基于PLC控制的草莓一體化種植系統(tǒng)設(shè)計(jì)

第1章緒論1.1課題研究目的及意義近年來(lái)，隨著栽培技術(shù)的進(jìn)步，自動(dòng)控制技術(shù)已成為農(nóng)業(yè)信息技術(shù)研究的一個(gè)重要方向，即將空氣濕度、土壤水分、土壤溫度等栽培環(huán)境的傳感器節(jié)點(diǎn)和控制系統(tǒng)應(yīng)用于現(xiàn)代高級(jí)栽培。我國(guó)雖然是農(nóng)業(yè)大國(guó)，但由于種植技術(shù)尚未取得突破性進(jìn)展，技術(shù)水平一直停滯不前，與西方發(fā)達(dá)國(guó)家相比仍顯滯后。農(nóng)業(yè)生產(chǎn)仍然高度依賴(lài)勞動(dòng)力，資源利用效率較低，化肥和農(nóng)藥濫用等問(wèn)題難以解決。在這樣的環(huán)境下，如何提高栽培技術(shù)，從而解決發(fā)展的瓶頸，對(duì)我國(guó)農(nóng)業(yè)的發(fā)展有著重要的作用[1]。本文針對(duì)這一問(wèn)題制?定出了?自動(dòng)控?制技術(shù)?來(lái)提高農(nóng)產(chǎn)品種植的效率、降低農(nóng)業(yè)產(chǎn)品的成本為目的的控制系統(tǒng)。目前我國(guó)近年來(lái)種植業(yè)的高產(chǎn)量大部分依靠化肥和農(nóng)藥等的大量投入，而化肥、水資源等并沒(méi)有得到有效利用，所以養(yǎng)分損失情況慘重并且容易造成環(huán)境污染。過(guò)去，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)模式仍以傳統(tǒng)生產(chǎn)為主，即灌溉和施肥主要依據(jù)經(jīng)驗(yàn)，這樣不僅造成人力物力的浪費(fèi)，而且對(duì)環(huán)境保護(hù)和水土保持構(gòu)成嚴(yán)重威脅，不利于農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。本項(xiàng)目是利用現(xiàn)代工業(yè)裝備及信息技術(shù)，實(shí)現(xiàn)作物生產(chǎn)過(guò)程中的環(huán)境自動(dòng)控制、精準(zhǔn)控制、進(jìn)行種植一體化智能控制系統(tǒng)應(yīng)用效果研究[2]。從而促進(jìn)了農(nóng)業(yè)向高產(chǎn)，高效，優(yōu)質(zhì)，生態(tài)安全及可持續(xù)發(fā)展方向發(fā)展。草莓是成書(shū)時(shí)間較為固定的作物，在種植過(guò)程中往往需要計(jì)算好種植時(shí)間進(jìn)行采摘。草莓種植一體化控制系統(tǒng)的應(yīng)用將大大減少人力的投入，提高草莓種植經(jīng)濟(jì)效益。目前，我國(guó)大棚以塑料大棚和溫室大棚為主，在大棚管理方面主要的形式還是以人工為主，依靠人工的經(jīng)驗(yàn)來(lái)管理，從一定程度上造成了資源的浪費(fèi)。由于我國(guó)區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展的不均衡，大部分地區(qū)無(wú)法投入大的資金建立高標(biāo)準(zhǔn)大棚基地，同時(shí)缺乏專(zhuān)業(yè)人員，至使較多的大棚沒(méi)有充分發(fā)展其效能，本論文即是對(duì)草莓大棚的環(huán)境溫度，土壤濕度，二氧化碳濃度和光照強(qiáng)度四個(gè)參數(shù)的有效監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的研究，設(shè)計(jì)了一套基于環(huán)境參數(shù)的草莓大棚監(jiān)控系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)影響作物生長(zhǎng)的四個(gè)參數(shù)進(jìn)行自動(dòng)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，并以此為依據(jù)，結(jié)合作物的具體生長(zhǎng)信息對(duì)作物進(jìn)行適時(shí)、適量的精準(zhǔn)灌溉，起到高效灌溉，節(jié)水、節(jié)能的作用[3]。1.2國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀1.2.1國(guó)外研究現(xiàn)狀隨著新型的多功能的電子產(chǎn)品在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)發(fā)面的應(yīng)用，國(guó)外一些發(fā)達(dá)國(guó)家對(duì)于大棚自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)研究與推廣已經(jīng)很成熟，目前在該系統(tǒng)的運(yùn)行，管理方面比較完善，而且系統(tǒng)的自動(dòng)化程度較高[17]。下面以大棚監(jiān)控系統(tǒng)的研究處于世界領(lǐng)先水平且具有代表性的的日本、美國(guó)、英國(guó)和荷蘭為例進(jìn)行介紹。日本的設(shè)施栽培綜合環(huán)境控制技術(shù)水平很高[18]。草莓工程通過(guò)計(jì)算機(jī)能將溫室內(nèi)的溫度、濕度、二氧化碳濃度和養(yǎng)分等控制到最適宜草莓生長(zhǎng)的水平。日本四國(guó)電力集團(tuán)的開(kāi)發(fā)簡(jiǎn)稱(chēng)系統(tǒng)是一個(gè)遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)。這個(gè)系統(tǒng)主要是通過(guò)監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)，數(shù)據(jù)記錄裝置，信息采集單元的服務(wù)器，分散控制器組成的控制系統(tǒng)?，可以?對(duì)多個(gè)?溫室實(shí)?現(xiàn)群管?理。此?外，直?播服務(wù)?器系統(tǒng)?是一種?多傳感?器的數(shù)?據(jù)采集?設(shè)備，?該設(shè)備?基于嵌?入式系?統(tǒng)。其?內(nèi)部集?成了微?型攝像?頭，并?連接各?種傳感?器?？?以實(shí)現(xiàn)?同時(shí)收?集濕度?，溫度?和其他?環(huán)境信?息，也?可以通?過(guò)協(xié)議?將收集?來(lái)的圖?像視頻?數(shù)據(jù)信?息一并?發(fā)送到?中央服?務(wù)器。?該系統(tǒng)采用電池供電，具有體積小、功能強(qiáng)大、低功耗的特點(diǎn)，便于在外地工作建立。美國(guó)在19年代就建立?了可以?人工控?制溫濕?度、光?照等環(huán)?境變量?的人工?氣候室?，。目?前美國(guó)?研制的?大棚自?動(dòng)控制?系統(tǒng)只?要工作?人員輸?入特定?草莓的?生長(zhǎng)條?件及要?求，系?統(tǒng)就可?以對(duì)影?響該草?莓的溫?濕度、?光照?強(qiáng)度等?因素進(jìn)?行自動(dòng)?的調(diào)控?，而且?己將遙?感遙測(cè)?技術(shù)和?