基于PLC的液位控制系統(tǒng)設(shè)計【實用文檔】doc

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基于PLC的液位控制系統(tǒng)設(shè)計【實用文檔】doc文檔可直接使用可編輯，歡迎下載畢業(yè)論文（設(shè)計)題目：基于PLC控制的高精度液位控制系統(tǒng)的設(shè)計姓名：濮孝金學(xué)號：122120018專業(yè):機械電子工程年月摘要在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程中,經(jīng)常需要對水位進行測量與控制，而日常生活中應(yīng)用到的水位控制也相當(dāng)廣泛。在以往水塔液位控制系統(tǒng)中,常規(guī)繼電器的頻繁操作容易導(dǎo)致機械磨損,不方便更新和維護，不能滿足人們的實際需求;另外,隨著人口的遞增和生活條件的提高，人們用水的需求量也日益增加.為了提高液位控制系統(tǒng)的質(zhì)量和效率，節(jié)約能源,本次模擬水塔液位控制系統(tǒng)的裝置考慮結(jié)合可編程邏輯控制器，繼電器和傳感器等技術(shù)，實現(xiàn)液位控制系統(tǒng)的自動控制。本設(shè)計使用西門子S7-300PLC可編程控制器作為液位控制系統(tǒng)的核心，配合硬件與軟件實現(xiàn)液位控制池液位動態(tài)平衡,過高、過低水位報警等功能.主要的實驗方法是在水箱上安裝一個自動水位測量裝置,通過水位變送器檢測水箱實際液位并將該液位反饋到ＰＬC控制器，經(jīng)Ａ/D轉(zhuǎn)換后，所得數(shù)據(jù)與PLC內(nèi)部設(shè)定數(shù)據(jù)進行比較，控制器處理數(shù)據(jù)并發(fā)送相應(yīng)指令改變電機的轉(zhuǎn)速從而控制抽水速率,改變進水量，使水位穩(wěn)定地保持在設(shè)定值附近。此外,通過液位標(biāo)定計算出控制器輸出ＰIW數(shù)值與實際水位的關(guān)系，就可以在觸摸屏上直觀顯示實時水位情況。實驗結(jié)果表明本設(shè)計能較好地完成自動液位控制的功能。關(guān)鍵詞:水塔液位控制,水位控制，繼電器，PＬCAbstｒａctＩnthecｏursｅofrｏｕtineindustｒｉaｌaｎdａgrｉｃulturａlproduｃtionweｔheｎeeｄtｏｍeasｕｒｅtheｗaterlevelandｃoｎtrolｉt．Furtherｍoreｅｖerydａyleｖｅlconｔrｏｌａppliｃatioｎsaｒeｑuiｔeeｘｔensｉｖe,suchashydrｏpowｅr,wateｒtｏｗersanｄotherｗaｔｅrｃoｎtrｏｌ.Aｃcｏrdingtoｔhｅwaｔerｓupplysystemｉnｔhepａst，frｅｑueｎtoperatioｎtoweｒｓｗｉｌlproducｅｍecｈaｎiｃalwearｏfconventｉonalｒelayconveｎｉeｎｔmaiｎｔeｎａnｃｅandｕpdaｔeｓ,ｔhａt(yī)ｍeａnsｉtcaｎnotmeettheactuaｌneeｄsoftｈｅｐｅople，aｎdwｉthGｒadｕalgrowthofpopuｌationanｄlivingconｄitiｏｎs，theｄeｍandfoｒwaｔｅｒiｓalsoｉncｒeaｓｉng。Ｉnｏｒdｅrtoimpｒｏvetｈeqｕaｌｉｔyoｆtｈｅwaｔersupplysyｓtｅm,ｅnerｇｙconserｖatiｏn，ｓｏIcoｎsiｄereduseaproｇraｍmablelogｉccoｎtroｌｌer，ｒｅlａyandsensortechnoloｇｙ，withhａrｄwareａnｄsoftwaretｏachｉeｖelowwaterｌevelalarｍ,waｒningsｗｉtcｈｂeｔｗeｅｎｗoｒkandproｃedｕｒｅsmanuａl/automatictoｄｅsｉgnｐｒacticaｌlevelconｔroltowerscｈeme．Icoｍpletedthesetupofthｉssimuｌationusingtｈeｔaｎｋwaｔerｔｏwer,basｅdonSｉeｍeｎｓS7－３00PLＣprｏgｒaｍmabｌeｃｏntrolｌertａｎkwaｔerlｅｖelconｔｒolsysｔemaｓｔhecｏｒe。Ｉｃomｐleteｄawaｔerｔankｔocｏｍpleteｔheperｆoｒｍaｎｃｅｃapaｂｉlitｙaｉmiｎgａt(yī)doinganｅedsanaｌysiｓ。Thｅmaｉnｅｘpｅｒiｍentaｌｍethｏduseｄistoinstallａnaｕtomaticｗaterlｅvelmeasurｉngdevｉceｏnthetanｋ。ThｅlevelsｅnsｏrｄｅtectｉngtheｗatertaｎktoｍｅaｓuretheactｕalwaｔeｒlevelanｄthｅcontroｌmoduｌeｔosendｉｎfｏｒmatioｎtoｔhePLＣ,vｉaA/Ｄconｖerｓｉoｎ,thedatａｏbtainediscomｐaｒeｄwithｔheｓｅｔlevel，ｔhecontｒｏllerprocesｓeｓthｅdataandsenｄｓtheａpｐroｐriatｅcｏmmandｓtocoｎtroｌthemｏｔorｓpeeｄchaｎｇeｐumｐingrａt(yī)e，tｈｅwaterlevelmaintａｉneｄｉｎthepｒｏｐerpｏsｉtion。ThａnToｕchsｃreｅｎｃoｍpletｅstｈelｅｖeldisplay，ｆaultalarmiｎfｏrmatiｏnｄisｐlａｙ，real—timeaｎdhｉstｏricalcｕrvecurｖesｓｈoｗ。Ifthewatｅrlevelislowerorhｉｇhｅｒｔｈantｈesetｖaｌue，theｈazardｗarningsigｎalwiｌlbeiｓsｕedInthｉspａpｅｒ，PLCａutomａt(yī)icwａt(yī)ersuｐpｌｙsystembasedongoodexecutionproceｓsleveｌcｏｎtroｌ。Keyｗｏrｄs:ｔoｗeｒwａt(yī)er；wａt(yī)erｌeｖｅlcｏｎtrol；relays；PLC目錄TOC\o＂1－3”＼h＼u第一章緒論ＰＡGERＥF_Toc149641§1。1研究背景PAGEREF_Ｔoｃ８38１§1．2ＰLＣ的產(chǎn)生與發(fā)展PAＧＥREF_Toc1663８2HYPERLINK\l＂_Toｃ２3２2２”1。2.1ＰLC的產(chǎn)生ＰAGEＲEF＿Toc23222２ＨYPERＬIＮK\l＂_Tｏc672”１．2。２PLC技術(shù)的發(fā)展PＡGＥREＦ＿Toc67２2§1．3設(shè)計任務(wù)ＰAGＥREF_Ｔoｃ8864３_Toc１１569"§２.1自動液位控制系統(tǒng)應(yīng)用簡介PAＧEREＦ_Ｔoc１1５6９4HYPＥRLINＫ2。3.2I/Ｏ模塊PAGEＲＥF_Toc2３117２.3．3電源模塊PＡＧEREF_Ｔoc245378ＨYPERLIＮK２.４.3執(zhí)行用戶程序掃描階段PAＧEREＦ_Tｏc156３29２。４。4輸出刷新掃描階段PAGEREＦ＿Tｏｃ120481０§２.5水箱液位控制系統(tǒng)組成及工作原理PAＧEREＦ_Ｔoc１0185112．５。１液位控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖：ＰAＧEＲEF_Toc2２7５0112．5。2液位控制系統(tǒng)工作原理PＡＧERＥF_Toc7５71１12.5。3液位控制系統(tǒng)工作過程:PＡＧEREF＿Toc２6９７１22。5。４水箱液位的標(biāo)定PAGＥREF_Toc２45913HYPERLINK\l”_Toｃ5368”第三章液位控制系統(tǒng)軟件設(shè)計PAＧEＲEF_Toc536815§3.1PLC軟件程序介紹PＡGEＲEＦ_Tｏｃ2515１5HYPＥＲLINK\l”_Toｃ５２1０”3。1.1梯形圖的組成：PAGEREＦ_Toc5２1０１5HYPERLINK\l”_Toｃ285９0”３.1．2梯形圖的幾個特點PAGＥRＥＦ＿Ｔｏc2859015_Tｏc７１08”§3。２程序設(shè)計流程圖ＰＡＧＥREF_Tｏc7108１6ＨYPERLINK\l”_Toc194５2”§3.3PLC中PＩＤ控制器的實現(xiàn)ＰAＧEＲＥF_Toc１945２17HYPERLＩNK\l"_Toc1322９”3．3。1PＩD算法ＰAＧEＲEF＿Tｏｃ1３2２9１７3.３。２PLC實現(xiàn)PIＤ控制的方式PAGEREF_Tｏc255９８17ＨYＰERＬINK\l＂_Toc２7534”3。3．3連續(xù)調(diào)節(jié)器FB41的使用PAＧEREＦ_Ｔoc2753４18§3。4系統(tǒng)軟件設(shè)計PAGERＥF＿Ｔoc243８621HＹPERＬINK\l＂_Ｔｏｃ105４0＂第四章裝置測試與結(jié)果分析ＰAＧEＲＥＦ_Ｔoｃ10540２５致謝ＰAＧERＥＦ_Toc20４2728參考文獻PAＧＥＲEＦ_Ｔoc13４4６29第一章緒論§1．1研究背景目前,城市液位控制系統(tǒng)主要為水廠、生活區(qū)、高層建筑液位控制系統(tǒng)等仍使用較傳統(tǒng)的方法液位控制。給水工作人員基于歷史數(shù)據(jù)和工作經(jīng)驗人工調(diào)節(jié)水泵電機的開停來實現(xiàn)水位的控制。當(dāng)用水量增加時，水壓降低，此時手動增大水泵功率；當(dāng)用水量減少時,水壓變大,此時把水泵電機功率降低或讓水泵停機。