【基于PLC的智能溫室控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)9200字（論文）】

基于PLC的智能溫室控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)目錄TOC\o"1-3"\h\u21649摘要 I13387一、緒論 115964（一）選題的背景及意義 12844（二）國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 1273161.國外研究現(xiàn)狀 198062.國內(nèi)研究現(xiàn)狀 28332二、系統(tǒng)總設(shè)計(jì)方案 313855（一）系統(tǒng)需求分析 31586（二）控制系統(tǒng)的基本任務(wù) 419075（三）系統(tǒng)的設(shè)計(jì)任務(wù) 527428（四）系統(tǒng)的控制方案 524306三、控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 726403（一）電氣控制系統(tǒng)主電路設(shè)計(jì) 713742（二）控制系統(tǒng)各個部分控制電路的設(shè)計(jì) 779111.以熱風(fēng)機(jī)為例介紹該設(shè)計(jì): 715672.正反轉(zhuǎn)設(shè)備 917278（三）硬件選擇 11243811.PLC的型號選擇 11188432.PLC的I/O地址分配表 11261443.EM235模擬輸入模塊設(shè)計(jì) 12954.PLC硬件接線圖 136698（四）傳感器型號選擇 1411104四、控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 1721354（一）STEP7

Micro/Win軟件簡介 178701（二）控制系統(tǒng)程序設(shè)計(jì) 175411（三）控制系統(tǒng)程序流程圖 1817984（四）控制程序設(shè)計(jì)及分析 1923978（五）控制系統(tǒng)的觸摸屏設(shè)計(jì) 2430684五、結(jié)論 259705參考文獻(xiàn) 26摘要隨著現(xiàn)代科技的快速發(fā)展，消費(fèi)者對蔬菜的需求越來越大，很多季節(jié)性的蔬菜都無法滿足市場的需求，而蔬菜的質(zhì)量又必須要有充足的貨源，因此，如何高效地實(shí)現(xiàn)蔬菜的生長，是一種非常有效的蔬菜種植方式。本研究中計(jì)劃使用溫度傳感器，CO2濃度傳感器和光照傳感器，把測量值轉(zhuǎn)為電信號傳輸給PLC，將其與限定值進(jìn)行比較，再發(fā)出信號帶動外圍設(shè)備對溫室大棚內(nèi)部環(huán)境進(jìn)行調(diào)節(jié)，對溫室大棚進(jìn)行自動化操控和智能化控制。所以本設(shè)計(jì)具有實(shí)施優(yōu)勢：減少成本，節(jié)約資源，生態(tài)環(huán)保等。、使用簡便、價格低廉，是一種很有應(yīng)用價值的智能火災(zāi)報(bào)警裝置。關(guān)鍵詞：溫室大棚；PLC；傳感器；智能控制

一、緒論（一）選題的背景及意義 溫室環(huán)境智能控制屬于綜合性較強(qiáng)的項(xiàng)目，代內(nèi)包含農(nóng)業(yè)生物學(xué)，環(huán)境工程，自動化控制，網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)，管理學(xué)和統(tǒng)計(jì)學(xué)等多學(xué)科的結(jié)合運(yùn)用，旨在能人為地營造出理想的生態(tài)環(huán)境，能對該環(huán)境下作物它的生長和變化進(jìn)行調(diào)控，從而實(shí)現(xiàn)對作物產(chǎn)期，產(chǎn)量，品質(zhì)和產(chǎn)值的調(diào)控。溫室環(huán)境控系統(tǒng)在這一階段也需要發(fā)展，研制性能優(yōu)良，操作方便，造價低廉，運(yùn)行平穩(wěn)的溫室環(huán)境控系統(tǒng)是溫室型生產(chǎn)走向產(chǎn)業(yè)化，大眾化的第一個目標(biāo)。