基于plc控制的苗圃溫室大棚系統(tǒng)設(shè)計(jì)說明

1、 PAGE21 / NUMPAGES28 基于PLC苗圃大棚自動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)基于PLC苗圃大棚自動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)摘 要：本文是針對(duì)現(xiàn)代農(nóng)業(yè)對(duì)智能溫室的需求而自行設(shè)計(jì)的溫室自動(dòng)控制系統(tǒng)。通過分析溫室執(zhí)行機(jī)構(gòu)的相應(yīng)動(dòng)作對(duì)溫室環(huán)境的影響，將PLC和傳感器技術(shù)應(yīng)用到溫室控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)，開發(fā)了基于PLC控制的苗圃大棚智能控制系統(tǒng)。大棚的環(huán)境系統(tǒng)是一個(gè)非線性、時(shí)變、滯后復(fù)雜大系統(tǒng)，難以建立系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，采用常規(guī)的控制方法難以獲得滿意的靜、動(dòng)態(tài)性能。本次設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)硬件部分主要由PLC、各類傳感器構(gòu)成的，傳感器是來檢測(cè)大棚部的溫度、濕度、二氧化碳的濃度、光照度等，PLC是控制溫室雙向天窗、側(cè)窗，遮陽網(wǎng)驅(qū)動(dòng)，濕

2、簾水泵，環(huán)流風(fēng)機(jī)，降溫排濕風(fēng)扇，C02補(bǔ)氣閥、補(bǔ)光燈等執(zhí)行設(shè)備的。本系統(tǒng)的智能溫室大棚投入運(yùn)行后可以很好地實(shí)現(xiàn)了對(duì)溫室大棚的各個(gè)環(huán)境因子的控制調(diào)節(jié)，為苗圃創(chuàng)造了良好的生長環(huán)境。本系統(tǒng)操作簡(jiǎn)單、工作穩(wěn)定可靠,實(shí)用性強(qiáng),適應(yīng)當(dāng)前農(nóng)業(yè)現(xiàn)化的需要,適用圍廣,經(jīng)濟(jì)效益很好，有好很的發(fā)展前景。關(guān)鍵詞：大棚，溫度控制，PLCNursery Greenhouses Based on PLC Automatic Control System DesignAbstract: This article is in view of the modern agriculture demand for intellige

3、nt greenhouse and greenhouse automatic control system design. Through the analysis of the corresponding action of greenhouse actuators on the greenhouse environment, the influence of the PLC and sensor technology is applied to the greenhouse control system design, the development of the nursery gree

4、nhouse intelligent control system based on PLC control. Greenhouse environment system is a nonlinear, time-varying, lagging of large complex system is difficult to establish a system of mathematical model, the conventional control method is difficult to obtain satisfactory static and dynamic perform

5、ance. The design of control system hardware part mainly composed of PLC, all kinds of sensors, sensor is to detect the temperature inside the greenhouse, humidity, carbon dioxide concentration, light, etc., the PLC is to control the bidirectional skylight, side window in greenhouse, sun-shade net dr

6、ive, wet curtain pump, circulation fan, the platoon is wet cooling fan, our fleet air compensating valve, execute equipment such as the fill light. After the intelligent greenhouses into operation of this system can well realize the control of various environmental factors within the greenhouses adj

7、ustment, created a good growth environment for the nursery. This system operation is simple, stable and reliable work, strong practicability, adapt to the needs of the current agricultural modernization, applicability is wide and its economic benefit is very good, has good prospects for development

8、Key words: greenhouse, temperature control, PLC目 錄 TOC o 1-3 h z u HYPERLINK l _Toc413864388基于PLC苗圃大棚自動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc413864388 h 1HYPERLINK l _Toc4138643891概述 PAGEREF _Toc413864389 h 1HYPERLINK l _Toc4138643901.1國外溫室控制技術(shù)的研究現(xiàn)狀 PAGEREF _Toc413864390 h 1HYPERLINK l _Toc4138643911.2研究的意義 PAGEREF _T

9、oc413864391 h 2HYPERLINK l _Toc4138643922 本系統(tǒng)研究方案 PAGEREF _Toc413864392 h 2HYPERLINK l _Toc4138643932.1控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)目標(biāo) PAGEREF _Toc413864393 h 2HYPERLINK l _Toc4138643942.2控制方案 PAGEREF _Toc413864394 h 3HYPERLINK l _Toc4138643953系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc413864395 h 4HYPERLINK l _Toc4138643963.1系統(tǒng)的硬件組成 PAGEREF _To