由于水泵是液位控制工程的通用機械,消耗大量能源。在我國,每年在水泵上的能源消耗占總用電量的2１％。為了節(jié)約能源,必須采取措施改良泵站,以適應(yīng)負(fù)載的變化來運行。傳統(tǒng)的液位控制方式有很多不足之處,尤其是對多臺泵水系統(tǒng).首先,由于水泵電機額定運行和停車兩種工作狀態(tài),并且系統(tǒng)完全依賴于人工操作進行控制,如此以來就不能提供一個穩(wěn)定的液位控制壓力，而且斷水、水管崩裂、管道共振等現(xiàn)象經(jīng)常出現(xiàn).其次,由于水泵電機只能工作在,長期高速運行，電能浪費較大，據(jù)統(tǒng)計，在目前水方式中，電費在水費成本中的以上.再次，由于對電機的人為控制很難保證切換秩序準(zhǔn)確性,加大了電機運行故障的可能性，容易造成電機在長遠(yuǎn)運作過程中不均勻磨損，機械磨損大就會縮短設(shè)備壽命且維護量大,設(shè)備和勞動力成本較高。最后，目前的城市生活區(qū)高層液位控制系統(tǒng),基本都采用高位水箱或水塔液位控制，這種方式的建設(shè)既增加基礎(chǔ)設(shè)施投資，也造成水資源二次污染。使用新型基于PLＣ的控制塔與過去水塔液位控制方式相比，無論在設(shè)備投資方面，還是運行經(jīng)濟性、穩(wěn)定性、可靠性、自動化程度方面都有著不可比擬的優(yōu)點，再者還具有顯著的節(jié)能效果。恒壓液位控制系統(tǒng),引起了國內(nèi)幾乎所有設(shè)備制造商的重視并不斷投資研發(fā),旨在生產(chǎn)高科技產(chǎn)品。目前，產(chǎn)品正向著高可靠性,機控制，多品種系列發(fā)展。追求高度自動化、智能化、標(biāo)準(zhǔn)化是未來液位控制系統(tǒng)著眼于開發(fā)城市建設(shè)智能樓宇、和液位控制管網(wǎng)的必然趨勢.本文重點介紹基于PＩＤ控制的自動液位控制裝置的相關(guān)內(nèi)容及設(shè)計，使模擬水塔的水箱液位保持動態(tài)平衡。通過軟件調(diào)整PLC控制器內(nèi)的參數(shù),結(jié)合液位變送器反饋的實時液位信號再經(jīng)PID計算輸出控制量控制水泵功率調(diào)節(jié)進水,如此構(gòu)成單閉環(huán)系統(tǒng)。水箱水位控制系統(tǒng)集、控制技術(shù)，電力技術(shù),微電子技術(shù)、計算機技術(shù)和技術(shù)于一體,該液位控制裝置可以提高液位控制的穩(wěn)定性和可靠性,具有良好的控制水位動態(tài)平衡的效果.§１．2PLC的產(chǎn)生與發(fā)展1.2.1ＰＬＣ的產(chǎn)生1９6０年隨著小型計算機的產(chǎn)生和大型規(guī)模開發(fā)生產(chǎn)，人們都試圖實現(xiàn)以計算機來代替?zhèn)鹘y(tǒng)的繼電器控制接觸器。然而,由于小型工業(yè)控制計算機輸入、輸出用且編程技術(shù)的復(fù)雜，因此并沒有得到推廣和應(yīng)用。2０世紀(jì)6０年代后期美國汽車力日益激烈。為了滿足生產(chǎn)工藝的需要,在年，通用汽車公司第一次,對控制系統(tǒng)提出了具體要求：①其基本的控制系統(tǒng)的設(shè)計周期短，更換方便，簡單且成本低;②計算機的功能和和的控制系統(tǒng)可以結(jié)合在一起,并且要比計算機編程簡單易學(xué),易于使用;③系統(tǒng)的通用性好。196９年設(shè)備公司按照上述要求，研制出世界上第一臺控制器,并在美國通用公司自動裝配生產(chǎn)線上首次成功應(yīng)用，實現(xiàn)自動化生產(chǎn)控制。隨后，日本、德國等相繼出臺，迅速開發(fā)了可編程邏輯控制器.但是,這一次主要用于順序控制,雖然類似電腦設(shè)計的想法,但它仍然屬于邏輯運算,因此它被稱為輯控制器,即PＬC（Prograｍｍabｌｃ邏輯控制器)，后又為了區(qū)別改稱PLC。在2０世紀(jì)70年代末，電子技術(shù)和計算機技術(shù)的日益發(fā)展,具有更高計算功能的輯控制器也快速發(fā)展，不僅硬盤要更換,邏輯編程取代布線邏輯,還要具備運算功能和數(shù)據(jù)傳輸功能,真正成為工業(yè)計算機控制設(shè)備。不僅如此,該邏輯控制器又具備小型型化的特點，且該功能采用微電腦技術(shù)，工業(yè)控制能力范圍遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了制、順序控制局限,因此叫做可編程邏輯控制器，也稱為PC(Prｏgrammａblc控制器)。然而，由于PＣ機與PC（個人計算機）相混淆，人們都習(xí)慣于縮寫成PＬC。１．2。２PＬC技術(shù)的發(fā)展世界上公認(rèn)的第一臺是1969年設(shè)備公司(）研制的。美國以用戶身份提出新一代應(yīng)具備十大條件,這十大條件是：1。,可在現(xiàn)場修改程序；2．，最好是插件式；3.可靠性高于控制柜；4.體積小于控制柜；５?？蓪?shù)據(jù)送入管理計算機；６.在成本上可與控制競爭;7.可以是交流1１5V;8．為交流11５V／２A以上,能直接驅(qū)動電磁閥；9.在時，原有系統(tǒng)只要很小變更；１0.用戶程序至少能擴展到4K字節(jié).這１0項指標(biāo)其實就是現(xiàn)在PLC的最基本功能，其核心要求可歸納為4點：計算機代替控制盤.用程序代替硬接線。輸入/輸出電平可與外部裝置直接相聯(lián)。結(jié)構(gòu)易于擴展.年設(shè)備公司成功研制世界第一臺序控制器,并在公司的汽車自動裝配線上首次使用并獲得成功.它具有控制系統(tǒng)的外部特性，又有計算機的可、通用性和性，開創(chuàng)了的新紀(jì)元?？删幊炭刂破鲝漠a(chǎn)生到現(xiàn)在，經(jīng)歷了四次換代，總結(jié)如下表：表１—1可編程控制器的發(fā)展代次代次器件功能第一代1位微處理器邏輯控制功能第二代8位微處理器產(chǎn)品系列化第三代高性能8位微處理器以及位片式微處理器處理速度高,向多功能以及聯(lián)網(wǎng)通信發(fā)展第四代16位、32位微處理器以及高性能位片式微處理器邏輯、運動、數(shù)據(jù)處理、聯(lián)網(wǎng)功能的名副其實的多功能§1.3設(shè)計任務(wù)基于PＬC的自動液位控制控制裝置，以西門子Ｓ7-3０0PLC為控制器,現(xiàn)場總線(Pｒofｉｂｕs-ＰA)儀表為變送裝置,采用PID控制技術(shù)控制水泵的開關(guān)和轉(zhuǎn)速，實現(xiàn)對水塔的液位、流量進行實時監(jiān)控并保持水塔液位和流量的在液位控制中的動態(tài)平衡。達到的指標(biāo)：（1)完成控制系統(tǒng)的硬件組態(tài)；(2）實現(xiàn)液位控制動態(tài)平衡,即保證液位誤差〈2~3ｍm,流量誤差〈10mＬ；（3)結(jié)合S7—300PLC的硬件組態(tài)完成PLＣ程序設(shè)計，達到液位和流量雙指標(biāo).第二章液位控制裝置硬件設(shè)計§２.1自動液位控制系統(tǒng)應(yīng)用簡介在實際生活中，液位控制系統(tǒng)是由多臺水泵液位控制,比如下圖所示的液位控制系統(tǒng)使用了５臺水泵，４臺工作在工頻，1臺用于變頻工作（備用）。在正常的液位控制情況下，通常是由一定數(shù)量（比如3臺）水泵輪流處于工頻工作狀態(tài)，這樣可以避免因一臺水泵,導(dǎo)致整個液位控制系統(tǒng)的弊端。另外未按變頻運行的水泵也要輪流的處于工頻運行，使得各水泵的運行時間接近,延長水泵和系統(tǒng)的使用壽命。液位控制系統(tǒng)實物圖如下所示：圖2－15臺水泵液位控制圖２－2控制面板圖２-3液位控制池抽象出水塔液位控制的基本模型如下圖2－4所示:圖2—4水塔液位控制基本模型§２。2液位控制裝置硬件組成以上為生活中自動液位控制系統(tǒng)的應(yīng)用實例，在本次畢業(yè)設(shè)計中,結(jié)合實驗室具備的實驗條件，采用西門子S7-３00系統(tǒng)和水箱來模擬水塔液位控制系統(tǒng),設(shè)計出基于PLC的自動液位控制控制裝置,裝置的硬件組成如下:硬件？圖２-5實驗室硬件平臺其中基于模塊化設(shè)計的S7—300PLC系統(tǒng)由導(dǎo)軌和各種模塊組成，需要一個主機架和一個或多個擴展機架。圖2—６單機架S７－30０模塊硬件組態(tài)時，必須保證所組態(tài)的虛擬硬件系統(tǒng)與已安裝的實際硬件系統(tǒng)相匹配,包括：虛擬系統(tǒng)中模塊的組態(tài)順序與實際機架上模塊的安裝順序一致；虛擬系統(tǒng)中每個模塊的訂貨號應(yīng)與實際硬件模塊相匹配,同時應(yīng)注意有時訂貨號版本相近也可以兼容的情況。電路圖?§2。5水箱液位控制系統(tǒng)組成及工作原理傳感器？2。５.1液位控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖：由水泵、比例閥、單容水箱、液位測量及放水開關(guān)，所組成的單回路液位控制系統(tǒng)如圖2—1１所示。圖2—11液位控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖２．５.2液位控制系統(tǒng)工作原理在本畢設(shè)使用水箱中，水泵和比例閥共同作用來調(diào)節(jié)進水速率;液位測量裝置包括一個壓力傳感器和變送器,將液位轉(zhuǎn)化為0～10V模擬電壓信號；放水開關(guān)用來調(diào)節(jié)放水速率。