基于PLC的智能温室控制系统设计毕业设计论文.doc
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1、江苏农林职业技术学院江苏农林职业技术学院 毕毕 业业 设设 计(论计(论 文)文) SNL/QR7.5.4-3 基基于于 P PL LC C 的的智智能能温温室室控控制制系系统统设设计计 专专 业业 数控设备应用与维护数控设备应用与维护 学生姓名学生姓名 姜启洲姜启洲 班班 级级 1111 数控设备应用与维护数控设备应用与维护 学学 号号 201110170105201110170105 指导教师指导教师 孙昌权孙昌权 完成日期完成日期 20142014 年年 5 5 月月 2525 日日 成绩评议成绩评议 毕业设计(论文)任务书毕业设计(论文)任务书 姓名姜启洲学号 201110170105
2、 班级 11 数控设备应用与维 护 题目基于 PLC 的智能温室控制系统设计 设计(论文)主要内容 1. 控制系统设计 2. 系统硬件的组成 3. 软件系统的设计 4. 温室产业发展趋势 重点研究问题 1. 系统总体方案设计 2. 研究方案的设计 主要技术 指标 系统设计要有时间价值,要求考虑全面,软件运行可靠稳定 其它要说明的问题指导老师意见 指导教师签字: 年 月 日 指导教师意见指导教师意见 对论文的简短评价:对论文的简短评价: 1.指出论文存在的问题及错误 2.对创造性工作评价 3.建议成绩 优 良 中 及格 不及格 指导教师签字 年 月 日 评阅教师意见评阅教师意见 对论文的简短评价
3、:对论文的简短评价: 1.指出论文存在的问题及错误 2.对创造性工作评价 3.建议成绩 优 良 中 及格 不及格 评阅教师签字 年 月 日 答辩小组评议意见答辩小组评议意见 学号 201110170105 姓名 姜启洲 题目 基于 PLC 的智能温室控制系统设计 答辩小组意见:答辩小组意见: 1、对论文的评价 2.建议成绩等级 优 良 中 及格 不及格 3.需要说明的问题 答辩小组长签字 年 月 日 摘要:摘要:可编程控制器是一种应用很广泛的自动控制装置,它将传统的继电器控制技术、计算机技 术和通讯技术融为一体,具有控制能力强、操作灵活方便、可靠性高、适宜长期连续工作的特点, 非常适合温度控制
4、的要求。 在工业领域,随着自动化程度的迅速提高,用户对控制系统的过程监 控要求越来越高,人机界面的出现正好满足了用户这一需求。人机界面可以对控制系统进行全面 监控,包括过程监测、报警提示、数据记录等功能,从而使控制系统变得操作人性化、过程可视 化,在自动控制领域的作用日益显著。 编程时调用了编程软件 STEP 7 -Micro WIN 中自带的 PID 控制模块,使得程序更为简洁,运行速度更为理想。实验证明,此系统具有快、准、稳等优点, 在工业温度控制领域能够广泛应用。 关键词:温度控制; 可编程控制器; 人机界面 Abstract: Programmable Logic Controller
5、 (PLC) is a kind of automatic control equipment which is wide ly used in the industrial manufacture. It merges the traditional control technology, computer and communi cation technologies with a strong ability to control, flexible operation, high reliability and suitable for lon g- term characterist
6、ics of continuous work. It is very suitable for temperature control requirements. In the in dustrial field, with the rapid increase in the degree of automation, it is more and more important to monito r the process of control system for the users. The emergence of human- machine interface meets the
