大棚溫度自動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

./.WORD格式整理..溫室大棚溫度PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)摘要溫室,是用來(lái)栽培植物的設(shè)施,它能改變植物的生長(zhǎng)環(huán)境,避免外界四季變化和惡劣氣候?qū)ψ魑锷L(zhǎng)的不利影響,為植物生長(zhǎng)創(chuàng)造適宜的條件。隨著科學(xué)技術(shù)的迅速發(fā)展,農(nóng)業(yè)應(yīng)用技術(shù)越來(lái)越受到重視,特別是溫室大棚已經(jīng)成為高效農(nóng)業(yè)的一個(gè)重要組成部分。如何利用科學(xué)技術(shù)有效地控制溫室內(nèi)的各種環(huán)境因數(shù),以提高溫室大棚環(huán)境的控制效果,已成為目前我國(guó)溫室業(yè)研究的重點(diǎn)課題之一。這對(duì)我國(guó)溫室產(chǎn)業(yè)的發(fā)展有著不可估量的重要意義。本文主要介紹了基于西門子公司S7-200系列的可編程控制器〔PLC和MCGS組態(tài)軟件的溫室大棚溫度PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案。該研究中,將采用溫度傳感器、光照傳感器、CO2濃度傳感器對(duì)溫室中各項(xiàng)環(huán)境指標(biāo)進(jìn)行檢測(cè),并將測(cè)量值送入PLC中,由PLC將其與設(shè)定值進(jìn)行比較,再發(fā)出相應(yīng)的指令驅(qū)動(dòng)執(zhí)行設(shè)備來(lái)調(diào)節(jié)溫室內(nèi)的環(huán)境參數(shù),從而實(shí)現(xiàn)溫室的智能化、自動(dòng)化控制。在此基礎(chǔ)上,采用MCGS組態(tài)軟件完成了控制系統(tǒng)的組態(tài)設(shè)計(jì),實(shí)現(xiàn)了動(dòng)態(tài)演示、過(guò)程監(jiān)測(cè)、數(shù)據(jù)記錄、曲線顯示等功能,從而實(shí)現(xiàn)了控制系統(tǒng)操作的人性化和過(guò)程的可視化,為溫室大棚的發(fā)展提供了新的方向。關(guān)鍵詞：溫室,環(huán)境,控制,可編程控制器,組態(tài).目錄TOC\o"1-2"\h\z\u摘要2第一章緒論11.1課題概述11.2國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀21.3研究?jī)?nèi)容4第二章PLC概述62.1PLC簡(jiǎn)介62.2PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本原則及步驟10第三章控制系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)方案133.1系統(tǒng)的設(shè)計(jì)任務(wù)133.2系統(tǒng)的控制方案133.3系統(tǒng)的工作原理14第四章控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)154.1電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)154.2PLC硬件電路的設(shè)計(jì)194.3PLC的硬件配置21第五章控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)265.1PLC程序設(shè)計(jì)的方法265.2編程軟件STEP7-Micro/WIN概述265.3控制系統(tǒng)的程序設(shè)計(jì)275.4控制程序的仿真與調(diào)試34第六章組態(tài)畫面的設(shè)計(jì)方案366.1組態(tài)軟件概述366.2溫室大棚控制系統(tǒng)的組態(tài)設(shè)計(jì)38結(jié)論45致謝47參考文獻(xiàn)48.第一章緒論1.1課題概述1.1.1課題簡(jiǎn)介溫室又稱暖房,是用來(lái)栽培植物的設(shè)施。溫室的作用是用來(lái)改變植物的生長(zhǎng)環(huán)境,避免外界四季變化和惡劣氣候?qū)ψ魑锷L(zhǎng)的不利影響,為植物生長(zhǎng)創(chuàng)造適宜的條件。溫室環(huán)境指的是作物在地面上的生長(zhǎng)空間,它是由光照、溫度、濕度、二氧化碳濃度等因素構(gòu)成的。溫室控制主要是通過(guò)控制溫室內(nèi)的溫度、濕度、通風(fēng)與光照,使得它可以在冬季或其他不適宜植物露地生長(zhǎng)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(zhǎng)發(fā)育、防治病蟲害及提高產(chǎn)量的目的。現(xiàn)代化溫室中具有控制溫濕度、光照等條件的設(shè)備,并采用電腦進(jìn)行自動(dòng)控制,以此創(chuàng)造植物生長(zhǎng)所需的最佳環(huán)境條件。1.1.2研究目的及意義我國(guó)的設(shè)施園藝絕大部分用于蔬菜生產(chǎn)。80年代以來(lái),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(guó)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(jiǎn)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(duì)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,僅僅依靠經(jīng)驗(yàn)和單因子定性調(diào)控,所以,我國(guó)設(shè)施栽培的智能化程度非常低。除此之外,我國(guó)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(fèi)嚴(yán)重、運(yùn)營(yíng)管理費(fèi)用高、管理技術(shù)水平低、勞動(dòng)生產(chǎn)率低及單位面積產(chǎn)量低等諸多問(wèn)題。中國(guó)農(nóng)業(yè)想要發(fā)展,就必須走現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)這條道路。隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展,農(nóng)業(yè)的研究和應(yīng)用技術(shù)越來(lái)越受到重視,特別是溫室大棚已經(jīng)成為高效農(nóng)業(yè)的一個(gè)重要組成部分?，F(xiàn)代化農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的重要一環(huán)就是對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)環(huán)境的一些重要參數(shù)進(jìn)行檢測(cè)和控制。在實(shí)際的農(nóng)業(yè)種植中,溫室環(huán)境與生物的生長(zhǎng)、發(fā)育、能量交換等有著密切的關(guān)系。作為實(shí)現(xiàn)溫室生產(chǎn)管理自動(dòng)化、科學(xué)化的基本保證,環(huán)境測(cè)控可通過(guò)對(duì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的分析,并結(jié)合作物生長(zhǎng)發(fā)育規(guī)律,從而控制環(huán)境條件,使作物達(dá)到優(yōu)質(zhì)、高產(chǎn)、高效的栽培目的。實(shí)際上生產(chǎn)生活中,以蔬菜大棚為代表的現(xiàn)代農(nóng)業(yè)設(shè)施在現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中發(fā)揮著巨大的作用。目前,雖然國(guó)外的溫室設(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),但是價(jià)格非常昂貴,缺乏與我國(guó)氣候特點(diǎn)相適應(yīng)的測(cè)控軟件。而當(dāng)今國(guó)內(nèi)大多數(shù)對(duì)大棚溫度、濕度、二氧化碳含量的檢測(cè)與控制都采用人工管理,這樣不可避免的有測(cè)控精度低、勞動(dòng)強(qiáng)度大及由于測(cè)控不及時(shí)等弊端,容易造成不可彌補(bǔ)的損失,結(jié)果不但大大增加了成本,浪費(fèi)了人力資源,而且很難達(dá)到預(yù)期的效果。因此,為了實(shí)現(xiàn)高效農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的科學(xué)化并提高農(nóng)業(yè)研究的準(zhǔn)確性,推動(dòng)我國(guó)農(nóng)業(yè)的發(fā)展,必須大力發(fā)展農(nóng)業(yè)設(shè)施與相應(yīng)的農(nóng)業(yè)工程,科學(xué)合理地調(diào)節(jié)大棚內(nèi)溫度、濕度以及二氧化碳的含量,使大棚內(nèi)形成有利于蔬菜、水果生長(zhǎng)的環(huán)境?，F(xiàn)階段隨著蔬菜大棚的迅速增多,人們對(duì)其性能要求也越來(lái)越高,特別是為了提高生產(chǎn)效率,對(duì)大棚的自動(dòng)化程度要求也越來(lái)越高。隨著社會(huì)的進(jìn)步和科學(xué)的發(fā)展,我國(guó)設(shè)施農(nóng)業(yè)將向著地域化、節(jié)能化、專業(yè)化發(fā)展,向著高科技、自動(dòng)化、機(jī)械化、規(guī)?；a(chǎn)業(yè)化的工廠型農(nóng)業(yè)發(fā)展,為社會(huì)提供更加豐富的無(wú)污染、安全、優(yōu)質(zhì)的綠色健康食品。所以,進(jìn)行溫室大棚溫度PLC控制系統(tǒng)的研究設(shè)計(jì)具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。本課題通過(guò)對(duì)PLC可編程控制器、組態(tài)軟件、傳感器、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的學(xué)習(xí)與研究,完成了利用西門子PLC與PC機(jī)構(gòu)組成溫室大棚溫度監(jiān)控系統(tǒng)。1.2國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀1.2.1國(guó)內(nèi)研究現(xiàn)狀我國(guó)現(xiàn)代溫室技術(shù)起步較晚,80年代以來(lái),政府大力發(fā)展以塑料大棚、節(jié)能日光溫室為主的設(shè)施農(nóng)業(yè),促進(jìn)了農(nóng)村經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和緩和了蔬菜季節(jié)性短缺矛盾。