全球定?位技術(shù)?應(yīng)用到?農(nóng)業(yè)的?生產(chǎn)。?用戶可?以在很?遠(yuǎn)的地?方通過(guò)?信號(hào)接?收裝置?接收到?大棚內(nèi)?的設(shè)定的環(huán)境變量。英國(guó)溫室管理目前采用了倫敦大學(xué)農(nóng)學(xué)院開(kāi)發(fā)的溫室計(jì)算機(jī)遙控技術(shù)，該技術(shù)在全球范圍內(nèi)具有代表性。通過(guò)該系統(tǒng)，可以在其他地方遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和調(diào)控溫室內(nèi)草莓葉片的含水量、溫度、空氣質(zhì)量等環(huán)境要素。這一系統(tǒng)為英國(guó)溫室智能栽培的規(guī)模化發(fā)展指明了方向。而荷蘭的溫室控制技術(shù)則是歐美西方國(guó)家的典型代表。荷蘭地理氣候較為穩(wěn)定，因此其溫室全部由電腦控制。荷蘭在溫室隔熱、保溫、加濕、空氣二氧化碳濃度調(diào)節(jié)以及人工補(bǔ)光等方面的技術(shù)處于世界領(lǐng)先水平。溫室內(nèi)的工業(yè)用電腦起到控制氣候、灌溉和施肥等作用，而不需過(guò)多考慮溫室內(nèi)的冷卻和通風(fēng)等因素，而更加注重采光的控制。國(guó)外上對(duì)農(nóng)作物種?植一體?化控制?系統(tǒng)的?研究已?經(jīng)頗有?成效，?近年來(lái)，提供了一種用于阻止動(dòng)物與木本植物相互作用的系統(tǒng)和方法，其中包括一種金屬絲網(wǎng)籠。這種金屬絲網(wǎng)籠由一層鋼絲網(wǎng)和一組樁組成，可以形成管狀結(jié)構(gòu)。這種系統(tǒng)和方法可以有效地保護(hù)木本植物免受動(dòng)物的破壞，同時(shí)保持植物的正常生長(zhǎng)發(fā)育。以?包圍需?要保護(hù)?的設(shè)備?，同時(shí)?介紹了?一種以?ARM?為控制?核心，?以遠(yuǎn)程?控制或?PC機(jī)?為交互?設(shè)備的?無(wú)人機(jī)?農(nóng)業(yè)安?防系統(tǒng)?的主要?設(shè)計(jì)思?想，簡(jiǎn)要闡述了系統(tǒng)的通信程序設(shè)計(jì)，并基于當(dāng)?shù)氐臍夂颦h(huán)境、水土資源以及植物的特點(diǎn)，編寫(xiě)了基于WEB系統(tǒng)的奈良植物保護(hù)指南。2021年RobetAsnawi;RatnaW.Arief;.Slameto;RenyD.Tambunan;.Martias在《AnnualResearch&ReviewinBiology》介紹了設(shè)施大棚沙培蔬菜水肥一體化系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案，包括系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、工作流程、灌溉制度、灌溉系統(tǒng)、施肥系統(tǒng)以及自動(dòng)化控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和確定。該系統(tǒng)的實(shí)施提高了蔬菜水果的無(wú)土培養(yǎng)成活率和工作效率。2021年SodreFilhoJoilson;CarmonaRicardo;MarchaoRobelioLeandro;deCarvalhoArmindaMoreira在《PESQUISAAGROPECUARIABRASILEIRA》中設(shè)計(jì)了一種有機(jī)栽培水?肥一體?化系統(tǒng)?,該系?統(tǒng)集有?機(jī)液肥?制備,?肥料配?比和自?動(dòng)灌溉?于一體?,在各?子程序?控制下?分別進(jìn)?行有機(jī)?物料的?有氧發(fā)?酵,原?液過(guò)濾?,配比?與稀釋?,決策?灌溉與?執(zhí)行,?實(shí)現(xiàn)了?有機(jī)栽?培的營(yíng)?養(yǎng)液制?備與管?理一體?化,水?肥管理?的高效?化和精?細(xì)化.?為驗(yàn)證?有機(jī)水?肥一體?化系統(tǒng)?的可靠?性與適用性1.2.2國(guó)內(nèi)研究現(xiàn)狀我國(guó)溫室栽培技術(shù)是全世界起源最早的國(guó)家，在多年前就己經(jīng)能利用恰當(dāng)?shù)谋Ｗo(hù)措施溫室的雛形栽培草莓，至世紀(jì)年代，中國(guó)的溫室農(nóng)業(yè)始終徘徊在水平低、規(guī)模小、發(fā)展非常緩慢的狀態(tài)。七十年代末，我國(guó)的溫室以塑料大棚、日光溫室為主，這類(lèi)溫室屬于傳?統(tǒng)溫室?作業(yè)，?成本較?低、效?益較好?。但是?設(shè)備環(huán)?境調(diào)控?能力差?、相對(duì)?簡(jiǎn)陋，?一定程?度限制?了溫室?作物的?質(zhì)量、?產(chǎn)量以?及溫室?勞動(dòng)生?產(chǎn)率和利用率。目前，國(guó)內(nèi)草莓大棚自動(dòng)控制系統(tǒng)的研究受到了國(guó)內(nèi)經(jīng)濟(jì)水平的限制，處于起步階段，滯后于發(fā)達(dá)國(guó)家。在中國(guó)的大部分地區(qū)，草莓大棚的灌溉主要依賴(lài)農(nóng)民的經(jīng)驗(yàn)，存在勞動(dòng)力和水資源浪費(fèi)的問(wèn)題。同時(shí)，溫度檢測(cè)主要使用不方便且誤差較大的玻璃管溫度計(jì)，其他影響草莓生長(zhǎng)的因素如光照強(qiáng)度、濕度等大多依賴(lài)工作人員的經(jīng)驗(yàn)判斷。目前在國(guó)內(nèi)，真正實(shí)用且價(jià)格較低的大棚自動(dòng)檢測(cè)控制系統(tǒng)并不多，許多系統(tǒng)仍處于研發(fā)和試用階段。由于溫室環(huán)境復(fù)雜，涉及多藕合、非線性、多變量等動(dòng)態(tài)系統(tǒng)，為了為草莓提供適宜的生長(zhǎng)環(huán)境，對(duì)溫室環(huán)境的監(jiān)測(cè)和控制技術(shù)提出了更高的要求。溫室的發(fā)展經(jīng)歷了改良型日光溫室、大型玻璃溫室和現(xiàn)代化溫室三個(gè)階段，但由于各地區(qū)生產(chǎn)狀況、經(jīng)濟(jì)條件和利用目的的差異，不同類(lèi)型的溫室仍在并存。以下將詳細(xì)介紹國(guó)內(nèi)具有代表性的兩個(gè)系統(tǒng)，分別是國(guó)家農(nóng)業(yè)信息化工程技術(shù)研究中心研制的智能型遠(yuǎn)程溫室環(huán)境控制器和中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)研制的溫室環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。國(guó)家農(nóng)業(yè)信息化工程?技術(shù)研?究中心?開(kāi)發(fā)的?智能型?遠(yuǎn)程溫?室環(huán)境?控制器?，該控?制器集?成度高?且針對(duì)?性強(qiáng)，?可以對(duì)?大棚內(nèi)?的空氣?的溫濕?度、土?壤濕度?、光照?強(qiáng)度、?濃度進(jìn)?行實(shí)時(shí)?的采集?