10、c413864396 h 4HYPERLINK l _Toc4138643973.2溫濕度采集電路的設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc413864397 h 5HYPERLINK l _Toc4138643983.3光照度傳感器 PAGEREF _Toc413864398 h 6HYPERLINK l _Toc4138643993.4C02傳感器 PAGEREF _Toc413864399 h 7HYPERLINK l _Toc4138644003.5執(zhí)行機(jī)構(gòu)系統(tǒng)設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc413864400 h 8HYPERLINK l _Toc4138644013.5.1濕簾降溫系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

11、PAGEREF _Toc413864401 h 8HYPERLINK l _Toc4138644023.5.2天窗、側(cè)窗、風(fēng)扇、遮陽網(wǎng)的開閉系統(tǒng)設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc413864402 h 8HYPERLINK l _Toc4138644033.6 PLC的配置 PAGEREF _Toc413864403 h 9HYPERLINK l _Toc4138644043.6.1輸入信號(hào)端子的確定： PAGEREF _Toc413864404 h 10HYPERLINK l _Toc4138644053.6.2輸出信號(hào)端子的確定： PAGEREF _Toc413864405 h 10HYPER

12、LINK l _Toc4138644063.6.3 PLC部分電路設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc413864406 h 11HYPERLINK l _Toc4138644074系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc413864407 h 13HYPERLINK l _Toc4138644084.1大棚自動(dòng)控制系統(tǒng)PLC軟件部分的設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc413864408 h 13HYPERLINK l _Toc4138644094.1.1控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)要求 PAGEREF _Toc413864409 h 13HYPERLINK l _Toc4138644104.1.2系統(tǒng)工作原理 P

13、AGEREF _Toc413864410 h 13HYPERLINK l _Toc4138644114.2 PLC的I/O分布圖 PAGEREF _Toc413864411 h 15HYPERLINK l _Toc4138644124.3主程序梯形圖 PAGEREF _Toc413864412 h 16HYPERLINK l _Toc4138644135結(jié)束語 PAGEREF _Toc413864413 h 18HYPERLINK l _Toc413864414參考文獻(xiàn) PAGEREF _Toc413864414 h 19基于PLC苗圃大棚自動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)1概述1.1國外溫室控制技術(shù)的研究現(xiàn)狀

14、現(xiàn)代溫室中常見的能自動(dòng)控制的調(diào)控機(jī)構(gòu)有:頂部通風(fēng)窗、側(cè)面通風(fēng)窗、外遮陽簾幕、遮陽簾幕、軸流通風(fēng)機(jī)、降溫濕簾、人工補(bǔ)光燈、二氧化碳施肥器、加熱設(shè)備、噴霧系統(tǒng)與熏蒸設(shè)備?？刂破骶C合調(diào)節(jié)各個(gè)機(jī)構(gòu)，使系統(tǒng)在運(yùn)行中節(jié)約能源的同時(shí)保證室氣候滿足植物生長需求。使用的控制器可以有很多選擇，如單片機(jī)、工控機(jī)、PLC、通用PC機(jī)等?？刂破髦g可以通過局域網(wǎng)或現(xiàn)場(chǎng)總線進(jìn)行信息交換。國外研究學(xué)者對(duì)控制系統(tǒng)和控制算法做了大量的研究。西方發(fā)達(dá)國家在現(xiàn)代溫室測(cè)控技術(shù)上起步比較早。1949年，借助于工程技術(shù)的發(fā)展，美國建成了第一個(gè)植物人工氣候室，開展了植物對(duì)自然環(huán)境的適應(yīng)性和抗御能力的基礎(chǔ)與應(yīng)用研究。20世紀(jì)60年代，生產(chǎn)型

15、的高級(jí)溫室開始應(yīng)用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，奧地利首先建成了番茄生產(chǎn)工廠，70年代后荷蘭、日本、美國、英國、以色列等國家的溫室園藝迅猛發(fā)展，溫室設(shè)施廣泛應(yīng)用于園藝作物生產(chǎn)、畜牧業(yè)和水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的進(jìn)步和智能控制理論的發(fā)展，近百年來，溫室大棚作為設(shè)施農(nóng)業(yè)的重要組成部分，其自動(dòng)控制和管理技術(shù)不斷得以提高，在世界各地都得到了長足的發(fā)展。特別是二十世紀(jì)70年代電子技術(shù)的迅猛發(fā)展和微型計(jì)算機(jī)的出現(xiàn)，更使溫室大棚環(huán)境控制技術(shù)產(chǎn)生了革命性的變化。80年代，隨著微型計(jì)算機(jī)日新月異的進(jìn)步和價(jià)格大幅度下降，以與對(duì)溫室控制要求的提高，以微機(jī)為核心的溫室綜合環(huán)境控制系統(tǒng)，在歐美得到了長足的發(fā)展，并邁入了網(wǎng)絡(luò)化，智能化階