其中能充分利用太陽(yáng)光熱資源、節(jié)約燃煤、減少環(huán)境污染的日光溫室為我國(guó)所特有。1997年我國(guó)日光溫室面積已超過(guò)近16.7萬(wàn)公頃。由農(nóng)業(yè)部聯(lián)合有關(guān)部門試驗(yàn)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。隨后,以單層薄膜或雙層沖氣薄膜、PC板、玻璃為覆蓋材料的大型現(xiàn)代化連棟溫室,以其土地利用率高、環(huán)境控制自動(dòng)化程度高和便于機(jī)械化操作等優(yōu)點(diǎn),自1995年以來(lái),便呈現(xiàn)出迅猛的發(fā)展之勢(shì),目前全國(guó)共有大型溫室面積200公頃,其中自日本、荷蘭、以色列、美國(guó)等國(guó)家引進(jìn)的溫室面積達(dá)140公頃。最初,我國(guó)的現(xiàn)代溫室技術(shù)主要從國(guó)外引進(jìn),然而近幾年從國(guó)外引進(jìn)的溫室大部分經(jīng)營(yíng)虧損,目前已處于停產(chǎn)狀態(tài)或僅僅利用其玻璃的外殼。隨著溫室面積的不斷增加,溫室建造的國(guó)產(chǎn)化問(wèn)題越來(lái)越引起人們的重視。目前,現(xiàn)代化大型溫室的骨架和覆蓋材料國(guó)產(chǎn)化已經(jīng)基本不成問(wèn)題,但其內(nèi)部的配套設(shè)施和計(jì)算機(jī)管理系統(tǒng)等現(xiàn)代化管理方法與先進(jìn)國(guó)家相比還有較大的差距,是今后要著力解決的問(wèn)題。在溫室環(huán)境自動(dòng)監(jiān)控中,各環(huán)境參數(shù)分別由各自的閉環(huán)系統(tǒng)控制,但由于這些受控參數(shù)常常相互影響,如光照增加,室溫相應(yīng)增加,溫度的升高,又造成溫室相對(duì)濕度降低,同時(shí)各系統(tǒng)間并不完全獨(dú)立,回路間相互耦合時(shí)可能導(dǎo)致系統(tǒng)不穩(wěn)而失控,這里可采用模糊控制方法,可較好地解決環(huán)境參數(shù)之間的相互影響。另外,以前在監(jiān)控系統(tǒng)的研制開發(fā)中,主要針對(duì)環(huán)境,而很少考慮農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中的生物因素,沒(méi)有農(nóng)業(yè)專家的合作參與,很難對(duì)系統(tǒng)正確定位,其適應(yīng)性也差。所以,將農(nóng)業(yè)學(xué)科與工程學(xué)科結(jié)合起來(lái),對(duì)果蔬生長(zhǎng)的環(huán)境參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì),對(duì)于開發(fā)經(jīng)濟(jì)有效的溫室監(jiān)控軟件系統(tǒng)是非常重要的。近年來(lái)我國(guó)的溫室控制取得了長(zhǎng)足的進(jìn)步,首先在溫室群控制方面,進(jìn)行了初步的探索和理論研究,其次在溫室控制中引入了人工智能和先進(jìn)的控制算法,如專家系統(tǒng)、遺傳算法、模糊控制等理論和控制策略。當(dāng)前溫室控制系統(tǒng)研究熱點(diǎn)己由簡(jiǎn)單的DDC<直接數(shù)字控制>發(fā)展到分布式控制系統(tǒng),如DCS<分布式控制>、FCS<柔性控制>等網(wǎng)絡(luò)化的控制系統(tǒng)。目前,在相關(guān)行業(yè)己經(jīng)有網(wǎng)絡(luò)化測(cè)量和控制方面的研究,實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)化、分布式數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)取代傳統(tǒng)孤立的、信息閉塞的系統(tǒng),甚至跨越以太網(wǎng)或Internet進(jìn)行數(shù)據(jù)采集,實(shí)施遠(yuǎn)程控制。雖然國(guó)內(nèi)溫室規(guī)模有限,還沒(méi)有形成規(guī)模經(jīng)濟(jì),另外構(gòu)建的費(fèi)用也較高,但從長(zhǎng)遠(yuǎn)來(lái)看,溫室監(jiān)控系統(tǒng)分布式和網(wǎng)絡(luò)化將是一種必然的趨勢(shì)?，F(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(yáng)簾幕、內(nèi)遮陽(yáng)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)及熏蒸設(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)保證室內(nèi)氣候滿足植物生長(zhǎng)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。1.2.2國(guó)外研究現(xiàn)狀西方發(fā)達(dá)國(guó)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(guó)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)及應(yīng)用研究。20世紀(jì)60年代,生產(chǎn)型的高級(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(guó)、英國(guó)、以色列等國(guó)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(lái),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(zhǎng)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,以及對(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(zhǎng)足的發(fā)展,并邁入了網(wǎng)絡(luò)化、智能化階段。目前,國(guó)外現(xiàn)代化溫室的內(nèi)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)。溫室內(nèi)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,如溫室內(nèi)外的溫度、濕度、光照度、二氧化碳濃度、營(yíng)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(wú)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),以及適用于溫室作業(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,以及基于專家系統(tǒng)上的人工智能控制,一些國(guó)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(wú)人化的方向發(fā)展。1.3研究?jī)?nèi)容可編程控制器<PLC>是集計(jì)算機(jī)技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)和通信技術(shù)為一體的新型自動(dòng)控制裝置。其性能優(yōu)越,已被廣泛應(yīng)用于工業(yè)控制的各個(gè)領(lǐng)域,并已成為工業(yè)自動(dòng)化的三大支柱<PLC、工業(yè)機(jī)器人、CAD/CAM>之一。PLC的應(yīng)用已成為一個(gè)世界潮流,在不久的將來(lái)PLC技術(shù)在我國(guó)將得到更全面的推廣和應(yīng)用。本論文研究的是PLC技術(shù)在溫室控制系統(tǒng)上的應(yīng)用。從整體上分析和研究了控制系統(tǒng)的電路設(shè)計(jì)、硬件設(shè)計(jì)、軟件設(shè)計(jì),控制對(duì)象數(shù)學(xué)模型的建立、控制算法的選擇和參數(shù)的整定,人機(jī)界面的設(shè)計(jì)等。本次研究?jī)?nèi)容為溫室大棚溫度PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)。溫室大棚的作用是改變植物的生長(zhǎng)因子,從而避免四季的氣候變化和惡劣氣候?qū)χ参锷L(zhǎng)的不良影響,為植物提供一個(gè)良好的生長(zhǎng)環(huán)境。在植物的生長(zhǎng)過(guò)程中,溫室中的溫度,光照,濕度,CO2濃度,土壤酸堿度等環(huán)境參數(shù)對(duì)植物的生長(zhǎng)起著重要作用。本次研究采用可編程控制器PLC作為控制核心。通過(guò)傳感器檢測(cè)溫室中的環(huán)境參數(shù),經(jīng)變送轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)電流信號(hào)〔4～20mA后送入S7-200的模擬量輸入模塊EM235,PLC通過(guò)分析處理,輸出開關(guān)量,通過(guò)驅(qū)動(dòng)電路控制通風(fēng)扇、遮陽(yáng)簾、風(fēng)機(jī)等多種執(zhí)行機(jī)構(gòu)。第二章PLC概述2.1PLC簡(jiǎn)介2.1.1PLC的產(chǎn)生和應(yīng)用1969年美國(guó)數(shù)字設(shè)備公司成功研制世界第一臺(tái)可編程序控制器PDP-14,并在GM公司的汽車自動(dòng)裝配線上首次使用并獲得成功。1971年日本從美國(guó)引進(jìn)這項(xiàng)技術(shù),很快研制出第一臺(tái)可編程序控制器DSC-18。1973年西歐國(guó)家也研制出他們的第一臺(tái)可編程控制器。我國(guó)從1974年開始研制,1977年開始工業(yè)推廣應(yīng)用。進(jìn)入20世紀(jì)70年代,隨著電子技術(shù)的發(fā)展,尤其是PLC采用通訊微處理器之后,這種控制器功能得到更進(jìn)一步增強(qiáng)。進(jìn)入20世紀(jì)80年代,隨著大規(guī)模和超大規(guī)模集成電路等微電子技術(shù)的迅猛發(fā)展,以16位和少數(shù)32位微處理器構(gòu)成的微機(jī)化PLC,使PLC的功能更加強(qiáng)大—工作速度快,體積減小,可靠性提高,成本下降,編程和故障檢測(cè)更為靈活,方便。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、輕紡、交通運(yùn)輸、環(huán)保及文化娛樂(lè)等各個(gè)行業(yè)。2.1.2PLC的組成和工作原理一、PLC的組成PLC從組成形式上一般分為整體式和模塊式兩種,但在邏輯結(jié)構(gòu)上基本上相同。整體式PLC一般由CPU板、I/O板、顯示面板、內(nèi)存和電源等組成。模塊式PLC一般由CPU模塊、I/O模塊、內(nèi)存模塊、電源模塊、底板或機(jī)架等組成。無(wú)論哪種結(jié)構(gòu)類型的PLC,都屬于總線式的開放結(jié)構(gòu),其I/O能力可根據(jù)用戶需要進(jìn)行擴(kuò)展與組合。