，通過(guò)?計(jì)算機(jī)?網(wǎng)絡(luò)傳?輸至室?內(nèi)服務(wù)?器。通?過(guò)專(zhuān)家?決策系?統(tǒng)對(duì)溫?室灌溉?、施肥?、農(nóng)藥?噴施、?通風(fēng)喚?氣等控?制過(guò)程?實(shí)施智?慧決策?和遠(yuǎn)程?分布式?調(diào)控。這套控制器將參數(shù)實(shí)時(shí)采集、存儲(chǔ)、遠(yuǎn)程控制和自動(dòng)報(bào)警融合為一體。中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)研制的?大棚環(huán)?境監(jiān)控?系統(tǒng)，?主要包?括三部?分：主?控微機(jī)?、溫室?機(jī)和室?外氣象?。整個(gè)?系統(tǒng)的?統(tǒng)一管?理都是?由室內(nèi)?的主控?微機(jī)來(lái)?實(shí)現(xiàn)。?系統(tǒng)可?以實(shí)現(xiàn)?在線實(shí)?時(shí)采集?數(shù)據(jù)的?查看，?數(shù)據(jù)的?打印、?查詢(xún)，?以及控?制算法?的實(shí)現(xiàn)?，產(chǎn)生?控制命?令等功?能每一?個(gè)獨(dú)立?的大棚?內(nèi)放置?一臺(tái)溫?室機(jī)，?內(nèi)置溫?度、濕?度、濃?度等各?種傳感?器以及?一些控?制設(shè)備?和攝像?頭。借?助電話?線、數(shù)?字信號(hào)?傳輸線?和互聯(lián)?網(wǎng)等傳?輸媒介?把大棚?內(nèi)的環(huán)?境條件?包括草?莓生長(zhǎng)?條件實(shí)?時(shí)將傳?輸給室?內(nèi)的主?控微機(jī)?，并且?根據(jù)大?棚的環(huán)?境信息?提供生?產(chǎn)指導(dǎo)?，從而?有效地?控制大棚內(nèi)草莓生長(zhǎng)的環(huán)境1.3課題研究?jī)?nèi)容基于國(guó)內(nèi)草莓溫室大棚環(huán)境參數(shù)控制存在的一系列問(wèn)題[4]。論文旨在設(shè)計(jì)一種大棚自動(dòng)監(jiān)控，可以對(duì)大棚內(nèi)的溫濕度、二氧化碳濃度、光照強(qiáng)度等影響草莓生長(zhǎng)的環(huán)境要素進(jìn)行實(shí)時(shí)的檢測(cè)，對(duì)超標(biāo)的環(huán)境參數(shù)實(shí)施報(bào)警，并且當(dāng)濕度超過(guò)預(yù)定的范圍時(shí)會(huì)對(duì)草莓進(jìn)行適時(shí)適量的灌溉，起到高效、節(jié)水、節(jié)能的作用[5]。經(jīng)過(guò)調(diào)查研究以及資料的整理，對(duì)基于環(huán)境參數(shù)的大棚監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行了深入的研究，論文在設(shè)計(jì)這套系統(tǒng)的過(guò)程中所研究的內(nèi)容主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。研究國(guó)內(nèi)外大棚監(jiān)控系統(tǒng)的現(xiàn)狀及草莓生產(chǎn)方面的相關(guān)知識(shí)，確定影響草莓生長(zhǎng)的主要因素；對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行可行性分析與需求分析，完成系統(tǒng)總體系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)及個(gè)功能模塊的劃分；依據(jù)系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)，確定相關(guān)傳感器的選型并完成下位機(jī)總體硬件電路的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)；草莓大棚內(nèi)出現(xiàn)不利于草莓生長(zhǎng)的環(huán)境參數(shù)時(shí)，設(shè)計(jì)方案進(jìn)行調(diào)節(jié)控制。同時(shí)根據(jù)設(shè)計(jì)的電路，使用組態(tài)王軟件模擬系統(tǒng)運(yùn)行。

第二章系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案2.1.系統(tǒng)需求分析基于環(huán)境參數(shù)的大棚監(jiān)控系統(tǒng)主要是對(duì)草莓大棚內(nèi)的環(huán)境參數(shù)進(jìn)行多點(diǎn)監(jiān)控，因此系統(tǒng)應(yīng)當(dāng)具有操作簡(jiǎn)單、實(shí)時(shí)監(jiān)控、數(shù)據(jù)測(cè)量誤差小、系統(tǒng)建成成本低、能耗低且便于維護(hù)等特點(diǎn)。（1）實(shí)時(shí)性監(jiān)控系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集實(shí)時(shí)性是一個(gè)關(guān)鍵方面，要求系統(tǒng)能夠?qū)崟r(shí)地從溫室內(nèi)獲取環(huán)境參數(shù)信息。（2）可靠性及可用性系統(tǒng)的軟硬件應(yīng)具備高可靠性和可用性，以防止系統(tǒng)硬件故障和軟件死機(jī)的情況發(fā)生。此外，系統(tǒng)的人機(jī)界面應(yīng)設(shè)計(jì)友好、實(shí)用。2.2系統(tǒng)的可行性分析在設(shè)計(jì)任何系統(tǒng)之前，進(jìn)行可行性分析是必要的，包括草莓大棚環(huán)境參數(shù)監(jiān)控系統(tǒng)。1、技術(shù)可行性分析1）軟件可行性系統(tǒng)的組態(tài)仿真以及PLC軟件編程的知識(shí)已經(jīng)學(xué)過(guò)，并且現(xiàn)有的資料非常豐富，軟件用熟悉的語(yǔ)言編寫(xiě)，語(yǔ)言具有語(yǔ)法簡(jiǎn)潔、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)類(lèi)型豐富、可以執(zhí)行好、程序執(zhí)行效率高等特點(diǎn)。2）硬件可行性系統(tǒng)的前端硬件采集部分選用高精度傳感器，數(shù)據(jù)處理部分采用性?xún)r(jià)比較高的PLC控制器組件，數(shù)據(jù)傳輸則采用有線網(wǎng)絡(luò)方式。2、經(jīng)濟(jì)可行性系統(tǒng)硬件主要選用的是價(jià)格低廉，性?xún)r(jià)比較高的一些設(shè)備，相對(duì)于系統(tǒng)帶來(lái)的收益，總的硬件成本不是很高，因此在經(jīng)濟(jì)上是可行的。3、管理可行性論文設(shè)計(jì)的系統(tǒng)只需管理安裝在大棚內(nèi)的傳感器節(jié)點(diǎn)、處理模塊和控制中心的計(jì)算機(jī)，管理便捷且易于維護(hù)[19]。2.2系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思想及總體結(jié)構(gòu)論文系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思想是在總結(jié)分析國(guó)內(nèi)外現(xiàn)有的大棚監(jiān)控系統(tǒng)的利弊上總結(jié)出來(lái)的。系統(tǒng)不僅能適應(yīng)目前的軟件硬件的需要，又要有預(yù)見(jiàn)性的擴(kuò)充，在進(jìn)行了系統(tǒng)的國(guó)內(nèi)外現(xiàn)狀分析、需求分析以及可行性分析以后得出系統(tǒng)的方案功能模塊如圖所示。本系統(tǒng)以PLC為控制核心，高精度的數(shù)字式溫度和光照強(qiáng)度傳感器作為測(cè)量設(shè)備并結(jié)合組態(tài)控制技術(shù)，以達(dá)到對(duì)草莓大棚內(nèi)的環(huán)境參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、控制及數(shù)據(jù)分析[6]。圖2.1總體結(jié)構(gòu)框圖

