基于PLC大棚温湿自动控制系统

1毕业论文中文摘要基于plc大棚温湿自动控制系统摘要：讨论了在温室控制中引入PLC技术构成分布式控制系统的方法,详细介绍了系统的特点、组成、硬件设计、实时动态监控系统及通信问题。分布式的控制结构,使各子系统相对独立,管理与控制功能分开,易于实现群控化管理,提高了系统的可靠性,且易于扩展。系统成本低廉,性能稳定,通用性好,符合中国国情,具有广泛的应用前景。关键词：温室大棚；PLC；集散控制；温湿控制1毕业论文外文摘要TitleDesigntheagriculturetemperatureandhumidityglasshousecontrolsystemwiththeprogrammablelogiccontrollerAbstract：ThemethodofdistributedcontrolsystemcomposedbyPLCtechnologyinglasshousecontrolisintroducedinthispaper.Itgivesadetailedintroductiontothecharacteristics,constitutes,softwareandhardwaredesign,real-timedynamicsurveillanceandcommunicationofthesystem.Thedistributedcontrolstructuremakesallsub-systemsindependentrelatively,separatesthemanagementandcontrolfunction,andeasytorealizetheswarmcontrolmanagement,greatlyimprovesthereliabilityandexpandableofthesystem.Ithasthecharacactersoflowcost,stablefunction,wideadoptability,etc,whichmatchestheconditionsofChinaandhascharmingapplicationforeground.Keywords：Glasshouseagriculture;PLC;Distributedcontrolsystem;Swarmcontrolmanagement1目录引言…………………………………………………………………………1一研究背景……………………………………………………………………11.2研究的目的及意义……………………………………………………………22系统概述……………………………………………………………………………22.1系统设计任务………………………………………………………………22.2系统总体设计………………………………………………………………22.3系统工作原理………………………………………………………………72.4温湿度传感器………………………………………………………………83系统硬件设计…………………………………………………………………93.1PLC简介………………………………………………………………………93.2总线简介……………………………………………………………………93.3电磁阀的简介与安装………………………………………………………103.4湿度传感器…………………………………………………………………133.5温度传感器………………………………………………………………143.6喷灌系统的设计…………………………………………………………15结论………………………………………………………………………………21参考文献…………………………………………………………………………22致谢……………………………………………………………………………24图1……………………………………………………………………………………2511引言1.1研究背景我国的设施园艺绝大部分用于蔬菜生产。８０年代以来，温室、大棚蔬菜的种植面积连年增加。目前的栽培设施中，有国家标准的装配式钢管塑料大棚和玻璃温室仅占设施栽培面积的少部分，大多数的农村仍然采用自行建造的简单低廉的竹木大小棚，只能起到一定的保温作用，根本谈不上对温光水气养分等环境条件的调控，抗自然环境的能力极差。即使那些数量不多的装配式塑料大棚和玻璃温室也缺乏配套的调控设备和仪器，主要依靠经验和单因子定性调控，设施栽培的智能化程度非常低。我国设施农业的发展，以超时令、反季节生产的设施园艺作物的发展为主，且发展迅猛。1997年设施园艺作物栽培面积达86.7万公顷，较80年代初期的栽培面积增长了128倍，人均设施蔬菜占有量1996～1997年为33公斤，较1980～1981年人均设施蔬菜占有量增长了近164倍。2001年，我国设施园艺面积将突破100万公顷，全国设施蔬菜人均占有量将达到40公斤。塑料大棚、中棚及日光温室为我国主要的设施结构类型。其中能充分利用太阳光热资源、节约燃煤、减少环境污染的日光温室为我国所特有。1997年我国日光温室面积已超过近16.7万公顷。由农业部联合有关部门试验推广的新一代节能型日光温室,每年每亩可节约燃煤约20吨。采用单层薄膜或双层冲气薄膜、PC板、玻璃为覆盖材料的大型现代化连栋温室，具有土地利用率高、环境控制自动化程度高和便于机械化操作等特点，自1995年以来，呈现出迅猛发展之势，目前全国共有大型温室面积200公顷，其中自日本、荷兰、以色列、美国等国家引进的温室面积达140公顷。我国设施农业目前还存在着诸如土地利用率低、盲目引进温室、设施结构不合理、能源浪费严重、运营管理费用高、管理技术水平低、劳动生产率低及单位面积产量低等诸多问题，但随着社会的进步和科学的发展，我国设施农业的发展将向着地域化、节能化、专业化发展，向着高科技、自动化、机械化、规模化、产业化的工厂型农业发展，为社会提供更加丰富的无污染、安全、优质的绿色健康食品。