打印做好畢業(yè)設(shè)計5g

1、WORD15/151 緒論1.1研究背景 我國的設(shè)施園藝絕大部分用于蔬菜生產(chǎn)。80年代以來，溫室、大棚蔬菜的種植面積連年增加。目前的栽培設(shè)施中，有國家標(biāo)準(zhǔn)的裝配式鋼管塑料大棚和玻璃溫室僅占設(shè)施栽培面積的少部分，大多數(shù)的農(nóng)村仍然采用自行建造的簡單低廉的竹木大小棚，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)量不多的裝配式塑料大棚和玻璃溫室也缺乏配套的調(diào)控設(shè)備和儀器，主要依靠經(jīng)驗和單因子定性調(diào)控，設(shè)施栽培的智能化程度非常低。我國設(shè)施農(nóng)業(yè)的發(fā)展，以超時令、反季節(jié)生產(chǎn)的設(shè)施園藝作物的發(fā)展為主，且發(fā)展迅猛。1997年設(shè)施園藝作物栽培面積達(dá)86.7萬公

2、頃，較80年代初期的栽培面積增長了128倍，人均設(shè)施蔬菜占有量19961997年為33公斤，較19801981年人均設(shè)施蔬菜占有量增長了近164倍。2001年，我國設(shè)施園藝面積將突破100萬公頃，全國設(shè)施蔬菜人均占有量將達(dá)到40公斤。塑料大棚、中棚與日光溫室為我國主要的設(shè)施結(jié)構(gòu)類型。其中能充分利用太熱資源、節(jié)約燃煤、減少環(huán)境污染的日光溫室為我國所特有。1997年我國日光溫室面 積已超過近16.7萬公頃。由農(nóng)業(yè)部聯(lián)合有關(guān)部門試驗推廣的新一代節(jié)能型日光溫室,每年每畝可節(jié)約燃煤約20噸。我國設(shè)施農(nóng)業(yè)目前還存在著諸如土地利用率低、盲目引進(jìn)溫室、設(shè)施結(jié)構(gòu)不合理、能源浪費嚴(yán)重、運營管理費用高、管理技術(shù)水平

3、低、勞動生產(chǎn)率低與單位面積產(chǎn)量低 等諸多問題，但隨著社會的進(jìn)步和科學(xué)的發(fā)展，我國設(shè)施農(nóng)業(yè)的發(fā)展將向著地域化、節(jié)能化、專業(yè)化發(fā)展，向著高科技、自動化、機械化、規(guī)?；?、產(chǎn)業(yè)化的工廠型農(nóng)業(yè) 發(fā)展，為社會提供更加豐富的無污染、安全、優(yōu)質(zhì)的綠色健康食品。1.2研究的目的與意義溫室的作用是用來改變植物的生長環(huán)境 ,避免外界四季變化和惡劣氣候?qū)ψ魑锷L的不利影響 ,為植物生長創(chuàng)造適宜的良好條件。溫室一般以采光和覆蓋材料作為主要結(jié)構(gòu)材料 ,它可以在冬季或其他不適宜植物露地生長的季節(jié)栽培植物 ,從而達(dá)到對農(nóng)作物調(diào)節(jié)產(chǎn)期、促進(jìn)生長發(fā)育、防治病蟲害與提高產(chǎn)量的目的。溫室環(huán)境指的是作物在地面上的生長空間 ,它是由光照

4、、溫度、濕度、二氧化碳濃度等因素構(gòu)成的。溫室控制主要是控制溫室的溫度、濕度、通風(fēng)與光照。雖然有些溫室也安裝有各種加熱、加濕、通風(fēng)和降溫的設(shè)備 ,但其主要操作大多仍是由人工來完成的當(dāng)溫室面積較大或數(shù)量較多時 ,操作人員的勞動強度很大 ,而且也無法達(dá)到對溫濕度的準(zhǔn)確控制。本文介紹一種基于PLC和溫濕度傳感器的溫室控制系統(tǒng)。2 大棚溫濕度檢測系統(tǒng)概述農(nóng)業(yè)溫室大棚為現(xiàn)代農(nóng)業(yè)提供新的生產(chǎn)環(huán)境,取得了良好的經(jīng)濟(jì)和社會效 益.它可以提高農(nóng)民收入,提高產(chǎn)業(yè)化水平,提高抵御自然災(zāi)害能力,延長作物 生長時間, 提高作物產(chǎn)量. 對于農(nóng)作物來說, 溫度和濕度是兩個非常重要的條件. 所以能夠監(jiān)控溫度和濕度對農(nóng)業(yè)大棚的生