1、CPUCPU是PLC的核心,主要由運(yùn)算器、控制器、寄存器及實(shí)現(xiàn)它們之間聯(lián)系的地址總線、數(shù)據(jù)總線及控制總線構(gòu)成,此外CPU單元還包括外圍芯片、總線接口及有關(guān)電路。它按PLC的系統(tǒng)程序賦予的功能接收并存貯用戶程序和數(shù)據(jù),用掃描的方式采集由現(xiàn)場(chǎng)輸入裝置送來(lái)的狀態(tài)或數(shù)據(jù),并存入規(guī)定的寄存器中,同時(shí),診斷電源和PLC內(nèi)部電路的工作狀態(tài)和編程過(guò)程中的語(yǔ)法錯(cuò)誤等。CPU主要用于存儲(chǔ)程序及數(shù)據(jù),是PLC不可缺少的組成單元,在很大程度上決定了PLC的整體性能。CPU速度和內(nèi)存容量是PLC的重要參數(shù),它們決定著PLC的工作速度,I/O數(shù)量及軟件容量等,因此限制著控制規(guī)模。I/O模塊輸入模塊和輸出模塊通常稱為I/O模塊或I/O單元。PLC的對(duì)外功能主要是通過(guò)各種I/O接口模塊與外界聯(lián)系來(lái)實(shí)現(xiàn)的。輸入模塊和輸出模塊是PLC與現(xiàn)場(chǎng)I/O裝置或設(shè)備之間的連接部件,起著PLC與外部設(shè)備之間傳遞信息的作用。I/O模塊集成了PLC的I/O電路,其輸入暫存器反映輸入信號(hào)狀態(tài),輸出點(diǎn)反映輸出鎖存器狀態(tài)。輸入模塊將電信號(hào)變換成數(shù)字信號(hào)進(jìn)入PLC系統(tǒng),輸出模塊相反。I/O分為開關(guān)量輸入〔DigitalInput,DI,開關(guān)量輸出〔DigitalOutput,DO,模擬量輸入〔AnalogInput,AI,模擬量輸出〔AnalogOutput,AO等模塊。開關(guān)量模塊按電壓水平分有220VAC、110VAC、24VDC等規(guī)格；按隔離方式分有繼電器輸出、晶閘管輸出和晶體管輸出等類型。模擬量模塊按信號(hào)類型分有電流型〔4-20mA、0-20mA、電壓型〔0-10V、0-5V、-10-10V等規(guī)格；按精度分有12位,14位,16位等規(guī)格。存儲(chǔ)器存儲(chǔ)器是具有記憶功能的半導(dǎo)體電路,分為系統(tǒng)程序存儲(chǔ)器和用戶存儲(chǔ)器。系統(tǒng)程序存儲(chǔ)器用以存放系統(tǒng)程序,包括管理程序、監(jiān)控程序以及對(duì)用戶程序做編譯處理的解釋編譯程序。由只讀存儲(chǔ)器、ROM組成。廠家使用的,內(nèi)容不可更改,斷電不消失。用戶存儲(chǔ)器：分為用戶程序存儲(chǔ)區(qū)和工作數(shù)據(jù)存儲(chǔ)區(qū)。由隨機(jī)存取存儲(chǔ)器〔RAM組成。用戶使用的。斷電內(nèi)容消失。常用高效的鋰電池作為后備電源,壽命一般為3～5年。編程器編程器的作用是用來(lái)供用戶進(jìn)行程序的輸入、編輯、調(diào)試和監(jiān)視的。編程器一般分為簡(jiǎn)易型和智能型兩類。簡(jiǎn)易型只能聯(lián)機(jī)編程,且往往需要將梯形圖轉(zhuǎn)化為機(jī)器語(yǔ)言助記符后才能送入。而智能型編程器〔又稱圖形編程器,不但可以連機(jī)編程,而且還可以脫機(jī)編程。操作方便且功能強(qiáng)大。4、電源PLC電源用于為PLC各模塊的集成電路提供工作電源。同時(shí),有的還為輸入電路提供24V的工作電源。電源輸入類型有：交流電源〔220VAC或110VAC,直流電源〔常用的為24VDC。圖2-1PLC基本結(jié)構(gòu)圖二、可編程控制器的工作原理PLC的工作方式是循環(huán)掃描的方式。每一次掃描所用的時(shí)間稱為掃描周期或工作周期。CPU從第一條指令開始,按順序逐條地執(zhí)行用戶程序直到用戶程序結(jié)束,然后返回第一條指令開始新的一輪掃描。PLC就是這樣周而復(fù)始地重復(fù)上述循環(huán)掃描的。PLC工作的全過(guò)程可用圖2-2所示的運(yùn)行框圖來(lái)表示。圖2-2可編程控制器運(yùn)行框圖2.1.3PLC的分類及特點(diǎn)PLC分類方法有多種,按規(guī)模〔即I/O點(diǎn)數(shù)可分為大、中、小型,按結(jié)構(gòu)可分為整體式和組合式。在實(shí)際應(yīng)用中通常都按I/O點(diǎn)數(shù)來(lái)分類。I/O點(diǎn)數(shù)表明PLC的I/O端子數(shù)。一般來(lái)說(shuō),點(diǎn)數(shù)多的PLC功能較強(qiáng)。一、小型PLC小型PLC的I/O點(diǎn)數(shù)一般在256點(diǎn)以下,其特點(diǎn)是體積小、結(jié)構(gòu)緊湊,整個(gè)硬件融為一體,除了開關(guān)量I/O以外,還可以連接模擬量I/O以及其他各種特殊功能模塊。它能執(zhí)行包括邏輯運(yùn)算、計(jì)時(shí)、計(jì)數(shù)、算術(shù)、運(yùn)算數(shù)據(jù)處理和傳送通訊聯(lián)網(wǎng)以及各種應(yīng)用指令。二、中型PLC中型PLC采用模塊化結(jié)構(gòu),其I/O點(diǎn)數(shù)一般在256～1024點(diǎn)之間,I/O的處理方式除了采用一般PLC通用的掃描處理方式外,還能采用直接處理方式即在掃描用戶程序的過(guò)程中直接讀輸入刷新輸出,它能聯(lián)接各種特殊功能模塊,通訊聯(lián)網(wǎng)功能更強(qiáng),指令系統(tǒng)更豐富,內(nèi)存容量更大,掃描速度更快。三、大型PLC一般I/O點(diǎn)數(shù)在1024點(diǎn)以上的稱為大型PLC,大型PLC的軟硬件功能極強(qiáng),具有極強(qiáng)的自診斷功能、通訊聯(lián)網(wǎng)功能強(qiáng),有各種通訊聯(lián)網(wǎng)的模塊可以構(gòu)成三級(jí)通訊網(wǎng)實(shí)現(xiàn)工廠生產(chǎn)管理自動(dòng)化。2.2PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本原則及步驟理解PLC的基本工作原理和指令系統(tǒng)后,就可以把PLC應(yīng)用到實(shí)際的工程項(xiàng)目中。無(wú)論是用PLC組成集散控制系統(tǒng),還是獨(dú)立控制系統(tǒng),PLC控制部分的設(shè)計(jì)都可以參考如下所述的基本原則及步驟。2.2.1PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本原則任何一種電氣控制系統(tǒng)都是為了實(shí)現(xiàn)被控對(duì)象<生產(chǎn)設(shè)備或生產(chǎn)過(guò)程>的工藝要求,以提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量。而在實(shí)際設(shè)計(jì)過(guò)程中,設(shè)計(jì)原則往往會(huì)涉及很多方面,其中最基本的設(shè)計(jì)原則可以歸納為4點(diǎn)。一、最大限度地滿足控制要求充分發(fā)揮PLC功能,最大限度地滿足被控對(duì)象的控制要求,是設(shè)計(jì)中最重要的一條原則。設(shè)計(jì)人員要深入現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行調(diào)查研究,收集資料。同時(shí)要注意和現(xiàn)場(chǎng)工程管理和技術(shù)人員及操作人員緊密配合,共同解決重點(diǎn)問(wèn)題和疑難問(wèn)題。二、保證系統(tǒng)的安全可靠保證PLC控制系統(tǒng)能夠長(zhǎng)期安全、可靠、穩(wěn)定運(yùn)行,是設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)的重要原則。三、力求簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)、使用與維修方便在滿足控制要求的前提下,一方面要注意不斷地?cái)U(kuò)大工程的效益,另一方面也要注意不斷地降低工程的成本。不宜盲目追求自動(dòng)化和高指標(biāo)。四、適應(yīng)發(fā)展的需要適當(dāng)考慮到今后控制系統(tǒng)發(fā)展和完善的需要,在選擇PLC的型號(hào)、I／O點(diǎn)數(shù)和存儲(chǔ)器容量等內(nèi)容時(shí),應(yīng)留有適當(dāng)?shù)挠嗔?以利于系統(tǒng)的調(diào)整和擴(kuò)充。2.2.2PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的步驟設(shè)計(jì)PLC應(yīng)用系統(tǒng)時(shí),首先是進(jìn)行PLC應(yīng)用系統(tǒng)的功能設(shè)計(jì),即根據(jù)被控對(duì)象的功能和工藝要求,明確系統(tǒng)必須要做的工作和因此必備的條件。然后是進(jìn)行PLC應(yīng)用系統(tǒng)的功能分析,即通過(guò)分析系統(tǒng)功能,提出PLC控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)形式,控制信號(hào)的種類、數(shù)量,系統(tǒng)的規(guī)模、布局。最后根據(jù)系統(tǒng)分析的結(jié)果,具體確定PLC的機(jī)型和系統(tǒng)的具體配置。PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)可以按以下步驟進(jìn)行：一、分析被控對(duì)象并提出控制要求、制定控制方案詳細(xì)分析被控對(duì)象的工藝過(guò)程及工作特點(diǎn),了解被控對(duì)象機(jī)、電、液之間的配合,提出被控對(duì)象對(duì)PLC控制系統(tǒng)的控制要求,確定控制方案,擬定設(shè)計(jì)任務(wù)書。二、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(hào)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(diǎn)數(shù)。三、選擇PLCPLC選擇包括對(duì)PLC的機(jī)型、容量、I/O模塊、電源等的選擇。四、分配I/O點(diǎn)并設(shè)計(jì)PLC外圍硬件線路1、分配I/O點(diǎn)：畫出PLC的I/O點(diǎn)與輸入/輸出設(shè)備的連接圖或?qū)?yīng)關(guān)系表。2、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(jìn)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。到此為止系統(tǒng)的硬件電氣線路已經(jīng)確定。五、程序設(shè)計(jì)1、程序設(shè)計(jì)：〔1控制程序；〔2初始化程序；〔3檢測(cè)、故障診斷和顯示等程序；〔4保護(hù)和連鎖程序。2、模擬調(diào)試：根據(jù)產(chǎn)生現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)的方式不同,模擬調(diào)試有硬件模擬法和軟件模擬法兩種形式。