16、段。目前，國外現(xiàn)代化溫室的部設(shè)施己經(jīng)發(fā)展到比較完備的程度，并形成了一定的標(biāo)準(zhǔn)。溫室的各環(huán)境因子大多由計(jì)算機(jī)集中控制，檢測(cè)傳感器也較為齊全，如溫室外的溫度、濕度、光照度、二氧化碳濃度、營養(yǎng)液濃度等，由傳感器的檢測(cè)基本上可以實(shí)現(xiàn)對(duì)各個(gè)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的自動(dòng)控制，如無級(jí)調(diào)節(jié)的天窗通風(fēng)系統(tǒng)，濕簾與風(fēng)扇配套的降溫系統(tǒng)，由熱水鍋爐或熱風(fēng)機(jī)組成的加溫系統(tǒng)，可定時(shí)噴灌或滴灌的灌溉系統(tǒng)，二氧化碳施肥系統(tǒng)，以與適用于溫室作業(yè)的農(nóng)業(yè)機(jī)械等。計(jì)算機(jī)對(duì)這些系統(tǒng)的控制己經(jīng)不是簡(jiǎn)單的、獨(dú)立的、靜態(tài)的直接數(shù)字控制，而是基于環(huán)境模型上的監(jiān)督控制，以與基于專家系統(tǒng)上的人工智能控制，一些國家在實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化的基礎(chǔ)上正在向著完全自動(dòng)化、無人化的

17、方向發(fā)展。我國溫室產(chǎn)業(yè)起步比較晚。自70年代末起，我國先后從日本、美國、荷蘭和保加利亞等國引進(jìn)了40套左右的現(xiàn)代化溫室成套設(shè)備。雖然這些溫室技術(shù)領(lǐng)先、設(shè)備先進(jìn)，但在我國的使用過程中還存在較嚴(yán)重問題，主要有以下幾點(diǎn):引進(jìn)價(jià)格高，運(yùn)行經(jīng)濟(jì)效益差;技術(shù)要求過高，要求經(jīng)營者既要懂農(nóng)業(yè)技術(shù)，熟悉英文，還要掌握電腦操作和機(jī)械運(yùn)營和維護(hù);運(yùn)營模式?jīng)]有與中國的實(shí)際結(jié)合起來，不適合于我國的氣候特征。所以，研究開發(fā)符合我國國情、產(chǎn)生明顯經(jīng)濟(jì)效益并適用于大圍推廣應(yīng)用的自動(dòng)控制溫室系統(tǒng)己經(jīng)迫在眉睫?；谝陨系姆N種原因，我國的農(nóng)業(yè)工程技術(shù)人員在吸收發(fā)達(dá)國家高科技溫室生產(chǎn)技術(shù)的基礎(chǔ)上，進(jìn)行了溫室中溫度、濕度、光照等單因子

18、控制技術(shù)的研究，并逐步推出既適宜我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平又能滿足不同生態(tài)氣候條件要求的溫室控制系統(tǒng)。1.2研究的意義國家“十五”重點(diǎn)科技攻關(guān)容“工廠化農(nóng)業(yè)關(guān)鍵技術(shù)研究與示”盡管以結(jié)題。為了推廣溫室技術(shù)，國家農(nóng)委強(qiáng)調(diào)的在每一個(gè)地區(qū)都要建立溫室示工程，但每一個(gè)地區(qū)的氣候條件都不一樣，其控制模型和控制算法都不可能一樣，因此，智能溫室環(huán)境控制技術(shù)仍有很多問題需要解決。 該智能溫室的先進(jìn)控制模式適合本地區(qū)情況的，綜合考慮植物生長和產(chǎn)量、節(jié)能、環(huán)境控制、經(jīng)濟(jì)效益等多方面因素，繼續(xù)為本地區(qū)的種植業(yè)的發(fā)展的起到了模作用。 智能溫室控制系統(tǒng)將實(shí)現(xiàn)對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的準(zhǔn)確管理。通過控制器實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)溫室空氣溫度、空氣濕度、土壤溫度、