第三章系統(tǒng)硬件控制設(shè)計(jì)3.1方案設(shè)計(jì)3.1.1方案一的設(shè)計(jì)思路把溫濕度傳感器采集到的溫濕度信號(hào)直接傳輸至控制器，在控制器中進(jìn)行數(shù)據(jù)比較，先比較濕度在比較溫度濕度。控制器根據(jù)比較的結(jié)果來(lái)啟停相應(yīng)的溫濕度控制設(shè)備。溫濕度信號(hào)傳至控制器后在控制器中先比較濕度的大小，比較得出三個(gè)支路：濕度高于75%的、濕度在55%～75%之間的和濕度低于55%的，接著對(duì)應(yīng)于濕度比較后的每個(gè)支路再比較溫度，跟濕度比較的一樣得出三個(gè)支路:溫度高于32℃的、溫度在30～32℃之間的和溫度低于30℃的。最后總共得出九個(gè)支路。?例如：?溫濕度?傳至控?制器后?先比較?濕度，?濕度介?于55?%～7?5%之?間，再?比較溫?度，溫?度高于?32℃?，在打開(kāi)溫室前后窗后，需要停止后窗風(fēng)機(jī)、啟動(dòng)濕簾風(fēng)機(jī)水泵、停止供熱泵、停止降濕設(shè)備，并啟動(dòng)制冷器。隨后等待60秒后，再返回去進(jìn)行溫濕度的比較。其他支路的處理方式也類(lèi)似。控制思路簡(jiǎn)單明了，但如果使用PLC作為控制器，這種方案可能不可行，?因?yàn)镻?LC內(nèi)?部沒(méi)有?數(shù)據(jù)比?較這個(gè)?功能。?采用單?片機(jī)來(lái)?控制是?可行的?，單片?機(jī)可以?進(jìn)行數(shù)據(jù)的比較，但是單片機(jī)最大的缺點(diǎn)就是穩(wěn)定性不強(qiáng)，抗干擾能力差。3.1.2方案二的設(shè)計(jì)思路 由于單片機(jī)的抗干擾性和穩(wěn)定性都不強(qiáng)，，而PLC的抗干擾性和穩(wěn)定性都比較好，所以還是考慮用PLC來(lái)控制?，PLC通常無(wú)法直接進(jìn)行數(shù)據(jù)比較，因此可以在PLC外部進(jìn)行數(shù)據(jù)比較，然后將比較結(jié)果作為信號(hào)傳入PLC，由PLC根據(jù)信號(hào)來(lái)控制相應(yīng)的點(diǎn)位啟停[7]。PLC會(huì)根據(jù)輸入的信號(hào)來(lái)啟停溫濕度、光照強(qiáng)度、CO2濃度控制設(shè)備。例如,利用溫度傳感器獲取當(dāng)前溫度，通過(guò)經(jīng)典PID算法結(jié)合PLC內(nèi)部CPU判斷，控制溫度調(diào)節(jié)裝置來(lái)獲取精準(zhǔn)控溫效果[8]。當(dāng)輸入信號(hào)表示高溫高濕時(shí)，PLC將打開(kāi)風(fēng)機(jī)、降濕設(shè)備、制冷器和警示燈，并同時(shí)關(guān)閉濕簾風(fēng)機(jī)水泵、供熱泵和報(bào)警器。隨后等待60秒后，再進(jìn)行溫濕度的檢測(cè)。圖3.1方案二溫濕度信號(hào)處理圖方案二采用了PLC進(jìn)行控制，具有較高的穩(wěn)定性和抗干擾能力[9]，同時(shí)控制思路也清晰明了。3.1.3最終控制方案的確定單片機(jī)是單片微型計(jì)算機(jī)的簡(jiǎn)稱(chēng)，它將微型計(jì)算機(jī)的各個(gè)功能部件，包括中央處理器CPU、隨機(jī)存儲(chǔ)器RAM、只讀存儲(chǔ)器ROM、定時(shí)/計(jì)數(shù)器以及I/O接口電路等集成在一塊芯片上，構(gòu)成一個(gè)既小巧有完善的計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)微型計(jì)算機(jī)的基本功能。PLC技術(shù)在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中，系統(tǒng)的接線更加簡(jiǎn)單安全，且工作效率更高、更安全。一般情況下PLC技術(shù)主要有：處理數(shù)據(jù)所用的CPU、儲(chǔ)存器、電源、固定程序、通信模塊、處理模塊等[10]。相較于PLC，單片機(jī)的穩(wěn)定性和抗干擾能力較弱。此外，單片機(jī)使用的語(yǔ)言通常是匯編語(yǔ)言，相較于PLC使用的梯形圖或狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖而言，編程復(fù)雜度較高，不易于被廣大電氣技術(shù)人員理解。經(jīng)過(guò)對(duì)比考慮，考慮到PLC內(nèi)部不能進(jìn)行數(shù)據(jù)比較，而單片機(jī)可以進(jìn)行數(shù)據(jù)比較，但同時(shí)單片機(jī)的穩(wěn)定性和抗干擾能力較弱，因此最終決定采用方案二。3.2PLC主控制電路設(shè)計(jì)3.2.1PLC介紹可編程控制器（ProgrammableController）簡(jiǎn)稱(chēng)PC，經(jīng)歷了可編程序矩陣控制器（ProgrammableMatrixController）PMC、可編程序順序控制器（ProgrammableSequenceController）PSC、可編程序邏輯控制器（ProgrammableLogicController）PLC和可編程序控制器PC幾個(gè)不同發(fā)展時(shí)期。為與個(gè)人計(jì)算機(jī)（PersonalComputer）相區(qū)別，現(xiàn)在仍然沿用可編程邏輯控制器（ProgrammableLogicController）這個(gè)老名字。20世紀(jì)80年代以后，隨著微電子技術(shù)的快速發(fā)展，包括大規(guī)模和超大規(guī)模集成電路在內(nèi)的16位和32位微處理器被應(yīng)用于PLC中，從而使PLC得到了快速的發(fā)展。自從第一臺(tái)PLC問(wèn)世以來(lái)，日本、德國(guó)、法國(guó)等國(guó)家也相繼開(kāi)始研制PLC，并取得了顯著的進(jìn)展。目前，全球有200多家PLC制造商和400多種PLC產(chǎn)品，按地域可分為美國(guó)、歐洲和日本等三個(gè)流派產(chǎn)品。各流派PLC產(chǎn)品都有其獨(dú)特的特色，例如，日本主要開(kāi)發(fā)中小型PLC，這些小型PLC具有先進(jìn)的性能、緊湊的結(jié)構(gòu)和實(shí)惠的價(jià)格，在全球市場(chǎng)上占有重要地位。