六、硬件實(shí)施1、設(shè)計(jì)控制柜和操作臺(tái)等部分的電器布置圖及安裝接線圖；2、設(shè)計(jì)系統(tǒng)各部分之間的電氣互連圖；3、根據(jù)施工圖紙進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)接線,并進(jìn)行詳細(xì)檢查。七、聯(lián)機(jī)調(diào)試聯(lián)機(jī)調(diào)試是將通過(guò)模擬調(diào)試的程序進(jìn)一步進(jìn)行在線統(tǒng)調(diào)。聯(lián)機(jī)調(diào)試過(guò)程應(yīng)循序漸進(jìn),從PLC只連接輸入設(shè)備、再連接輸出設(shè)備、再接上實(shí)際負(fù)載等逐步進(jìn)行調(diào)試。如不符合要求,則對(duì)硬件和程序作調(diào)整。通常只需修改部份程序即可。全部調(diào)試完畢后,交付試運(yùn)行。經(jīng)過(guò)一段時(shí)間運(yùn)行,如果工作正常、程序不需要修改,應(yīng)將程序固化到EPROM中,以防程序丟失。八、整理和編寫技術(shù)文件技術(shù)文件包括設(shè)計(jì)說(shuō)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(shuō)明書等。圖2-3PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)步驟第三章控制系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)方案3.1系統(tǒng)的設(shè)計(jì)任務(wù)溫室大棚的作用是調(diào)節(jié)植物生長(zhǎng)的環(huán)境因素,從而避免四季的氣候變化和惡劣氣候?qū)χ参锷L(zhǎng)的不良影響,為植物提供一個(gè)良好的生長(zhǎng)環(huán)境,促進(jìn)植物的生長(zhǎng)發(fā)育,防止病蟲害,以達(dá)到增加產(chǎn)量的目的。溫室中的溫度、光照、濕度、CO2濃度、土壤酸堿度等因素對(duì)植物的生長(zhǎng)起著重要作用。本設(shè)計(jì)的主要控制對(duì)象為溫室中的溫度、光照和二氧化碳濃度,應(yīng)用溫度傳感器、光照度傳感器和二氧化碳濃度傳感器對(duì)各環(huán)境因子進(jìn)行檢測(cè)。溫度的調(diào)節(jié)主要通過(guò)通風(fēng)窗、加熱器的動(dòng)作來(lái)進(jìn)行解決,光照度主要通過(guò)發(fā)光體和遮陽(yáng)簾來(lái)調(diào)節(jié),CO2濃度主要通過(guò)CO2添加器進(jìn)行補(bǔ)償。本溫室控制系統(tǒng)就是依據(jù)室內(nèi)外裝設(shè)的溫度傳感器、光照傳感器、CO2傳感器等采集或觀測(cè)的溫室內(nèi)的溫度、光照強(qiáng)度、CO2濃度等環(huán)境參數(shù)信息,通過(guò)控制設(shè)備對(duì)溫室通風(fēng)窗、加熱器、發(fā)光體、遮陽(yáng)簾、CO2添加器等執(zhí)行機(jī)構(gòu)的控制,對(duì)溫室環(huán)境環(huán)境因素進(jìn)行調(diào)節(jié)控制以達(dá)到栽培作物生長(zhǎng)發(fā)育的需要,為作物生長(zhǎng)發(fā)育提供最適宜的生態(tài)環(huán)境,以大幅度提高作物的產(chǎn)量和品質(zhì)。3.2系統(tǒng)的控制方案在溫室大棚中,上述控制任務(wù)的實(shí)現(xiàn)需要有一套完善的硬、軟件溫室系統(tǒng)進(jìn)行控制。該溫室大棚控制系統(tǒng)以PLC為控制中心,采用傳感器對(duì)溫室溫度、光照、二氧化碳濃度等環(huán)境因素進(jìn)行測(cè)量,并將結(jié)果送到PLC中。由PLC對(duì)結(jié)果進(jìn)行處理,然后調(diào)控各設(shè)備對(duì)環(huán)境因子進(jìn)行補(bǔ)嘗?？紤]到實(shí)際生產(chǎn)生活中的安全性與可靠性,本控制系統(tǒng)設(shè)有手動(dòng)、自動(dòng)兩種工作模式,自動(dòng)方式是指周期性地進(jìn)行PLC控制的方式；而手動(dòng)方式則是指在出現(xiàn)應(yīng)急情況等一些突發(fā)事件時(shí),通過(guò)手動(dòng)操作控制執(zhí)行器件的工作。自動(dòng)工作中,如果被檢測(cè)量溫度高于設(shè)定值,PLC就會(huì)發(fā)出相應(yīng)的指令控制開啟通風(fēng)窗和冷風(fēng)機(jī)；如果測(cè)量值與設(shè)定值相等,則關(guān)閉通風(fēng)窗和冷風(fēng)機(jī)；如果測(cè)量值低于設(shè)定值,則打開加熱器和熱風(fēng)機(jī)對(duì)溫室進(jìn)行加溫。當(dāng)溫室的光照低于設(shè)定值時(shí),系統(tǒng)打開遮陽(yáng)簾或開啟發(fā)光體；當(dāng)溫室的光照高于設(shè)定值時(shí),系統(tǒng)關(guān)閉遮陽(yáng)簾或發(fā)光體。當(dāng)溫室的二氧化碳濃度低于設(shè)定值,系統(tǒng)開啟二氧化碳添加器。通過(guò)溫度,光照和二氧化碳濃度的設(shè)定與調(diào)節(jié)達(dá)到適應(yīng)不同植物生長(zhǎng)的需求,從而廣泛應(yīng)用到實(shí)際中。本設(shè)計(jì)的特點(diǎn)是成本低廉,節(jié)約資源,提高產(chǎn)量,實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)價(jià)值最大化。該溫室控制系統(tǒng)的總體框圖如下所示。圖3-1系統(tǒng)總體框圖3.3系統(tǒng)的工作原理該溫室大棚控制系統(tǒng)由PLC系統(tǒng)、傳感器系統(tǒng)、執(zhí)行部件等幾個(gè)部分組成。該溫室控制系統(tǒng)以PLC為控制中心,通過(guò)溫度傳感器、光照傳感器、二氧化碳濃度傳感器采集溫室中環(huán)境因子的有關(guān)參數(shù),經(jīng)變送轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)電流信號(hào)〔4~20mA后經(jīng)由S7-200的模擬量輸入模塊EM235送入PLC控制器,PLC再通過(guò)PID控制算法將采集的參數(shù)與已設(shè)定的值進(jìn)行分析處理,輸出開關(guān)量,對(duì)執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行控制。在此系統(tǒng)中還可以通過(guò)串口的形式與PC機(jī)相連,從而實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的管理與存儲(chǔ),為以后植物生長(zhǎng)的研究帶來(lái)寶貴資料。第四章控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)在掌握了PLC的硬件構(gòu)成、工作原理、指令系統(tǒng)以及編程環(huán)境后,就可以以PLC作為主要控制器來(lái)構(gòu)造PLC控制系統(tǒng)。PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)主要包括硬件設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì)兩部分。本章主要從硬件設(shè)計(jì)角度進(jìn)行溫室控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)方案,本章節(jié)主要介紹了該項(xiàng)目的電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)、PLC硬件電路及外部配置設(shè)計(jì)。4.1電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)4.1.1系統(tǒng)主電路設(shè)計(jì)圖4-1系統(tǒng)主電路圖系統(tǒng)的主電路如圖所示,其中通風(fēng)扇電機(jī)、遮陽(yáng)簾電機(jī)〔遮陽(yáng)簾風(fēng)機(jī)配有限位開關(guān)除功率有所不同之外,需通過(guò)電機(jī)正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)和停止來(lái)完成相應(yīng)機(jī)構(gòu)的開啟與閉合,因此它們的工作主電路相似。熱風(fēng)機(jī)、冷風(fēng)機(jī)、加熱器、發(fā)光體、CO2添加器則屬于開/關(guān)設(shè)備。QK為刀開關(guān),用于控制整個(gè)主電路的啟停；FU1～FU7為熔斷器,分別對(duì)各個(gè)分線路實(shí)施短路和過(guò)載保護(hù)；FR1～FR5為熱繼電器,對(duì)電機(jī)、加熱器起過(guò)載保護(hù)的作用。KM1～KM9為交流接觸器的主觸頭,用其實(shí)現(xiàn)電機(jī)的正反轉(zhuǎn)、停止以及風(fēng)機(jī)等開/關(guān)設(shè)備的啟?？刂啤?.1.2系統(tǒng)控制電路設(shè)計(jì)從系統(tǒng)主電路圖中,可以看出執(zhí)行機(jī)構(gòu)系統(tǒng)包括遮陽(yáng)簾、通風(fēng)扇、熱風(fēng)機(jī)、冷風(fēng)機(jī)、加熱器、發(fā)光體和CO2添加器等部分。通常,溫室的執(zhí)行機(jī)構(gòu)可分為兩大類:一類是正反轉(zhuǎn)運(yùn)行電機(jī),如通風(fēng)扇、遮陽(yáng)簾等,這些電機(jī)需要正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)和停止,必須有限位開關(guān)；另一類是開關(guān)控制設(shè)備,如風(fēng)機(jī)、水泵等。一、正反轉(zhuǎn)設(shè)備通風(fēng)扇、遮陽(yáng)簾均屬于正反轉(zhuǎn)設(shè)備,其控制電路相似,現(xiàn)以遮陽(yáng)簾為例,做以下介紹。1、遮陽(yáng)簾主電路其電路中的熔斷器FU2起到過(guò)電流保護(hù)的作用,熱繼電器FR2則是電機(jī)的過(guò)載保護(hù),主要針對(duì)遮陽(yáng)簾由于外界原因打不開或關(guān)閉不了的情況。而KM3、KM4在電路中起到控制電機(jī)正轉(zhuǎn)與反轉(zhuǎn)的功能,即遮陽(yáng)簾的拉開與關(guān)閉。圖4-2遮陽(yáng)簾主電路圖2、遮陽(yáng)簾控制電路圖4-3遮陽(yáng)簾控制電路原理圖遮陽(yáng)簾控制電路原理圖如圖4-3所示,SB1為手動(dòng)/自動(dòng)的切換開關(guān),SB2為總啟動(dòng)按鈕,SB3為總停止按鈕。按下總啟動(dòng)按鈕SB2,交流接觸器KM10的線圈得電,同時(shí)KM10的常開觸點(diǎn)閉合,起自鎖作用。