19、土壤濕度值，使對(duì)作物生長環(huán)境監(jiān)測(cè)與普通簡(jiǎn)單溫度、濕度計(jì)測(cè)量相比，更準(zhǔn)確、更可靠。人們能夠通過這些監(jiān)測(cè)手段實(shí)時(shí)準(zhǔn)確地了解情況，完成相關(guān)設(shè)備調(diào)節(jié)，避免了監(jiān)測(cè)誤差和監(jiān)測(cè)滯后帶來的損失。智能溫室將自動(dòng)化技術(shù)引入了農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，為農(nóng)業(yè)科研活動(dòng)提供了有利的科學(xué)手段。通過參數(shù)設(shè)置與自動(dòng)數(shù)據(jù)記錄，為農(nóng)藝工作者完成相關(guān)農(nóng)藝科學(xué)研究，了解不同生產(chǎn)條件對(duì)作物的生長、品質(zhì)影響與生產(chǎn)方法的改進(jìn)，都提供了簡(jiǎn)便、準(zhǔn)確的手段。因此，研究該課題具有深遠(yuǎn)的理論意義和重大的現(xiàn)實(shí)意義。2 本系統(tǒng)研究方案2.1控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)目標(biāo)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

20、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(duì)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、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。節(jié)約了水源，溫度調(diào)節(jié)主要有遮陰簾風(fēng)機(jī)的動(dòng)作來解決。溫室控制系統(tǒng)是基于室和室外的溫度，濕度，光傳感器，二氧化碳傳感器，室外氣象站收集或觀察的室和室外的溫度，濕度，光照強(qiáng)度溫室，CO2濃度的信息環(huán)境參數(shù)，控制溫室保溫被，開窗通風(fēng)，遮陽，通過溫室環(huán)境控制噴滴灌等驅(qū)動(dòng)/執(zhí)行器，氣候和灌溉和施肥控制以

21、滿足作物生長的需要，生態(tài)環(huán)境的作物生長和發(fā)展提供最適合的，很大的提高了苗圃的產(chǎn)量和質(zhì)量。其示意圖如下圖21所示：圖21溫室控制系統(tǒng)示意圖2.2控制方案從控制器類型來劃分，主要有以下幾種溫室自動(dòng)控制系統(tǒng):基于單片機(jī)的溫室檢測(cè)系統(tǒng)。圖2-2基于單片機(jī)檢測(cè)原理圖2.基于PLC的溫室自動(dòng)控制系統(tǒng)。圖2-3基于PLC的溫室自動(dòng)控制系統(tǒng)原理圖根據(jù)現(xiàn)在建造的日光溫室，提出了如下系統(tǒng)研究方案：采用上位機(jī)計(jì)算機(jī)和可編程控制器組成分布式智能溫室控制系統(tǒng)的硬件部分，即兩級(jí)監(jiān)控系統(tǒng)。上級(jí)控制系統(tǒng)負(fù)責(zé)對(duì)智能溫室進(jìn)行監(jiān)控和參數(shù)的設(shè)定。下級(jí)是以PLC為核心的控制單元，負(fù)責(zé)溫室參數(shù)的信息采集，系統(tǒng)邏輯運(yùn)算，并對(duì)調(diào)控設(shè)備進(jìn)行控

22、制。PLC在工業(yè)控制中應(yīng)用多年，屬于大批量生產(chǎn)的產(chǎn)品，其在生產(chǎn)、調(diào)試、應(yīng)用、服務(wù)等方面都有一套完備的標(biāo)準(zhǔn)，所以產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定、可靠性高。采用PLC成本雖然比單片機(jī)高，但要考慮到穩(wěn)定性、可維護(hù)性等綜合因素，采用PLC比單片機(jī)具有較高的性價(jià)比。而且當(dāng)上位機(jī)發(fā)生故障時(shí)，PLC控制器可以自行實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集、顯示和輸出等控制，不影響溫室的自動(dòng)運(yùn)行。要依據(jù)苗圃的最適生長環(huán)境來制定溫室環(huán)境，將最重要的環(huán)境因素如溫室空氣溫度、濕度、光照、二氧化碳濃度作為基本監(jiān)測(cè)和控制項(xiàng)目, 這樣避免了太復(fù)雜的控制方案。根據(jù)溫室本身的特點(diǎn)設(shè)置了如圖2 - 1所示控制系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)方案。3系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)3.1系統(tǒng)的硬件組成為了實(shí)現(xiàn)智能