溫室內(nèi)生產(chǎn)過程要求能實(shí)現(xiàn)自動化控制系統(tǒng)，能對溫室場景內(nèi)環(huán)境因子進(jìn)行實(shí)時采集與控制，這是使作物獲得高產(chǎn)量，高品質(zhì)，高效益的關(guān)鍵所在。在部分發(fā)達(dá)家庭中，荷蘭溫室農(nóng)業(yè)早于20世紀(jì)70年代便已和計(jì)算機(jī)相銜接，環(huán)的境自動化調(diào)控，走在世界前列，荷蘭連棟玻璃溫室調(diào)控技術(shù)，也已扎根于美國，加拿大，日本等國外先進(jìn)國家，經(jīng)各國發(fā)展，用目前溫室技術(shù)，已能實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程監(jiān)控。設(shè)施農(nóng)業(yè)在我國發(fā)展至今還存在著這樣或那樣問題。一方面，由于地理環(huán)境，作物種類和建造成本等原因，造成我國溫室產(chǎn)業(yè)中普遍存在著技術(shù)更新慢，設(shè)施結(jié)構(gòu)不盡合理，管理體系滯后，勞動生產(chǎn)率和普及率偏低等弊端，使商品化溫室沒有受到普通農(nóng)戶的歡迎，而其溫室產(chǎn)品更多地流向了大農(nóng)企，部隊(duì)和科研單位，極少為個體和普通農(nóng)戶所利用，現(xiàn)在廣大農(nóng)村用簡易材料修建的薄膜溫室在全國溫室總量中，仍然占了半壁江山。所以研究并開發(fā)一套適合國情，擁有獨(dú)立知識產(chǎn)權(quán)，安裝操作方便，高效率低成本的智能溫室控制系統(tǒng)具有十分重要的意義。（二）國內(nèi)外研究現(xiàn)狀1.國外研究現(xiàn)狀荷蘭早期的歷史文獻(xiàn)上就有記載，18世紀(jì)中葉就有人利用櫟木建溫室栽培水果，并把溫室水果運(yùn)至巴黎，倫敦和其他鄰近地區(qū)銷售。直到20世紀(jì)初，玻璃溫室才問世，并將其作為溫室的一種模式加以開發(fā)。至20世紀(jì)中葉，玻璃溫室又派生為人工日光溫室及新型連棟玻璃溫室等，由于這些溫室構(gòu)造簡單，堅(jiān)固耐用，透光良好，所開發(fā)的仍是主流型式。20世紀(jì)末，在連棟玻璃溫室的基礎(chǔ)上，開發(fā)出智能玻璃溫室系統(tǒng)。這種溫室系統(tǒng)以計(jì)算機(jī)作為環(huán)境控制系統(tǒng)的中心，使荷蘭在智能玻璃溫室的栽培上，處于領(lǐng)先的地位，經(jīng)過商業(yè)化生產(chǎn)，荷蘭智能溫室環(huán)境控制系統(tǒng)的內(nèi)核，也漸見于各國溫室大棚之中。18世紀(jì)美國早期史載，它的第一個溫室就是一個菠蘿溫室園，只由貴族們建造用來待客。一直到19世紀(jì)初，它才得到普及改進(jìn)，亦從貴族私有到廣大人民群眾中，產(chǎn)生了用煤爐為熱源、以及利用地?zé)?、陽光取暖的地下溫室等，現(xiàn)在一些地方仍采用這一傳統(tǒng)溫室。19世紀(jì)以后，美國步入第二次工業(yè)革命并大力發(fā)展重工業(yè)，西部及東北部地區(qū)溫室產(chǎn)業(yè)迅猛發(fā)展，鋼結(jié)構(gòu)溫室初露端倪，當(dāng)時溫室面積已達(dá)到8000平方米。20世紀(jì)以后，美國人發(fā)明計(jì)算機(jī)，于是開始把計(jì)算機(jī)與溫室結(jié)合起來，并在計(jì)算機(jī)溫室控制與管理方面取得了很大進(jìn)展，它在綜合環(huán)境控制技術(shù)方面，有則在國際上占有一定地位。有關(guān)日本溫室發(fā)展史，從19世紀(jì)中葉末期以來，一直在發(fā)展溫室產(chǎn)業(yè)，它擁有日光溫室約30萬畝。至20世紀(jì)中葉，在大力發(fā)展設(shè)施農(nóng)業(yè)的同時，使溫室在結(jié)構(gòu)上進(jìn)行了更新，大規(guī)模連棟金屬結(jié)構(gòu)溫室應(yīng)運(yùn)而生。20世紀(jì)70年代政府發(fā)投入巨資用于溫室產(chǎn)業(yè)，對農(nóng)民進(jìn)行資助并加速設(shè)施農(nóng)業(yè)發(fā)展，并開始從國外引進(jìn)技術(shù)興建本國智能植物工廠。