在手動(dòng)狀態(tài)下,SB4為開簾、關(guān)簾切換按鈕,當(dāng)SB4切換至開簾模式,交流接觸器KM3的線圈得電,此時(shí)電機(jī)正轉(zhuǎn),遮陽(yáng)簾打開,當(dāng)遮陽(yáng)簾開啟到最大位置后觸碰到限位開關(guān)SQ1,其常閉觸點(diǎn)斷開,KM3的線圈失電,電機(jī)停止轉(zhuǎn)動(dòng)；同理當(dāng)SB4切換至關(guān)簾模式,遮陽(yáng)簾關(guān)閉,到關(guān)閉的最大位置后,電機(jī)停轉(zhuǎn)；按下按鈕SB3,KM10的線圈失電,遮陽(yáng)簾停止動(dòng)作,用于急停操作。在自動(dòng)狀態(tài)下,由PLC控制器實(shí)現(xiàn)控制,中間接觸器KM3的線圈得電時(shí),其常開觸點(diǎn)閉合,遮陽(yáng)簾開啟；中間接觸器KM4的線圈得電時(shí),其常開觸點(diǎn)閉合,遮陽(yáng)簾閉合。遮陽(yáng)簾等正反轉(zhuǎn)設(shè)備何時(shí)開啟或閉合由硬件、算法和程序共同決定,在下面章節(jié)中將著重介紹。二、開/關(guān)設(shè)備熱風(fēng)機(jī)、冷風(fēng)機(jī)、加熱器、發(fā)光體、CO2添加器均屬于開/關(guān)設(shè)備,其控制電路相似,現(xiàn)以熱風(fēng)機(jī)為例,做以下介紹。熱風(fēng)機(jī)主電路風(fēng)機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)主要由電機(jī)的通斷來(lái)實(shí)現(xiàn),可以由一個(gè)繼電器來(lái)實(shí)現(xiàn)風(fēng)機(jī)的控制,在電路中必須加有短路保護(hù)、過(guò)流保護(hù)、過(guò)載保護(hù),而這些可以由熱繼電器、熔斷器來(lái)實(shí)現(xiàn)電路中的保護(hù)。由以上要求可以設(shè)計(jì)如下的電路：圖4-4熱風(fēng)機(jī)主電路圖熱風(fēng)機(jī)控制電路圖4-5熱風(fēng)機(jī)控制電路圖熱風(fēng)機(jī)控制電路原理圖如圖4-5所示,SB1為手動(dòng)/自動(dòng)的切換開關(guān)。按下按鈕SB2,交流接觸器KM10的線圈得電,同時(shí)KM10的常開觸點(diǎn)閉合,起自鎖作用。在手動(dòng)狀態(tài)下,SB6為啟停旋鈕。將旋鈕SB6旋至啟動(dòng)狀態(tài),此時(shí)熱風(fēng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)；將旋鈕SB6旋至停止?fàn)顟B(tài),熱電機(jī)停止工作。在自動(dòng)狀態(tài)下,由PLC控制器實(shí)現(xiàn)控制,中間接觸器KM5得電時(shí),其常開觸點(diǎn)閉合,熱風(fēng)機(jī)運(yùn)行。熱風(fēng)機(jī)等開/關(guān)設(shè)備的啟停同樣由硬件、算法和程序共同決定,在下面章節(jié)中將作詳細(xì)介紹。4.2PLC硬件電路的設(shè)計(jì)4.2.1PLC型號(hào)選擇一、PLC的I/O點(diǎn)數(shù)根據(jù)系統(tǒng)的控制要求,可確定系統(tǒng)所需的全部輸入設(shè)備〔如：按紐、限位開關(guān)、單刀雙擲開關(guān)及各種傳感器等和輸出設(shè)備〔如：接觸器、電磁閥、信號(hào)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,最終確定PLC的I/O點(diǎn)數(shù)為14個(gè)數(shù)字量輸入,10個(gè)數(shù)字量輸出,3個(gè)模擬量輸入。二、PLC的選型S7系列可編程控制器包括S7-200系列、S7-300系列和S7-400系列。其功能強(qiáng)大,分別應(yīng)用于小型、中型和大型自動(dòng)化系統(tǒng)。本控制系統(tǒng)采用德國(guó)西門子S7-200PLC。S7-200系列PLC是西門子公司生產(chǎn)的一種小型整體式結(jié)構(gòu)可編程序控制器。S7-200系列PLC廣泛應(yīng)用于集散自動(dòng)化系統(tǒng),使用范圍覆蓋機(jī)床、機(jī)械、電力設(shè)施、民用設(shè)施、環(huán)境保護(hù)設(shè)備等自動(dòng)化控制領(lǐng)域,既可用于繼電器簡(jiǎn)單控制的更新?lián)Q代,又可實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的自動(dòng)化控制。因此S7-200系列具有極高的性能/價(jià)格比。S7-200系列的PLC有CPU221、CPU222、CPU224、CPU224XP、CPU226、CPU226XM等6種不同型號(hào)。其中CPU226集成24輸入/16輸出共40個(gè)數(shù)字量I/O點(diǎn),可連接7個(gè)擴(kuò)展模塊,最大擴(kuò)展至248路數(shù)字量I/O點(diǎn)或35路模擬量I/O點(diǎn),具有13K字節(jié)程序和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)空間,6個(gè)獨(dú)立的30kHz高速計(jì)數(shù)器,2路獨(dú)立的20kHz高速脈沖輸出,具有PID控制器,2個(gè)RS485通訊/編程口,具有PPI通訊協(xié)議、MPI通訊協(xié)議和自由方式通訊能力。此控制系統(tǒng)的I/O點(diǎn)數(shù)為14輸入9輸出,在既能實(shí)現(xiàn)該系統(tǒng)控制要求,又能滿足以后發(fā)展的前提下,選用的S7-200系列的CPU226。4.2.2PLCI/O地址分配根據(jù)系統(tǒng)的控制要求,控制系統(tǒng)的I/O地址如下表分配。表4-1輸入端口分配表序號(hào)輸入口信號(hào)名稱備注符號(hào)0102030405060708091011121314I0.0手動(dòng)/自動(dòng)切換旋鈕SB1I0.1總啟動(dòng)按鈕SB2I0.2總停止按鈕SB3I0.3遮陽(yáng)簾開限位限位開關(guān)SQ1I0.4遮陽(yáng)簾關(guān)限位限位開關(guān)SQ2I0.5遮陽(yáng)簾開簾單刀雙擲開關(guān)SB4I0.6遮陽(yáng)簾關(guān)簾單刀雙擲開關(guān)SB4I0.7通風(fēng)扇正轉(zhuǎn)單刀雙擲開關(guān)SB5I1.0通風(fēng)扇反轉(zhuǎn)單刀雙擲開關(guān)SB5I1.1熱風(fēng)機(jī)啟停旋鈕SB6I1.2冷風(fēng)機(jī)啟停旋鈕SB7I1.3加熱器啟停旋鈕SB8I1.4補(bǔ)光燈啟停旋鈕SB9I1.5CO2添加器啟停旋鈕SB10151617AIW0溫度傳感器AIW2光照度傳感器AIW4CO2濃度傳感器表4-2輸出端口分配表序號(hào)輸出口控制信號(hào)備注符號(hào)01020304050607080910Q0.0通風(fēng)扇正轉(zhuǎn)接觸器KM1Q0.1通風(fēng)扇反轉(zhuǎn)接觸器KM2Q0.2遮陽(yáng)簾開簾接觸器KM3Q0.3遮陽(yáng)簾關(guān)簾接觸器KM4Q0.4熱風(fēng)機(jī)接觸器KM5Q0.5冷風(fēng)機(jī)接觸器KM6Q0.6加熱器接觸器KM7Q0.7補(bǔ)光燈接觸器KM8Q1.0CO2添加器接觸器KM9Q1.1啟動(dòng)指示燈接觸器KM104.2.3硬件接線圖設(shè)計(jì)本次設(shè)計(jì)選用S7-200系列的CPU226,硬件接線圖如圖4-6所示。圖4-6硬件接線圖4.3PLC的硬件配置4.3.1傳感器一、溫度傳感器根據(jù)溫室溫度控制的特點(diǎn),本文的溫度傳感器可采用芬蘭維薩拉公司型號(hào)為HMD40的產(chǎn)品,該款傳感器具有測(cè)量精度高,易于安裝、響應(yīng)速度快,對(duì)環(huán)境要求較低等特點(diǎn),其外觀如圖4-7所示。圖4-7HMD40型溫/濕度傳感變送器實(shí)物圖該傳感器的主要性能指標(biāo)如下：1、溫度檢測(cè)范圍：-10～60℃；測(cè)量精度：±0.3%℃；2、濕度檢測(cè)范圍：0～100%RH；測(cè)量精度：±1.5%RH；3、工作電壓：10～28VDC；4、輸出信號(hào)：4～20mA。二、光照傳感器光控用于控制遮陽(yáng)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(guò)光飽合點(diǎn),提高光合作用；實(shí)現(xiàn)對(duì)長(zhǎng)日照作物、中日照作物和短日照作物的光照控制。光照度傳感器采用北京易盛泰和科技有限公司產(chǎn)品型號(hào)Poi88-c光照度傳感器。該傳感器采用先進(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)的電壓及電流信號(hào),體積小,安裝方便,線性度好,傳輸距離長(zhǎng),抗干擾能力強(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)。1、量程：O-200K1UX、O-20K10X、0—2000可選；2、供電電壓：24VDC／12VDC；3、輸出信號(hào)：20—4mA,10V—OV可選；4、精度：±2％。三、CO2濃度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(zhǎng)、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,可廣泛用于自動(dòng)通風(fēng)換氣系統(tǒng)或是C02氣體的長(zhǎng)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：1、測(cè)量范圍：0～5000ppm；2、使用壽命：2000天；3、內(nèi)部熱敏電阻<補(bǔ)償用>：100kQ±5％：4、使用溫度：一10～+50℃5、使用濕度5～95％RH。4.3.2EM235模擬量輸入/輸出模塊在控制系統(tǒng)中,傳感器將檢測(cè)到的溫度轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)電壓或電流信號(hào),系統(tǒng)需要配置模擬量輸入模塊,將電壓或電流信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)再送入PLC中進(jìn)行處理。在這里我們選擇西門子的EM235模擬量輸入/輸出模塊。一、EM235模擬量輸入/輸出模塊簡(jiǎn)介EM235模塊是組合強(qiáng)功率精密線性電流互感器、意法半導(dǎo)體〔ST單片集成變送器ASIC芯片于一體的新一代交流電流隔離變送器模塊,它可以直接將被測(cè)主回路交流電流轉(zhuǎn)換成按線性比例輸出的DC4～20mA〔通過(guò)250Ω電阻轉(zhuǎn)換DC1～5V或通過(guò)500Ω電阻轉(zhuǎn)換DC2～10V標(biāo)準(zhǔn)信號(hào),連續(xù)輸送到接收裝置。EM235模塊具有4路模擬量輸入/1路模擬量輸出。EM235需要直流24V的工作電源。