工作過程：首先調(diào)節(jié)手動閥到一定開度并保持不變，使進水速率只與水泵的工作狀態(tài)有關(guān)；然后將放水開關(guān)調(diào)節(jié)到一定開度,再按圖2—1２的方式將液位系統(tǒng)與PLC系統(tǒng)連接,如此便構(gòu)成進水由水泵調(diào)節(jié)的簡單液位控制系統(tǒng);再通過采集液位測量裝置的液位反饋信號,并將該信號作為PIＤ控制的反饋值,通過PLＣ內(nèi)部的PID控制計算；最后輸出一個控制信號通過D／A轉(zhuǎn)化成電壓信號來調(diào)節(jié)水泵功率,使液位值迅速變化到設(shè)定值。圖2-12水箱硬件連接圖示說明2．5.3液位控制系統(tǒng)工作過程：首先調(diào)節(jié)手動閥到一定開度并保持不變,使進水速率只與水泵的工作狀態(tài)有關(guān)；然后將放水開關(guān)調(diào)節(jié)到一定開度，再按上圖２-1２的方式將液位系統(tǒng)與PLＣ系統(tǒng)連接，如此便構(gòu)成進水由水泵調(diào)節(jié)的簡單液位控制系統(tǒng)；再通過采集液位測量裝置的液位反饋信號,并將該信號作為PID控制的反饋值，通過PLC內(nèi)部的PＩD控制計算；最后輸出一個控制信號通過D/Ａ轉(zhuǎn)化成電壓信號來調(diào)節(jié)水泵功率,使液位值迅速變化到設(shè)定值,具體流程圖如下2-13。圖2-13液位控制系統(tǒng)工作過程流程圖2.5.4水箱液位的標(biāo)定在水箱系統(tǒng)上,先用手動閥屏蔽掉比例閥,并關(guān)閉放水開關(guān)。然后從ＰLC的AO通道送出一個模擬電壓到水泵信號輸入端，將水箱注滿足夠清水(約270mm液位）,停止進水,將此時液位測量模塊的輸出值送入到PＬC的AI通道，并在程序中通過模擬量輸入輸出地址ＰIW2８8讀出液位對應(yīng)的數(shù)字量的數(shù)值。接著，將放水開關(guān)打開一個小開度，液位下降后關(guān)閉放水開關(guān)，在程序中讀入更新后的ＰIＷ288值,按照這個步驟，連續(xù)、均勻的記錄一組數(shù)據(jù),如下表2-１所示所示。表２—１實際液位與PIW對應(yīng)數(shù)字量關(guān)系PIW數(shù)值3000500060007000８0009０0010000１１０00實際液位（ｍm）３4．095。012６.5156。5１82211.023９。5260.５圖2—1４實測數(shù)據(jù)在excel中擬合出的曲線及公式將獲得的數(shù)據(jù),在excel中擬合出曲線及公式，如圖2－14所示。可以看出測量裝置的線性度還比較好,計算出一次函數(shù)關(guān)系為ｙ=0.0286＊x－48．４36，近似為:y＝0。０29＊x—48.4,那么得到:實際液位=０。029＊PＩＷ數(shù)值—48。４，整合對應(yīng)關(guān)系完畢。第三章液位控制系統(tǒng)軟件設(shè)計§3。２程序設(shè)計流程圖根據(jù)實驗室水箱的硬件組成，設(shè)計水箱水位控制系統(tǒng)的PLＣ控制流程圖如下圖3-１所示:圖3—1液位控制系統(tǒng)液位控制流程圖其中,出水口閥門可開大開小，但最大不能大于進水量最大值,否則水箱的液位無法保持穩(wěn)定（一直下降),這種情況在實際水塔液位控制過程中表現(xiàn)在用戶用水量過大時水塔中的水量持續(xù)下降，此時會啟動備用水泵加大液位控制力度,由于本閉合硬件有限，此處不做討論?！欤?3PLC中PＩD控制器的實現(xiàn)是工業(yè)控制常用的控制算法,無論在溫度、流量等慢變化過程，還是速度、位置等快速變化的過程,都可以得到很好的控制效果?？刂扑惴ㄒ话阌伞尽拷M成,它們的作用分別是:比例用于達到控制器設(shè)定值；積分項的作用是消除系統(tǒng)靜差；微分項則改善系統(tǒng)的速度。３．3。１PID算法技術(shù)不斷增強，運行提高；不但可以完成順序控制的功能，還可以完成.如圖3-2是常見閉環(huán)控制系統(tǒng)的構(gòu)成。圖3-2閉環(huán)控制系統(tǒng)在自動控制系統(tǒng)中，用來對、、等處理的裝置稱為“調(diào)節(jié)器”,當(dāng)調(diào)節(jié)器具有功能時，即成為調(diào)節(jié)器。在自動控制系統(tǒng)的產(chǎn)品踐中，經(jīng)常采用控制器、軟件以及變來實現(xiàn)系統(tǒng)的調(diào)節(jié)功能,三種方法各具優(yōu)缺點,本設(shè)計選用算法的實現(xiàn)方法。3。3。2PLC實現(xiàn)PID控制的方式用對進行控制時，可以采用以下幾種方法：（1）使用過程控制模塊。這種模塊的控制程序是生產(chǎn)的,并存放在模塊中,用戶在使用時，使用起來非常方便，一塊甚至幾十路閉環(huán)回路，但是這種，一般在大型中使用。(2）使用功能指令?，F(xiàn)在很多都有供控制用的功能指令，如的指令.它們實際上是用于控制的子程序，與模使用，可以得到類似于是用過程，但是價格便宜得多。（３)用自編的程序?qū)崿F(xiàn)閉環(huán)控制.有的沒有過程控制模塊和控制用的功能指令，以使用控制指令，但希進的控制算法。在上述情況編制控制程序。3。３．3連續(xù)調(diào)節(jié)器ＦＢ４1的使用本設(shè)計采用西門子PＬC的庫功能塊FB4１作為系統(tǒng)的PＩＤ調(diào)節(jié)器。連續(xù)調(diào)節(jié)器FB4１用于在ＳIMATIＣＳ7可編程控制器上，控制帶有連續(xù)輸入和輸出變量的工藝過程。從“庫”或是“別的項目”中找到功能塊FB41，并將其復(fù)制到本項目的blｏｃks文件夾下，如圖3－3和圖3—４所示為本次實驗所需的各種塊.功能塊（FB）通常要配合背景數(shù)據(jù)塊（DB)使用,創(chuàng)建數(shù)據(jù)塊DB１并使其為FＢ41的背景數(shù)據(jù)塊,即一個存儲FＢ41子程序中各種變量的地址空間。圖3—3背景數(shù)據(jù)塊DB1的創(chuàng)建圖3-4本次實驗所需“塊”從“庫”中找到FB4１和ＳFＢ4１兩個功能塊，并為其創(chuàng)建背景數(shù)據(jù)塊DB1和DB2，從OB１的調(diào)用中可以看出，這個SFB41是針對集成式ＣPU314使用的,在本系統(tǒng)中調(diào)用它CＰU會報錯。所以本設(shè)計調(diào)用ＦＢ41并配合ＤB1使用。圖3-5在OB1中調(diào)用FB４1和SFＢ4１比較功能塊ＦB41實質(zhì)為一個子程序，在組織塊（OB1或OB３5）中調(diào)用,為實現(xiàn)內(nèi)部功能和外部信息交互，它必然包含一些變量,按圖3-6方式生成的背景數(shù)據(jù)塊便是這些變量的一個集合。圖３-6FB41的背景數(shù)據(jù)塊DB１中部分變量功能塊FB41為系統(tǒng)提供，一般不能打開來查看其程序結(jié)構(gòu)，但在使用手冊中給出了其內(nèi)部功能實現(xiàn)結(jié)構(gòu).圖3－7ＦＢ41的內(nèi)部結(jié)構(gòu)本設(shè)計中需要用到ＦＢ4１的以下變量：控制位：COＭ_ＲST（置1功能塊重啟)、MＡN_ON（置０）、PVPEＲ_OＮ（置0）、Ｐ_SＥＬ(比例作用選擇）、I_SEＬ(積分作用選擇）、D＿ＳＥL（微分作用選擇）參數(shù)：GAIN（比例增益）、TI（積分時間）、TＤ（微分時間）、CYＣＬE(采樣周期與０Ｂ３5周期一致）變量：控制量給定值、控制量反饋值、控制作用輸出.§3。4系統(tǒng)軟件設(shè)計基于保持液位控制系統(tǒng)液位動態(tài)穩(wěn)定的目的,并結(jié)合PLC內(nèi)部設(shè)定規(guī)則，設(shè)計出系統(tǒng)的軟件對于液位控制,將PＩD控制周期設(shè)置為20０ms,整個程序可以在OＢ１中寫,將FB４1的“CＹCLE”設(shè)置為200ｍｓ；或在OB35中寫，將FB４1的“ＣＹCLE”和OＢ３５的中斷周期都設(shè)置為２00ｍs，本設(shè)計采用第二種方式。圖3—8中斷組織塊0Ｂ35中斷周期的修改將ＤB１、液位給定、液位反饋在“符號表"中用符號表示，如圖3－９所示。圖3—９符號表編輯程序結(jié)構(gòu)如圖3—10所示，包含四段。第一段，用來將反饋值（PIＷ288)變換為一個比值（0～１）,并送到PV＿IＮ中；第二段，用來將給定值變換為一個比值（0~1），并送到SP＿INT中;第三段：用來調(diào)用FB41實現(xiàn)PIＤ控制,并將控制作用通過PQW288輸出;第四段：用來監(jiān)視反饋值。圖３-10梯形圖程序設(shè)計創(chuàng)建一個變量表來調(diào)試程序,可以直接在變量表監(jiān)視、修改變量值。本設(shè)計所需要監(jiān)視和修改的變量如圖3-1１所示。圖3-11變量表變量表中的上述變量其作用如圖14所示.圖3—12變量表中變量作用說明其中，PIＤ參數(shù)設(shè)定為：增益Ｐ=5500、積分時間常數(shù)Tｉ=３0ｓ.微分時間常數(shù)Tｄ=5s，采樣周期Tｓ=200ms。以上是液位設(shè)定PIW數(shù)值為60０0時液位的控制輸出、反饋值情況，由于放水閥持續(xù)放水,因此PIＤ控制器保持一個持續(xù)輸出的狀態(tài),液位基本達到穩(wěn)定時，水泵工作在工頻狀態(tài)，如上圖3—1１所示控制器輸出PＩW數(shù)值為368，反饋值為6001（設(shè)定值為6０００）.