5、產(chǎn)有著十分重要的意義。大棚溫濕度控制主要容如下：表1大棚溫濕控制要求PLC 控制的農(nóng)業(yè)大棚溫濕度檢測系統(tǒng)溫度圍 0+50.濕度 0%100%.。1 系統(tǒng)每隔1分鐘采集一次溫度和濕度,以中斷方式讀取。2 正常情況下,系統(tǒng)循環(huán)顯示采集的溫、濕度值,顯示器由3 位LED顯示器構(gòu)成。(溫度L3顯示7，濕度L3顯示8)3 當(dāng)溫度達(dá)到30以上時,Y1降溫閥門動作,低于18時,Y2升溫閥門動作, 設(shè)計溫度在3018之間,Y1和Y2不吸合。4當(dāng)濕度達(dá)到90%以上時,Y3降濕閥門動作，低于60%以下時Y4加濕閥門動作，濕度在60%90%之間，Y3和Y4不吸合溫濕度的檢測方法很多, 本文是以PLC為控制器的溫濕度

6、控制系統(tǒng)的設(shè)計.PLC與其他的控制器相比具有較高的抗干擾的能力和高的可靠性,并且對環(huán)境的適應(yīng)行好.對溫濕度的采集,可以選擇相應(yīng)的溫度和濕度傳感器,將溫度和濕度轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的電信號送入控制器中.PLC擁有豐富的軟件功能,在控制器中我們可以用相應(yīng)的程序?qū)⒉杉瘉淼哪M信號轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的數(shù)字信號. 由于數(shù)字信號的大小是與被測量有關(guān), 但不是溫度和濕度的工程量值,所以為了顯示溫度和濕度的物理量值的大小時, 要將數(shù)字量進(jìn)行標(biāo)度變換.然后將標(biāo)度變換所得的結(jié)果送入顯示器中顯示.其整體結(jié)構(gòu)如圖1所示。圖1系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)圖3 系統(tǒng)硬件的選型3.1 PLC的定義可編程控制器，英文稱Programmable Control

7、ler，簡稱PLC，是用于工業(yè)現(xiàn)場的電控制器。它源于繼電器控制技術(shù)，但基于電子計算機。它通過運行存儲在其存中的程序，把經(jīng)輸入電路的物理過程得到的輸入信息，變換為所要求的輸出信息，進(jìn)而再通過輸出電路的物理過程去實現(xiàn)對負(fù)載的控制。它采用可以編制程序的存儲器，用來在其部存儲執(zhí)行邏輯運算、順序運算、計時、計數(shù)和算術(shù)運算等操作的指令，并能通過數(shù)字式或模擬式的輸入和輸出，控制各種類型的機械或生產(chǎn)過程。PLC與其有關(guān)的外圍設(shè)備都應(yīng)該按易于與工業(yè)控制系統(tǒng)形成一個整體，易于擴(kuò)展其功能的原則而設(shè)計。3.2 PLC的特點（1）抗干擾能力強，可靠性好I/O系統(tǒng)設(shè)計有完善的通道保護(hù)與信號調(diào)理電路；在結(jié)構(gòu)上對耐熱、防潮、

8、防塵、抗震等都有周到的考慮。（2）控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，通用性強PLC與外圍模塊品種多，可由各種組件靈活組合成各種大小和不同要求的控制系統(tǒng)。（3）編程方便，易于使用PLC程序的編制，采用梯形圖或面向工業(yè)控制的簡單指令形式。（4）功能完善在PLC部具有許多控制功能，諸如時序、計算機、主控繼電器以與移位寄存器、中間寄存器等。（5）設(shè)計、施工、調(diào)試、的周期短PLC采用模塊化積木式結(jié)構(gòu)，故僅需按性能、容量等選用組裝，因而縮短了設(shè)計周期，使設(shè)計和施工可同時進(jìn)行。（6）體積小，維護(hù)操作方便PLC體積小，質(zhì)量輕，便于安裝。（7）易于實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)化PLC可連成功能很強的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。（8）可實現(xiàn)三電一體化PLC將電控（邏

9、輯控制）、電儀（過程控制）和電結(jié)（運動控制）這三電集于一體。3.3 PLC的工作原理PLC的工作原理與計算機的工作原理基本是一致的，可以簡單地表述為在系統(tǒng)程序的管理下，通過運行應(yīng)用程序完成用戶任務(wù)。PLC通電后，首先對硬件和軟件作一些初始化操作，初始化反復(fù)不停地分階段處理各種不同的任務(wù)。但是PLC也有它自己的特點，PLC在確定了工作任務(wù)，裝入了專用程序后成為一種專用機，它采用循環(huán)掃描工作方式，系統(tǒng)工作任務(wù)管理與應(yīng)用程序執(zhí)行都是用循環(huán)掃描方式完成的3.4 基本的功能PLC有豐富的指令系統(tǒng)，有各種各樣的I/O接口、通信接口，有大容量的存，有可靠的自身監(jiān)控系統(tǒng)，因而具有以下基本的功能：eq oac(