23、溫室的環(huán)境監(jiān)控，本設(shè)計(jì)建立了溫室環(huán)境控制參數(shù)的長時(shí)間在線計(jì)算機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)。實(shí)現(xiàn)了溫室溫度、濕度、C02濃度、光照強(qiáng)度等參數(shù)的長期監(jiān)測(cè)。并可根據(jù)智能溫室溫濕度的需求，對(duì)天窗、側(cè)窗、降溫濕風(fēng)扇、風(fēng)機(jī)、濕簾、外遮陽網(wǎng)等設(shè)備自動(dòng)控制。結(jié)構(gòu)圖如下圖3-1所示：圖3-1溫室大棚智能控制結(jié)構(gòu)圖3.2溫濕度采集電路的設(shè)計(jì)產(chǎn)品型號(hào)HG14溫濕度變送器利用半導(dǎo)體敏感元件來測(cè)量空氣中的溫度、濕度，適用于室環(huán)境測(cè)量，當(dāng)敏感元件被監(jiān)測(cè)到環(huán)境溫度、濕度，輸出智能數(shù)字信號(hào)。該變送器裝在最能代表被測(cè)環(huán)境狀態(tài)的地方，避免安裝在空氣流動(dòng)不暢的死角處。二、產(chǎn)品特點(diǎn)：薄型設(shè)計(jì)，輕巧美觀。獨(dú)特風(fēng)道設(shè)計(jì)，防止電路溫升影響傳感器真實(shí)測(cè)試

24、。專利結(jié)構(gòu)技術(shù)，易于安裝，易于維護(hù)。精度高，一致性好。防護(hù)性能極好三、主要技術(shù)參數(shù)：如表3-1表3-1HG14溫濕度傳感器主要技術(shù)參數(shù)型號(hào)HG14額定電壓DC24V ( DC15VDC24V )測(cè)量圍溫度：050濕度：0100%rh測(cè)量精度溫度：0.5濕度：3%rh電壓輸出Humidity:0-10v=0100%rhTemperature:0-10v=-050 接線端子 (1)系統(tǒng)電源線 (2)系統(tǒng)電源-線/信號(hào)地(3)溫度輸出(4)濕度輸出工作面積10-20m2/只安裝方式室墻面安裝，天花板吸頂安裝質(zhì)主體：約200g，底座：約50g，材ABS樹脂四、外形如圖3-2圖3-2HG14溫濕度傳感器

25、外形五、連接圖：1、安裝時(shí)，線槽端頭與傳感器底座連接處，應(yīng)用PVC終端頭過渡。為了保證線槽與傳感器安裝在同一軸心線上，建議先安裝底座，然后在釘線槽。2、傳感器至空調(diào)送風(fēng)口的水平距離應(yīng)大于1.5m，至頂棚送風(fēng)口的距離應(yīng)大于0.5m。3.3光照度傳感器光控用于控制遮陽幕的啟閉，使作物得到合理的光照度并實(shí)現(xiàn)以下目的：免除作物超過光飽合點(diǎn)，提高光合作用；實(shí)現(xiàn)對(duì)長日照作物、中同照作物和短日照作物的光照控制。光照度傳感器采用易盛泰和科技產(chǎn)品型號(hào)Poi88-c光照度傳感器。說明：采用先進(jìn)的電路模塊技術(shù)開發(fā)變送器，用于實(shí)現(xiàn)對(duì)環(huán)境光照度的測(cè)量，輸出標(biāo)準(zhǔn)的電壓與電流信號(hào)，體積小，安裝方便，線性度好，傳輸距離長，抗

26、干擾能力強(qiáng)?？蓮V泛用于環(huán)境、養(yǎng)殖、建筑、樓字等的光照度測(cè)量。量程可調(diào)。接線原理圖：圖3-3光照檢測(cè)電路量程：O-200K1UX、O-20K10X、02000可選供電電壓：24VDC12VDC輸出信號(hào)4-20mA，0V1OV可選精度：2負(fù)載能力：500，3Ks3.4C02傳感器 二氧化碳控制實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)C02的含量，當(dāng)C02的含量低于一定值時(shí)打開C02儲(chǔ)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，該傳感器是的固態(tài)電化學(xué)型氣體敏感元件，外形圖見圖3-12。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(diǎn)外，同時(shí)還具有耐高濕低溫的特性可廣泛用于