第四章裝置測試與結(jié)果分析系統(tǒng)的的,結(jié)合前面所述液位控制系統(tǒng)的控制要求，利用功能實現(xiàn)控制的定時采樣及,一臺水泵控制進水。圖4—１液位控制系統(tǒng)正在工作在本次畢業(yè)設(shè)計所用水箱中，水箱(液位水平為30mｍ～３１0mｍ)水位首先保持在２90mm左右,經(jīng)反復(fù)調(diào)整,ＰID參數(shù)設(shè)定為：增益P=0.２５、積分時間常數(shù)Tｉ=30s．微分時間常數(shù)Td＝5s，采樣周期Ts=2０0ｍs。實驗結(jié)果如下:表4-１實驗結(jié)果如下P(s）I（ｓ)D（s)給定液位值實際液位(mｍ）Ｌ反饋55０0．0３0511００0２6０.5１0940～１10305500．０３0５100０0２39．59976～1００21550０。0305９０００２１1.０8978~90475５00.0３05８０001８2.０7973～8032５50０．030５700０1５6.56９5４～70１８５50０.0305６00012６。55987~60215５0０.0305５０00495。０４977~501355０0.0305４00064。0３96３～4０1０5500。03053000３4．0２989～３02２其中,由于外部干擾、測量裝置精度等限制，反饋液位數(shù)值（ＰIW數(shù)值）在較小的范圍內(nèi)波動,現(xiàn)跟別取波動范圍最小值和最大值與液位設(shè)定值比較,情況如下：表4—２設(shè)定值與最小反饋值關(guān)系X（設(shè)定值）50０0600070008000９0０01００0０11０００Ｙ4９77５9876954７９7３89７8９976１０940對應(yīng)圖如下：X為設(shè)定液位值，Y為反饋值圖4－2表4－3設(shè)定值與最大反饋值關(guān)系Ｘ(設(shè)定值）５００0600０70０080０090０01000０１1000Z5013602１7０188０2３90４7１0０２１11030對應(yīng)圖如下：Ｘ為設(shè)定液位值，Y為反饋值圖4－3由上圖4-2與圖４-3中最小反饋值與最大反饋值跟設(shè)定值基本重合可以看出,液位控制裝置基本達到了液位穩(wěn)定的要求。在出水閥開度變化的情況下，控制器也能根據(jù)液位的變化情況調(diào)整進水量最后基本達到設(shè)定水位.致謝首先要感謝我的畢業(yè)設(shè)計指導(dǎo)老師張東，經(jīng)過這段時間的忙碌和學(xué)習(xí)，本科畢業(yè)論文設(shè)計已經(jīng)接近尾聲,而本人動手能力并不強，由于實踐經(jīng)驗的不足，難免有許多考慮不周全的地方,如果沒有指導(dǎo)老師張東的的督促和指導(dǎo)，想要完成這個設(shè)計是難以想象的。因此在此非常感謝我的畢設(shè)導(dǎo)師張東老師.張東老師平日里工作繁多，但在我做畢業(yè)設(shè)計的每個階段，從選題到查閱資料,論文提綱的確定,中期畢設(shè)審核，后期論文內(nèi)容的篩選等各個環(huán)節(jié)中都給予了我及時的監(jiān)督與支持。除了敬佩張東老師的專業(yè)水平外，他兢兢業(yè)業(yè)的工作精神也是我學(xué)習(xí)的榜樣，并且將積極影響我今后的學(xué)習(xí)和工作。其次在設(shè)計的過程中我還得到了很多同學(xué)的幫助與意見.另外要感謝PＬＣ實驗室負(fù)責(zé)人高放老師，高放極力為我們提供可靠的實驗環(huán)境,讓我們的畢設(shè)能夠爭取按時完成?？偟脕碚f在完成畢業(yè)設(shè)計期間，遇到了很多困難。我明白,在今后的學(xué)習(xí)和工作中還會遇到更多新的阻礙，這些東西會給我?guī)硇碌捏w驗和新的提升。因此，我堅信:只要我用心去發(fā)掘,勇敢地去嘗試,一定會能更大的收獲和啟發(fā)的?，F(xiàn)在我的畢業(yè)設(shè)計完成了，但還沒有完成我的學(xué)習(xí)之路，這次畢設(shè)讓我感知我的生活不僅局限于那小小的滿足感,山外山重重,等待我們?nèi)フ鞣倪€有太多太多。參考文獻[1］洪振宇,PLC在剪板機上的應(yīng)用初探，福建電腦，2010年第1期。［２]李克儉、饒滿和，水塔水位控制系統(tǒng)的研究與設(shè)計[J］，廣西工業(yè)學(xué)院學(xué)報，2006年第４期76~79.［3]謝長東，淺談ＰLC的產(chǎn)生，特點與發(fā)展趨勢讀寫算(教育教學(xué)研究），２0１2年第56期.［4]楊錦尊等，可編程控制器的特點及其發(fā)展動向,現(xiàn)代電子技術(shù),２007年第14期。［5]宋秀玲,PＬＣ在中國的發(fā)展及應(yīng)用前景，和田師范?？茖W(xué)校學(xué)報，20１0年第５期。［6]王復(fù)乾,淺談在工業(yè)自動化控制中可編程控制的應(yīng)用,南北橋，２０08年第1期.［７]郝戰(zhàn)存,可編程控制器發(fā)展綜述,河北工業(yè)科技，200４年第2期。［8]馮馬才，對ＰLC自動控制系統(tǒng)的可靠性問題與其設(shè)計方案的探究,科學(xué)論壇，２011年第１1期（下)。[9］郎學(xué)政，許同樂,李中華．基于Modbuｓ協(xié)議的PLC在自動液位控制監(jiān)控系統(tǒng)中的應(yīng)用，儀表技術(shù)與傳感器,2013年第2期。［1０］彭旭昀,一種基于變頻器PID功能的PLＣ控制恒壓液位控制系統(tǒng),機電工程技術(shù)，2005年第３４卷第１0期。[11]蔡紅斌等,電氣與PLC控制技術(shù)，北京：清華大學(xué)出版社,2007.[１2]王庭有，可編程控制器原理及應(yīng)用，第二版［M］.北京：國防工業(yè)出版社。[13］ＭicheｌGｉlles．ＰrogrａｍmａｂｅLoｇicＣontrolｌerｓ：ＡrcｈitecｔureａnｄＡｐplicatiｏnWｉｌey［Ｍ].1990。263～2６7。[1４］Ｃｈedｅd.Aｌ-Mｕlla．Ｃoｎtrolofafoｕｒ—leｖelelevａｔorsystemusｉngapｒogrａmmaｂlelogｉccｏntrollｅr［Ｊ］.Interｎａt(yī)ioｎalJourｎalofEleｃtriｃalＥngｉｎeeriｎgEducaｔiｏｎ，２０03２0２~204.［１5]石油化工儀表自動化培訓(xùn)教材，可編程序控制器,北京:中國石化出版社,2011。［１6]李道霖等,電氣控制與ＰLＣ原理及應(yīng)用，北京:電子工業(yè)出版社,2０04.［17］G.L。Batten。ＰrｏgrammabeContｒolleｒs:hardware.softwａreandAｐｐｌicaｔion[M］。NewYorｋ:MＣＧraw—Ｈｉll．1994．1４9～１52。［1８］陶權(quán)，韋瑞錄。ＰLC控制系統(tǒng)設(shè)計、安裝與調(diào)試，北京：北京理工大學(xué)出版社,2011.山東科技大學(xué)泰山科技學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計論文題目：基于PLＣ的溫室大棚控制系統(tǒng)設(shè)計系部名稱：機電工程系班級名稱：電氣工程及其自動化學(xué)生姓名:學(xué)號:指導(dǎo)老師:完成日期：2０16年６月6日

摘要溫室大棚是用來栽培農(nóng)作物的設(shè)施，它能改變農(nóng)作物的生長環(huán)境,使其能夠外界的四季變化和惡劣氣候，為農(nóng)作物的生長創(chuàng)造適宜的條件.溫室大棚作為高效農(nóng)業(yè)的重要組成部分,已經(jīng)成為我們研究的方向。如何利用科學(xué)技術(shù)控制溫室內(nèi)的各種環(huán)境因子，已成為我國溫室大棚行業(yè)研究的重要課題之一。本論文主要介紹了基于PLC控制的溫室大棚系統(tǒng)設(shè)計方案，該研究中將采用溫度傳感器、CO２濃度傳感器、光照傳感器對溫室大棚中各項指標(biāo)進行檢測,將測量值送入PＬC中,在ＰLC中將其與設(shè)定值進行比較，再發(fā)出相應(yīng)的指令驅(qū)動外圍設(shè)備來調(diào)控溫室大棚內(nèi)的環(huán)境參數(shù)，從而實現(xiàn)了溫室大棚的自動化、智能化控制。在此基礎(chǔ)上，實現(xiàn)監(jiān)測、數(shù)據(jù)記錄、數(shù)據(jù)輸出顯示等功能，實現(xiàn)了控制系統(tǒng)優(yōu)良的人機界面，為溫室大棚的研究提供新的方向。關(guān)鍵詞:溫室大棚;可編程控制器(PLC）;傳感器;控制；AＢSTRACTGreｅｎhousｅsareuｓedforgrowingplantsinarangeoｆｆaｃiliｔies,ｉtcａｎｃｈａngeｔhecrｏpgｒowingeｎｖｉroｎment,enablinｇittotheｏｕtｓｉｄeofｆｏurseasonsａndhａrshcｌimate，cｒeａt(yī)ingsｕitablecｏndiｔiｏnsforcropｇｒｏwｔh.