1、题 目 基于PLC的智能温室控制系统设计 摘 要随着人们生活水平的提高，由温室大棚种植的反季节蔬菜成为人们越来越离不开的食物，农作物的生长环境能被温室大棚所改善，外界的四季变化和恶劣气候不会让其发生改变，创造了适宜农作物生长的环境。作为高效农业的重要部分温室大棚，是我们值得研究的方向。本论文主要介绍了温室大棚基于PLC控制的系统设计方案，为了对温室大棚中各项指标进行检测，该研究中将采用温度传感器、CO2浓度传感器、光照传感器，将测量值送入PLC中，在PLC中将其与设定值进行比较，再发出相应的指令驱动外围设备来调控温室大棚内的环境参数，从而实现了温室大棚的自动化、智能化控制。本设计的优点是成本低
2、廉，节约资源，能实现利益最大化。关键词：温室大棚；PLC；传感器；智能控制ABSTRACTWith the improvement of peoples living standards, anti-season vegetables grown in greenhouses have become more and more indispensable for people. The growing environment of crops can be improved by greenhouses, and changes in the four seasons and bad weat
3、her will not allow them to occur. Change has created an environment suitable for the growth of crops. As an important part of high-efficiency agriculture, greenhouses are the directions that we should study.This paper mainly introduces the system design scheme based on PLC control in greenhouses. In
4、 order to detect various indicators in greenhouses, this research will use temperature sensors, CO2 concentration sensors, light sensors, and send the measured values to the PLC. PLC will compare it with the set value, and then issue corresponding instructions to drive the peripheral equipment to re
5、gulate the environmental parameters in the greenhouse, thereby realizing the automation and intelligent control of the greenhouse. The advantages of this design are low cost, resource conservation, and maximized benefits.Key words:Greenhouse；PLC；Temperature Sensor；Intelligent control目 录第一章 绪论11.1课题背
6、景11.2研究目的和意义11.3国内外研究现状2第二章 系统总设计方案32.1系统的设计任务32.2系统的控制方案4第三章 控制系统硬件方案设计53.1电气控制系统主电路设计53.2电气控制系统各部分控制电路设计53.3PLC硬件电路设计93.4传感器型号选择11第四章 控制系统软件方案设计144.1STEP7 Micro/Win软件简介144.2控制系统程序设计思路144.3控制系统程序流程图154.4控制程序设计及分析16第五章 控制程序的仿真与调试245.1仿真软件介绍245.2仿真与调试准备工作245.3程序仿真与调试24结论26致谢27参考文献28第一章 绪论1.1课题背景 随着农业
7、生产越来越朝着自动化、智能化的方向发展，一些问世的温湿度监测与控制也与时俱进。而我国的现代化温室是在引进国外技术与自我开发的基础上发展起来的。本课题研究的重点是：实现温室大棚的温度智能控制，为了满足温湿度的需要能够自动调节温度。目前，我国很难保障生产生活的需要，这是由于绝大多数温室设备都比较老旧。这种温度采集一般需要在温室内布置大量的测温电缆，才能把传感器上采集到的温度信号送到主机上，安装和拆卸都很繁杂，成本也比较高，同时线路上一般传送的是模拟信号，线路损耗又严重影响到测温精度。在这种情况下，开发一种实时性高，精度高，运行可靠、稳定的精度也很难保证。 针对现有技术的不足，提供一种替代人工控制温
8、度操作，适用性广，结构简单，操作方便，温室资源利用率高，生产成本低，这就是本文设计温室大棚智能控制系统的目的所在。1.2研究目的和意义作为高效农场的一个重要部分温室大棚。对农业生产环境的一些重要参数进行检测和控制是现代化农业生产中的重要一项。例如：空气的温度、湿度、土壤的含水率等。为了使作物达到优质、高产、高效的栽培要求，要对监测数据进行分析，结合作物生长发育规律，控制环境条件。而在农业种植问题中，温室环境与作物的生长、发育、能量交换密切相关，要实现温室生产管理自动化、科学化，进行环境测控是必不可少的。现代化农业生产中，现代农业设施发挥着巨大的作用，其中蔬菜大棚就是典型的代表。蔬菜和水果的生长