它利用DIP開關(guān)設(shè)置輸入信號(hào)的量程。表4-3所示為如何用DIP開關(guān)設(shè)置EM235模塊。通過(guò)開關(guān)1～6可選擇模擬量輸入范圍。DIP開關(guān)SW6決定模擬量輸入的單雙極性,當(dāng)SW6為ON時(shí),模擬量輸入為單極性輸入,SW6為OFF時(shí),模擬量輸入為雙極性輸入,SW4和SW5決定輸入模擬量的增益選擇,而SW1,SW2,SW3共同決定了模擬量的衰減選擇。所有的輸入設(shè)置成相同的模擬量輸入范圍。表中,ON為接通,OFF為斷開。表4-3EM235選擇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到50mV12.5μVOFFONOFFONOFFON0到100mV25μVONOFFOFFOFFONON0到500mV125uAOFFONOFFOFFONON0到1V250μVONOFFOFFOFFOFFON0到5V1.25mVONOFFOFFOFFOFFON0到20mA5μAOFFONOFFOFFOFFON0到10V2.5mV根據(jù)溫室控制系統(tǒng)中的控制模塊,經(jīng)由傳感器測(cè)得的溫度、光照度、CO2的測(cè)量值均為單極性,選擇0到10V的量程,故設(shè)置DIP開關(guān)為010001。二、EM235模擬量輸入輸出模塊的使用EM235模擬量輸入輸出混合模塊輸入信號(hào)整定的步驟：在模塊脫離電源的條件下,通過(guò)DIP開關(guān)選擇需要的輸入范圍。2、接通CPU及模塊電源,并使模塊穩(wěn)定15分鐘。3、用一個(gè)電壓源或電流源,給模塊輸入一個(gè)零值信號(hào)。4、調(diào)節(jié)偏置電位器,使模擬量輸入寄存器的讀數(shù)為零或所需要的數(shù)值。5、將一個(gè)滿刻度的信號(hào)加到模塊輸入端,調(diào)節(jié)增益電位器,直到讀數(shù)為32000,或所需要的數(shù)值。經(jīng)上述調(diào)整后,若輸入最大值為0～10V的模擬量信號(hào),則對(duì)應(yīng)的數(shù)字量結(jié)果應(yīng)為32000或所需數(shù)字,其關(guān)系如圖所示。圖4-8EM235轉(zhuǎn)換曲線三、EM235模塊模擬量I/O接線示意圖如圖所示為EM235模塊模擬量I/O接線示意圖。24VDC電源正極接入模塊左下方L+端子,負(fù)極接入M端子。EM235模塊的上部端子排為標(biāo)注A、B、C、D的四路模擬量輸入接口,可分別接入標(biāo)準(zhǔn)電壓、電流信號(hào)。為電壓輸入時(shí),如A口所示,電壓信號(hào)正極接入A+端,負(fù)極接入A-端,RA端懸空。為電流輸入時(shí),如B口所示,須將RB與B+短接,然后與電流信號(hào)輸出端相連,電流信號(hào)輸入端則接入B-借口。若4個(gè)接口未能全部使用,如C口所示,未用的接口要將C+與C-端用短路子短接,以免受到外部干擾。下部端子為一路模擬量輸出端的3個(gè)接線端子MO、VO、IO,其中MO為數(shù)字接地接口,VO為電壓輸輸出接口,IO為電流輸出接口。若為電壓負(fù)載,則將負(fù)載接入MO、VO接口,若為電流負(fù)載則接入MO、IO接口。圖4-5EM235接線圖第五章控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)主要包括硬件設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì)兩部分。本章節(jié)在硬件設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上,詳細(xì)介紹本項(xiàng)目的軟件設(shè)計(jì),主要包括軟件設(shè)計(jì)的基本步驟、方法、編程軟件STEP7-Micro/WIN的介紹以及本項(xiàng)目的程序設(shè)計(jì)。5.1PLC程序設(shè)計(jì)的方法PLC程序設(shè)計(jì)常用的方法主要有經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)法、電路轉(zhuǎn)換梯形圖法、邏輯設(shè)計(jì)法、順序控制設(shè)計(jì)法等。一、經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)法：即根據(jù)前人總結(jié)的典型控制電路程序,再按照設(shè)計(jì)中被對(duì)象的具體要求,把典型程序進(jìn)行重新組合,而且需要反復(fù)調(diào)試和修改,得到現(xiàn)在系統(tǒng)所需要的梯形圖,有時(shí)僅僅這些還不能滿足要求,還需要增加中間環(huán)節(jié),才能得出符合要求的系統(tǒng)。這種方法沒(méi)有一定的規(guī)律可遵循,設(shè)計(jì)所用的時(shí)間和設(shè)計(jì)質(zhì)量與設(shè)計(jì)者的經(jīng)驗(yàn)有很大的關(guān)系,故稱為經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)法。二、繼電器控制電路轉(zhuǎn)換為梯形圖法：用PLC的外部硬件接線和梯形圖軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)繼電器控制系統(tǒng)的功能。三、順序控制設(shè)計(jì)法：根據(jù)功能流程圖,以步為核心,從起始步開始一步一步地設(shè)計(jì)下去,直至完成。此法的關(guān)鍵是畫出功能流程圖。四、邏輯設(shè)計(jì)法：通過(guò)中間量把輸入和輸出聯(lián)系起來(lái)。實(shí)際上就找到輸出和輸入的關(guān)系,完成設(shè)計(jì)任務(wù)。本次設(shè)計(jì)采用的就是經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)法。5.2編程軟件STEP7-Micro/WIN概述STEP7-Micro/WIN32編程軟件是基于Windows的應(yīng)用軟件,由西門子公司專為S7-200系列可編程控制器設(shè)計(jì)開發(fā),它功能強(qiáng)大,既可用于開發(fā)用戶程序,又可以實(shí)時(shí)監(jiān)控用戶程序的執(zhí)行狀態(tài)。編程軟件的具體功能如下?？梢杂锰菪螆D、語(yǔ)句表和功能塊圖編程?？梢赃M(jìn)行符號(hào)編程,通過(guò)符號(hào)表分配符號(hào)和絕對(duì)地址,即對(duì)編程元件定義符號(hào)名稱,增加程序的可讀性,并可打印輸出。支持三角函數(shù),開方,對(duì)數(shù)運(yùn)算功能。具有易于使用的組態(tài)向?qū)А？捎糜贑PU硬件配置。可以將STEP7-Micro/WIN正在處理的程序與所連接的PLC中的程序進(jìn)行比較。5.3控制系統(tǒng)的程序設(shè)計(jì)5.3.1程序的設(shè)計(jì)思路本控制系統(tǒng)設(shè)有手動(dòng)、自動(dòng)兩種工作模式,自動(dòng)模式為正常運(yùn)行狀態(tài),手動(dòng)模式用于應(yīng)對(duì)一些突發(fā)情況。在自動(dòng)工作模式下,PLC運(yùn)行時(shí),將傳感器對(duì)溫室溫度、光照、二氧化碳濃度等環(huán)境因素進(jìn)行檢測(cè)的測(cè)量值與溫室控制系統(tǒng)的設(shè)定值進(jìn)行比較,如果溫度的檢測(cè)量高于設(shè)定值,PLC就會(huì)發(fā)出相應(yīng)的指令控制冷風(fēng)機(jī)的開啟和通風(fēng)扇正轉(zhuǎn)〔將溫室中的空氣排向外界；如果測(cè)量值低于設(shè)定值,則打開加熱器和熱風(fēng)機(jī),對(duì)溫室進(jìn)行加溫,并使通風(fēng)扇反轉(zhuǎn)〔將外界的空氣引入溫室。當(dāng)溫室的光照低于設(shè)定值時(shí),系統(tǒng)打開遮陽(yáng)簾和補(bǔ)光燈；當(dāng)溫室的光照高于設(shè)定值時(shí),系統(tǒng)關(guān)閉遮陽(yáng)簾。當(dāng)溫室的二氧化碳濃度低于設(shè)定值,系統(tǒng)開啟二氧化碳調(diào)節(jié)閥。如果溫室中的測(cè)量值與設(shè)定值相等,則關(guān)閉關(guān)閉相應(yīng)設(shè)備,保持溫室中的環(huán)境參數(shù)。5.3.2控制程序流程圖溫度控制流程圖溫室大棚的溫度控制流程圖如圖5-1所示。圖5-1溫度控制流程圖二、光照控制流程圖溫室大棚的光照控制流程圖如圖5-2所示。圖5-2光照控制流程圖CO2濃度控制流程圖溫室大棚的CO2濃度控制流程圖如圖5-3所示。圖5-3CO2濃度控制流程圖5.3.3控制程序設(shè)計(jì)及分析一、自動(dòng)/手動(dòng)切換I0.0為自動(dòng)/手動(dòng)切換,I0.1為總啟動(dòng),當(dāng)I0.1=1時(shí),Q1.1得電,啟動(dòng)燈亮,I0.2為總停止,當(dāng)I0.0=1,I0.1=1時(shí),中間繼電器M0.0得電,系統(tǒng)的運(yùn)行方式為自動(dòng)模式；當(dāng)I0.0=0,I0.1=1時(shí),中間繼電器M0.1得電,系統(tǒng)的運(yùn)行方式為手動(dòng)模式。二、溫度控制當(dāng)中間繼電器M0.0得電時(shí),系統(tǒng)的運(yùn)行方式為自動(dòng)模式。在自動(dòng)情況下,溫度傳感器將測(cè)得的模擬量通過(guò)模擬量輸入模塊EM235送入PLC中,通過(guò)整數(shù)比較指令,將溫度傳感器檢測(cè)到的測(cè)量值A(chǔ)IW0與設(shè)定值"25度"進(jìn)行比較,當(dāng)AIW0>25時(shí),中間繼電器M0.2得電,啟動(dòng)降溫設(shè)備；當(dāng)AIW0<25時(shí),中間繼電器M0.3得電,啟動(dòng)升溫設(shè)備。當(dāng)中間繼電器M0.1得電時(shí),系統(tǒng)的運(yùn)行方式為手動(dòng)模式?？赏ㄟ^(guò)控制相應(yīng)的按鈕——通風(fēng)扇正轉(zhuǎn)I0.7、通風(fēng)扇反轉(zhuǎn)I1.0、熱風(fēng)機(jī)I1.1、冷風(fēng)機(jī)I1.2、加熱器I1.3,進(jìn)行溫室大棚溫度的手動(dòng)控制。在溫室大棚的溫度控制過(guò)程中,自動(dòng)模式下,當(dāng)溫度傳感器測(cè)量的溫度值高于設(shè)定的溫度值時(shí),中間繼電器M0.2得電,通風(fēng)扇正轉(zhuǎn),將溫室中的熱空氣排入外界,與外界交換空氣；手動(dòng)模式下,將控制通風(fēng)扇正反轉(zhuǎn)的單刀雙擲開關(guān)撥至"通風(fēng)扇正轉(zhuǎn)",中間繼電器M0.4得電,通風(fēng)扇正轉(zhuǎn)。在溫室大棚的溫度控制過(guò)程中,手動(dòng)模式下,當(dāng)溫度傳感器測(cè)量的溫度值低于設(shè)定的溫度值時(shí),中間繼電器M0.3得電,通風(fēng)扇正轉(zhuǎn),將外界的空氣引入溫室,與外界交換空氣；手動(dòng)模式下,將控制通風(fēng)扇正反轉(zhuǎn)的單刀雙擲開關(guān)撥至"通風(fēng)扇反轉(zhuǎn)",中間繼電器M0.5得電,通風(fēng)扇反轉(zhuǎn)。