根據(jù)國外溫室發(fā)展情況可以得知，自七十年代中期計(jì)算機(jī)問世以來，溫室技術(shù)由傳統(tǒng)人工走向自動化，它將計(jì)算機(jī)控制技術(shù)應(yīng)用于溫室，從而使溫室控制簡單易行，科技得到迅猛發(fā)展。先進(jìn)國家具有計(jì)算機(jī)控制的獨(dú)特條件，針對溫室控制也是水到渠成，紛紛用計(jì)算機(jī)來監(jiān)測溫室環(huán)境。時至今日，國外的溫室控制技術(shù)，已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了按需自動調(diào)節(jié)自然環(huán)境各因子，裝備和工藝的研究與制造都有進(jìn)展，導(dǎo)致溫室產(chǎn)業(yè)不斷發(fā)展并朝著高度自動化，智能化，綜合化，簡單化和小成本化發(fā)展。2.國內(nèi)研究現(xiàn)狀溫室在國際上的應(yīng)用在中國有較早的淵源。遠(yuǎn)在千年以前已有文字記載，秦始皇時代在驪山坑谷（今陜西西安）種瓜果，至宋朝時已有薄膜溫室雛型，涂上油脂的帛布經(jīng)外界太陽照射，因不透氣、不易散射而可達(dá)到保溫作用。20世紀(jì)30年代以前，北方農(nóng)民用塑料薄膜建溫室大棚可供冬季種菜，原理就是利用陽光照射，并加蓋保溫秸稈進(jìn)行保溫栽培，這種原始而簡易的棚子，旨在使作物不致凍死，因而不能確保作物產(chǎn)量。一直到20世紀(jì)70年代后期，農(nóng)業(yè)才開始向智能化方向發(fā)展，我國也逐步開始注重設(shè)施農(nóng)業(yè)與建設(shè)，引進(jìn)了美國，荷蘭，以色列，日本等國的技術(shù)與裝備，并吸取經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)，根據(jù)本國實(shí)際情況開發(fā)出了屬于本國的溫室控制技術(shù)。自20世紀(jì)90年代以來，我國設(shè)施農(nóng)業(yè)的總體方向下，技術(shù)也已基本趨于成熟，正在逐漸向著高度自動化，網(wǎng)絡(luò)化和經(jīng)濟(jì)化方向邁進(jìn)，技術(shù)水平得到很大提高，同時還開始設(shè)計(jì)出適合我國實(shí)際情況的溫室大棚控制系統(tǒng)。自從中國步入21世紀(jì)以來，國家的綜合實(shí)力不斷增強(qiáng)，無論是科技還是技術(shù)都有了很大的提高。溫室環(huán)境控制技術(shù)同樣因?yàn)榻?jīng)濟(jì)收益巨大而被重視并迅速發(fā)展起來，但是因?yàn)樾录夹g(shù)很難推廣，單片機(jī)嵌入式研發(fā)的溫室系統(tǒng)在運(yùn)行過程中，需要具備一定的專業(yè)知識，讓一般人很難運(yùn)用，因此這種以單片機(jī)為核心的溫室系統(tǒng)在推廣過程中，存在著一定的難度，會導(dǎo)致資源浪費(fèi)現(xiàn)象。單片機(jī)高度集成化PLC,較好地解決了這一難題，它將設(shè)備與編程模塊化，對于非專業(yè)人員來說十分親切，只需經(jīng)過簡單訓(xùn)練便可投入使用。二、系統(tǒng)總設(shè)計(jì)方案（一）系統(tǒng)需求分析因?yàn)榈乩憝h(huán)境的原因，有些作物在不同地區(qū)的生長情況也不盡相同，在南方也許會很好，但在北部卻無法生存。這就是為什么要有智能立體溫室，這是一個很好的解決地理問題的辦法，它可以在任何時候，為作物提供最適合的生長環(huán)境，從而極大的促進(jìn)作物的生長，既節(jié)約了勞動力，又增加了糧食的收成。由于智能溫室對作物的要求是不同的，因此，為便于研究，本文將使用在不同的環(huán)境條件下的數(shù)值作為參考，因此，本公司對控制系統(tǒng)的要求如下：氣溫要求：氣溫對植物的生長至關(guān)重要。本公司采用通風(fēng)機(jī)，熱風(fēng)機(jī)，冷風(fēng)機(jī)，加熱器來調(diào)節(jié)室內(nèi)的溫度。大部分作物生長在25~30攝氏度的環(huán)境中，這個體系的氣溫是27℃。光強(qiáng)要求：環(huán)境是作物生長必不可少的環(huán)境，也是光合作用的重要來源。我們使用了遮陽板和補(bǔ)光燈來調(diào)節(jié)光線的強(qiáng)弱。