著名的PLC制造商包括美國(guó)的A-B公司、GE公司，日本的三菱電機(jī)公司、歐姆龍公司，德國(guó)的AEG公司、西門(mén)子（Siemens）公司，法國(guó)的TE公司等。我國(guó)的PLC研制、生產(chǎn)和應(yīng)用也發(fā)展很快，尤其在應(yīng)用方面更為突出。在20世紀(jì)70年代末和80年代初，我國(guó)隨國(guó)外成套設(shè)備、專(zhuān)用設(shè)備引進(jìn)了不少?lài)?guó)外的PLC。此后，在傳統(tǒng)設(shè)備改造和新設(shè)備設(shè)計(jì)中，PLC的應(yīng)用逐年增多，并取得顯著的經(jīng)濟(jì)效益，PLCPAGEXXX在我國(guó)的應(yīng)用越來(lái)越廣泛，對(duì)提高我國(guó)工業(yè)自動(dòng)化水平起到了巨大的作用。目前，我國(guó)不少科研單位和工廠在研制和生產(chǎn)PLC，如遼寧無(wú)線電二廠、無(wú)錫華光電子公司、上海香島電機(jī)制造公司、廈門(mén)A-B公司等。PLC由于具有可靠性高、抗干擾能力強(qiáng)、配套齊全、功能完善，適用性強(qiáng)、易學(xué)易用、深受工程技術(shù)人員歡迎、系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、建造工作量小、維護(hù)方便、容易改造、體積小、重量輕、能耗低等這些優(yōu)點(diǎn)。因此，目前，PLC在國(guó)內(nèi)外已廣泛應(yīng)用于鋼鐵、石油、化工、電力、建材、機(jī)械制造、汽車(chē)、輕紡、交通運(yùn)輸、環(huán)保及文化娛樂(lè)等各個(gè)行業(yè)。PLC的選擇主要應(yīng)從PLC的機(jī)型、容量、IO模塊、電源模塊、特殊功能模塊、通信聯(lián)網(wǎng)能力等方面加以綜合考慮。3.2.2PLC機(jī)型選擇的基本原則在保證功能需求、可靠性和維護(hù)便捷性的前提下，選擇PLC應(yīng)該力求性能價(jià)格比最佳[11]。在選擇PLC時(shí)，主要需要考慮以下幾個(gè)方面：第一，選擇合理的結(jié)?構(gòu)型式?，PL?C主要?有整體?式和模?塊式兩?種結(jié)構(gòu)?型式[12]。?整體式?PLC?的每一?個(gè)I?O點(diǎn)的?平均價(jià)?格比模?塊式的?便宜，?且體積?相對(duì)較?小,一?般用于?系統(tǒng)工?藝過(guò)程?較為固?定的小?型控制?系統(tǒng)中?；而模?塊式P?LC的?功能擴(kuò)?展靈活?方便,?在I?O點(diǎn)數(shù)?、輸入?點(diǎn)數(shù)與?輸出點(diǎn)?數(shù)的比?例、I?O模?塊的種?類(lèi)等方?面選擇?余地大?，且維?修方便?，一般?于較復(fù)?雜的控制系統(tǒng)。第二，安裝方式的選擇?，PL?C系統(tǒng)?的安裝?方式分?為集中?式、遠(yuǎn)?程I?O式以?及多臺(tái)?PLC?聯(lián)網(wǎng)的?分布式?。集中?式不需?要設(shè)置?驅(qū)動(dòng)遠(yuǎn)?程I?O硬件?，系統(tǒng)?反應(yīng)快?、成本?低；遠(yuǎn)?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(yuǎn)程?IO?可以分?散安裝?在現(xiàn)場(chǎng)?裝置附?近，連?線短，?但需要?增設(shè)驅(qū)?動(dòng)器和?遠(yuǎn)程I?O電?源；多?臺(tái)PL?C聯(lián)網(wǎng)?的分布?式適用?于多臺(tái)?設(shè)備分?別獨(dú)立?控制，?又要相?互聯(lián)系?的場(chǎng)合?，可以?選用小?型PL?C，但?必須要?附加通訊模塊。第三，相應(yīng)的功能要?求，一?般小型?(低檔?)PL?C具有?邏輯運(yùn)?算、定?時(shí)、計(jì)?數(shù)等功?能，對(duì)?于只需?要開(kāi)關(guān)?量控制?的設(shè)備?都可滿?足。對(duì)?于以開(kāi)?關(guān)量控?制為主?，帶少?量模擬?量控制?的系統(tǒng)?，可選?用能帶?A／D?和D／?A轉(zhuǎn)換?單元，?具有加?減算術(shù)?運(yùn)算、?數(shù)據(jù)傳?送功能?的增強(qiáng)?型低檔?PLC?。對(duì)于?控制較?復(fù)雜，?要求實(shí)?現(xiàn)PI?D運(yùn)算?、閉環(huán)?控制、?通信聯(lián)?網(wǎng)等功?能，視控制的規(guī)模大小和復(fù)雜程度決定了需要選擇中檔或高檔的PLC。然而，中高檔PLC價(jià)格昂貴，通常用于大規(guī)模過(guò)程控制和集散控制系統(tǒng)等需要的場(chǎng)合。第四，對(duì)響應(yīng)速度的要求也需要考慮。PLC是專(zhuān)為工業(yè)自動(dòng)化設(shè)計(jì)的通用控制器，不同檔次的PLC一般都可以滿足其應(yīng)用范圍內(nèi)的需要。但如果要在跨領(lǐng)域范圍內(nèi)使用PLC，或者某些功能或信號(hào)需要特別快的速度，就需要慎重考慮PLC的響應(yīng)速度。此時(shí)，可以選擇具有高速I(mǎi)O處理功能的PLC，或者選擇帶有快速響應(yīng)模塊和中斷輸入模塊的PLC。第五，機(jī)型盡量統(tǒng)一，一個(gè)企業(yè)，應(yīng)?盡量做?到PL?C的機(jī)?型統(tǒng)一?。主要?考慮到?以下三?方面問(wèn)?題：①??其?模塊可?互為備?用，便?于備品?備件的?采購(gòu)和?管理。?②?其功能?和使用?方法類(lèi)?似，有?利于技?術(shù)力量?的培訓(xùn)?和技術(shù)?水平的?提高。?③?其外部?設(shè)備通?用，資?源可共?享，易?于聯(lián)網(wǎng)?通信，?配上位?計(jì)算機(jī)?后易于?形成一?個(gè)多級(jí)?分布式控制系統(tǒng)。3.2.3PLC容量的選擇步驟PLC的容量包括IO點(diǎn)數(shù)和用戶存儲(chǔ)容量?jī)蓚€(gè)方面。①I(mǎi)O點(diǎn)數(shù)的選擇，PLC平均的IO點(diǎn)的價(jià)格還比較高，因此應(yīng)該合理選用PLC的IO點(diǎn)的數(shù)量，在滿足控制要求的前提下力爭(zhēng)使用的O點(diǎn)最少，但必須留有一定的裕量。通常IO點(diǎn)數(shù)是根據(jù)被控對(duì)象的輸入、輸出信號(hào)的實(shí)際需要，再加上10%~15%的裕量來(lái)確定。②存儲(chǔ)容量的選擇用戶程序所需的存儲(chǔ)容量大小不僅與PLC系統(tǒng)的功能有關(guān)，而且還與功能實(shí)現(xiàn)的方法、程序編寫(xiě)水平有關(guān)。3.2.4PLC的選型根據(jù)控制需求和PLC選用原則，本設(shè)計(jì)決定采用西門(mén)子S7-200smart系列可編程控制器。該P(yáng)LC的I/O端口總數(shù)為64，其中包括32個(gè)輸入端口和32個(gè)輸出端口。S7-200smart系列是西門(mén)子系列PLC家族中最先?進(jìn)的系?列。由?于S7?-20?0smart系列?具備如?