,通過三菱FRE540通用型變頻器來調(diào)速.當(dāng)剛開始啟動環(huán)流風(fēng)機時以最高速度運行，使大棚溫度快速達(dá)到20°還有濕度達(dá)到60RH時，環(huán)流風(fēng)機以低速運行,在后面每隔三小時進(jìn)行換氣，環(huán)流風(fēng)機以中速運行。當(dāng)濕度低于60RH時加濕電機開始工作,當(dāng)濕度高于60RH時,加濕電機停止工作。當(dāng)溫度低于20°時風(fēng)冷電機停止工作，加熱風(fēng)機開始工作.當(dāng)溫度超過20°時，加熱風(fēng)機停止工作,風(fēng)冷電氣啟動開始散熱，是溫度達(dá)到設(shè)定值。該結(jié)構(gòu)線路簡單，工作穩(wěn)定可靠。當(dāng)在改變工藝流程時，便于線路的改造.方便對系統(tǒng)硬件進(jìn)行檢修與調(diào)試。2 系統(tǒng)硬件的選用2.1PLC的

14、選用PLC的特點：（1）通用性強，使用方便:PLC通過軟件實現(xiàn)控制，只需要改變軟件就可以實現(xiàn)不同的控制要求,方便快捷的適應(yīng)工藝條件的變化.同時由于PLC產(chǎn)品的系列化和模塊化可以組成滿足各種控制要求的控制系統(tǒng),用戶在硬件方面的設(shè)計工作只是確定PLC的硬件配置和I/O的外部接線。（2)功能強，適應(yīng)面廣：PLC不僅具有邏輯運算、計時、計數(shù)、順控等功能,而且還具有A/D、D/A的轉(zhuǎn)換，數(shù)值運算和數(shù)據(jù)處理等功能。因此，它既可以對開關(guān)量進(jìn)行控制，也可以對模擬量進(jìn)行控制還具有通信聯(lián)網(wǎng)的功能，可以與上位機和PLC之間構(gòu)成分布式控制系統(tǒng).（3）可靠性高，抗干擾能力強:針對PLC“專為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而生的設(shè)計&

15、quot;的要求，PLC采取了一系列硬件和軟件的抗干擾措施，還采取屏蔽、濾波、隔離等抗干擾措施，在軟件方面設(shè)置了故障檢測與診斷程序，檢查判斷故障迅速方便.本系統(tǒng)所選用的PLC為三菱FX2N系列，其功能強大,使用簡單方便。三菱FX2N系列PLC采用一體化箱體結(jié)構(gòu),其基本單元將CPU、存儲器、I/O接口及電源等都集成在一個模塊內(nèi)，結(jié)構(gòu)緊湊，體積小巧，成本低，安裝方便。FX2N有多種特殊功能模塊，如模擬量I/O模塊、高速計數(shù)器模塊、脈沖輸出模塊、位置控制模塊、RS232C/RS-422/RS485串行通信模塊或功能擴展板、模擬定時器擴展板等.由于本次系統(tǒng)的輸入點用了14個，輸出點用了13個所以本系統(tǒng)

16、所選用的是三菱FX2N32MR型號的PLC。圖2 三菱FX2N-32MR型PLC實物圖2。2變頻器的選用2.2。1變頻器的作用及工作原理主電路是給異步電動機提供調(diào)壓調(diào)頻電源的電力變換部分，變頻器的主電路大體上可分為兩類：電壓型是將電壓源的直流變換為交流的變頻器,直流回路的濾波是電容。電流型是將電流源的直流變換為交流的變頻器，其直流回路濾波是電感。 它由三部分構(gòu)成,將工頻電源變換為直流功率的“整流器”，吸收在變流器和逆變器產(chǎn)生的電壓脈動的“平波回路變頻器節(jié)能主要表現(xiàn)在風(fēng)機、水泵的應(yīng)用上。為了保證生產(chǎn)的可靠性，各種生產(chǎn)機械在設(shè)計配用動力驅(qū)動時,都留有一定的富余量.當(dāng)電機不能在滿負(fù)荷下運行時,除達(dá)到