在溫室大棚的溫度控制過(guò)程中,手動(dòng)模式下,當(dāng)溫度傳感器測(cè)量的溫度值低于設(shè)定的溫度值時(shí),中間繼電器M0.3得電,熱風(fēng)機(jī)啟動(dòng)；手動(dòng)模式下,按下熱風(fēng)機(jī)啟動(dòng)按鈕,中間繼電器M0.6得電,熱風(fēng)機(jī)啟動(dòng)。在溫室大棚的溫度控制過(guò)程中,自動(dòng)模式下,當(dāng)溫度傳感器測(cè)量的溫度值高于設(shè)定的溫度值時(shí),中間繼電器M0.2得電,冷風(fēng)機(jī)啟動(dòng)；手動(dòng)模式下,按下冷風(fēng)機(jī)啟動(dòng)按鈕,中間繼電器M0.7得電,冷風(fēng)機(jī)啟動(dòng)。在溫室大棚的溫度控制過(guò)程中,手動(dòng)模式下,當(dāng)溫度傳感器測(cè)量的溫度值低于設(shè)定的溫度值時(shí),中間繼電器M0.3得電,加熱器啟動(dòng)；手動(dòng)模式下,按下加熱器啟動(dòng)按鈕,中間繼電器M1.0得電,加熱器啟動(dòng)。三、光照控制當(dāng)中間繼電器M0.0得電時(shí),系統(tǒng)的運(yùn)行方式為自動(dòng)模式。在自動(dòng)情況下,光照傳感器將測(cè)得的模擬量通過(guò)模擬量輸入模塊EM235送入PLC中,通過(guò)整數(shù)比較指令,將溫度傳感器檢測(cè)到的測(cè)量值A(chǔ)IW2與設(shè)定值"20"進(jìn)行比較,當(dāng)AIW0>20時(shí),中間繼電器M2.0得電,啟動(dòng)補(bǔ)光設(shè)備；當(dāng)AIW2<20時(shí),中間繼電器M2.1得電,啟動(dòng)補(bǔ)光設(shè)備。當(dāng)中間繼電器M0.1得電時(shí),系統(tǒng)的運(yùn)行方式為手動(dòng)模式?？赏ㄟ^(guò)控制相應(yīng)的按鈕——遮陽(yáng)簾開簾I0.5、遮陽(yáng)簾關(guān)簾I0.6、補(bǔ)光燈I1.4,進(jìn)行溫室大棚光照強(qiáng)度的手動(dòng)控制。在溫室大棚的光照控制過(guò)程中,自動(dòng)模式下,當(dāng)光照傳感器測(cè)量的光照強(qiáng)度低于設(shè)定的光照值時(shí),中間繼電器M2.1得電,遮陽(yáng)簾開簾補(bǔ)光；手動(dòng)模式下,將控制遮陽(yáng)簾開關(guān)簾的單刀雙擲開關(guān)撥至"遮陽(yáng)簾開簾",中間繼電器M2.2得電,遮陽(yáng)簾開簾補(bǔ)光。在溫室大棚的光照控制過(guò)程中,自動(dòng)模式下,當(dāng)光照傳感器測(cè)量的光照強(qiáng)度高于設(shè)定的光照值時(shí),中間繼電器M2.0得電,遮陽(yáng)簾關(guān)簾遮光；手動(dòng)模式下,將控制遮陽(yáng)簾開關(guān)簾的單刀雙擲開關(guān)撥至"遮陽(yáng)簾關(guān)簾",中間繼電器M2.3得電,遮陽(yáng)簾關(guān)簾遮光。在溫室大棚的光照控制過(guò)程中,自動(dòng)模式下,當(dāng)光照傳感器測(cè)量的光照強(qiáng)度低于設(shè)定的光照值時(shí),中間繼電器M2.1得電,補(bǔ)光燈開啟補(bǔ)光；手動(dòng)模式下,按下補(bǔ)光燈的啟停按鈕,中間繼電器M2.4得電,補(bǔ)光燈開啟補(bǔ)光。四、CO2濃度控制當(dāng)中間繼電器M0.0得電時(shí),系統(tǒng)的運(yùn)行方式為自動(dòng)模式。在自動(dòng)情況下,CO2濃度傳感器將測(cè)得的模擬量通過(guò)模擬量輸入模塊EM235送入PLC中,通過(guò)整數(shù)比較指令,將CO2濃度傳感器檢測(cè)到的測(cè)量值A(chǔ)IW4與設(shè)定值"1000"進(jìn)行比較,當(dāng)AIW4<1000時(shí),中間繼電器M3.0得電,添加溫室中的CO2。當(dāng)中間繼電器M0.1得電時(shí),系統(tǒng)的運(yùn)行方式為手動(dòng)模式。可通過(guò)控制CO2調(diào)節(jié)閥I1.5,進(jìn)行溫室大棚CO2濃度的手動(dòng)控制。在溫室大棚的CO2濃度控制過(guò)程中,自動(dòng)模式下,當(dāng)CO2濃度傳感器測(cè)量的濃度低于設(shè)定的濃度時(shí),中間繼電器M3.0得電,打開CO2調(diào)節(jié)閥添加CO2；手動(dòng)模式下,按下CO2添加器的啟停按鈕,中間繼電器M3.1得電,打開CO2調(diào)節(jié)閥添加CO2。5.4控制程序的仿真與調(diào)試5.4.1仿真軟件簡(jiǎn)介在本次設(shè)計(jì)中,利用S7-200仿真軟件V3.0漢化版進(jìn)行控制程序的仿真與調(diào)試。該仿真軟件可以仿真大量的S7-200指令〔除部分指令如順序控制指令、循環(huán)指令、高速計(jì)數(shù)器指令和通訊指令等尚無(wú)法支持外,可支持常用的位觸點(diǎn)指令、定時(shí)器指令、計(jì)數(shù)器指令、比較指令、邏輯運(yùn)算指令和大部分的數(shù)學(xué)運(yùn)算指令等。該仿真軟件還提供了數(shù)字信號(hào)輸入開關(guān)、兩個(gè)模擬電位器和LED輸出顯示,仿真軟件同時(shí)還支持對(duì)TD-200文本顯示器的仿真,在實(shí)驗(yàn)條件尚不具備的情況下,完全可以作為學(xué)習(xí)S7-200的一個(gè)輔助工具。5.4.2控制程序的仿真與調(diào)試本部分主要介紹了溫室大棚控制系統(tǒng)的軟件調(diào)試過(guò)程,通過(guò)仿真與調(diào)試檢驗(yàn)其是否符合設(shè)計(jì)初衷,能否達(dá)到相應(yīng)的指標(biāo)?？刂瞥绦虻姆抡娌襟E如下：一、準(zhǔn)備工作仿真軟件不提供源程序的編輯功能,因此必須和STEP7Micro/Win程序編輯軟件配合使用,即在STEP7Micro/Win中編輯好源程序后,然后加載到仿真程序中執(zhí)行。1、在STEP7Micro/Win中編輯好梯形圖2、利用File|Export命令將梯形圖程序?qū)С鰹閿U(kuò)展名為awl的文件,3、如果程序中需要數(shù)據(jù)塊,需要將數(shù)據(jù)塊導(dǎo)出為txt文件。二、程序仿真1、打開S7-200仿真軟件,選擇CPU型號(hào)：CPU226,EM235,載入程序；2、單擊"RUN"鍵,綠色運(yùn)行燈亮,按要求操作輸入點(diǎn),觀測(cè)輸出點(diǎn)的情況,發(fā)現(xiàn)相應(yīng)的點(diǎn)綠色燈亮：3、模擬仿真結(jié)果與控制要求完全一致,程序仿真成功。圖5-4控制程序仿真圖第六章組態(tài)畫面的設(shè)計(jì)方案6.1組態(tài)軟件概述6.1.1組態(tài)的定義MCGS<MonitorandControlGeneratedSystem>是一套基于Windows平臺(tái)的,用于快速構(gòu)造和生成上位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的組態(tài)軟件系統(tǒng),可運(yùn)行于MicrosoftWindows95/98/Me/NT/2000等操作系統(tǒng)。MCGS為用戶提供了解決實(shí)際工程問(wèn)題的完整方案和開發(fā)平臺(tái),能夠完成現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)采集、實(shí)時(shí)和歷史數(shù)據(jù)處理、報(bào)警和安全機(jī)制、流程控制、動(dòng)畫顯示、趨勢(shì)曲線和報(bào)表輸出以及企業(yè)監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)等功能。使用MCGS,用戶無(wú)須具備計(jì)算機(jī)編程的知識(shí),就可以在短時(shí)間內(nèi)輕而易舉地完成一個(gè)運(yùn)行穩(wěn)定,功能成熟,維護(hù)量小并且具備專業(yè)水準(zhǔn)的計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的開發(fā)工作。MCGS具有操作簡(jiǎn)便、可視性好、可維護(hù)性強(qiáng)、高性能、高可靠性等突出特點(diǎn),已成功應(yīng)用于石油化工、鋼鐵行業(yè)、電力系統(tǒng)、水處理、環(huán)境監(jiān)測(cè)、機(jī)械制造、交通運(yùn)輸、能源原材料、農(nóng)業(yè)自動(dòng)化、航空航天等領(lǐng)域,經(jīng)過(guò)各種現(xiàn)場(chǎng)的長(zhǎng)期實(shí)際運(yùn)行,系統(tǒng)穩(wěn)定可靠。6.1.2組態(tài)軟件的系統(tǒng)構(gòu)成<1>MCGS組態(tài)軟件的整體結(jié)構(gòu)MCGS軟件系統(tǒng)包括組態(tài)環(huán)境和運(yùn)行環(huán)境兩個(gè)部分。組態(tài)環(huán)境相當(dāng)于一套完整的工具軟件,幫助用戶設(shè)計(jì)和構(gòu)造自己的應(yīng)用系統(tǒng)。運(yùn)行環(huán)境則按照組態(tài)環(huán)境中構(gòu)造的組態(tài)工程,以用戶指定的方式運(yùn)行,并進(jìn)行各種處理,完成用戶組態(tài)設(shè)計(jì)的目標(biāo)和功能。MCGS組態(tài)軟件由"MCGS組態(tài)環(huán)境"和"MCGS運(yùn)行環(huán)境"兩個(gè)系統(tǒng)組成。兩部分互相獨(dú)立,又緊密相關(guān)。<2>MCGS組態(tài)軟件五大組成部分MCGS組態(tài)軟件所建立的工程由主控窗口、設(shè)備窗口、用戶窗口、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)和運(yùn)行策略五部分構(gòu)成,如圖7-1所示,每一部分分別進(jìn)行組態(tài)操作,完成不同的工作,具有不同的特性。1、主控窗口：是工程的主窗口或主框架。在主控窗口中可以放置一個(gè)設(shè)備窗口和多個(gè)用戶窗口,負(fù)責(zé)調(diào)度和管理這些窗口的打開或關(guān)閉。主要的組態(tài)操作包括：定義工程的名稱,編制工程菜單,設(shè)計(jì)封面圖形,確定自動(dòng)啟動(dòng)的窗口,設(shè)定動(dòng)畫刷新周期,指定數(shù)據(jù)庫(kù)存盤文件名稱及存盤時(shí)間等。2、設(shè)備窗口：是連接和驅(qū)動(dòng)外部設(shè)備的工作環(huán)境。在本窗口內(nèi)配置數(shù)據(jù)采集與控制輸出設(shè)備,注冊(cè)設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序,定義連接與驅(qū)動(dòng)設(shè)備用的數(shù)據(jù)變量。3、用戶窗口：本窗口主要用于設(shè)置工程中人機(jī)交互的界面,諸如：生成各種動(dòng)畫顯示畫面、報(bào)警輸出、數(shù)據(jù)與曲線圖表等。