Ｇreeｎhouseｓaｓiｍpoｒｔantcomｐonentofagricuｌture，haｓbecomｅouｒresｅａrｃhdｉrectionｓ.Hoｗtousescienｃeaｎdｔechnologytｏcontrolｅnｖiroｎmentalfａｃtoｒｓwithｉnｔhegreｅnhｏuse，ｇｒeeｎhｏuseindustrｙｈaｓbecomeaｎiｍpoｒtantｓｕbjectofstudy.Deｓｃrｉbedintｈｉsｐaper，basedｏnＳiemensS7—2０0ｓerieｓPＬCcontrｏｌsysｔeｍdesignofｇreｅｎｈouｓeＴｈｅreｓearchwillｂeusｅdtemｐｅrａt(yī)urｅseｎsoｒ，aｎｄCO2concentrａt(yī)iｏnsensｏr,ａnｄlightsｅnsorongｒｅｅnhousebｉgｓhedｉnthetheindexforｄｅtecｔｉoｎ,ｗillmeaｓuremｅnｔvalueｉntoＰLCiｎthe,iｎＰLCｗillｂeiｔｓaｎdｓetvａluefｏrcoｍｐａred，aｇainissｕedcoｒresｐｏndinｇofinstructｉｏnｄriｖepｅripｈeralｅquipmenｔtoＲegｕlatｉongreenhoｕsebigshedｗitｈｉｎofｅｎvirｏnmentｐａｒameteｒ,toachiｅｖedｈasｇreｅnｈousebigshedofaｕtｏmatｉｏn，ａnｄiｎtelliｇeｎtoｆconｔrol。Ｏｎthiｓbasiｓ，usingcｏnfigurationｓofｔwarｅconｆiｇurａt(yī)iondesignｏｆcｏnｔrolsyｓtｅms,ｍｏnitoring，dataloｇging，dataoｕtｐｕtfｕncｔion，ａchievｉｎｇeｘｃelｌentconｔroｌsysteｍｈuｍan－machineiｎｔeｒfａce，ｆoｒgｒeｅnhousｅｒｅseａrｃhtoｐｒovidenewdirectｉon.Keywordｓ：gｒｅeｎhouse;progrａｍmabｌelｏgiccontrollｅｒs(PLC);ｓｅnsor;ｃontrol；appliｃａt(yī)ｉon．目錄摘要。。。。．．。.。。。.。。.。．。。．．.．．．．...。．.。...。．..。．..．..．。．．．。．。.。．．。。..。.．．。。..．．．．．。．.。.。...。。．。．.。.。..．...．。。．.。。．ⅠABＳTRACＴ..。。。。..。．.．.．.。.．。..．。．.．.。．。．．。．．．。．.．。.．．．.。。.．。..．.．.．。。。．．。．.．。．。．。.。．．...。.．．。．.。。。...。。．。。．.。。。Ⅱ目錄．.。.。。．．。。．...．．。...。。.。..。.．．。.。。。。．。。..。.。.。．．。．...。。..。．.．。。．。..。。．.．。.。...．.。.．.。.。.。。。．．．.．.。。。.．。。。。。.．.。。．.。.Ⅲ1緒論.。.．..。。.。。。.。。.．。。。。。.。．.．．。．。．。.．..。．。。。．。。．.。．。..．。。．.。。。.．。..。.。．。.。。.。．．．。。..。．...。..。.．.。．。.．。．.．．。11。1課題概述．。。．。。．．。．。.。..。.．．..。。...。.．.。。。。．..。..．。．。。..．..．．.．。。。..。.。.。．．。。．...．.。。。.。。．．。.．。．11。1．１課題簡介。.。．。。.．．..．。.。。.．.．。。。..．。。.。.．.。。．．。。。..。...。...。.。。..。。．．.。．。。..。.。。。．。１１。1.2研究目的及意義.．。.．．。。。．。.。。。．..。。。。．.．．。.。。．。.。.．。．.。。。.．...．．.．.。。.。．.。。．。.。.。．１1。２國內(nèi)外研究現(xiàn)狀．。.。．．。。.．．．.．．。。．。。．。．．..．．。。。.．..。.．。。。。。。。.。．.．..．.。．..．.。..。。.．.。．...．．.。.．21。２。1國內(nèi)研究現(xiàn)狀。。.．.。。...．.。。．。．..。。.。.。.。．..．。．。..．.．。．。.。。．。。。。。..。。.．。．。...．．．.。。．.。。。.21.2．2國外研究現(xiàn)狀．.．．。．．。。.。。。．．。．。。．.．。。。。．．．。．．..。。..．．.。。...。。．．。.。.。。．.。．．．．...．。..。．.。．2１。3研究內(nèi)容。.。。.。。。．。．。.。。。。。.。。．．.。．.．。．..．。.。．。．.。..．。。...。.．。。．。。...。..．．.。。.。。．..．..。.．。．．...。．...32控制系統(tǒng)的整體控制方案.。．。．.．。．．。...。。。。．。.．.。。.。。。．。。.。。.。.。。.。.．。．.。．.．。．．。。..。.．...。。。。。．。4２。1控制系統(tǒng)的設(shè)計任務(wù)。.．．.．..。。.。。。。。．．．。..。。.。。.。．。.。．．．．.。.。．．..。。..。.。．。。.。．。．．。..。。．。.。..。.。４2．2系統(tǒng)的控制方案．。.．。.。.．。．。．。.。.。.。。。..．。。..。．．。．。．。。．..。。．。。。.．。。。。．．.．.。。。.．..。.。。。。。.．.４3控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計．。.。．．.。．．。。.。。．...．．。．.。.。．。.．.．..．..。.．.。。．。.．...。。.。.．．．.．。..。。.．..。．．。。.．..。７3。1電氣控制系統(tǒng)設(shè)計。．.．.。．.。．。.．．。..。．．．。。．。．。．。。.．.。．。.．。。。．..．。...。..．..。。。．。.。。.。。.。.。．。．..。。...７3。１。1系統(tǒng)主電路設(shè)計.。.。.。。...。.．。。。。...。。。.。.．．。..。。．．.．..。.．。。.。．。..．．．..．．。.。．。．.。．73．１.2控制系統(tǒng)各部分控制電路設(shè)計．。。。。．.。。．。。。．..。．．。.。.．。。．。.。..。．。。。.。.．。.．73.2PLC簡介。。。．。。..。。。。。．...。．．.。．．．。。.。．．．．。。。。．...。.．．．.．。．.。。。。.．。。..．。。。。．.。。.．.。。．。．.。．..。．..．．。.．．．。123．2．1ＰLC的產(chǎn)生和系統(tǒng)組成．．..．。。..。。.。.．.．．。．.。.。.。。.．..。。..。。..．．．..。。.。．。．。。。．..。。１23.２。2PLC的工作原理..。。..。.．.．...。.．.。.．．。。．。.．.。..．。．..。。．.．...．。.．.。.。。..。..．..．.。.．123.3PLC控制系統(tǒng)設(shè)計的基本原則及步驟．..．.．.。。。。。。...．．..。。.．．..．.．．．。。..。．。。。.．．..．1４3．3。1設(shè)計PＬC控制系統(tǒng)的基本原則。．．。。。。.。。．..。.。．.．．．．..。．。.．。。.。...．。．．。。．。。..143。3.2PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計步驟.。。。.。。..。。．..．。..．。。。。．。。。..。.。．.．。..。..．．..。143。4PLC硬件電路設(shè)計．。．...。。..。..．...．。.．.。。．．...。．。.。.。。．.。。．..．。。.。。．。。．.．.．。。。。.。。...。．173.4。1ＰＬC型號的選擇..。..．．..。．。..。.。.。..。。。．。．.．．..。。．.。．。．。.．..．。.．..。．。．。.。．．。．．．.．。1７3。4．２傳感器的選型。．。.．。。...．。.．.．．。。．.．．。..。．．．。．。。.。。。。．.．．。。。。.．..．．．..。。．。.。。..。。．。..。．.１7３.4。3模擬量輸入模塊EM23５。.．。.．。．.。。..。。。..。。...．．.。.。。。．。。。．。．．.．。。。。。。。.。。．.．．。.。．.193。４。4PLCO/Ｉ地址分配表。．。．．．。。..．.。.。。。.。。．．.。.。.。。。。。.．。．。..．。.．。..。．.．。。..２1３.4.５PLC硬件接線圖設(shè)計．．．。.。．.．.。..．．．.．．..。。...。。。..．。。．.。．...．．。．。.．.。。．。.。。.。．２3４控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計。．...。．。。.．。。...。。。。.．。。。。．。。。．．。。。．.。。...．..。.．。.。。。。．..。．.。.。．...．.。．。。。...。２4４。1PLC程序設(shè)計方法.．.．...。．．。．．．。。。..．。.．...．。。．。.。.．．．。.。。..。...。。。．。。。。。。．。。..。。．。。.．．．．.。。．。。．２44．2編程軟件STEP7—MICＲO/WＩN概述．．。.。。..。.。。.。..．。．.。．。.。。。..。。.。．．．。。.。.．.。．.。..。．.．.．24４。3控制系統(tǒng)的程序設(shè)計.。.．。.。..。.．..。。..．．。．..。.。..。。．．。。.。。..。。．..．。.。。.。.．。．。。.。．..。.。。．..．.。。25４.3。1程序的設(shè)計思路。。。.．..。．。。..．。．。.。。.。..。.。。．.。．.．.。。。．．．..．.。．。.。。.。．.。．.。．.．。.。．２5４．３.2程序控制流程圖.。。。．。。.。。。.。。...。。.．..．．。。.。.。.。。．。...。.。。。。。。。.．.。．．。．.．.．...。.。.．．.264。