17、動力驅(qū)動要求外，多余的力矩增加了有功功率的消耗，造成電能的浪費。風(fēng)機、泵類等設(shè)備傳統(tǒng)的調(diào)速方法是通過調(diào)節(jié)入口或出口的擋板、閥門開度來調(diào)節(jié)給風(fēng)量和給水量，使其輸入的功率大，且大量的能源消耗在擋板和閥門的截流過程中。當(dāng)使用變頻調(diào)速時,如果流量要求減小，通過降低泵或風(fēng)機的轉(zhuǎn)速即可滿足要求。2。2。1三菱FRE540通用型變頻器三菱FRE540變頻器是屬于FRE500系列，其體積小，性能高，主要功能有以下幾點:1 功率范圍： 0。47。5KW 2 用磁通矢量控制，實現(xiàn)1Hz運行150%轉(zhuǎn)矩輸出。3 ID，15段速度等功能選擇。4 內(nèi)置RS485通信口。6 柔性PWM,實現(xiàn)更低噪音運行.7 可選擇FRP

18、A0202簡易型面板或FRPU04CH型LCD顯示面板。0。4-7。5KW(3相380V，F(xiàn)R-E540系列)采用磁通矢量控制，實現(xiàn)1HZ運行150轉(zhuǎn)矩輸出,更低噪音運行。由于它的價格相對來說比較低，所以三菱FR-E540通用型變頻器更適合本系統(tǒng)的控制要求，故應(yīng)選用圖3 三菱FRE540系列變頻器實物圖2。3 傳感器的選擇2.3。1傳感器的選擇方法根據(jù)被測量對象與環(huán)境確定傳感器的類型:進(jìn)行測量工作時,首先要考慮到采用什么原理的傳感器,需要分析很多方面的因素才能確定，因為即使是去測量同一種物理量也有很多種原理的傳感器可以使用，所以根據(jù)被測量的特點和使用環(huán)境應(yīng)考慮以下幾點：(1）量程的大小;(2）

19、被測環(huán)境對傳感器體積的要求；（3）是接觸式還是非接觸式的；（4)所測得信號的發(fā)出方法.在考慮完上述問題后才能更合理的選用傳感器。根據(jù)傳感器的靈敏度:通常在線性范圍內(nèi)，希望靈敏度越高越好，可是實際中我們應(yīng)該注意的是，隨著傳感器的靈敏度變高，與被測量的無關(guān)外界信號也容易被采集，從而影響被測量的精度，導(dǎo)致數(shù)據(jù)的可靠性下降，所以應(yīng)選擇靈敏度對系統(tǒng)合適的傳感器來使用。根據(jù)頻率響應(yīng)性質(zhì)：傳感器的頻率響應(yīng)，決定了被測量的范圍,需要在允許的條件下保持信號的采集才不會失真。從實際上來說傳感器的響應(yīng)特性會有一定的時間延誤,理論上是希望越短越好,可以使得測量范圍變大.由于傳感器結(jié)構(gòu)特點的影響,機械性誤差比較大所以應(yīng)

20、選擇的傳感器可測信號率比較低。在動態(tài)測量時，應(yīng)按照信號的特點的響應(yīng)，以免誤差過大.根據(jù)傳感器的精度:測量的精度是傳感器的非常重要的一個指標(biāo),因為它關(guān)系到整個測量系統(tǒng)對測量數(shù)據(jù)的精確度，因此，精度越高的傳感器價格也都非常的昂貴。所以只要選擇對系統(tǒng)適合使用的傳感器就可以了，如果是為了定量分析，必須有精確的測量值，要選擇精度等級足夠的傳感器,也是特別重要的環(huán)節(jié)之一。根據(jù)傳感器的穩(wěn)定性:傳感器在使用一定的時間后，其能力的保持不變得特性叫做穩(wěn)定性,所以通常具有良好穩(wěn)定性的傳感器都要對環(huán)境具有較強的適應(yīng)能力,選擇傳感器之前，應(yīng)對其使用的環(huán)境做出調(diào)查以及評估，并選擇與其環(huán)境匹配的傳感器。2.3。2傳感器的型