在夏天，陽光直接照射下，可以達(dá)到60000lx~100000lx，陰天時，戶外光照強(qiáng)度為1000lx~10000lx；這個系統(tǒng)的數(shù)值是28000lx。CO2濃度要求：作物通過光合作用吸收大氣中的CO2.因此計(jì)劃使用添加劑來調(diào)節(jié)二氧化碳的濃度。該體系的取值是1000ppm的臨界點(diǎn)，1000ppm的土壤適合作物的生長。（二）控制系統(tǒng)的基本任務(wù)本課題的智能化溫室控制系統(tǒng)的研制的主要原理則是采用二氧化碳濃度、光和濕度傳感器來收集溫室內(nèi)信息，然后將感應(yīng)器檢測到的環(huán)境因素通過仿真作為基本模塊，輸入到EM235中，并按照指令進(jìn)行控制，加熱器、遮陽簾等硬件設(shè)備，在溫室中對環(huán)境進(jìn)行調(diào)控。從現(xiàn)實(shí)出發(fā)，本設(shè)計(jì)設(shè)置了兩種運(yùn)行方式。一是自動化，通過傳感器對周圍環(huán)境參數(shù)進(jìn)行測量，并將其傳輸?shù)絇LC，從而實(shí)現(xiàn)對各種工況的控制。例如，當(dāng)溫度超過限定值時，PLC控制風(fēng)扇轉(zhuǎn)動；在溫度低于設(shè)置時，PLC會對有關(guān)設(shè)備進(jìn)行加熱（風(fēng)扇反推，風(fēng)扇啟動，加熱器啟動）；在光強(qiáng)測定值超出設(shè)置范圍時，PLC對有關(guān)裝置進(jìn)行遮光（拉上窗簾）進(jìn)行控制；在光照強(qiáng)度小于測量范圍時，可編程控制器對有關(guān)的背光裝置進(jìn)行控制（防日光幕開啟，背光燈開啟）；在CO2濃度低于初始設(shè)置時，由PLC控制的有關(guān)設(shè)備（開啟CO2加入設(shè)備）。二是人工操作，通過按下相應(yīng)的開關(guān)或按下有關(guān)的按鈕，即可實(shí)現(xiàn)對溫室環(huán)境因素的自動控制。自動模式最大的優(yōu)勢就是它的智能化和快速，本實(shí)用新型能夠幫助用戶迅速解決問題。手工方式的優(yōu)勢在于能夠更直觀地影響到周圍的環(huán)境，具有較強(qiáng)的主觀能動性。不論在自動或人工方式下，均可按下緊急停止鍵，避免出現(xiàn)突發(fā)狀況，避免造成不必要的麻煩。（三）系統(tǒng)的設(shè)計(jì)任務(wù)本系統(tǒng)以PLC溫室應(yīng)用技術(shù)等為基礎(chǔ)。PLC溫室應(yīng)用技術(shù)集電路軟件和硬件于一體。該智能溫室控制系統(tǒng)的核心是以PLC為主。溫度，光照強(qiáng)度，溫室氣體濃度以及其他環(huán)境參數(shù)變化對溫室內(nèi)控制系統(tǒng)均產(chǎn)生一定影響。采用PLC控制系統(tǒng)對溫室中各個環(huán)境因子進(jìn)行調(diào)節(jié)與控制，達(dá)到了智能化控制。（四）系統(tǒng)的控制方案為了實(shí)現(xiàn)該溫室智能控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)理念，因此，必須建立精確、有效的溫室控制體系。PLC在向執(zhí)行器發(fā)出指令之前，對測量結(jié)果進(jìn)行了進(jìn)一步的處理。之后再將傳感器信號與限定值比較，最后再通過軟件程序執(zhí)行相應(yīng)的指令。如下圖所示。圖2-1控制系統(tǒng)總框圖從圖表中能發(fā)現(xiàn)，在溫室氣體的控制系統(tǒng)中，執(zhí)行機(jī)構(gòu)、PLC、傳感裝置是整個溫室氣體系統(tǒng)的重點(diǎn)控制部分。最后，由EM235將傳感器設(shè)備的最終數(shù)據(jù)發(fā)送給了PLC。將最終所采集的數(shù)據(jù)與所提供的設(shè)置值進(jìn)行比對，并通過一個輸出開關(guān)來控制該驅(qū)動器。如需詳細(xì)資訊，請點(diǎn)擊“開始”。在系統(tǒng)被激活后，溫度、光照和CO2的檢測結(jié)果將由PLC進(jìn)行核心處理。若輸出模組，即控制訊號，控制外控制冷機(jī)的溫度，則可使用散熱風(fēng)扇來降溫。如果外部制冷機(jī)的溫度太低，可以通過加熱風(fēng)機(jī)或者加熱器來增加溫室的溫度。