10、,1) 邏輯處理功能；eq oac(,2) 數(shù)據(jù)運算功能；eq oac(,3) 準(zhǔn)確定時功能；eq oac(,4) 高速計數(shù)功能；eq oac(,5) 中斷處理（可以實現(xiàn)各種外中斷）功能；eq oac(,6) 程序與數(shù)據(jù)存儲功能；eq oac(,7) 聯(lián)網(wǎng)通信功能；eq oac(,8) 自檢測、自診斷功能。像PLC這樣，集豐富功能于一身，是別的電控器所沒有的，更是傳統(tǒng)的繼電控制電路所無法比擬的。豐富的功能為PLC的廣泛應(yīng)用提供了可能，同時，也為自動化行業(yè)的遠(yuǎn)程化、信息化與智能化創(chuàng)造了條件3.5 可編程控制器(PLC)的選擇在溫濕度檢測系統(tǒng)中,輸入量為溫濕度傳感器檢測值,輸出量為顯示器和提示燈.

11、 主機選擇S7-224，其功能如下。（1）本機集成了輸入/輸出 14 DI/10 DO（2）可以有 7 個擴(kuò)展模塊,（3） 最大數(shù)字量輸入/輸出圍 168（4） 模擬量圍輸入/輸出/最大 28/14/35（5） 用戶程序 8/12kb（6） 程序執(zhí)行時間 0.22us（7） 標(biāo)志寄存器/計數(shù)器/定時器 256/256/256（8） 高速計數(shù)器 6*30KHZ（9） 實時時鐘 置（10） 脈沖輸出 2*20khz（11） 通訊接口 1*RS485（12） 模擬電位器 2（13） 自整定PID調(diào)節(jié) 置 3.6 擴(kuò)展模塊選擇3.6.1 EM231模擬量輸入模塊的選擇由于溫度和濕度都是模擬量, 所以選

12、EM231模塊做為模擬量輸入模塊。表2模擬量輸入特性模擬量輸入點數(shù)4電壓(單極性)010V，05V電壓(雙極性)5V，2.5V 電流020mA電壓(單極性)2.5mV(010V時) 1.25mV(05V時)1.25mV(05V時)電壓(雙極性)2.5mV(5V時) 1.25mV(2.5V時)電流5A(020mA時)模數(shù)轉(zhuǎn)換時間250s模擬量輸入響應(yīng)1.5ms95%共模抑制40dB，DC to 60Hz共模電壓信號電壓+共模電壓(必須小于等于12V)雙極性，全量程圍-32000+32000單極性，全量程圍032000輸入阻抗大于等于10M輸入濾波器衰減-3db3.1KHz最大輸入電壓30V DC

13、最大輸入電流32mA分辨率12位A/D轉(zhuǎn)換器3.6.2EM222輸出模塊的選擇輸出是點亮LED顯示器和提示燈,S7-224的輸出點不夠,為了能夠滿足輸出,選擇三個 EM222模塊做為輸出模塊.表3模塊輸出特性數(shù)字量輸入點數(shù)16消耗電流（最大）110mA功耗3W屏蔽500m非屏蔽150m“1”信號輸入電壓20V“1”信號輸入電流（最大）750mA403A55以上（水平安裝）3A節(jié)電壽命無感性負(fù)荷0.75A燈負(fù)載5W阻性負(fù)荷0.75A尺寸：（寬高深）71.28062mm重量145g3.7 溫度傳感器選擇本系統(tǒng)中要求檢測溫度的圍是0+50為了滿足要求,系統(tǒng)中選擇 JCJ100F。其技術(shù)參數(shù)如下：輸出

14、信號: （420）mA 、（05）VDC、（010）VDC 輸入信號: Pt100（默認(rèn)）、Pt500、 Pt1000 輸入線阻: 50負(fù)載電阻: 500（電流輸出），3K（電壓輸出） 電源電壓: 1、24VDC 2、12VDC （05V電壓輸出時） 3、24VAC 4、12VAC （05V電壓輸出時） 環(huán)境溫度: -2080 相對濕度：590%RH(無凝露) 消耗功率: 0.6W 3.8 濕度傳感器的選擇而濕度的圍要0%100%.為滿足要求,選擇JCJ100H1濕度傳感器.其技術(shù)參數(shù)如下：工作電源： 12VDC10% 24VAC10% 24VDC10% 濕度： 595%RH 無凝露 溫度：