下特點(diǎn)?：最大?范圍包?容了標(biāo)?準(zhǔn)特點(diǎn)?、程式?執(zhí)行更?快、全?面補(bǔ)充?了通信?功能、?適合世?界各國(guó)?不同的?電源以?及滿足?單個(gè)需?要的大?量特殊?功能模?塊，它?可以為?你的工?廠自動(dòng)?化應(yīng)用?提供最?大的靈?活性和?控制能?力。?為大量?實(shí)際應(yīng)?用而開(kāi)?發(fā)的特?殊功能?,開(kāi)發(fā)?了各個(gè)?范圍的?特殊功?能模塊?以滿足?不同的?需要-??模擬I?/O，?高速計(jì)?數(shù)器。實(shí)現(xiàn)16軸定位控制需要使用脈沖串輸出模塊，支持J型和K型熱電偶或Pt傳感器。我們?yōu)榇碎_(kāi)發(fā)了溫度模塊。每個(gè)S7-200smart主單元最多可以配置8個(gè)特殊功能模塊。您可以使用CC-Link、ProfibusDP和DeviceNet等流行的開(kāi)放式網(wǎng)絡(luò)，也可以選擇傳感器網(wǎng)絡(luò)來(lái)滿足通信需求。S7-200smart系列是一款功能強(qiáng)大的微型PLC，可擴(kuò)展到256個(gè)I/O點(diǎn)。本設(shè)計(jì)選用了64個(gè)I/O點(diǎn)，同時(shí)可以增加特殊功能模塊或擴(kuò)展板。S7-200smart的通信和數(shù)據(jù)鏈接功能使其在體積、通信和特殊功能模塊等方面都非常完善。定位和脈沖輸出功能方面，一個(gè)PLC單元可以同時(shí)輸出2100KHz的脈沖，配備了7個(gè)特殊的定位指令，包括零返回、絕對(duì)位置讀取、絕對(duì)或相對(duì)驅(qū)動(dòng)，以及特殊脈沖輸出控制。3.2.5電路設(shè)計(jì)系統(tǒng)的硬件電路主要包含如下模塊：PLC模塊、以控制器模塊、傳感器模塊以及各種接口模塊等。系統(tǒng)以S7-200smart為控制核心，分析傳感器采集到的數(shù)據(jù)，進(jìn)而執(zhí)行控制機(jī)構(gòu)動(dòng)作[6]。系統(tǒng)的原理圖如圖所示。圖3.2外部接線圖系統(tǒng)的IO表分配如下表所示：表3.1IO表I0.0啟動(dòng)Q0.0二氧化碳機(jī)AIW16二氧化碳傳感器I0.1停止Q0.1灑水泵AIW18濕度傳感器I0.2二氧化碳故障Q0.2加熱器AIW20溫度傳感器I0.3灑水泵故障Q0.3燈光AIW22光合作用傳感器I0.4加熱器故障Q0.4二氧化碳機(jī)過(guò)高報(bào)警I0.5燈光故障Q0.5灑水泵過(guò)高報(bào)警I0.6Q0.6加熱器過(guò)高報(bào)警q0.7燈光過(guò)高報(bào)警圖3.3電氣控制原理圖3.3傳感器節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)3.3.1溫度傳感器溫度傳感器按測(cè)?量方式?可分為?接觸式?和非接?觸式兩?大類(lèi)，?按照傳?感器材?料及電?子元件?特性分?為熱電?阻和熱?電偶兩?類(lèi)。本系統(tǒng)使用成本效益高且能夠直接輸出數(shù)字信號(hào)的溫度傳感器，采用了美國(guó)DALLAS公司生產(chǎn)的DS18B20數(shù)字溫度傳感器。該傳感器可實(shí)現(xiàn)總線數(shù)字測(cè)溫，測(cè)溫范圍廣泛，涵蓋-55℃到+125℃，具有0.5℃的固有測(cè)溫分辨率。DS18B20支持多點(diǎn)組網(wǎng)功能，多個(gè)傳感器可以通過(guò)唯一的三線并聯(lián)，實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)測(cè)溫。測(cè)量結(jié)果以9~12位數(shù)字量方式串行傳送，實(shí)現(xiàn)快速準(zhǔn)確的溫度測(cè)量。該傳感器接線方?便，封?裝成后?可應(yīng)用?于多種?場(chǎng)合，?如管道?式，螺?紋式，?磁鐵吸?附式，?不銹鋼?封裝式?。主要?根據(jù)應(yīng)?用場(chǎng)合?的不同?而改變?其外觀?。封裝?后的可?用于各?種非極?限溫度?場(chǎng)合。?耐磨耐?碰，體?積小，?使用方?便，封?裝形式?多樣，適用于各種狹小空間設(shè)備數(shù)字測(cè)溫和控制領(lǐng)域。內(nèi)部結(jié)構(gòu)主要由四部分組成：位光刻、溫度傳感器、非揮發(fā)的溫度報(bào)警觸發(fā)器和、配置寄存器。傳感器結(jié)構(gòu)如圖所示。圖3.4溫度傳感器引腳分布圖與內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖3.3.2濕度傳感器對(duì)于濕度傳感器的選?擇，理?想情況?下應(yīng)該?選擇能?夠插入?土壤并?與土壤?接觸而?且隨時(shí)?感應(yīng)整?個(gè)土壤?濕度變?化。但?實(shí)際上?本身市?場(chǎng)上的?濕度傳?感器就?比較少?，而且?隨著精?度的提?高價(jià)格?攀升幅?度較大?，一般?價(jià)格比?較昂貴??；?對(duì)精度?要求一?般，而?且出于?資金的?限制，?進(jìn)行多?方對(duì)比?，我?選擇了?性?xún)r(jià)比?比較高的濕度傳感器IH3605，在具備較高性?xún)r(jià)?比的同?時(shí)，其?較好的?功能性?也對(duì)電?路起到?簡(jiǎn)化作?用。同?時(shí)，此?傳感器?輸出電?壓連續(xù)?、信號(hào)?較強(qiáng)，?而且范?圍變化?合理。??內(nèi)部的?兩個(gè)熱?化聚合?體層之?間形成?的平板?電容器?電容量?的大小?可隨濕?度的不?同發(fā)生?變化，?從而可?完成對(duì)?濕度信?號(hào)的采?集。熱?化聚合?體層同?時(shí)具有?防御污?坂、灰?塵、油?及其它?有害物?質(zhì)的功?能。的?結(jié)構(gòu)圖?及引腳?定義分?別如圖?所示。采用封裝形式。圖3.5IH3605的結(jié)構(gòu)圖及引腳圖3.3.3光照度傳感器采用的傳感器是數(shù)字光照傳感器BH1750FVI模塊，其光源依賴(lài)性較低。該模塊是日本RHOM株式會(huì)社近年來(lái)推出的一種兩線式串行總線接口的集成電路，可以通過(guò)檢測(cè)周?chē)饩€的強(qiáng)度，實(shí)現(xiàn)對(duì)環(huán)境的檢測(cè)。它的內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖所示。圖3.6光照度傳感器內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖3.3.4二氧化碳濃度傳感器該系統(tǒng)所選用的二氧化碳濃度傳感器為英國(guó)GSS的C20型號(hào)，其具有響應(yīng)速度快、低功耗、防水抗震動(dòng)和高精度等特點(diǎn)。該數(shù)字傳感器采用四線連接方式即可工作，連接順序?yàn)閺淖笾劣乙来螢榻拥?、串行輸入、串行輸出?5V電壓。該傳感器能夠?qū)崟r(shí)感應(yīng)二氧化碳的濃度，且在一定范圍內(nèi)進(jìn)行溫度補(bǔ)償，具有較高的測(cè)量精度。由于其體積小巧、具備防水等功能，因此特別適合在濕度較高的大棚內(nèi)使用。工作原理如圖所示。圖3.7二氧化碳傳感器工作原理