另外，調(diào)整光強(qiáng)的裝置是遮光窗簾和發(fā)光裝置；用來產(chǎn)生溫室效應(yīng)的裝置就是二氧化碳增壓器。三、控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)PLC的控制系統(tǒng)涉及軟件和硬件兩部分，這些部分構(gòu)成了整個系統(tǒng)的重點(diǎn)。其中，重點(diǎn)是主電路設(shè)計(jì)，電氣控制設(shè)計(jì)，電路選型，傳感器選型,PLC型號選型和PLC外部連接及EM235模擬器設(shè)計(jì)。（一）電氣控制系統(tǒng)主電路設(shè)計(jì)通風(fēng)設(shè)備與主電路的屏蔽類似。一切都取決于發(fā)動機(jī)的停堆，而反向轉(zhuǎn)彎和起動完成基本工作，不同的通風(fēng)裝置和陽極屏電機(jī)的功率不同，發(fā)動機(jī)擋板有軌道開關(guān)、熒光開關(guān)，二氧化碳發(fā)生器，冷熱風(fēng)扇，加熱器，它們都是相同的。圖3-1顯示了該控制系統(tǒng)的基本原理。圖3-1控制系統(tǒng)的主電路圖如圖4-1所示，熱繼電器在系統(tǒng)中達(dá)到過載保護(hù)目的。保險絲在系統(tǒng)中達(dá)到短路保護(hù)和過載保護(hù)目的。電動機(jī)是否能夠順利進(jìn)行主要是受主觸點(diǎn)KM1-KM9的控制。（二）控制系統(tǒng)各個部分控制電路的設(shè)計(jì)所有設(shè)備完成溫室控制系統(tǒng)的有效執(zhí)行。涉及加熱器等設(shè)備。1.以熱風(fēng)機(jī)為例介紹該設(shè)計(jì):（1）熱風(fēng)機(jī)的主電路熔斷器和熱源是熱風(fēng)系統(tǒng)在工作過程中安全作用。以下圖3-2是吹風(fēng)機(jī)主電路示意圖：圖3-2熱風(fēng)機(jī)的主電路圖圖3-3熱風(fēng)機(jī)控制電路圖2.正反轉(zhuǎn)設(shè)備在執(zhí)行機(jī)構(gòu)中，諸如節(jié)流閥、風(fēng)扇、節(jié)流閥之類的設(shè)備都是不關(guān)的，也就是直接逆向的。其主要原因在于，它們在控制電路上的基本原則上是相同的。通過對窗簾的實(shí)例進(jìn)行了分析。（1）遮陽簾主電路圖4-4為遮板的主要電路示意圖。如圖3-4由KM3、KM4來控制電動機(jī)的正反方向。FU2型熔斷器在整個系統(tǒng)中起到了很大的保護(hù)作用，而FR2的主要功能是防止電動機(jī)過載引起的電動機(jī)失效。圖3-4遮陽簾主電路圖（2）遮陽簾的控制電路下面顯示了遮光窗簾的控制線路。按住總開關(guān)，常開式接觸器關(guān)閉，使其自動關(guān)閉；在人工操作的情況下，需要手動將變速開關(guān)和SB4注射器打開，并把窗簾鎖的開關(guān)調(diào)至換檔模式；若是運(yùn)用SB4鍵打開窗簾，KM10將在開啟狀態(tài)下，接線開關(guān)正常，馬達(dá)工作；當(dāng)光照強(qiáng)度達(dá)到SQ1時，接觸器被切斷，KM3被切斷；KM4觸點(diǎn)在SB4的功率開關(guān)打開時啟動，通常關(guān)閉接觸器，馬達(dá)以反向的方式工作。當(dāng)最終的數(shù)值達(dá)到最大時，SQ2的接觸頭一般為OFF,KM4為斷開和短路，關(guān)閉SB3開關(guān)。啟動SB3時，KM10熄火，點(diǎn)火熄火，發(fā)動機(jī)停車。自動模式中,SB1回到自動位置后，陰影通過PLC進(jìn)行控制。啟動KM3后，它的常開點(diǎn)火開關(guān)閉合，發(fā)動機(jī)前進(jìn)并開傘。它的常開觸點(diǎn)在KM4如圖所示的狀態(tài)下閉合并使馬達(dá)倒轉(zhuǎn)并最終調(diào)節(jié)至閉合狀態(tài)。圖3-5遮陽簾控制電路圖（三）硬件選擇1.PLC的型號選擇（1）控制系統(tǒng)所需要的I/O點(diǎn)數(shù)在此基礎(chǔ)上，對智能溫室的控制需求進(jìn)行了研究，提出了一種新的控制方案，即：對各種輸入、輸出進(jìn)行了詳細(xì)的說明，然后對PLC的輸入、輸出進(jìn)行了分析。（2）選擇PLC的型號西門子公司主營業(yè)務(wù)是S7-200系列與S7-1200系列PLC產(chǎn)品的研發(fā)。