21.2研究的目的及意义温室的作用是用来改变植物的生长环境,避免外界四季变化和恶劣气候对作物生长的不利影响,为植物生长创造适宜的良好条件。温室一般以采光和覆盖材料作为主要结构材料,它可以在冬季或其他不适宜植物露地生长的季节栽培植物,从而达到对农作物调节产期、促进生长发育、防治病虫害及提高产量的目的。温室环境指的是作物在地面上的生长空间,它是由光照、温度、湿度、二氧化碳浓度等因素构成的。温室控制主要是控制温室内的温度、湿度、通风与光照。虽然有些温室也安装有各种加热、加湿、通风和降温的设备,但其主要操作大多仍是由人工来完成的当温室面积较大或数量较多时,操作人员的劳动强度很大,而且也无法达到对温湿度的准确控制。本文介绍一种基于PLC和数字式温湿度传感器的温室控制系统。该系统实现了室内温湿度的自动测量和调节,大大降低了操作人员的劳动强度，采用喷灌系统作为改变温室湿度环境的方法节约了水资源。充分利用太阳能节约了能源。2系统概述2.1系统设计任务温室的作用是用来改变植物的生长环境,避免外界四季变化和恶劣气候对作物生长的不利影响,为植物生长创造适宜的良好条件。温室一般以采光和覆盖材料作为主要结构材料,它可以在冬季或其他不适宜植物露地生长的季节栽培植物,从而达到对农作物调节产期、促进生长发育、防治病虫害及提高产量的目的。温室环境指的是作物在地面上的生长空间,它是由光照、温度、湿度、二氧化碳浓度等因素构成的。温室控制主要是控制温室内的温度、湿度、通风与光照。灌溉系统采用电磁阀控制的喷灌系统的方式，节约了水源，温度调节主要有遮阴帘风机的动作来解决。2.2系统总体设计2.2.1plc的选择由于德国SIEMENS系列产品具有功能强大、可靠灵活等特点,从系统设计的整体性、一致性出发,考虑到经济性、功能性等各方面的原因,我们选用西门子公司的产品,以最优的性能/价格比进行系统的配置。本系统可以实现各个子系统的单独调3控,通过通讯网络由总控室进行统一的管理,便于实现群控化控制。系统配置上各个子系统选择了SIEMENS系列的S7-215PLC,这是因为在200系列PLC中,只有215具有Profibus-DP口,可以联到Profibus上进行高速数据传输。S7-215本机14个输入点和10个输出点,内存13K字节。扩展模块EM231可以实现3路模拟量输入的A/D转换,EM235实现3路模拟量输入的A/D转换1路模拟量输出的D/A转换,可以根据需要方便地进行功能的扩展。另外调整相应系统的硬件设备或者对应的用户子程序,可以方便地改变对参数的设置。系统通过开关量传感器、模拟量传感器对温室内的温度、湿度、光照等进行检测。通过D/A通道要实现对各种执行和调节机构的控制,以及各种环境设备的启停和电机等设备的保护。各子系统选用PLC的主机内部带有存储程序的EPROM,停电后程序不会丢失。总控室选择S7-315,它集成有数据通讯接口,可以方便地通过PROFIBUS-DP口实现和其他子系统的通信,进行集中管理。在这里通过动态监控画面可以动态地了解各种参数的变化。各个子系统可以实现独立运行,当网络出现意外或其他子系统出现问题也不会引起瘫痪。环境控制子系统配置硬件原理图如图2.1所示。图2.1系统组成框图42.2.2软件和动态监控系统设计软件部分主要完成对各个子系统的控制,并集成有模糊控制算法,可以根据参数设定值达到对环境参数的精确控制,能够实现数据采集、数据预处理、通讯和监控执行机构等功能。动态监控系统的设计是采用西门子的视窗控制中心—SIMATICWincCC,它是一种可视化的人机界面,可以很容易地结合标准和用户程序生成人-机界面,准确地满足实际要求。SIMATICWinCC的组成包括计算机(Computer)、标签管理(TagManagement)、数据类型(DataType)和编辑器(Editor)几个部分。动态监控系统可以实时检测温室内各种环境参数的瞬时值和动态显示他们的变化趋势,同时每隔一定时间间隔对采集值进行存储以提供数据报表,同时将其保留在历史数据库中供作物栽培者日后进行检查。2.2.3网络通信系统设计通信系统实现对整个温室运做的信线,RXD(收)、TXD(发)、GND(地)。选用可保证波特率在9600bps时,通信距离可达到112km。设计采用主从方式管理,主机通过RS-232/RS485通信接口转换器完成信号之间的转换,从机采用MAX485接口可以实现RS/485与TTL电平的转换。信号通信程序分为初始化、接收和发送三个部分。本设计中所选PLC都是SIEMENS的产品,本身都集成了PROFIBUS接口,可以方便可靠的连接成一个现场总线网络。本机主站和从站的分配情况如下:①在本系统中选用了带有Profibus接口的S7-315为主站,它为每一个站点分配一个地址,在预定的信息周期内与分散的站点交换信息。②本系统中总控室的上位PC机属于第二类主站,选用带PROFIBUS-DP网卡(CP5611)接口的工控机。③从站为各个子系统的S7-215。④PLC与PC之间的通讯,二者进行数据交换,各站周期性地交换1字节数据。主站发送命令信息,从站上通过DP-RECV(read),调用DP-RECV功能从主站读取数据并存储到从站DB11中,然后通过DP-SEND(write),调用DP-SEND功能存储在DB11中的数据写入到主站的输入区。1PLC与上位机的通讯协议通讯协议包括两方面的内容：一是通讯接口；二是通讯方式。PLC与上位机一般采用RS-232Ｃ接口的异步串行通讯方式。CQM1的CPU单元本身带有RS-232Ｃ接口,可直接使用该端口与上位机进行RC-232Ｃ串行通讯。通讯方式有两种:一种是上位机始终具有初始传送优先权,所有的通讯均由上位机来启动，CQM1总是处于被动状态；另一种是PLC具有优先权,命令由PLC发送至上位机。笔者设计的监控系统采用的5是第一种通讯方式。PLC与上位机的数据通讯是以“帧”为单位进行的，帧的格式如图2.2和图2.3所示。命令帧由上位机发送给PLC，响