21、號及顯示儀表選擇溫度傳感器:本系統(tǒng)選用的是PT100型電阻式溫度傳感器，它的測量范圍是200400。PT100是一種以鉑為原材料制成的電阻式溫度傳感器，當(dāng)它的電阻值在0度時為100歐姆.其外形結(jié)構(gòu)如下圖4所示圖4 PT100溫度傳感器PT100溫度傳感器的主要技術(shù)參數(shù)如下表2。 表2 Pt100溫度傳感器的主要技術(shù)參數(shù)：特性指標(biāo)測溫范圍200400探頭長度:5cm/10cm15cm/20cm電阻變化：0。3851/引線接法三線式接線方式:接線叉?zhèn)鞲衅骷篜T(鉑）探頭直徑:5mm引線長度：通常2米，定制長度(專用引線）允通電流：5mA熱響應(yīng)時間:30s供電：24VDC輸出：420mADPt10

22、0溫度傳感器的優(yōu)點：具有抗振動、穩(wěn)定性好、準(zhǔn)確度高、耐高壓等優(yōu)點PT100溫度傳感器三根芯線的接法主要是將PT100鉑電阻傳感器有三根引線，可以用A、B、C表示,按照規(guī)律為,A與B或C之間的阻值在常溫下為110歐左右，B與C之間為0歐，但從傳感器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)上看B與C是相通的.儀表上接傳感器的固定端子有三個，A線接在儀表上接傳感器的一個固定端子，B和C線位置是可以互相調(diào)換，但都需要接上。PT100溫度傳感器采用三線式接法的原因為PT100溫度傳感器0時電阻值為100,電阻變化率為0。3851/。由于其電阻值小,靈敏度高，所以引線的阻值不能忽略不計，工作原理如下：PT100引出的三根導(dǎo)線截面積和長

23、度均相同(即r1=r2=r3），測量鉑電阻的電路通常是不平衡電橋，鉑電阻作為電橋的一個橋臂電阻,將導(dǎo)線一根(r1)接到電橋的電源端，其余兩根（r2、r3）分別接到鉑電阻所在的橋臂及與其相鄰的橋臂上，這樣兩橋臂都引入了相同阻值的引線電阻，電橋處在平衡的狀態(tài),引線線電阻的變化對測量結(jié)果沒有任何影響。三線式接法原理圖如圖5所示。圖5 三線接法原理圖當(dāng)R1 X （Rx + r1 + r3)=R2 X (Rpt100 + r2 + r1）,當(dāng)電橋平衡時，U=0。溫度顯示及控制:在溫室大棚里的溫度須配有相應(yīng)的溫度顯示控制儀表才能直觀的顯示出來，本系統(tǒng)所選用的是XMOB智能型溫度顯示器，它可以調(diào)節(jié)上限溫度值

24、和下限溫度值。當(dāng)室內(nèi)溫度大于下限溫度值時,相應(yīng)的輸出繼電器S1動作,當(dāng)溫室內(nèi)的溫度大于上限溫度值時,對應(yīng)的輸出繼電器S2動作，從而實現(xiàn)對溫度的控制作用。圖6 XMOB智能型溫度顯示器其主要的技術(shù)參數(shù)是如下表22所示: 表3 XMOB智能型溫度顯示器技術(shù)參數(shù)輸出類型繼電器輸出測量精度±0.5F。S±1digit冷端補償誤差±2測量數(shù)顯范圍19999999工作環(huán)境050，相度濕度85%RH電源AC 220V±10% 50HZ/60HZ功耗4VA熱電阻與儀表的接線圖如下：圖 7熱電阻與儀表接線圖濕度傳感器的選用：在通常情況下,韭菜在生長期間對濕度的要求在75%