9、与大棚内的温度、湿度以及土壤的含水率等参数息息相关。国外的温室设施已经发展到比较完备的程度，并形成了一定的标准，但是价格非常昂贵，缺乏与我国气候特点相适应的测控软件。而当今大多数都采用人工管理方式，对大棚温度、湿度、土壤含水率等参数进行检测与控制，这样会造成不可弥补的损失，而且很难达到预期的效果。之所以呈现出这样的局面是由于测控精度低、劳动强度大以及测控不及时等弊端所导致。因此，为了走智能化生产发展这一条路，推动我国的农业发展，科学的高效农业生产和准确的提高农业研究是必要的。温室大棚自动化、智能化的生产管理是基于传感器对温室内环境因素检测，并结合农作物的生长规律设定参数，从而提高农作物的质量和
10、品质。1.3国内外研究现状在现代农业领域，西方发达国家的起步比较早。1949年，美国建成了第一个人工气候室在工程技术的帮助下。在现代化农业设施中，随着计算机技术的快速发展，不断地提高温室大棚的自动控制技术和管理技术，使其在世界各地都得到了不错的发展。到现在为止，国外的温室大棚内部设施已经达到了比较完善的程度，并形成了一定的技术标准。由计算机控制温室内被控环境因子，传感器也较为齐全，如温室大棚内的温度、湿度、光照、二氧化碳浓度等等，对各个执行机构的控制基本上可以用传感器检测。对于这些系统的控制，计算机已经不是简单的、独立的、静态的直接数字控制，而是基于PLC的智能控制系统，在实现自动化后，一些国
11、家向着完全自动化、无人化的方向继续发展。我国的温室大棚技术起步有点晚，政府发展的用塑料大棚、日光温室为主的农业栽培设施，加快了农村的经济发展并且有效的缓解了蔬菜季节性短缺的问题。我国温室大棚的特点是：利用太阳光热资源，节约不可再生能源，减少环境污染。虽然我国温室规模有限，还没有形成规模经济，另外构建设施的费用也比较高，但从长期发展来看，温室监控系统分布式和网络化将是我国现代农业发展的必然趋势。现代温室大棚中常用的自动控制调控机构有：通风窗、遮阳帘、通风机、热风机、冷风机、人工加热灯、二氧化碳增肥器、喷雾系统及蒸熏设备。控制器可以调节各个机构，使系统保证室内气候满足植物生长需要并尽可能的节省能源
12、。常用的控制器有：单片机、工控机、PLC、通用PC机等。第二章 系统总设计方案2.1系统的设计任务本文研究的是温室大棚基于PLC技术上的应用，从整体上对温室大棚控制系统的电路设计、硬件设计、软件设计等方面。本次的研究内容为温室大棚PLC控制系统，以可编程控制器PLC为核心，温室大棚中的温度、光照强度、二氧化碳浓度等环境参数可以通过温度传感器、光照传感器、二氧化碳传感器来检测，温室大棚的通风扇、冷/热风机、遮阳帘、加热器、二氧化碳添加器等硬件设施通过PLC控制系统控制，对温室大棚中的环境因子进行调控，进而实现对温室大棚智能化控制。2.2系统的控制方案为了实现上述任务，温室大棚需要一套完善的温室控
13、制系统。本控制系统以PLC为控制核心，温室大棚中的各项环境因子采用传感器进行检测，然后将测量结果送入PLC中，经过PLC的处理，然后对执行设备发出指令，这样能很好的调控温室中的各项环境因子。本次控制系统设有自动、手动两个模式，是考虑到实际生产中的稳定性与安全性。自动方式是周期性的按照PLC进行控制，手动模式是当遇到突发情况时，可以手动操作设备，保证设备的可靠运行。将传感器检测到的数据与设定值相比较，然后通过软件程序去执行相关的命令。本次系统设计的优点是成本偏低，节约资源，能实现利益最大化。该温室大棚的控制系统总框图如下图2-1所示： 图2-1 控制系统总框图由图可知，PLC系统、传感器系统、外
14、部执行系统等几部分构成了温室大棚控制系统，核心是PLC控制系统，将传感器系统收集的数据通过PLC模拟量输入模块EM235输入到PLC，通过与设定值比较，执行设备被输出开关量进行控制。具体来说就是按下启动按钮，系统启动后，由温度传感器、光照度传感器、二氧化碳传感器检测到的信号，经过PLC内部处理，由输出模块输出控制信号，以控制外部的执行器件。如果温度过高，就会驱动冷风机、通风扇来降低温室内温度；如果温度过低，就会驱动热风机、加热器、通风扇来升高室内温度；遮阳帘和发光器来调节光照强度；二氧化碳添加器来添加二氧化碳浓度。第三章 系统硬件方案设计PLC控制系统的设计可分为硬件设计和软件设计两部分。本章
15、介绍了温室大棚控制系统的硬件设计方案，主要有电气控制系统主电路设计、电气控制系统各部分控制电路设计、传感器型号选择、PLC型号选择及PLC外部接线方面进行设计。3.1电气控制系统主电路设计温室大棚控制系统的主电路如下图3-1所示，通风扇和遮阳帘的主电路相似，都需要电机的启动、停止以及正反转来完成工作，不同的是通风扇和遮阳帘的电机功率不同，且遮阳帘电机带限位开关，冷/热风机、加热器、发光体、CO2发生器都属于开关设备，因此它们的工作原理大致相同。图3-1 温室大棚控制系统主电路原理图上图可知，刀开关为QK，能控制整个主电路的启动和停止；热继电器为FR1-FR5，能起过载保护作用；熔断器为FU1-FU7，对各支路起到短路保护和过载保护作用；接触器的主触头为KM1-KM9，可以实现电机的启停、正反转以及开关设备的启停控制。3.2电气控制系统各部分控制电路设计通过系统主电路可以看出，温室大棚的控制系统的执行设备分为两大类：开关设备和非开关设备。开关设备包括风机、加热器等等；非开关设备比如正反转的电机，包括通风扇、遮阳帘等，这些电机需要启停和正反转，需要限位开关。1.开关设备加热器、二氧化碳添