第四章PLC編程及組態(tài)軟件設(shè)計(jì)4.1PLC編程介紹PLC的軟件由系統(tǒng)程序和用戶程序組成。系統(tǒng)程序由PLC制造廠商設(shè)計(jì)編寫(xiě)的，并存入PLC的系統(tǒng)存儲(chǔ)器中，用戶不能直接讀寫(xiě)與更改。系統(tǒng)程序一般包括系統(tǒng)診斷程序、輸入處理程序、編譯程序、信息傳送程序、監(jiān)控程序等。PLC的用戶程序是用戶利用PLC的編程語(yǔ)言，根據(jù)控制要求編制的程序。在PLC的應(yīng)用中，最重要的是用PLC的編程語(yǔ)言來(lái)編寫(xiě)用戶程序，以實(shí)現(xiàn)控制目的[13]。由于PLC是專(zhuān)門(mén)為工業(yè)控制而開(kāi)發(fā)的裝置，其主要使用者是廣大電氣技術(shù)人員，為了滿足他們的傳統(tǒng)習(xí)慣和掌握能力，PLC的主要編程語(yǔ)言采用比計(jì)算機(jī)語(yǔ)言相對(duì)簡(jiǎn)單、易懂、形象的專(zhuān)用語(yǔ)言。PLC編程語(yǔ)言是多種多樣的，對(duì)于不同生產(chǎn)廠家、不同系列的PLC產(chǎn)品采用的編程語(yǔ)言的表達(dá)方式也不相同，但基本上可歸納兩種類(lèi)型：一是采用字符表達(dá)方式的編程語(yǔ)言；二是采用圖形符號(hào)表達(dá)方式編程語(yǔ)言[14]。梯形圖語(yǔ)言是在傳統(tǒng)電器控制系統(tǒng)中常用的接觸器、繼電器等圖形表達(dá)符號(hào)的基礎(chǔ)上演?變而來(lái)?的。它?與電器?控制線?路圖相?似，繼?承了傳?統(tǒng)電器?控制邏?輯中使?用的框?架結(jié)構(gòu)?、邏輯?運(yùn)算方?式和輸?入輸出?形式?具有形?象、直?觀、實(shí)?用的特?點(diǎn)。因?此，這?種編程?語(yǔ)言?是應(yīng)用?最廣泛?的PL?C的編?程語(yǔ)言??。兩種?圖基本?表示思?想是一?致的，?具體表?達(dá)方式?有一定?區(qū)別。?PLC?的梯形?圖使用?的是內(nèi)?部繼電?器，定?時(shí)計(jì)?數(shù)器等?，都是?由軟件?來(lái)實(shí)現(xiàn)?的，使?用方便?，修改?靈活，?是原電?器控制?線路硬接線無(wú)法比擬的。語(yǔ)句表語(yǔ)言是一種?與匯編?語(yǔ)言類(lèi)?似的助?記符編?程表達(dá)?方式。?在PL?C應(yīng)用?中，經(jīng)?常采用?簡(jiǎn)易編?程器，?而這種?編程器?中沒(méi)有?CRT?屏幕顯?示，或?沒(méi)有較?大的液?晶屏幕?顯示。?因此，?就用一?系列P?LC操?作命令?組成的?語(yǔ)句表?將梯形?圖描述?出來(lái)，?再通過(guò)?簡(jiǎn)易編?程器輸?入到P?LC中?。雖然?各個(gè)P?LC生?產(chǎn)廠家?的語(yǔ)句?表形式?不盡相?同，但?基本功?能相差?無(wú)幾。?語(yǔ)句是?語(yǔ)句表?程序的?基本單?元，每?個(gè)語(yǔ)句?和微機(jī)?一樣也?由地址?、?操作碼?和操?作數(shù)?三部分組成。邏輯圖語(yǔ)言是一種?類(lèi)似于?數(shù)字邏?輯電路?結(jié)構(gòu)的?編程語(yǔ)?言，由?與門(mén)、?或門(mén)、?非門(mén)、?定時(shí)器?、計(jì)數(shù)?器、觸?發(fā)器等?邏輯符?號(hào)組成?。有數(shù)?字電路?基礎(chǔ)的?電氣技?術(shù)人員?較容易?掌握。隨著PLC技術(shù)的不斷發(fā)展，編程語(yǔ)言的局限性也逐漸暴露出來(lái)，無(wú)法滿足PLC的日益增強(qiáng)的運(yùn)算、數(shù)據(jù)處理和通信等需求。近年來(lái)推出的大型PLC，采用高級(jí)語(yǔ)言編程，例如BASIC語(yǔ)言、C語(yǔ)言、PASCAL語(yǔ)言等，以增強(qiáng)其功能性。使用高級(jí)語(yǔ)言編程后，用戶可以像操作普通微型計(jì)算機(jī)一樣操作PLC，從而更好地發(fā)揮其各種功能。本設(shè)計(jì)根據(jù)實(shí)際情況，采用手持編程器進(jìn)行PLC編程。在PLC開(kāi)始工作之前，需要進(jìn)行編程。由于PLC的指令非常豐富，本設(shè)計(jì)僅使用了基本指令。表SEQ表\*ARABIC4.1基本指令指令功能指令功能LD常開(kāi)觸點(diǎn)邏輯運(yùn)算開(kāi)始STL置位指令LD常開(kāi)觸點(diǎn)串聯(lián)連接RET復(fù)位指令OR常開(kāi)觸點(diǎn)并聯(lián)連接MC主控電路塊起點(diǎn)LDI常閉觸點(diǎn)邏輯運(yùn)算開(kāi)始MCR主控電路塊終點(diǎn)ANI常閉觸點(diǎn)串聯(lián)連接INV邏輯運(yùn)算結(jié)果取反ORI常閉觸點(diǎn)并聯(lián)連接SET令元件自保持ONOUT線圈驅(qū)動(dòng)RST令元件自保持OFFEND結(jié)束M0～M7是程序初始化專(zhuān)用的特殊中間繼電器，分別對(duì)應(yīng)著手動(dòng)、回原點(diǎn)、單步、單周期、自動(dòng)循環(huán)、回原點(diǎn)啟動(dòng)、自動(dòng)循環(huán)啟動(dòng)、自動(dòng)循環(huán)停止的八項(xiàng)功能，若其中某個(gè)特殊中間繼電器接通，則跳轉(zhuǎn)入相應(yīng)的程序。如果M0接通則進(jìn)入手動(dòng)運(yùn)行模式，程序跳轉(zhuǎn)至S0狀態(tài)；如果M6接通則進(jìn)入自動(dòng)模式，程序跳轉(zhuǎn)至S2狀態(tài)。前五個(gè)特殊中間繼電器在程序中不允許有一個(gè)以上同時(shí)接通。S20到S33代表步進(jìn)程序中狀態(tài)S20至S33的狀態(tài)，這里可以根據(jù)自動(dòng)循環(huán)的程序步數(shù)而定。表SEQ表\*ARABIC4.2初始化程序表步序指令步序指令0LDX0114ORM201OUTM015ANIX152OUTY2616OUTM203LDIM800017OUTY304OUTM118LDX155OUTM219OUTM76OUTM320LDX107LDX0221OUTY338OUTM422LDM209OUTY2723OUTM804110LDIM800024LDM800011OUTM525OUTFNC60M0S20S3312OUTM613LDX034.2組態(tài)仿真組態(tài)王開(kāi)發(fā)監(jiān)控系統(tǒng)軟件，是新型的工業(yè)自動(dòng)控制系統(tǒng)，它以標(biāo)準(zhǔn)的工業(yè)計(jì)算機(jī)軟、硬件平臺(tái)構(gòu)成的集成系統(tǒng)取代傳統(tǒng)的封閉式系統(tǒng)[15]。它具有適應(yīng)性強(qiáng)、開(kāi)放性好、易于擴(kuò)展、經(jīng)濟(jì)、開(kāi)發(fā)周期短等優(yōu)點(diǎn)。通?？梢园堰@樣的系統(tǒng)劃分為控制層、監(jiān)控層、管理層三個(gè)層次結(jié)構(gòu)。其中監(jiān)控層對(duì)下連接控制層，對(duì)上連接管理層，它不但實(shí)現(xiàn)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)與控制，且在自動(dòng)控制系統(tǒng)中完成上傳下達(dá)、組態(tài)開(kāi)發(fā)的重要作用。