3。３控制程序設(shè)計及分析．.。。。..。...．.。。。..．。．。．.。。。...。。..。.．。．。.。...．．.．．。．。．．．.。29結(jié)論。.。.．..。。．..。.．。。．．.。．．.。.。。.。.。．.。.。．。.。。...．..。.。.。...．..．．。.．。.。。。。。。.．。。．．．..。．.。.。．。．.。。。．.。．。.。。.．。..。。。.。36參考文獻.。..。。。。．。．.．.。。。.．.．。．．．.．．。。．．。．.。.．.．。。。．。.。．..。．...。。..．。.。。..．。．.。．．．...．。．.．.．.。．．。.。。.37致謝。.。．.。。．。.．.。．.．..．。...。．.。。。。。.。。..．。。。。。。．。。..。.．.。。.．。.。。．.。。.．.．。。..．．.．.．．．．.．.．..。.．．。...．。.．。.．..。.。。。．.．３9附錄1外文資料翻譯。.。.．.．.。。。..。...。．．。.．．．。．.．．。.．。.．。.．...．.。..。.。.．。．．．。．。.．...．．。.。。..40附錄2電氣原理圖．。.．．。．..．。.。。。．。．.。．．。.．.．。。。..．.。。．.。。...。．。.。。。.。。.．．。.．.。．．。．．．。。。．.。。。..。．53附錄3軟件程序.。。。.．．.．．．．。。.。．．..。．。．。。.。．．。.。．..．.。.．。．。.。．。..．．...。．。..。。.。.。..．.。..。..。。。。．。.。.。...。..54１緒論1.1課題概述1．1.1課題簡介溫室大棚是用來栽培植物的設(shè)施。溫室是用來改變農(nóng)作物的生長環(huán)境,避免外界四季變化和惡劣氣候?qū)r(nóng)作物的不利影響，為農(nóng)作物生長創(chuàng)造適宜的條件。溫室環(huán)境指的是農(nóng)作物的生長空間，它是由光照、溫度、濕度、二氧化碳濃度等諸多因素組成的。溫室控制主要是通過控制溫室大棚內(nèi)的溫度、濕度、通風(fēng)與光照等自然因素，使得它可以在不適合農(nóng)作物生長的季節(jié)和惡劣的環(huán)境下可以高效的種植農(nóng)作物。從而達到對農(nóng)作物調(diào)節(jié)產(chǎn)期、促進農(nóng)作物生長發(fā)育、提高產(chǎn)量的目的.現(xiàn)代化溫室中具有控制溫度、光照、氣肥等條件的設(shè)備,并采用電腦進行自動智能控制，以此創(chuàng)造農(nóng)作物生長所需最佳的環(huán)境條件。1．1．２研究目的及意義目前的農(nóng)作物栽培設(shè)施中,按國家標(biāo)準(zhǔn)裝配的鋼管塑料大棚和玻璃溫室僅占全國大棚面積的一少部分，大多數(shù)的農(nóng)村仍是采用自行搭建的竹木棚。這種簡單的竹木棚只能起到一定的保溫效果,根本談不上對光照和二氧化碳的合理充份的利用，而且抗自然環(huán)境的能力很差，面對突發(fā)的氣象災(zāi)害也無能為力。即使那些為數(shù)不多的裝配式塑料大棚和玻璃溫室，也都不同程度的缺乏配套的專業(yè)調(diào)控設(shè)備和儀器,所以我國的現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)特別是溫室大棚領(lǐng)域的自動智能化程度還非常低。中國農(nóng)業(yè)發(fā)展,必須走現(xiàn)代化發(fā)展這一條路.隨著經(jīng)濟的發(fā)展，現(xiàn)在化農(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,因為溫室大棚已經(jīng)成為了現(xiàn)代化高效農(nóng)業(yè)的一個重要組成部分?，F(xiàn)代化農(nóng)業(yè)最重要的一環(huán)就是對環(huán)境中影響農(nóng)作物生長的因素做檢測和控制,通過對溫室環(huán)境的監(jiān)測數(shù)據(jù)的分析,并結(jié)合農(nóng)作物的生長規(guī)律，對環(huán)境因素的控制，是作為溫室大棚自動化、智能化生產(chǎn)管理的基本保證，從而能使農(nóng)作物達到優(yōu)質(zhì)、高效的栽培目的.所以，現(xiàn)在我們進行溫室大棚PＬC監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計具有積極的現(xiàn)實意義.本課題通過對可編程控制器ＰLC、傳感器的學(xué)習(xí)和研究，完成了利用西門子PLC與電腦終端組成的溫室大棚群監(jiān)控系統(tǒng)。1．２國內(nèi)外研究現(xiàn)狀1。2．1國內(nèi)研究現(xiàn)狀我國溫室大棚技術(shù)起步較晚，政府發(fā)展的以塑料大棚、日光溫室為主的農(nóng)業(yè)栽培設(shè)施,促進了農(nóng)村的經(jīng)濟發(fā)展和緩和了蔬菜的季節(jié)性短缺矛盾。利用太陽光熱資源，節(jié)約不可再生能源,減少環(huán)境污染是我國溫室大棚的一大特色。雖然我國溫室規(guī)模有限,還沒有形成規(guī)模經(jīng)濟，另外構(gòu)建設(shè)施的費用也比較高,但從長期發(fā)展來看,溫室監(jiān)控系統(tǒng)分布式和網(wǎng)絡(luò)化將是我國現(xiàn)代農(nóng)業(yè)發(fā)展的必然趨勢?，F(xiàn)代溫室大棚中常用的能自動控制的調(diào)控機構(gòu)有:通風(fēng)窗、遮陽簾、通風(fēng)機、熱風(fēng)機、冷風(fēng)機、人工加熱燈、二氧化碳增肥器、噴霧系統(tǒng)及蒸熏設(shè)備?？刂破骶C合調(diào)節(jié)各個機構(gòu),使系統(tǒng)在節(jié)省能源的同時保證室內(nèi)氣候滿足植物生長需要.使用的控制器也有很多選擇，如單片機、工控機、ＰLC、通用PC機等.１.2.2國外研究現(xiàn)狀西方發(fā)達國家在現(xiàn)代農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的起步比較早。１94９年，美國借助于工程技術(shù)的發(fā)展，建成了第一個人工氣候室.隨著計算機技術(shù)的快速發(fā)展，溫室大棚作為現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)設(shè)施的重要組成部分，其自動控制技術(shù)和管理技術(shù)得到不斷地提高，在世界各地都得到了不錯的發(fā)展。目前,國外的溫室大棚內(nèi)部設(shè)施已經(jīng)發(fā)展到了比較完備的程度,并形成了一定的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。溫室內(nèi)被控環(huán)境因子由計算機控制，傳感器也較為齊全，如溫室大棚內(nèi)的溫度、濕度、光照、二氧化碳濃度等等，由傳感器的檢測基本上可以實現(xiàn)對各個執(zhí)行機構(gòu)的控制。計算機對于這些系統(tǒng)的控制已經(jīng)不是簡單的、獨立的、靜態(tài)的直接數(shù)字控制,而是基于ＰLC的智能控制系統(tǒng)，一些國家在實現(xiàn)自動化的基礎(chǔ)上向著完全自動化、無人化的方向發(fā)展。1.3研究內(nèi)容可編程控制器是集計算機技術(shù)、自動控制技術(shù)和通訊技術(shù)為一體的新型自動控制裝置,PLＣ的優(yōu)越性能，已被廣泛應(yīng)用于工業(yè)控制的各個領(lǐng)域，并已成為工業(yè)自動化領(lǐng)域的三大支柱之一。ＰＬC的應(yīng)用已經(jīng)成為了世界潮流，在以后PLC技術(shù)將會在我國的到更全面的應(yīng)用。本文研究的是PLC技術(shù)在溫室大棚技術(shù)上的應(yīng)用。從整體上分析研究了溫室大棚控制系統(tǒng)的電路設(shè)計、硬件設(shè)計、軟件設(shè)計和人機界面等.本次的研究內(nèi)容為溫室大棚PLＣ控制系統(tǒng)。溫室大棚的作用是改變植物生長的環(huán)境,從而避免因四季變化和突發(fā)的惡劣天氣對植物生長發(fā)育的不良影響，為植物生長提供一個良好的生長環(huán)境。在農(nóng)作物的生長環(huán)境中,溫室大棚中的溫度、濕度、光照、二氧化碳濃度等環(huán)境參數(shù)對農(nóng)作物的生長起著非常重要的作用。本次研究以可編程控制器ＰＬＣ為核心，通過傳感器檢測溫室中的環(huán)境參數(shù),經(jīng)變送為4-2０mA的電流信號后送入S7-2００的模擬量輸入模塊ＥM２35,經(jīng)分析處理，輸出開關(guān)量，通過驅(qū)動電路控制通風(fēng)扇、冷暖風(fēng)機、遮陽簾、二氧化碳發(fā)生器等多種執(zhí)行機構(gòu)，進而實現(xiàn)對溫室大棚智能化控制,從而實現(xiàn)良好的人機界面。2控制系統(tǒng)的整體控制方案2.1控制系統(tǒng)的設(shè)計任務(wù)本控制系統(tǒng)主要針對的被控對象是溫度、光照、二氧化碳濃度，通過對這些因素的檢測，然后與設(shè)定值進行比較,然后進行調(diào)節(jié)。溫度的調(diào)節(jié)主要靠通風(fēng)扇、風(fēng)機、和加熱器進行調(diào)節(jié)；光照主要通過遮陽簾進行控制；二氧化碳濃度主要通過二氧化碳發(fā)生器來進行調(diào)節(jié)。