27、自動(dòng)通風(fēng)換氣系統(tǒng)或是C02氣體的長期監(jiān)測(cè)等應(yīng)用場(chǎng)合。TGS4160傳感器的主要技術(shù)參數(shù)如下：測(cè)量圍：05000ppm；使用壽命：2000天；部熱敏電阻(補(bǔ)償用)：100k Q5：使用溫度：一10+50使用濕度595RH；圖3-4TGS4160傳感器管腳外形圖 它輸出的電壓信號(hào)與CO2濃度值呈線性關(guān)系，輸出的電壓信號(hào)為0-3V，相當(dāng)于0-3000PPM的CO2濃度。另外，該模塊還提供有中繼轉(zhuǎn)接控制信號(hào)。當(dāng)CO2濃度高于設(shè)定值時(shí)，輸出的轉(zhuǎn)接控制信號(hào)為高電平5V亮；反之它將轉(zhuǎn)接控制信號(hào)為低電平0V。3.5執(zhí)行機(jī)構(gòu)系統(tǒng)設(shè)計(jì)從2-1系統(tǒng)設(shè)計(jì)框圖中可以看到，執(zhí)行系統(tǒng)包括濕簾降溫系統(tǒng)，頂板，側(cè)窗，風(fēng)機(jī)，遮陽

28、網(wǎng)打開和關(guān)閉系統(tǒng)，排濕風(fēng)機(jī)系統(tǒng)等。3.5.1濕簾降溫系統(tǒng)的設(shè)計(jì)濕簾降溫水循環(huán)系統(tǒng)的系統(tǒng)組成：濕簾、濕簾水泵、風(fēng)扇和附件。通過利用水的蒸發(fā)原理實(shí)現(xiàn)降溫的目的。濕簾安裝在溫室的北端，風(fēng)扇安裝在南端。當(dāng)需要降溫時(shí)，啟動(dòng)風(fēng)扇將室的空氣強(qiáng)制拋出，形成負(fù)壓，同時(shí)濕簾水泵將水打到濕簾墻上，室外的空氣因負(fù)壓被吸入室的過程中，以定的速度從濕簾的縫隙穿過，導(dǎo)致水分蒸發(fā)和降溫，冷空氣流經(jīng)溫室，吸收室熱量后，經(jīng)風(fēng)扇排出，從而達(dá)到降溫的目的。3.5.2天窗、側(cè)窗、風(fēng)扇、遮陽網(wǎng)的開閉系統(tǒng)設(shè)計(jì)本系統(tǒng)的各個(gè)執(zhí)行設(shè)備是由PLC輸出和執(zhí)行控制，多數(shù)是電機(jī)控制設(shè)備。我們講解一下一號(hào)天窗的開閉，如下圖所示是一號(hào)天窗的電機(jī)控制實(shí)現(xiàn)原理

29、。其他的控制主電路原理圖見附錄。圖3-5 1號(hào)天窗電機(jī)主線路 圖3-6 1號(hào)天窗電機(jī)控制線路 主回路：OF為電機(jī)的總開關(guān)，當(dāng)QFl斷開時(shí)，主回路和控制回路均斷電。KM1和KM2控制電機(jī)的正傳和翻轉(zhuǎn)動(dòng)作，F(xiàn)RI為保護(hù)電機(jī)的熔斷器。KMI和KM2為互鎖開關(guān)，SQl為天窗1開到最大的限位開關(guān)，當(dāng)SQ1開到極限位置是自動(dòng)關(guān)閉。SQ2為天窗關(guān)的限位開關(guān)，當(dāng)SQ2開到極限位置是自動(dòng)關(guān)閉。PLC控制中間繼電器KM1和KM2而控制K1和K2，開關(guān)控制面板，天窗電機(jī)的PLC控制，互鎖，限位，熱保護(hù)和指示功能。3.6 PLC的配置PLC（可編程序控制器）由CPU模塊、I/O模塊和編程器構(gòu)成PLC。PLC的特殊功能