7、needs of users. Man- machine interface can comprehensively monitor the control system, including process monitoring, alarm, data logging and other functions, so that the control systems have become user- friendly operation, the process of visualization and it will play more and more important part i
8、n the field o f automatic control. we use the PID control arithmetic software module which is contained in the progra m software STEP 7 - Micro WIN so that the program looks easier and operates more quickly. In order to monitor the control sy stem and process data in actual time, we designed Human M
9、achine Interface(HMI)with the configuration software Kingview. The result of experiment proves that this temperature control system could run quickl y, accurately and have good stability, which is the advantage of the control system. This control system h as been widely used in the industrial temper
10、ature control field. With the continuous development of aut omatic science and technology, high-precision, intelligent, user- friendly temperature control system is the inevitable trend of development at home and abroad. Keywords: Temperature Control PLC HMI 目录 1.温室市场现状与技术发展形势 .1 1.1 温室产业的现状1 1.1.1
11、发达国家温室产业的现状 1 1.1.2 国内温室产业的现状及存在的问题 2 1.2 国内外温室控制技术的研究现状4 1.2.1 国外温室控制技术的研究现状.4 1.2.2 国内温室控制技术的研究现状.5 1.3 温室环境控制技术的发展趋势6 2.研究方案的设计 .7 2.1 温室大棚内重要参数的调节与控制7 2.1.1 温度的调节与控制 7 2.1.2 湿度的调节与控制 7 2.1.3 温度、湿度之间的耦合 8 2.1.4 光照的调节与控制 8 2.1.5 二氧化碳含量的调节与控制 8 3.系统总体方案设计 .8 3.1 系统分析9 3.2 控制系统.10 3.2.1 控制系统设计目标.10
12、3.2.2 控制模式10 3.2.3 控制方案10 4.系统硬件组成与软件设计 10 4.1 系统的硬件组成.10 4.2 系统的软件设计11 4.2.1 温室控制系统 PLC 软件的设计11 4.2.2 温度控制11 4.2.3 湿度控制12 4.2.4 光照控制12 4.3 控制系统软件设计 12 4.4 温度采集程序 .13 4.5 PID 程序设计. .14 4.6 系统的组态监控软件的设计系统的组态监控软件的设计17 5.结论和展望 17 5.1 结论.17 5.2 进一步研究方向.17 参考文献 19 致 谢.20 姜启洲:基于 PLC 的智能温室控制系统设计 1 1.温室市场现状
13、与技术发展形势 1.11.1 温室产业的现状温室产业的现状 1.1.11.1.1 发达国家温室产业的现状发达国家温室产业的现状 温室产业及相关技术在国内外的发展速度很快。如在荷兰的阿姆斯特丹 RAI 展览馆 每年 11 月举办一次国际花卉展览会,2003 年就有来自世界各国的 477 个厂商展示了各自 的产品和实力。荷兰、日本、以色列、美国、韩国、西班牙、意大利、法国、加拿大等 国是设施农业十分发达的国家,温室以大型温室为主。这些高水平大型温室的环境控制 系统能够根据传感器采集室温、叶湿、地湿、室内湿度、土壤含水量、溶液浓度、二氧 化碳浓度、风速、风向、以及植物作物生长状态等有关参数,结合作物