25、RH85%RH之間。檢測空氣濕度的方法很多,氣原理是根據(jù)空氣中的水分與某種物質(zhì)之間所引起的變化，間接的獲得該物質(zhì)的吸水率。電容式、電阻式和濕敏元件分別是根據(jù)高分子材料吸濕后介電常感器考慮到以下幾點:感濕性能好、靈敏度高、響應(yīng)速度快、測量范圍數(shù)、電阻率和體積隨之發(fā)生變化而進(jìn)行濕度測量的。選擇集成濕度傳寬,有較好的一致性、可重復(fù)性，線性度好、濕滯小較高的穩(wěn)定性和可靠性，有較強的抗污染能力、使用壽命長.所以本系統(tǒng)選用的是余姚WS01型號的濕度傳感器如下圖27所示圖8余姚WS01型濕度傳感器WS01型號濕度傳感器的主要參數(shù)如下表23所示:表4 WS01型號濕度傳感器的主要參數(shù)濕度范圍：10RH85%R

26、H濕度遲滯為±1。5RH測量精度：±2F。S±1。0個字工作電壓：DC24V工作環(huán)境:2060相濕度85%RH濕度顯示及控制：想要控制溫室內(nèi)的濕度,我們必須要配有想對應(yīng)濕度顯示控制儀表，在這里我選用的是CJLC9007系列的智能液晶顯示控制儀表，其可調(diào)節(jié)其濕度，當(dāng)濕度達(dá)到我們設(shè)定的濕度下限值時，輸出繼電器S3動作。當(dāng)濕度達(dá)到我們設(shè)定的濕度上限值時，輸出繼電器S4動作.圖9 CJLC9007濕度顯示儀表CJLC9007系列智能液晶顯示控制儀表的主要參數(shù)如下: （1）輸入雙PT100 。 （2)輸出支持多種輸出控制方式，輸出多種繼電器輸出:觸點容量AC250V 7A(

27、阻性負(fù)載）。 精度溫度測量精度±0.5F·S±1。0個字. 濕度測量精度±2F·S±1。0個字。 (4）報警繼電器輸出：觸點容量AC250V 7A（阻性負(fù)載）。 （5)供電 交流電： 110242VAC,50Hz 。 (6）外型尺寸外型尺寸:160mm(寬）×80mm(高)×48mm（深）開孔尺寸:152mm×76mm 。 （7）工作條件濕度:10%85%RH（無凝結(jié)） (8）保存條件溫度：2060，避免日光直曬 。濕度傳感器與儀表的接線圖：圖 10濕度傳感器與儀表接線圖2.4環(huán)流風(fēng)機在溫室大棚的內(nèi)部安裝

28、環(huán)流風(fēng)機可以讓棚內(nèi)的空氣流通形成有序的運動，確?？諝赓|(zhì)量的均勻和穩(wěn)定。如圖11所示，適宜高密度種植的溫室大棚。環(huán)流風(fēng)機的特點在于整體集流器設(shè)計，外殼采用不銹鋼，整體集流器設(shè)計,整體防腐處理，使用壽命長達(dá)35年，風(fēng)量大，噪音低，扇葉微動平衡處理可以使其高效的工作。四臺風(fēng)機采用并聯(lián)的連接方式。圖11 環(huán)流風(fēng)機實物圖2。 5 加熱及加濕系統(tǒng)的設(shè)計2.5.1 燃油熱風(fēng)機加熱系統(tǒng)系統(tǒng)選用北京盛芳園有限公司生產(chǎn)的KR80100型燃油熱風(fēng)機,額定發(fā)熱量為92880kcal/h,經(jīng)計算，能滿足供熱面積600m²左右的溫室,其結(jié)構(gòu)示意圖如下圖12所示：圖12 KR80-100型燃油熱風(fēng)機機構(gòu)示意圖設(shè)備