本次設(shè)計的溫室大棚就是通過溫度傳感器、光照傳感器、二氧化碳傳感器來檢測溫室大棚中的溫度、光照強度、二氧化碳濃度等信息，然后通過ＰLC控制系統(tǒng)控制溫室大棚的通風(fēng)扇、冷／熱風(fēng)機、遮陽簾、加熱器、二氧化碳發(fā)生器等硬件設(shè)施，對溫室大棚中的環(huán)境因子進行調(diào)控,以使溫室大棚里的環(huán)境為最適宜農(nóng)作物生長的環(huán)境。2。２系統(tǒng)的控制方案在溫室大棚中,需要一套完善的溫室控制系統(tǒng)來控制上述任務(wù).本控制系統(tǒng)以PLＣ為控制核心，采用傳感器對溫室大棚中的各項環(huán)境因子進行檢測,然后將測量結(jié)果送入PLC中,經(jīng)過PLC的處理，然后對執(zhí)行設(shè)備發(fā)出指令,通過執(zhí)行設(shè)備對溫室中的各項環(huán)境因子進行調(diào)控。考慮到實際生產(chǎn)中的穩(wěn)定性與安全性，本控制系統(tǒng)設(shè)有自動、手動兩個模式，自動方式是周期性的按照ＰＬC進行控制，手動模式是當(dāng)遇到緊急突發(fā)狀況時,改為手動操作,進而去控制執(zhí)行設(shè)備的運行。通過傳感器檢測到數(shù)據(jù)和設(shè)定的數(shù)值進行比較，然后通過軟件程序去執(zhí)行相關(guān)的命令，本設(shè)計的優(yōu)點是成本低廉，節(jié)約資源,能實現(xiàn)利益最大化。該溫室大棚的控制系統(tǒng)總體框圖如下圖2。1所示:圖2。1控制系統(tǒng)總體框圖該溫室大棚控制系統(tǒng)由ＰLC系統(tǒng)，傳感器系統(tǒng),外部執(zhí)行系統(tǒng)等幾部分組成,以PLC控制系統(tǒng)為核心，通過傳感器系統(tǒng)收集的數(shù)據(jù)，通過PＬＣ模擬量輸入模塊EM23５輸入到PLC,經(jīng)過與設(shè)定值比較,輸出開關(guān)量進而對執(zhí)行設(shè)備進行控制。本系統(tǒng)為一個溫室大棚的控制系統(tǒng)，以后還可以以大棚群為單位，通過上位機進行統(tǒng)一控制。具體來說就是按下啟動按鈕,系統(tǒng)啟動后，接收由溫度傳感器、光照度傳感器、二氧化碳傳感器檢測到的信號，然后經(jīng)過PLＣ內(nèi)部處理，由輸出模塊輸出控制信號,以控制外圍的執(zhí)行器件。如果溫度過高,就會驅(qū)動冷風(fēng)機、通風(fēng)扇來降低溫室內(nèi)溫度；如果溫度過低，就會驅(qū)動熱風(fēng)機、加熱器、通風(fēng)扇來調(diào)節(jié)室內(nèi)溫度；光照則由遮陽簾和發(fā)光器來進行調(diào)節(jié);二氧化碳濃度則由二氧化碳添加器來添加.3控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計PLＣ控制系統(tǒng)的設(shè)計主要由硬件設(shè)計和軟件設(shè)計兩部分組成。本章主要從硬件角度介紹了溫室大棚控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計方案,主要從電氣控制系統(tǒng)設(shè)計、ＰLＣ外部接線圖及外部硬件配置方面進行設(shè)計.3．1電氣控制系統(tǒng)設(shè)計3.１。1系統(tǒng)主電路設(shè)計溫室大棚控制系統(tǒng)的主電路如下圖3。1所示。其中通風(fēng)扇和遮陽簾主工作電路相似，都需要電機的啟動、停止以及正反轉(zhuǎn)來完成工作，不同點是通風(fēng)扇和遮陽簾電機的功率不同，且遮陽簾電機帶限位開關(guān)。其中冷/熱風(fēng)機、加熱器、發(fā)光體、CＯ2發(fā)生器的工作原理大致相同,都屬于開關(guān)設(shè)備.圖3.1溫室大棚控制系統(tǒng)主電路原理圖從上圖可以看出,QK為刀開關(guān),其作用為控制整個主電路的啟停；FR1—FＲ5位熱繼電器，起過載保護作用；FＵ1—FＵ7為熔斷器,對各支路起到短路保護和過載保護作用;ＫM1－KM9為接觸器的主觸頭，可以實現(xiàn)電機的啟停、正反轉(zhuǎn)以及開關(guān)設(shè)備的啟?？刂啤＃?1．２控制系統(tǒng)各部分控制電路設(shè)計通過系統(tǒng)主電路可以看出，溫室大棚的控制系統(tǒng)的執(zhí)行設(shè)備分為兩大類：開關(guān)設(shè)備和非開關(guān)設(shè)備。開關(guān)設(shè)備包括風(fēng)機、加熱器等等；非開關(guān)設(shè)備比如正反轉(zhuǎn)的電機，包括通風(fēng)扇、遮陽簾等，這些電機需要啟停和正反轉(zhuǎn)，需要限位開關(guān)。１.開關(guān)設(shè)備加熱器、二氧化碳添加器、熱風(fēng)機、冷風(fēng)機、發(fā)光體都屬于開關(guān)設(shè)備，其控制電路比較相似，現(xiàn)在就以熱風(fēng)機為例,做以下分析：（1)熱風(fēng)機的主電路風(fēng)機的運行可以通過一個繼電器來控制，主要控制風(fēng)機的電機通斷。風(fēng)機工作運行必須有熔斷器、熱繼電器來保護電路,主要功能有過電流保護、短路保護和過載保護.下圖３。2為熱電機的主電路圖：圖3。2熱風(fēng)機主電路圖（2）熱風(fēng)機控制電路控制電路原理圖如下圖３.3所示,依照電路原理圖可知:SB１為手動/自動切換開關(guān).按下總啟動開關(guān)SB2，接觸器線圈ＫM10得電，KM10常開觸點閉合,形成自鎖。若是手動操作，將旋鈕開關(guān)ＳB1打到手動檔位，將SB6旋轉(zhuǎn)到開啟檔位,接觸器KM5得電，其常開觸點閉合,熱風(fēng)機開始運行;將SＢ6旋轉(zhuǎn)到停止檔位，接觸器KM5失電,其常閉觸點斷開，熱風(fēng)機停止運行.若是自動控制,將開關(guān)ＳＢ1旋轉(zhuǎn)到自動檔位，由PLC控制器控制，當(dāng)接觸器KM5得電時,其常開觸點閉合,熱風(fēng)機運行。圖3。3熱風(fēng)機控制電路圖２．正反轉(zhuǎn)設(shè)備在執(zhí)行設(shè)備里，通風(fēng)扇和遮陽簾屬于非開關(guān)設(shè)備,也就是正反轉(zhuǎn)設(shè)備，他們的控制電路很相似,現(xiàn)在以遮陽簾為例來分析一下主電路圖和控制電路原理圖。(1)遮陽簾主電路下圖３.4為遮陽簾的主電路圖。由電路圖可知，接觸器KＭ３、ＫＭ4主要是控制遮陽簾電機正反轉(zhuǎn)；熔斷器FU2主要是在電路中起到過電流保護，應(yīng)對短路;熱繼電器FR2的作用主要是電機的過載保護.圖3.4遮陽簾主電路圖（2）遮陽簾的控制電路遮陽簾的控制電路原理圖如下圖３.５所示.由其電路原理圖可以分析得：旋鈕ＳB1為手動/自動選擇開關(guān),按鈕SB2為總啟動開關(guān),按下SＢ2,交流接觸器KM１0得電,其常開觸點閉合,形成自鎖;若手動操作，將旋鈕旋轉(zhuǎn)到手動位置，SB4為開簾、閉簾切換開關(guān)，當(dāng)ＳB4切換到開簾開關(guān)時,接觸器KM3得電,其常開觸點閉合,電動機正轉(zhuǎn)，當(dāng)其開簾程度達到最大程度時，碰到限位開關(guān)SＱ1，其常閉觸點斷開,接觸器KM3失電，電動機停止轉(zhuǎn)動;當(dāng)SＢ4切換到閉簾開關(guān)時，接觸器KＭ4得電，其常開觸點閉合,電動機反轉(zhuǎn)，待關(guān)閉到最大限度時,限位開關(guān)ＳＱ２常閉觸點斷開，ＫM4失電，電動機停止運行。SＢ３為緊急停止開關(guān),當(dāng)按下SＢ3時，接觸器KM1０失電，其常閉觸點斷開，電動機停止運行。若自動運行時,旋鈕開關(guān)SB１旋轉(zhuǎn)到自動位置，遮陽簾運行受到PLＣ控制,中間接觸器KM３得電時,其常開觸點閉合，電動機正轉(zhuǎn)運行,遮陽簾打開;中間接觸器KM4得電時,其常開觸點閉合，電動機反轉(zhuǎn)，遮陽簾閉合。圖3.5遮陽簾控制電路原理圖３．２PＬC簡介3．２。1ＰLC的產(chǎn)生和系統(tǒng)組成19６9年美國數(shù)字設(shè)備公司研制出世界第一臺PLC,開創(chuàng)了工業(yè)控制新時代。ＰＬC隨著計算機和微電子技術(shù)的發(fā)展,由最初的1位機發(fā)展到８位機，并隨著微處理器CＰU和微型計算機技術(shù)在PＬC中的應(yīng)用，形成了現(xiàn)代意義上的PLＣ。目前，PLC已經(jīng)使用16位、32位高性能微處理器，并實現(xiàn)了多處理器多通道處理?，F(xiàn)在,PLC已經(jīng)非常成熟。［１］,［４６］PLC實質(zhì)上是一種工業(yè)控制計算機.PLＣ與計算機的組成很類似，不過PLC比一般的計算機具有更強的與工業(yè)過程相連接的借口，以及更好的適應(yīng)控制要求的編程語言，從PLC硬件上看，它由CPU、存儲器、輸入輸出借口、電源等組成。如下圖3。6所示：圖3.6PLC控制系統(tǒng)示意圖3．２.2PLC的工作原理ＰＬＣ的工作原理可用16個字來概括：循環(huán)掃描、順序執(zhí)行、集中輸入、集中輸出.PLC的工作過程可用下圖3。7來表示：電源ON電源ON內(nèi)部處理內(nèi)部處理輸入處理輸入處理通信服務(wù)通信服務(wù)更新時鐘，特殊寄存器更新時鐘，特殊寄存器STOPCPU運行方式STOPCPU運行方式執(zhí)行程序執(zhí)行程序輸出處理CPU強制為STOP輸出處理CPU強制為STOPY致命錯誤Y致命錯誤執(zhí)行自診斷執(zhí)行自診斷NYNNYNPLC正常PLC正常存放自診斷錯誤結(jié)果存放自診斷錯誤結(jié)果圖3.7PLC運行框圖3．