30、由特殊模塊完成。輸入模塊完成對(duì)信號(hào)的接收和輸入，輸出模塊實(shí)現(xiàn)對(duì)繼電器等執(zhí)行裝置的控制。 PLC特點(diǎn)如下：編程方法簡(jiǎn)單易學(xué)、功能強(qiáng)、性能價(jià)格比高、硬件配套齊全，用戶使用方便，適用性強(qiáng)，可靠性高，抗干擾能力強(qiáng)，系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、安裝、調(diào)試工作量少，維修工作量小，維修方便，體積小，能耗低。3.6.1輸入信號(hào)端子的確定：表3-1輸入信號(hào)端子的確定設(shè)備數(shù)量天窗開關(guān)2天窗限位2側(cè)窗開關(guān)2側(cè)窗限位2濕簾窗開關(guān)2濕簾窗限位2遮陽網(wǎng)開關(guān)2遮陽網(wǎng)限位2濕簾水泵開關(guān)2遮陽網(wǎng)開關(guān)2環(huán)流風(fēng)機(jī)開關(guān)2降溫風(fēng)扇開關(guān)2補(bǔ)光燈開關(guān)2C02補(bǔ)氣開關(guān)2共計(jì)283.6.2輸出信號(hào)端子的確定：表3-2輸出信號(hào)端子的確定設(shè)備數(shù)量報(bào)警燈1天窗電機(jī)

31、2測(cè)窗電機(jī)2濕簾窗電機(jī)2濕簾水泵1遮陽網(wǎng)電機(jī)2環(huán)流風(fēng)機(jī)電機(jī)1C02補(bǔ)氣電磁閥1補(bǔ)光燈2共計(jì)14基于以上因素，選用日本三菱系列中FX2N128MR的PLC(該機(jī)含有64個(gè)輸入端子、64個(gè)輸出端子)完全滿足要求。3.6.3 PLC部分電路設(shè)計(jì) 本系統(tǒng)使用的是三菱生產(chǎn)的FX-2N-128MR型號(hào)的PLC，他共有64個(gè)輸入輸出點(diǎn)，選用FX-2DA的功能模塊來實(shí)現(xiàn)模擬量的輸出，選用FX-AD來實(shí)現(xiàn)模量的輸入，溫度濕度都是采用多處測(cè)量來去平準(zhǔn)值。PLC系統(tǒng)控制電路如3-7所示圖3-7PLC接線圖4系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)4.1大棚自動(dòng)控制系統(tǒng)PLC軟件部分的設(shè)計(jì)4.1.1控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)要求 根據(jù)的基本要求和列表如

32、下：（1）以防止接觸錯(cuò)誤動(dòng)作：使用自鎖電路解決。（2）系統(tǒng)的自我診斷功能：PLC本身具有的功能。（3）風(fēng)扇控制：溫室設(shè)有一組風(fēng)扇，也可以啟動(dòng)和停止，當(dāng)溫度超過預(yù)定值，在PLC控制的自動(dòng)開啟2側(cè)窗，啟動(dòng)風(fēng)機(jī)，濕簾泵啟動(dòng)，從而降低溫室的溫度。（4）側(cè)窗控制：2側(cè)窗，側(cè)窗由電機(jī)控制，電機(jī)開關(guān)受限位開關(guān)限制。（5）濕簾泵控制：當(dāng)大棚的濕度超過預(yù)定值，在PLC控制下啟動(dòng)，在預(yù)定值之間自動(dòng)關(guān)閉。(6)遮陽網(wǎng)控制：當(dāng)光照超過預(yù)定值，PLC控制下啟動(dòng)(7)C02補(bǔ)氣控制：大棚CO2低于設(shè)定值時(shí)，PLC控制下開啟CO2罐的閥門，來補(bǔ)充CO2。(8)補(bǔ)光燈控制：大棚的光照低于設(shè)定值時(shí)，而打開遮陽簾還不夠時(shí)，就打開

33、補(bǔ)光燈來補(bǔ)充光照。4.1.2系統(tǒng)工作原理 首先是各傳感器采集溫室外的環(huán)境因子，然后通過各電路將環(huán)境信號(hào)轉(zhuǎn)換為模擬信號(hào)，在通過放大器將信號(hào)放大，再將放大的模擬信號(hào)輸入到PLC的FX-2AD轉(zhuǎn)換為數(shù)字量的信號(hào)，將這信號(hào)與設(shè)定的值比較，高于或低于這設(shè)定值是相應(yīng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)就會(huì)自動(dòng)工作，例如正常工作時(shí)，溫度傳感器將溫室的溫度傳到PLC與設(shè)定值比較，超出設(shè)定的上限或下限是PLC將輸出指令，遮陽簾就會(huì)工作，如果在相應(yīng)的設(shè)定圍PLC響應(yīng)遮陽簾就會(huì)終止工作。系統(tǒng)工作過程如圖圖4-1系統(tǒng)工作過程流程圖當(dāng)溫度采樣到PLC顯示溫度高于設(shè)定值時(shí)啟動(dòng)環(huán)流電機(jī)，一段時(shí)間后溫度采樣溫度在設(shè)定圍該系統(tǒng)關(guān)閉。當(dāng)光照傳感器采集到光