29、由風(fēng)機、高效換熱器、燃燒器及自動控制系統(tǒng)組成。風(fēng)機采用FZL型軸流風(fēng)機，風(fēng)量大,風(fēng)壓高，噪聲低,可采用風(fēng)管送風(fēng)，熱風(fēng)傳輸距離長，采暖區(qū)溫度更均勻.換熱器采用圓環(huán)柱筒型煙、空氣夾套式的結(jié)構(gòu)，換熱器材料全部用不銹鋼，換熱面積大，排煙非常溫度低,熱效率極高.燃燒器采用意大利RIELLO公司的產(chǎn)品,燃燒效率達(dá)98100，環(huán)保節(jié)能設(shè)有火焰探測的裝置，燃燒可靠。2。5。2微霧加濕機本系統(tǒng)采用北京瀚寧空氣技術(shù)有限公司生產(chǎn)的高壓微霧加濕機,該產(chǎn)品將精濾得來的自來水加大壓力至7MPa，再從高壓水管傳送到噴嘴,經(jīng)過超微細(xì)的噴頭霧化后以310微米的微霧噴射到整個空間,使溫室大棚達(dá)到增濕的效果,加濕器具有效率高、省電

30、、噪音小等特點，噴頭及水霧分配器無動力易損部件，耐磨損，噴霧均勻。微霧加濕器的加濕量為60300kg/h,可滿足加濕面積在600m²左右的溫室需要。圖13 微霧加濕機3 主電路的回路設(shè)計3。1電氣原理圖qq749986419，可獲取電子圖及程序3。2 環(huán)流風(fēng)機電路設(shè)計在本系統(tǒng)中,環(huán)流風(fēng)機時整個溫室大棚的重要部分,它在植物的生長周期中不斷的工作,主要是將大棚內(nèi)的空氣形成對流，使植物在適宜的溫度和濕度下生長。由于在植物生長期間需要對環(huán)流風(fēng)機的轉(zhuǎn)速進(jìn)行調(diào)節(jié),在這里我們通過變頻器來實現(xiàn)環(huán)流風(fēng)機的調(diào)速,當(dāng)開始啟動環(huán)流風(fēng)機時，以最高轉(zhuǎn)速運行，也就是1120轉(zhuǎn)/分鐘,使大棚內(nèi)的溫度、濕度快速攪拌均

31、勻，達(dá)到我們設(shè)定的溫度和濕度，當(dāng)溫度和濕度達(dá)到預(yù)設(shè)值時，大風(fēng)電機低速運行，轉(zhuǎn)速為280轉(zhuǎn)/分鐘.在后面每三個小時的換氣中，大風(fēng)電機以中速運行,轉(zhuǎn)速為700轉(zhuǎn)/分鐘.3。2.1變頻器的使用在本系統(tǒng)中變頻器所用到的端子為：L1、L2、L3：連接工頻電源,為電源輸入端.U、V、W：變頻器輸出,接三相籠式電機。STF：正轉(zhuǎn)啟動，STF信號ON時便正轉(zhuǎn)，處于OFF時停止.RH、RM、RL：信號組合,用來選擇多段速度.SP：信號公共輸入端子。RUN：變頻器運行輸出端子.SE:集電極開路輸出公共端,RUN、FU的公共端子。ABC：為異常輸出端，當(dāng)出現(xiàn)異常時變頻器停止工作?？刂贫俗拥氖褂萌缦聢D所示：圖15 變

32、頻器的控制端子SD為公共端,STF控制電機正轉(zhuǎn)，STR控制電機反轉(zhuǎn)，RL為環(huán)流風(fēng)機以280n/min運行，RM為環(huán)流風(fēng)機以700n/min運行，RH為環(huán)流風(fēng)機以1120n/min運行.變頻器使用參數(shù)設(shè)置:因為本系統(tǒng)所使用的都是普通的三相電機，所以對其內(nèi)部的參數(shù)設(shè)置比較簡單,大多數(shù)是默認(rèn)值，只需對以下參數(shù)進(jìn)行設(shè)置.Pr.440 設(shè)置高速頻率為40HZPr。525 設(shè)置中速頻率為25HZPr。610 設(shè)置低速頻率為10HZPr。71 設(shè)置加速時間為2SPr。81 設(shè)置減速時間為2SPr。95 電子過流保護(hù)Pr.710 設(shè)置適用電機為合適標(biāo)準(zhǔn)電機的熱特性Pr.792 操作模式選擇Pr.83380 電