4、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)：是工程各個(gè)部分的數(shù)據(jù)交換與處理中心,它將MCGS工程的各個(gè)部分連接成有機(jī)的整體。在本窗口內(nèi)定義不同類型和名稱的變量,作為數(shù)據(jù)采集、處理、輸出控制、動(dòng)畫連接及設(shè)備驅(qū)動(dòng)的對(duì)象。5、運(yùn)行策略：本窗口主要完成工程運(yùn)行流程的控制。包括編寫控制程序〔if…then腳本程序,選用各種功能構(gòu)件,如：數(shù)據(jù)提取、歷史曲線、定時(shí)器、配方操作、多媒體輸出等。圖7-1MCGS組態(tài)軟件五大部分6.1.3組態(tài)軟件的功能和特點(diǎn)與國(guó)內(nèi)外同類產(chǎn)品相比,MCGS組態(tài)軟件具有以下特點(diǎn)：一、全中文、可視化、面向窗口的組態(tài)開發(fā)界面,符合中國(guó)人的使用習(xí)慣和要求,真正的32位程序,可運(yùn)行于MicrosoftWindows95/98/Me/NT/2000等多種操作系統(tǒng)。二、龐大的標(biāo)準(zhǔn)圖形庫(kù)、完備的繪圖工具集以及豐富的多媒體支持,使您能夠快速地開發(fā)出集圖像、聲音、動(dòng)畫等于一體的漂亮、生動(dòng)的工程畫面。三、全新的ActiveX動(dòng)畫構(gòu)件,包括存盤數(shù)據(jù)處理、條件曲線、計(jì)劃曲線、相對(duì)曲線、通用棒圖等,使您能夠更方便、更靈活地處理、顯示生產(chǎn)數(shù)據(jù)。四、支持目前絕大多數(shù)硬件設(shè)備,同時(shí)可以方便地定制各種設(shè)備驅(qū)動(dòng)；此外,獨(dú)特的組態(tài)環(huán)境調(diào)試功能與靈活的設(shè)備操作命令相結(jié)合,使硬件設(shè)備與軟件系統(tǒng)間的配合天衣無(wú)縫。五、簡(jiǎn)單易學(xué)的類Basic腳本語(yǔ)言與豐富的MCGS策略構(gòu)件,使您能夠輕而易舉地開發(fā)出復(fù)雜的流程控制系統(tǒng)。六、強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理功能,能夠?qū)I(yè)現(xiàn)場(chǎng)產(chǎn)生的數(shù)據(jù)以各種方式進(jìn)行統(tǒng)計(jì)處理,使您能夠在第一時(shí)間獲得有關(guān)現(xiàn)場(chǎng)情況的第一手?jǐn)?shù)據(jù)。七、方便的報(bào)警設(shè)置、豐富的報(bào)警類型、報(bào)警存貯與應(yīng)答、實(shí)時(shí)打印報(bào)警報(bào)表以及靈活的報(bào)警處理函數(shù),使您能夠方便、及時(shí)、準(zhǔn)確地捕捉到任何報(bào)警信息。八、提供了WWW瀏覽功能,能夠方便地實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)控制與企業(yè)管理的集成。在整個(gè)企業(yè)范圍內(nèi),只使用IE瀏覽器就可以在任意一臺(tái)計(jì)算機(jī)上方便地瀏覽到與生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)一致的動(dòng)畫畫面,實(shí)時(shí)和歷史的生產(chǎn)信息,包括歷史趨勢(shì),生產(chǎn)報(bào)表等等,并提供完善的用戶權(quán)限控制。6.2溫室大棚控制系統(tǒng)的組態(tài)設(shè)計(jì)6.2.1新建工程進(jìn)入MCGS組態(tài)環(huán)境,新建工程"溫室大棚控制系統(tǒng)",如圖7-2所示。圖6-2新建工程6.2.2定義變量在MCGS中,變量也叫數(shù)據(jù)對(duì)象。定義變量之前先對(duì)變量進(jìn)行分配。變量分配即數(shù)據(jù)對(duì)象定義前需要對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行分析,確定需要的變量。本系統(tǒng)需要17個(gè)變量,見表7-1。表6-1溫室大棚控制系統(tǒng)變量分配表變量名類型初值注釋啟動(dòng)按鈕開關(guān)型0溫室大棚啟動(dòng)信號(hào),1有效復(fù)位按鈕開關(guān)型0溫室大棚復(fù)位信號(hào),1有效溫度數(shù)值型0溫度傳感器測(cè)定值光照數(shù)值型0光照傳感器測(cè)定值CO2濃度數(shù)值型0CO2傳感器測(cè)定值通風(fēng)扇開關(guān)型01有效熱風(fēng)機(jī)開關(guān)型01有效冷風(fēng)機(jī)開關(guān)型01有效加熱器開關(guān)型01有效通風(fēng)扇正轉(zhuǎn)指示燈開關(guān)型01有效通風(fēng)扇反轉(zhuǎn)指示燈開關(guān)型01有效遮陽(yáng)簾開關(guān)型01有效遮陽(yáng)簾開簾指示燈開關(guān)型01有效遮陽(yáng)簾關(guān)簾指示燈開關(guān)型01有效補(bǔ)光燈開關(guān)型01有效CO2調(diào)節(jié)閥開關(guān)型01有效進(jìn)入"實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)"窗口頁(yè)定義變量,定義結(jié)果如圖圖6-3所示。圖6-3實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)6.2.3設(shè)計(jì)畫面畫面的設(shè)計(jì)分為畫面建立、畫面編輯、動(dòng)畫連接三個(gè)步驟。通過(guò)上述步驟,建立的"溫室大棚控制系統(tǒng)"畫面如圖6-4所示。圖6-4組態(tài)畫面6.2.4編寫程序該溫室控制系統(tǒng)的控制要求如下：按下啟動(dòng)按鈕,系統(tǒng)將傳感器對(duì)溫室溫度、光照、二氧化碳濃度等環(huán)境因素進(jìn)行檢測(cè)的測(cè)量值與溫室控制系統(tǒng)的設(shè)定值進(jìn)行比較,如果溫度的檢測(cè)量高于設(shè)定值,PLC就會(huì)發(fā)出相應(yīng)的指令控制冷風(fēng)機(jī)的開啟和通風(fēng)扇正轉(zhuǎn)〔將溫室中的空氣排向外界；如果測(cè)量值低于設(shè)定值,則打開加熱器和熱風(fēng)機(jī),對(duì)溫室進(jìn)行加溫,并使通風(fēng)扇反轉(zhuǎn)〔將外界的空氣引入溫室。當(dāng)溫室的光照低于設(shè)定值時(shí),系統(tǒng)打開遮陽(yáng)簾和補(bǔ)光燈；當(dāng)溫室的光照高于設(shè)定值時(shí),系統(tǒng)關(guān)閉遮陽(yáng)簾。當(dāng)溫室的二氧化碳濃度低于設(shè)定值,系統(tǒng)開啟二氧化碳調(diào)節(jié)閥。如果溫室中的測(cè)量值與設(shè)定值相等,則關(guān)閉關(guān)閉相應(yīng)設(shè)備,保持溫室中的環(huán)境參數(shù)。上述功能可以通過(guò)編寫控制程序來(lái)實(shí)現(xiàn)。在MCGS中編寫控制程序采用策略組態(tài)的形式。所謂運(yùn)行策略,可以簡(jiǎn)單地理解為系統(tǒng)運(yùn)行與控制的思想和方法。MCGS提供了許多"策略構(gòu)件",如定時(shí)器、計(jì)數(shù)器、腳本程序等供系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員使用。正如畫面設(shè)計(jì)是對(duì)MCGS提供的圖形對(duì)象進(jìn)行組態(tài)一樣,編程就是根據(jù)系統(tǒng)的需要,對(duì)這些策略構(gòu)件案進(jìn)行組態(tài)。該溫室大棚控制系統(tǒng)的腳本程序清單如下：'**********************復(fù)位控制***************************IF復(fù)位按鈕=1THEN通風(fēng)扇=0通風(fēng)扇正轉(zhuǎn)指示燈=0通風(fēng)扇反轉(zhuǎn)指示燈=0遮陽(yáng)簾=0遮陽(yáng)簾開簾指示燈=0遮陽(yáng)簾關(guān)簾指示燈=0冷風(fēng)機(jī)=0熱風(fēng)機(jī)=0加熱器=0CO2調(diào)節(jié)閥=0補(bǔ)光燈=0ENDIF'**********************溫度控制***************************IF啟動(dòng)按鈕=1THENIF溫度<20THEN熱風(fēng)機(jī)=1加熱器=1通風(fēng)扇=1通風(fēng)扇正轉(zhuǎn)指示燈=1冷風(fēng)機(jī)=0溫度=溫度+0.5ENDIFIF溫度>25THEN熱風(fēng)機(jī)=0加熱器=0通風(fēng)扇=1通風(fēng)扇反轉(zhuǎn)指示燈=1冷風(fēng)機(jī)=1溫度=溫度-0.5ENDIFIF溫度>=20AND溫度<=25THEN熱風(fēng)機(jī)=0冷風(fēng)機(jī)=0加熱器=0通風(fēng)扇=0通風(fēng)扇正轉(zhuǎn)指示燈=0通風(fēng)扇反轉(zhuǎn)指示燈=0ENDIF'****************光照控制*******************IF光照<15THEN遮陽(yáng)簾=1遮陽(yáng)簾開簾指示燈=1補(bǔ)光燈=1光照=光照+0.5ENDIFIF光照>25THEN遮陽(yáng)簾=0遮陽(yáng)簾關(guān)簾指示燈=1補(bǔ)光燈=0光照=光照-0.5ENDIFIF光照>=15AND光照<=25THEN遮陽(yáng)簾開簾指示燈=0遮陽(yáng)簾關(guān)簾指示燈=0補(bǔ)光燈=0ENDIF'**************CO2濃度控制*****************IFCO2濃度<1000THENCO2調(diào)節(jié)閥=1CO2濃度=CO2濃度+20ELSECO2調(diào)節(jié)閥=0ENDIFENDIF6.2.5運(yùn)行調(diào)試在MCGS中,進(jìn)入"運(yùn)行環(huán)境",如圖6-5所示,通過(guò)點(diǎn)擊畫面上的控制按鈕,觀察溫室大棚控制系統(tǒng)的運(yùn)行情況是否與設(shè)計(jì)要求一致。在運(yùn)行調(diào)試的過(guò)程中,通過(guò)不斷地改進(jìn)完善使得系統(tǒng)的運(yùn)行情況與設(shè)計(jì)要求完全一致。圖6-5運(yùn)行畫面6.2.6報(bào)表輸出所謂數(shù)據(jù)報(bào)表就是根據(jù)實(shí)際需要以一定格式將統(tǒng)計(jì)分析后的數(shù)據(jù)記錄顯示出來(lái),常用報(bào)表有實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)報(bào)表和歷史數(shù)據(jù)報(bào)表。數(shù)據(jù)報(bào)表在工控系統(tǒng)中是必不可少的一部分,是對(duì)生產(chǎn)過(guò)程中系統(tǒng)監(jiān)控對(duì)象狀