34、照不再設(shè)定圍時(shí)，當(dāng)光照低于設(shè)定值是打開遮陽簾打開補(bǔ)光燈，當(dāng)高于設(shè)定值時(shí)關(guān)閉遮陽簾。直到光照在設(shè)定圍時(shí)系統(tǒng)關(guān)閉。當(dāng)濕度傳感器采集到濕度不再設(shè)定圍時(shí)，當(dāng)濕度低于設(shè)定值時(shí)打開加濕器，當(dāng)高于設(shè)定值時(shí)打開環(huán)流風(fēng)機(jī)。直到濕度在設(shè)定圍時(shí)系統(tǒng)關(guān)閉。當(dāng)CO2傳感器采集到CO2不再設(shè)定圍時(shí)，當(dāng)CO2低于設(shè)定值時(shí)打開CO2電磁閥，當(dāng)高于設(shè)定值時(shí)打開環(huán)流風(fēng)機(jī)。直到CO2在設(shè)定圍時(shí)系統(tǒng)關(guān)閉。4.2 PLC的I/O分布圖表4-1 I/O分配表信號(hào)類型名名稱 電電路中編號(hào)PPLC中地址地信信號(hào)類型名名稱電電路中的編號(hào)PPLC中地址 地?cái)?shù)字輸 出信號(hào) 號(hào)天窗1開KM1Y0 數(shù) 字 輸 出 信 號(hào)號(hào)加濕機(jī)開KM9Y8天窗1關(guān)K

35、M2Y1加濕機(jī)關(guān)KM10Y9天窗2開KM3Y2遮陰簾開KM11Y10天窗2關(guān)KM4Y3遮陰簾關(guān)KM12Y11側(cè)窗1開KM5Y4補(bǔ)光燈1 2KM13Y12側(cè)窗1關(guān)KM6Y5環(huán)流風(fēng)機(jī)KM14Y13側(cè)窗2開KM7Y6Co2補(bǔ)氣KM15Y14側(cè)窗2關(guān)KM8Y74.3主程序梯形圖5結(jié)束語總結(jié)本文研究的成果，得出以下主要結(jié)論：l、本文根據(jù)大棚環(huán)境的特點(diǎn)，運(yùn)用PLC技術(shù)完成了大棚環(huán)境控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)。2、實(shí)現(xiàn)了對(duì)大棚部溫度、濕度、二氧化碳的濃度、光照度等參數(shù)的檢測(cè)與采集。3、當(dāng)然由于條件的原因還有一些問題需要解決。由于時(shí)間和本人所學(xué)知識(shí)的有限，本系統(tǒng)的硬件和軟件可能做的不夠完善還不能適應(yīng)復(fù)雜的環(huán)境。,主要

36、是溫度自動(dòng)調(diào)節(jié),對(duì)其他環(huán)境因素可能影響溫度并不全面,系統(tǒng)檢測(cè)設(shè)備需要完善，傳感器系統(tǒng)的測(cè)量精度需要校準(zhǔn)；建議后續(xù)工作可以實(shí)時(shí)、準(zhǔn)確性和可擴(kuò)展性的系統(tǒng)進(jìn)一步完善,促進(jìn)我國農(nóng)業(yè)的現(xiàn)代化。參考文獻(xiàn)1文華，基于PLC的氣體分析儀的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)J；大學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)與技 術(shù)學(xué)院，2008 2迎春傳感器原理設(shè)計(jì)與應(yīng)用M，：國防科技大學(xué)，2005：205-2073余成波，胡新宇，勇. 傳感器與自動(dòng)檢測(cè)技術(shù)M .：高等教育，2006 4向巍，基于PLC的茶苗苗圃微噴灌自動(dòng)化控制系統(tǒng)J； 中國西部科技2010年10月（上旬）第09卷第28期總第225期 5邵文冕，基于PLC 的溫濕度檢測(cè)儀的設(shè)計(jì)J；科技學(xué)院工程訓(xùn)練與基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)中心，150027 6解永輝，基于PLC的智能溫室控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)J；大學(xué)碩士學(xué)位論文,2012.4 7程鵬，自動(dòng)控制原理M，：高等教育，2010.4 8黃鴻，傳感器與檢測(cè)技術(shù)M，：高等教育，2010.11 9王阿根，程控制原理與應(yīng)用M，清華大學(xué)