與S7-200相匹配的主要硬件包括：編程、操作面板、兼容PC等。另外，該系統(tǒng)還具有14個輸入和10個輸出的系統(tǒng)軟件和界面。根據(jù)PLC的要求，為整個系統(tǒng)的升級預(yù)留了25%的待機(jī)點(diǎn)。CPU-224的I/O點(diǎn)同樣為14個輸入、10個輸出，卻無法保持I/O點(diǎn)，這就增加了后續(xù)的升級難度。這樣，選擇具有24輸入點(diǎn)和16輸出的CPU226，下面是西門子S7-200的結(jié)構(gòu)圖。圖3-6西門子S7-200的外形2.PLC的I/O地址分配表以下表3-1給出了根據(jù)溫室控制系統(tǒng)需求的I/O地址分布表格表3-1I/O地址分配表輸入信號輸出信號序號名稱地址符號序號名稱地址符號1自動/手動轉(zhuǎn)換I0.0SB11通風(fēng)電機(jī)正轉(zhuǎn)Q0.0KM12總啟動I0.1SB22通風(fēng)電機(jī)反轉(zhuǎn)Q0.1KM23總停止I0.2SB33遮陽簾打開QO.2KM34窗簾開度I0.3SQ14遮陽簾關(guān)閉QO.3KM45窗簾關(guān)度I0.4SQ25熱風(fēng)機(jī)QO.4KM56遮陽簾打開I0.5SB46冷風(fēng)機(jī)QO.5KM67遮陽簾關(guān)閉I0.6SB47加熱器QO.6KM78通風(fēng)電機(jī)正轉(zhuǎn)I0.7SB58補(bǔ)光燈QO.7KM89通風(fēng)電機(jī)反轉(zhuǎn)I1.0SB59二氧化碳添加器Q1.0KM910熱風(fēng)機(jī)開/關(guān)I1.1SB610啟動指示燈Q1.1KM1011冷風(fēng)機(jī)開/關(guān)I1.2SB712加熱器開/關(guān)I1.3SB813補(bǔ)光燈開/關(guān)I1.4SB914二氧化碳添加器開/關(guān)I1.5SB1015溫度傳感器AIW016光照度傳感器AIW217二氧化碳傳感器AIW43.EM235模擬輸入模塊設(shè)計(jì)（1）EM235模擬輸入模塊簡介EM235模擬輸入模塊，其原理就是通過把傳感器信號變成標(biāo)準(zhǔn)電壓和電流信號，以此來準(zhǔn)確傳輸信息。在本控制系統(tǒng)中打算設(shè)置三個模擬的輸入模塊，硬件設(shè)備的傳輸則是需要這三個模擬的輸入模塊將信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號的模式來向PLC系統(tǒng)傳輸并處理。在本系統(tǒng)中并未使用模擬輸出而只使用EM235仿真輸入模式。主電路中交流信號可直接由模擬輸入模塊以這種方式變換成標(biāo)準(zhǔn)信號并按照線性比例進(jìn)行輸出。系統(tǒng)在連續(xù)處理信號時，模擬輸入模塊使用的工作電源,24V的DC電壓，包括一次模擬和四次模擬，并用DIP設(shè)定輸入的范圍。下面的表格顯示了模擬輸入模塊。表3-2模擬器的輸入距離及轉(zhuǎn)換解析度單極性滿量程輸入分辨率SW1SW2SW3SW4SW5SW6ONOFFOFFONOFFON0-50mV12.5微伏OFFONOFFONOFFON0-100mV25微伏ONOFFOFFOFFONON0-500mV125微伏OFFONOFFONONON0-1V250微伏ONOFFOFFOFFOFFON0-5V1.25微伏ONOFFOFFOFFOFFON0-20mV5微安OFFONOFFOFFOFFON0-10V2.5微安從上面的SW1-SW2中可以看出，SW6是模擬輸入的極性.SW6在模擬輸入單極時是開著的。在SW6斷開的情況下，模擬輸入為雙極型。本系統(tǒng)使用0~20毫安及0~5V的單極感應(yīng)器。對以上要求的步驟進(jìn)行調(diào)整，將0～20mA模擬信號輸入，數(shù)字信號輸出0～32000個結(jié)果。4.PLC硬件接線圖Plc硬件部分接線圖如下圖3-7所示圖3-7PLC接線圖（四）傳感器型號選擇（1）溫度傳感器溫度是一個非常重要的指標(biāo)，它能很好地反映周圍的環(huán)境。根據(jù)控制要求，采用基恩士FT-H50型中、低溫、超長型紅外熱敏元件。該傳感器具有很高的穩(wěn)定性，該傳感器效應(yīng)低，貼附于熱柱測定溫度響應(yīng)，遠(yuǎn)紅外吸收膜很薄，可有效探測，迅速可靠吸熱，熱響應(yīng)得到有效改善，傳感器調(diào)節(jié)簡便。