33、機額定電壓 Pr。8450 電機額定頻率AC端為變頻器異常輸出端3.2。2環(huán)流風(fēng)機回路電路圖根據(jù)系統(tǒng)需要,M為環(huán)流風(fēng)機,電機功率為4KW，額定電流為8A。QF2保護(hù)整個主回路的作用，起到過載和短路的保護(hù)。在此選用10A的空氣開關(guān)型號是德西力CDB6S1P10A。接觸器KM1的型號為CJ20-10A，當(dāng)KM1線圈得電時,KM1主觸頭閉合,驅(qū)動環(huán)流風(fēng)機運行。電路圖如下圖16所示.圖16 大風(fēng)電機主回路電路3。3加濕電機電路設(shè)計加濕電機在系統(tǒng)中主要為植物正常生長提供適宜濕度，本系統(tǒng)中采用的是由北京瀚寧空氣技術(shù)有限公司生產(chǎn)的高壓微霧加濕機,加濕主機采用高壓陶瓷柱塞泵，壓力大硬度強。接觸器KM2的型號為

34、CJ2010A,當(dāng)接觸器KM2主觸頭閉合時，加濕電機M2運行。下圖16為加濕電機主回路.圖17加濕風(fēng)機主回路電路3。4風(fēng)門電機電路設(shè)計在植物生長的過程中需要吸入大量的二氧化碳,并排出氧氣，為了讓植物更好的生長，每隔一段時間就會啟動風(fēng)門電機通風(fēng)，使外界的新鮮空氣進(jìn)入，所以風(fēng)門控制系統(tǒng)主要的作用是為植物提供新鮮的空氣。M3為風(fēng)門電機，電機功率為1。1KW，電機的額定電流應(yīng)為2。5A,供電電壓為交流380V.在此系統(tǒng)中通過KM3來控制風(fēng)門電機，交流接觸器KM3的型號為CJT15A，QF4在整個主回路中起到短路保護(hù)的作用，型號為正泰DZ1540/C10.下圖18為風(fēng)門電機的主回路.圖18風(fēng)門電機主回路

35、電路3。5風(fēng)冷電機電路設(shè)計在整個植物生長的過程中，植物的呼吸可使溫度升高，溫度超過最高溫度時風(fēng)冷電機運轉(zhuǎn)。根據(jù)系統(tǒng)需要，M4為冷風(fēng)機的電機，風(fēng)冷電機的功率為1.5KW，額定電流為3A。交流接觸器為KM4的產(chǎn)品型號為CJT15A,當(dāng)KM4線圈得電時,KM4主觸頭閉合,驅(qū)動風(fēng)冷電機運行。QF5為低壓斷路器型號為正泰DZ1540/C10。下圖19為風(fēng)冷電機的主回路。圖19風(fēng)冷電機主回路電路3。6加熱風(fēng)機主回路設(shè)計在整個的植物生長程中溫度是非常重要的因素，本系統(tǒng)中采用的是燃油熱風(fēng)機加熱系統(tǒng),風(fēng)機采用FZL型軸流風(fēng)機，風(fēng)流大、風(fēng)壓高、噪音小。根據(jù)系統(tǒng)需要，交流接觸器KM5的型號為CJT15A，當(dāng)KM5線