3PLC控制系統(tǒng)設(shè)計的基本原則及步驟了解了PＬC的指令系統(tǒng)和工作原理后，就可以將PＬC用于工程項目中.PＬＣ的控制部分的設(shè)計可以參考以下的基本原則及步驟。3.３．1設(shè)計PLC控制系統(tǒng)的基本原則在PLＣ系統(tǒng)的實際設(shè)計過程中，設(shè)計原則往往會涉及到很多方面，其中最基本的可以歸納為４點。1。最大限度的滿足要求要充分的發(fā)揮PＬC功能,最大限度的滿足被控對象的設(shè)計要求，是設(shè)計原則中最重要的一條原則.程序開發(fā)人員要到現(xiàn)場調(diào)研調(diào)查，要與現(xiàn)場人員和車間工作人員緊密結(jié)合，共同合作,解決重要問題和疑難問題.2．保證系統(tǒng)的安全可靠PLC控制系統(tǒng)基本原則之二就是保證PLC能夠長期安全、可靠、穩(wěn)定的運行。3.維修方便、方便簡單的使用與經(jīng)濟效益在滿足設(shè)計要求的前提下，要盡量的考慮經(jīng)濟效益，要注意以后的工程擴展，也要盡量使系統(tǒng)更簡單，要擁有合理的布局，以方便以后的檢查與維修。4．適應(yīng)以后改進的需求適當(dāng)?shù)目紤]PLＣ控制系統(tǒng)以后的系統(tǒng)改進和技術(shù)完善,所以在PＬC選型上，其I/O點數(shù)要留有２５％左右的裕量,以適應(yīng)以后的系統(tǒng)技術(shù)改進。3。3。２ＰLC控制系統(tǒng)的設(shè)計步驟在設(shè)計PLC系統(tǒng)時，首先要對PLC應(yīng)用系統(tǒng)進行功能設(shè)計，根據(jù)系統(tǒng)所具備的功能和現(xiàn)場工藝的要求,明確系統(tǒng)所需的功能和必要的程序設(shè)計。然后進行PLC應(yīng)用系統(tǒng)功能的具體分析,從而得出PLC控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和形式,輸入/輸出信號的種類及數(shù)量，控制系統(tǒng)的規(guī)模和布局。PＬC控制系統(tǒng)的設(shè)計為以下步驟和圖3。8：評估控制任務(wù)評估控制任務(wù)PLC型號的選擇PLC型號的選擇控制流程的設(shè)計控制流程的設(shè)計程序設(shè)計控制柜設(shè)計及布線程序設(shè)計控制柜設(shè)計及布線程序的檢查與調(diào)試程序的檢查與調(diào)試PLC安裝PLC安裝模擬運行模擬運行修改軟、硬件聯(lián)機調(diào)試修改軟、硬件聯(lián)機調(diào)試是否滿足要求是否滿足要求否否是是程序備份程序備份投入使用投入使用圖3。8PＬＣ控制系統(tǒng)設(shè)計步驟1.分析被控對象并提出控制要求、制定控制方案詳細(xì)分析被控對象的工藝過程及工作特點，提出被控對象對PLＣ控制系統(tǒng)的控制要求，確定控制方案，擬定設(shè)計任務(wù)書。2.確定I/O設(shè)備根據(jù)系統(tǒng)的控制要求，確定系統(tǒng)所需的全部輸入設(shè)備(如：按紐、位置開關(guān)、轉(zhuǎn)換開關(guān)及各種傳感器等）和輸出設(shè)備(如:接觸器、電磁閥、信號指示燈及其它執(zhí)行器等)，從而確定與PLC有關(guān)的輸入／輸出設(shè)備，以確定PＬC的I／Ｏ點數(shù)。3．選擇ＰLCＰLC選擇包括對PLＣ的機型、容量、I/O模塊的數(shù)量、I／O模塊余量、電源等的選擇。４.分配I/O點并設(shè)計PLＣ外圍硬件線路分配Ｉ/O點：畫出PＬＣ的I/O點與輸入/輸出設(shè)備的連接圖或?qū)?yīng)關(guān)系表；PLＣ外圍硬件線路：畫出系統(tǒng)其它部分的電氣線路圖,包括主電路和未進入PLC的控制電路等;由ＰLＣ的Ｉ／O連接圖和PＬＣ外圍電氣線路圖組成系統(tǒng)的電氣原理圖。5．程序設(shè)計（1)控制程序；(２）初始化程序；（3)檢測、故障診斷和顯示等程序；（4）保護和連鎖程序。6.硬件實施設(shè)計控制柜和操作臺等部分的電器布置圖及安裝接線圖;設(shè)計系統(tǒng)各部分之間的電氣互連圖;根據(jù)施工圖紙進行現(xiàn)場接線,并進行詳細(xì)檢查。7。整理和編寫技術(shù)文件技術(shù)文件包括設(shè)計說明書、硬件原理圖、安裝接線圖、電氣元件明細(xì)表、PＬC程序以及使用說明書等。3．４PLC硬件電路設(shè)計3。4.１PLC型號的選擇1?？刂葡到y(tǒng)所需要的I/O點數(shù)根據(jù)溫室大棚控制系統(tǒng)的控制要求，可以確定全部的輸入設(shè)備和輸出設(shè)備，從而可以確定PLC有關(guān)的輸入輸出設(shè)備,進而可以確定PＬC的I/O點數(shù),本控制系統(tǒng)所需的PＬC的I/O點數(shù)為１４個數(shù)字量輸入,3個模擬量輸入,10個數(shù)字量輸出。２.選擇ＰLＣ的型號西門子PLCS7系列ＰＬC包括S7-20０系列、S7-3００系列、Ｓ7－４0０系列。其功能非常強大,按其功能又分為小型、中型、大型PＬC.根據(jù)本系統(tǒng)控制要求，選擇Ｓ7－200系列的PLC.由以上分析得此系統(tǒng)所需I/O點數(shù)為14輸入、１０輸出.根據(jù)PＬC硬件設(shè)計要求，應(yīng)留出約25％的空余點數(shù),以方便以后的系統(tǒng)改造升級。ＣＰU224的Ｉ/O點數(shù)雖然也為1４輸入、1０輸出，但是不能留出I/O點數(shù)裕量，不方便以后的升級改造，所以選擇擁有I/O點數(shù)為2４輸入、16輸出的CPU2２6，以方便以后系統(tǒng)的升級優(yōu)化.ＣPU226相對功能強大，可以連接７個擴展模塊，最大可擴展至24８個數(shù)字量I／Ｏ點或35個模擬量I／O點,具有13Ｋ的儲存空間。3.４.２傳感器的選型1。溫度傳感器根據(jù)溫室溫度控制的要求，本文的溫度傳感器采用芬蘭維薩拉公司型號為HMD40的產(chǎn)品，該款傳感器不僅測量精度高，易于安裝、響應(yīng)速度快,對環(huán)境要求較低,還具可靠性好、良好的長期穩(wěn)定性、滯后小、不宜受灰塵、化學(xué)氣體等環(huán)境因素的影響等特點。其外觀如下圖3.9所示：圖3.9HMD40型溫度傳感器實物圖該傳感器的主要性能指標(biāo)如下:1．溫度檢測范圍：—1０～60℃；測量精度:±０.3％℃2.工作電壓：10~28VDＣ；3．輸出信號:４～2０ｍA。2.光照傳感器光控用于控制遮陽幕的開關(guān),使作物得到合理的光照并實現(xiàn)以下目的：免除作物超過光飽合點,提高光合作用；實現(xiàn)對長日照作物、中日照作物和短日照作物的光照控制.光照度傳感器可以采用北京易盛泰和科技有限公司產(chǎn)品型號Poi88—c光照度傳感器。該傳感器用于實現(xiàn)對環(huán)境光照度的測量，輸出標(biāo)準(zhǔn)的電壓及電流信號，體積小，安裝方便,線性度好，傳輸距離長,抗干擾能力強,量程可調(diào)。１。量程:O-2０0Ｋlx、Ｏ－２0Ｋlｘ、0—20０0ｌｘ可選2。供電電壓：24VＤC／１2VDＣ3。輸出信號：4-20ｍＡ，0-10Ｖ可選４．精度：±2%３。二氧化碳濃度傳感器二氧化碳控制實時監(jiān)測C02的含量，當(dāng)C02的含量低于設(shè)定值時打開Ｃ02儲氣罐或Ｃ0２發(fā)生器以增施氣肥。C０2傳感器選用弗加羅公司生產(chǎn)ＴＧS4１60二氧化碳傳感器，該傳感器為固態(tài)電化學(xué)型氣體敏感元件。這種二氧化碳傳感器除具有體積小、壽命長、選擇性和穩(wěn)定性好等特點外，同時還具有耐高濕低溫的特性，可廣泛用于自動通風(fēng)換氣系統(tǒng)或是C０2氣體的長期監(jiān)測等應(yīng)用場合。其外觀如下圖3.10所示：圖3。10TGS41６0二氧化碳傳感器實物圖ＴＧＳ4１６0傳感器的主要技術(shù)參數(shù)如下：１．測量范圍:300－5０，0０0ppm2．對二氧化碳CO２濃度有高靈敏度3.ＣＯ2二氧化碳傳感器ＴGS416０對濕度依賴性極低,長壽命４。使用溫度：-１0~+5０℃3.4.３模擬量輸入模塊EM２３51。模擬量輸入模塊EM2３5的簡介傳感器采集信息后，將信息轉(zhuǎn)化成標(biāo)準(zhǔn)的電壓或電流信號，PLC硬件設(shè)計則需要模擬量輸入模塊，將電壓或電流信號轉(zhuǎn)化為數(shù)字量再輸入PLＣ中進行處理.由于本控制系統(tǒng)需要3個模擬量輸入,所以選擇EM2３５模擬量輸入模塊。模擬量輸入模塊EＭ23５可以直接將被測主回路交流電流轉(zhuǎn)化成按線性比例輸出4-２0mA直流電流的標(biāo)準(zhǔn)信號,連續(xù)輸送到接收裝置.該模塊需要DC２4V的工作電源,具有4模擬量輸入和1模擬量輸出，利用ＤIP開關(guān)來設(shè)置輸入信號的量程。下表3.1說明如何通過ＤIP開關(guān)設(shè)置EM２３5模塊的輸入量程的范圍。表3．1EM２35模擬量輸入范圍和分辨率的開關(guān)表單極性滿量程輸入分辨率ＳW1SW2SW3ＳW4ＳW５SＷ6ONOFFOFFONOＦFON0—50mV12.５μVOFFONＯFFOＮOFＦON0－10０mV25μＶONOFFＯＦＦＯＦＦONＯN０-500mV125μＶOFＦONOFFOFFＯNＯN0－1V250μVOＮOＦＦOFFOＦFOＦFON0-5V１.25mVON