外觀圖如圖3-8。圖3-8溫度傳感器FT-H50其主要特點(diǎn)是：（2）光照傳感器控制遮陽簾開關(guān)，使農(nóng)作物光照程度趨于合理，實(shí)現(xiàn)如下目的：避免農(nóng)作物在光照飽和點(diǎn)處吸收光，以此來增強(qiáng)農(nóng)作物的光合作用；合理利用不同的光照水平來控制作物。光電傳感器的工作原理是把光強(qiáng)轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)電壓，主要應(yīng)用在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中。在系統(tǒng)的控制上，選擇了基恩士LR-W500C光電傳感器作為光電傳感器。該傳感器體積小，安裝方便，傳輸距離遠(yuǎn)，抗干擾性能好，能分辨顏色和物體的差異性，且不受工件角度和距離的影響。它的結(jié)構(gòu)見圖3-9：圖3-9光照傳感器LR-W500C結(jié)構(gòu)圖（3）二氧化碳濃度傳感器CO2濃度傳感器用于實(shí)時監(jiān)控CO2含量。當(dāng)如果C02的含量與給定的數(shù)值相比較小時,CO2儲氣罐是打開的或者是由CO2發(fā)生器施加氣肥。就是選擇TGS4160固態(tài)電化學(xué)氣體傳感器為主來輸送CO2。體積小，使用壽命長，可靠性性高，其內(nèi)部構(gòu)造見圖3-10：圖3-10TGS4160CO2傳感器的內(nèi)部構(gòu)造四、控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)（一）STEP7

Micro/Win軟件簡介STEP7-MICRO/WIN是由西門子公司研制和開發(fā)的S7-200系列PLC專用的軟件系統(tǒng)。其用途廣泛，易于使用。中文和英語接口都支持。其主要作用是對用戶所需的軟件進(jìn)行生成、編輯，具有及時修正、實(shí)時編譯、調(diào)試運(yùn)行監(jiān)控程序等功能。（二）控制系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)在該系統(tǒng)工作時，PLC工作，此時，該系統(tǒng)將與該傳感器測量的環(huán)境值進(jìn)行對比，如果該信號超過該限值，PLC就會發(fā)出指令，關(guān)閉窗簾并開啟補(bǔ)光燈；在測量到的光強(qiáng)度小于規(guī)定的情況下，PLC的控制系統(tǒng)將下達(dá)相關(guān)指令，也就是開啟天窗。若測量的溫度超過所述設(shè)置，PLC應(yīng)下達(dá)指令，開始冷卻風(fēng)扇，并使風(fēng)扇正向轉(zhuǎn)動，若所測溫度小于設(shè)定值，PLC系統(tǒng)就會發(fā)送命令啟動風(fēng)扇提高溫度。如果檢測到的當(dāng)CO2的濃度低于目標(biāo)時，SPS系統(tǒng)會發(fā)出指令，啟動CO2發(fā)生器來提高濃度。若所測環(huán)境因子與所測對象一致，則該系統(tǒng)會關(guān)閉所需之硬件，以維持所需之環(huán)境穩(wěn)定。根據(jù)溫室氣體濃度所得到的資料應(yīng)該與所述的控制體系的所述數(shù)值相比較。若所測的數(shù)值超出所述的數(shù)值，相應(yīng)命令將通過發(fā)出SPS控制冷卻風(fēng)扇的開啟和通風(fēng)系統(tǒng)（溫室氣體）的正向運(yùn)行；若測量值小于規(guī)定值時，開啟加熱器及風(fēng)扇對溫室進(jìn)行加熱，并允許風(fēng)扇以相反方向運(yùn)行（將外部空氣插入溫室）。如果溫室的照度小于規(guī)定值，系統(tǒng)應(yīng)打開陽光和光束；如果溫室的照明強(qiáng)度超過設(shè)定值，系統(tǒng)將遮住陰影。如果溫室內(nèi)的CO2含量低于最初的標(biāo)準(zhǔn)，那么這個系統(tǒng)就會開啟CO2的閥門，通過注入一定數(shù)量的CO2來實(shí)現(xiàn)這個平衡。在某一特定的溫度范圍內(nèi)，系統(tǒng)則會關(guān)閉相應(yīng)設(shè)備。不同種類的植物對自然環(huán)境的要求也是不一樣的，在溫室的環(huán)境下該系統(tǒng)將測量所得的價值作為研究參考。