36、圈得電時，KM5主觸頭閉合,驅(qū)動風(fēng)冷電機運行。下圖20為加熱風(fēng)機的主回路。圖20 加熱風(fēng)機主回路電路4 軟件程序設(shè)計一個合理系統(tǒng)功能的實現(xiàn)不單單只有硬件部分，也應(yīng)該有與硬件相連的軟件部分，這對系統(tǒng)的設(shè)計也是非常重要的。軟件的主要功能是完成對信息量的邏輯運算，然后對硬件部分發(fā)出相對應(yīng)工作的指令讓其動作.上述的硬件的系統(tǒng)并不是完善的,因為只有軟件與硬件相互搭配使用才能使得系統(tǒng)得到完善并使其充分的發(fā)揮出相對應(yīng)的功能。4。1PLC的IO分配表PLC的IO分配圖可以最直觀的體現(xiàn)出在系統(tǒng)中的控制裝置的分配動作，本系統(tǒng)采用的FX2N-32MR型號的PLC是作為核心控制部件來使用，所以應(yīng)該合理的搭配它的各項指

37、標(biāo)。其IO分配圖如下表所示：表5 PLC的IO分配表輸入輸出元件代號輸入繼電器作用元件代號輸出繼電器作用SAX0手/自動切換RHY0高速運行SB1X1環(huán)流風(fēng)機啟動RMY1中速運行SB2X2開始啟動按鈕RLY2低速運行SB3X3加濕電機啟動STFY3電機正轉(zhuǎn)SB4X4風(fēng)門電機啟動KM1Y4大風(fēng)電機運行SB5X5風(fēng)冷電機啟動KM2Y5加濕電機運行SB6X6加熱風(fēng)機啟動KM3Y6風(fēng)門電機運行SB7X7暫停按鈕KM4Y7風(fēng)冷電機運行SB10X10停止按鈕KM5Y10加熱風(fēng)機運行S1X11溫度上限值輸入HL1Y11溫度指示燈S2X12溫度下限值輸入HL2Y12濕度指示燈S3X13濕度上限值輸入HA1Y1

38、3暫停警鈴S4X14濕度下限值輸入HA2Y14變頻器異常 警鈴S5X15變頻器異常輸入4。2PLC接線圖PLC接線圖就是PLC的硬件接線圖，就是將PLC的輸入、輸出端與控制系統(tǒng)中的按鈕、開關(guān)、指示燈以及其它輸入、輸出設(shè)備連線圖畫出來.與其它控制電路圖一樣,只不過PLC作為其中的一器件而已?？梢灾庇^的對PLC和外部器件的連接方式。如下圖：圖21 FX2N32MR 接線圖4。3 主程序設(shè)計與分析暫停程序:按下暫停按鈕X1一次后T16得電，0.5秒T15得電C31開始計數(shù)由此循環(huán)當(dāng)C32計數(shù)達(dá)到30次時M50動作。也就是在按下X1推遲30分鐘后,警報鈴聲響，當(dāng)再次按下暫停按鈕警鈴不響，系統(tǒng)繼續(xù)工作.

39、手/自動轉(zhuǎn)換程序：手/自動切換，正常運行時X0為OFF，手動是為ON,在正常運行時此段程序不執(zhí)行.當(dāng)X0閉合時為自動運行模式，X0斷開是為手動運行模式.環(huán)流風(fēng)機、加濕電機運行程序:按下環(huán)流風(fēng)機啟動按鈕X1，C30<>K1時，X1常開觸頭閉合,M0得電，M0常開觸頭閉合,M1線圈得電環(huán)流風(fēng)機以40HZ運行，按下開始啟動按鈕X2后,C30<k1且濕度低于下限值時，加濕電機和M3濕度指示燈工作。當(dāng)X14常開觸點閉合時且濕度高于上限值時M4風(fēng)門電機工作。生長周期20天定時程：X2為啟動開始按鈕當(dāng)按下后，M14閉合同時T1開始工作當(dāng)計數(shù)器C0計數(shù)60次后為一分鐘工作時間,當(dāng)計數(shù)器C1計數(shù)60次后為一小時工作時間，當(dāng)計數(shù)器C2計數(shù)60次后為天工作時間,當(dāng)計數(shù)器C3計數(shù)20次后為此段程序執(zhí)行20天定時階段程序.大棚內(nèi)溫度、風(fēng)冷電機、加熱風(fēng)機、大風(fēng)電機控制程序:當(dāng)C3<K20且C30C>K1時M10得電，線圈閉合，X11為溫度上限,X