尤其考慮三方面問(wèn)題：畫(huà)面、數(shù)據(jù)、動(dòng)畫(huà)。通過(guò)對(duì)監(jiān)控系統(tǒng)要求及實(shí)現(xiàn)功能的分析，采用組態(tài)王對(duì)監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)。組態(tài)軟件也為試驗(yàn)者提供了可視化監(jiān)控畫(huà)面，有利于試驗(yàn)者實(shí)時(shí)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控。而且它能充利用Windows的圖形編輯功能，方便地構(gòu)成監(jiān)控畫(huà)面，并以動(dòng)畫(huà)方式顯示控制設(shè)備的狀態(tài)，具有報(bào)警窗口、實(shí)時(shí)趨勢(shì)曲線等，可便利的生成各種報(bào)表。它還具有豐富的設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序和靈活的組態(tài)方式、數(shù)據(jù)鏈接功能。4.3控制界面開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)1.建立新工程在建立新工程時(shí),首先通過(guò)亞控的“工程管理器”指定工程的名稱(chēng)和工作路徑,不同的工程一定要放在不同的路徑下。指定工程的名稱(chēng)和路徑,啟動(dòng)“工程管理器”，如圖4-1所示。圖4.1力控工程管理器界面單擊菜單欄“文件/新建工程”命令或工具條“新建”按鈕或快捷菜單“新建工程”命令后,彈出“新建工程向?qū)б弧睂?duì)話框,如圖4-2。圖4.2新建工程向?qū)螕簟跋乱徊健卑粹o,彈出“新建工程向?qū)Ф睂?duì)話框,如圖4-3。圖4.3新建工程向?qū)Ф趯?duì)話框的文本框中輸入新建工程的路徑,如果輸入的路徑不存在,系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)提示用戶。也可以單擊“瀏覽”按鈕,在彈出的路徑選擇對(duì)話框中選擇工程路徑,也可以在彈出路徑選擇對(duì)話框中直接輸入路徑。單擊“下一步”按鈕,進(jìn)入“新建工程向?qū)睂?duì)話框,如圖4-4所示。在“工程名稱(chēng)”文本框中輸入新建工程的名字,在“工程描述”中輸入對(duì)新建工程的描述文本。單擊“完成”按鈕,確認(rèn)新建的工程。圖4.4新建工程向?qū)?.創(chuàng)建組態(tài)界面用戶可以為每個(gè)工程輕松創(chuàng)建無(wú)數(shù)個(gè)畫(huà)面，每個(gè)畫(huà)面可以包含靜態(tài)或動(dòng)態(tài)圖形，并可以相互關(guān)聯(lián)。亞控開(kāi)發(fā)系統(tǒng)提供了豐富的圖形對(duì)象，用戶可以根據(jù)需要自由組合和配置。開(kāi)發(fā)系統(tǒng)提供了文本、直線、矩形、圓角矩形、圓形、多邊形等基本圖形對(duì)象，同時(shí)還提供了增強(qiáng)型按鈕、實(shí)時(shí)/歷史趨勢(shì)曲線、實(shí)時(shí)/歷史報(bào)警、實(shí)時(shí)/歷史報(bào)表等組件。用戶可以使用開(kāi)發(fā)系統(tǒng)提供的編輯操作，例如復(fù)制、刪除、對(duì)齊、打組等，輕松對(duì)工程窗口中的圖形對(duì)象進(jìn)行操作。開(kāi)發(fā)系統(tǒng)還提供了顏色、線型、填充屬性等操作工具，方便用戶對(duì)圖形對(duì)象進(jìn)行配置。使用亞控開(kāi)發(fā)系統(tǒng)提供的上述多種工具和圖形，用戶可以輕松創(chuàng)建豐富的圖形界面。要?jiǎng)?chuàng)建新的畫(huà)面，用戶只需單擊左側(cè)目錄中的“畫(huà)面”，然后在右側(cè)單擊“新建”，就可以彈出“新建畫(huà)面”對(duì)話框。如圖4-5所示。圖4.5新畫(huà)面可以在“新畫(huà)面”對(duì)話框中為畫(huà)面命名，并在注釋中選擇畫(huà)面位置和風(fēng)格。3.定義IO設(shè)備在亞控系統(tǒng)中，將需要與亞控組態(tài)軟件交換數(shù)據(jù)的設(shè)備或程序都視為IO設(shè)備。這些設(shè)備包括：DDE、OPC、PLC、UPS、變頻器、智能儀表、智能模塊、板卡等，通常使用串口和以太網(wǎng)等方式與上位機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換[16]。只有在定義了IO設(shè)備后，亞控系統(tǒng)才能夠通過(guò)數(shù)據(jù)庫(kù)變量與這些IO設(shè)備進(jìn)行通訊。利用組態(tài)王軟件，我們可以繪制PLC的控制面板，并提前設(shè)計(jì)好控制流程，以實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)的監(jiān)控和仿真。系統(tǒng)的界面如圖所示。圖4.6溫度控制仿真圖圖4.7濕度控制仿真圖圖4.8光照強(qiáng)度控制仿真圖圖4.8CO2濃度控制仿真圖4.4控制系統(tǒng)的程序調(diào)試1）針對(duì)較為復(fù)雜的控制系統(tǒng)，我們需要繪制系統(tǒng)流程圖，以清晰地展示各個(gè)動(dòng)作的執(zhí)行順序和條件。2）根據(jù)流程圖和定義的輸入輸出設(shè)定，編寫(xiě)程序。3）將編寫(xiě)好的程序輸入到PLC的用戶存儲(chǔ)器中，并檢查程序是否正確。4）對(duì)程序進(jìn)行調(diào)試和修改，直到符合要求為止。保存所有組態(tài)設(shè)置，然后關(guān)閉組態(tài)監(jiān)控程序。將PLC程序下傳到PLC裝置中并讓其運(yùn)行，切換到離線狀態(tài)，然后啟動(dòng)，進(jìn)入組態(tài)工程運(yùn)行界面。在運(yùn)行中通過(guò)對(duì)按鈕的操作可檢測(cè)所編程序的正確與否。

第五章總結(jié)近年來(lái)，大棚的監(jiān)控?系統(tǒng)快?速發(fā)展?，傳統(tǒng)?大棚生?產(chǎn)模式?己經(jīng)不?能解決?農(nóng)產(chǎn)品?生產(chǎn)效?率低、?資源浪?費(fèi)嚴(yán)重?、環(huán)境?污染、?產(chǎn)品種?類(lèi)少等?諸多問(wèn)?題?。在現(xiàn)?代信息?技術(shù)、?生物技?術(shù)、工?程技術(shù)?等一系?列高新?技術(shù)最?新成就?的基礎(chǔ)?上發(fā)展?起來(lái)的?根據(jù)土?壤、作?物不均?一特點(diǎn)?、隨著?時(shí)間、?空間變?化的特?性，采?用不同?的施肥?、灌溉?等措施?來(lái)提高?作物的?產(chǎn)量，?同時(shí)降?低成本?、減少?對(duì)環(huán)境?的污染?，是實(shí)?現(xiàn)現(xiàn)代?農(nóng)業(yè)的?關(guān)鍵?。論文?通過(guò)對(duì)?草莓大?棚的環(huán)?境參數(shù)