當(dāng)溫室的溫度在25-30℃之間，以LX為光照強(qiáng)度單位，因此30000lx則為該系統(tǒng)的光照強(qiáng)度。（三）控制系統(tǒng)程序流程圖圖4-1溫室控制系統(tǒng)流程圖下面的圖4-2中顯示了溫度控制的流程圖：圖4-2溫度控制流程圖圖4-3中的光照控制流程圖：圖4-3光照控制流程圖圖4-4中CO2濃度控制的流程圖：圖4-4CO2濃度控制流程圖（四）控制程序設(shè)計(jì)及分析（1）自動/手動切換圖4-5自動/手動切換圖溫度控制圖4-6自動情況下溫度控制圖圖4-7手動情況下溫度控制圖見圖4-7，若中間組的電器0.1在上電的情況下，則系統(tǒng)會人工描。有關(guān)按鈕將得到控制—I0.7是通風(fēng)機(jī)朝前運(yùn)行,I1.0是反方向運(yùn)行,I1.1是熱風(fēng)機(jī),I1.2是冷風(fēng)機(jī),I1.3是加熱器，手動控制溫室溫度。圖4-8通風(fēng)扇正轉(zhuǎn)圖見圖4-8，溫度控制過程中控制系統(tǒng)自動工作。開關(guān)起動后，“通風(fēng)扇將向正方運(yùn)行”，繼電器則保持持續(xù)通電，最后，排風(fēng)機(jī)在正向轉(zhuǎn)動。圖4-9通風(fēng)扇反轉(zhuǎn)圖在圖4至9中可以看到，當(dāng)溫度傳感器在人工方式下的溫度比給定的溫度低時，將繼電器打開，讓風(fēng)機(jī)持續(xù)旋轉(zhuǎn)，將空氣引入溫室來提高溫度；將SPDT開關(guān)設(shè)置為“風(fēng)扇向后旋轉(zhuǎn)”，繼電器繼續(xù)充電，風(fēng)扇向反方向旋轉(zhuǎn)。圖4-10熱風(fēng)機(jī)啟動圖見圖4-10，繼電器M0.如果溫度小于手動模式所限制的值，則繼電器開啟，熱風(fēng)機(jī)開始工作。圖4-11冷風(fēng)機(jī)啟動圖如圖4-11所示，中間繼電器M0，如果溫度大于手動模式設(shè)定數(shù)值，則繼電器打開，冷風(fēng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)。圖4-12加熱器啟動圖4.二氧化碳濃度控制圖4-13二氧化碳濃度自動控制將測定得到的CO2濃度與“1000ppm”的設(shè)置值進(jìn)行對比。若AIW4低于1000，必須開啟中繼，在溫室中注入適量二氧化碳以此來達(dá)到平衡的目的。圖4-14二氧化碳濃度手動控制在圖4-14中，如果中間繼電器m0.1被打開，則該系統(tǒng)將在人工操作中。通過調(diào)節(jié)CO2的閥門I1.5，可以人工提高或降低溫室中的CO2濃度。在圖4-15中，用一個溫度任務(wù)處理器作為例子。這種控制系統(tǒng)所采用的傳感器為單極，從而使用0-20毫安和0-5伏。首先，把SPS和預(yù)設(shè)值相比較。若溫度低于設(shè)定的標(biāo)準(zhǔn)，則會自動報(bào)警，PLC會自動發(fā)出相應(yīng)的設(shè)定溫度的指示。圖4-15溫度模擬量處理程序（五）控制系統(tǒng)的觸摸屏設(shè)計(jì)溫室控制系統(tǒng)運(yùn)用TP177B西門子公司研發(fā)的觸摸屏，針對環(huán)境參數(shù)設(shè)定，觸摸屏界面對上下限值和實(shí)時值進(jìn)行更改設(shè)置。系統(tǒng)控制區(qū)域也使用人工/自動轉(zhuǎn)換開關(guān)以便于使用者的開關(guān)。同時在畫面中采用了停，報(bào)警及啟動開關(guān)。系統(tǒng)觸摸屏設(shè)計(jì)見圖4-16。圖4-16觸摸屏設(shè)計(jì)五、結(jié)論分析了我國智能農(nóng)業(yè)發(fā)展的現(xiàn)實(shí)狀況，指出了建立智能化溫室監(jiān)控系統(tǒng)的首要條件。開發(fā)、測試和實(shí)施SPS技術(shù)許多智能溫室監(jiān)測系統(tǒng)，以收集從溫室環(huán)境到自動遠(yuǎn)程的信號。本智能溫室設(shè)計(jì)以S7-200SPS系列為核心，控制模式有手動和自動兩種。設(shè)計(jì)的目標(biāo)是能夠在自動模式下運(yùn)轉(zhuǎn)，當(dāng)出現(xiàn)異常時，可以人