15、-4080變送器材料： ABS塑料 外形尺寸： 755528mm濕度傳感器： 濕敏電容HS1101 （采用專利技術(shù)的固態(tài)聚合物結(jié)構(gòu) ）反應(yīng)時間（ta）： 典型值5s長期穩(wěn)定性： 典型值0.5%RH/年有效測量圍： 1095%信號輸出對應(yīng)圍： 0100%測量準(zhǔn)確度： 3% RH（2095%RH,20） 2% RH（2095%RH,20）電壓信號： （05）VDC （010）VDC （01）VDC電流信號： （三線制）（420）mA （020）mA （010）mA（用于單濕度）濕度測量： 通常狀態(tài)下，漂移不大于1%RH負(fù)載能力： 電壓型 1K 電流型 0500電流信號： 24V/45mA 電壓信號

16、： （05）VDC： 12V/35mA （010）VDC：24V/35m3.9大棚水溫空調(diào)裝置由于大棚水溫空調(diào)裝置主要由高效舌板式復(fù)合熱交換燃煤爐和復(fù)交換管片式水溫空氣交換器組成，當(dāng)大棚溫度超過30時,Y1降溫閥門動作,以淺層地下水或流動的地表水為冷媒進(jìn)行循環(huán)降溫。當(dāng)溫度低于18時,Y2升溫閥門動作,該裝置以燃煤爐提供的熱水為熱媒進(jìn)行供暖。溫度在3018之間,Y1和Y2不吸合。當(dāng)濕度達(dá)到90%以上時,Y3降濕閥門動作，風(fēng)管打開，實現(xiàn)通風(fēng)換氣。當(dāng)棚空氣低于60%以下時，Y4加濕閥門動作，噴水加濕。濕度在60%90%之間，Y3和Y4不吸合4系統(tǒng)硬件設(shè)計4.1 I/O接口分配在本系統(tǒng)中啟動按鈕接I0

17、.0,停止按鈕接I0.2. 溫度采集模擬量輸入通道接 AIW0,濕度采集模擬量輸入通道接AIW2.主機與擴(kuò)展模塊的I/O分配如表4所示. 表4主機與擴(kuò)展模塊I/O接口主機s7-224模塊1 EM222模塊2 EM222模塊3 EM222模塊4 EM231I0.0 Q0.0 Q2.0Q3.0Q4.0AIW0I0.1 Q0.1Q2.1Q3.1Q41AIW2I0.2 Q0.2Q2.2Q3.2Q4.2AIW4I0.3 Q0.3Q2.3Q3.3Q4.3AIW6I0.4 Q0.4Q2.4Q3.4Q4.4I0.5 Q0.5Q2.5Q3.5Q4.5I0.6 Q0.6Q2.6Q3.6Q4.6I0.7 Q0.7Q

18、2.7Q3.7Q4.7I1.0 Q1.0I1.1 Q1.1I1.2I1.3I1.4I1.5輸出量與輸入量的I/O接口分配如5圖所示表5輸出量與輸入量I/O分配啟動按鈕SB1I0.0停止按鈕SB2I0.2Y1降溫閥門Q0.0Y2升溫閥門Q0.1Y3將濕閥門Q0.2Y4加濕閥門Q0.3溫度模擬量AIW0濕度模擬量AIW2溫度工程量VW204濕度工程量VW304顯示器LED1QB2顯示器LED2QB3顯示器LED3QB44.2PLC與外圍器件的連線PLC與外圍器件的連線如圖5所示圖5 PLC與外圍器件連線5軟件設(shè)計5.1 主程序的設(shè)計 在主程序中,當(dāng)按下啟動按鈕系統(tǒng)開始工作.每隔一分鐘,對溫濕度進(jìn)行

19、一次采集.此過程是通過調(diào)用子程序完成的 .同時通過中斷程序顯示結(jié)果.當(dāng)采樣值滿足一定要求時提示燈亮.按下停止按鈕系統(tǒng)停止工作.其程序如下 ：主程序5.2 子程序的設(shè)計子程序的功能是將溫濕度傳感器所檢測的值進(jìn)行轉(zhuǎn)換和保存, 其程序如下 溫度采集子程序 SBR0 濕度采集子程序 SBR15.3 中斷程序設(shè)計中斷程序是將溫濕度的工程量值送入LED中顯示,其程序如下：中斷服務(wù)程序 INT_0,溫度顯示程序 中斷服務(wù)程序 INT_1,濕度顯示程序 總結(jié)這次課程設(shè)計根據(jù)課題要求,復(fù)習(xí)了所學(xué)的 PLC 課程容,設(shè)計重點是理論 與實際的相結(jié)合,使我得到了一次用專業(yè)知識, 專業(yè)技能分析和解決問題的鍛煉. 通過這次課程設(shè)計使我明白了自己原來知識還比較欠缺. 明白學(xué)習(xí)是一個長期積累的過程, 在以后的工作, 生活中都應(yīng)該不斷的學(xué)習(xí), 努力提高自己的綜合素質(zhì). 這次的 PLC設(shè)計重點是理論與實際的相結(jié)合, 不