14、生长所需最佳条 件,有效调节有关设备装置,将室内温、湿、光、水、肥、气等诸因素综合协调调节到 最佳状态。 欧美等国家在 30 年代就相继建立了人工气候室。温室调控技术至今经历了几十年的 发展过程。初期是使用仪表对温室设施中的光照、温度等参数进行测量,再使用手动或 电动执行机构(如幕帘、通风设备等)施行简单控制,随着传感元件、仪表及执行器技 术的进步,逐步发展成为对温度、湿度、光照等几乎所有室内环境参数分别进行自动控 制。计算机技术的发展使环境参数的综合控制成为可能。70 年代中期,荷兰、日本、美 国、意大利等国家已使用微型计算机控制植物生长环境。从 80 年代开始,根据不同作物、 不同生长阶段
15、及外界环境变化对温室环境进行综合调节控制的技术得到了快速的发展。 目前,在温室控制技术方面,荷兰、美国、以色列、日本等国较为先进。由于借鉴了工 业、航空航天等领域的先进成果,技术水平不断提高,它能根据作物生长的最佳生长条 件,调节温室气候使之一年四季满足植物生长需要,不受气候和土壤条件的影响,在有 限的土地上周年地生产蔬菜和鲜花。除了对温室进行监控外,计算机优化环境参数、节 能、节水及设施装备的可靠性等很多方面都取得了很好的技术成果,并推出了许多新产 品。美国开发的冬天保温用的双层充气膜、高压雾化降温加湿系统以及夏季降温用的湿 帘降温系统处于世界领先水平;韩国的换气、灌水、二氧化碳浓度控制等设
16、施比较先进; 荷兰的顶面涂层隔热、加热系统、人工补光等方面有较高的水平;以色列的灌溉系统比 较先进,室内设施齐全。日本、韩国开发了瓜类、茄果类蔬菜嫁接机器人。日本开发了 育苗移栽、耕耘、施肥移动机器人,可完成多项功能的多功能机器,能在温室内完 6 成 各项作业的无人行走车,用于组织培养作用的机器人,柑橘、葡萄收获机器人等。资源 相对贫瘠的荷兰温室生产最值得研究。 国土面积不大的荷兰已经成为世界农业发展的典 范。1999 年一年四季全天候生产的大型温室有 1.1 万 hm2,其中 90%为玻璃温室。国外现 代温室单位面积的产量高经济效益高,荷兰温室番茄年产量达到 60kg/m2,5000hm2
17、用于 种植花卉,花卉产业每天向世界鲜花市场上出口 1700 万支鲜花和 170 万盆盆花,鲜花出 江苏农林职业技术学院毕业设计(论文) 2 口占全世界鲜花市场的 60%以上,年收入高达 110 亿美元,占全国农业总产值的 35%,经 济效益高,成为欧洲的“菜篮子” , “花篮子” 。荷兰大量投资与温室相关的基础研究。建 立“蔬菜工厂” 、 “花卉工厂” 、 “苗 木工厂”等用于研究和示范,成为温室业的坚实科研后盾。重视作物生理、产量、品质 与环境因子之间的定量关系等方面研究,因而设施内综合环境控制系统智能化水平高, 设施种植技术实现了规范化和标准化。 1.1.21.1.2 国内温室产业的现状及
18、存在的问题国内温室产业的现状及存在的问题 改革开放以来,我国的农业生产取得了可喜的成绩,但同时,我国农业发展中存在的问 题也越来越凸现出来,如果这些问题得不到解决,将成为严重制约我国农业可持续发展 的瓶颈。首先是我国人口众多。其次是资源短缺。第三是我国农产品成本高,科技含量 低,无法形成产业规模。要解决这些问题,根本在于实现我国农业从传统农业向以优质、 高效、高产为目的的现代化农业转化。农业环境综合控制作为农作物优质、高效、高产 的手段,是农业现代化的重要标志,随着社会经济的发展,以温室为代表的设施农业将 成为现代农业的发展主要方向之一,成为 21 世纪最有活力的农业新产业。 20 世纪 50
19、 年代末,我国在华北地区曾建造过屋脊式大型玻璃温室,到 60 年代初, 姜启洲:基于 PLC 的智能温室控制系统设计 3 在东北地区建成 1hm2 的大型玻璃温室。由于国内设施农业技术比国外落后,必然走一条 引进、消化、吸收、创新的路子。1979-1987 年,从保加利亚、荷兰、罗马尼亚、美国、 日本、意大利等六国,引进现代温室 24 座,共 19.2hm2,分别建造在北京、黑龙江、广东、 江苏、上海、新疆等六省市区,其中 60%用于蔬菜生产,40%用于花卉生产。这次较大规 模的引进温室,各地都重视了温室本身,但却忽视了对我国气候的实用性和配套的栽培 技术,在运动中存在着冬季能耗高、夏季降温困
20、难等问题,经济效益普遍不佳。90 年代 中期开始,我国现代温室快速发展。 “九五”期间,国家科技部将工厂化高效农业示范工 程列为国家重大科技产业工程,这是唯一的一项农业产业示范工程项目。由此,又一个 大规模引进国外大型现代温室,至 1998 年,共引进温室 175.4hm2,引进的国家有荷兰、 法国、以色列、西班牙、美国、日本、韩国以及我国的台湾地区,基本涵盖了现代温室 发达的国家和地区; 引进和建设的地点,北起黑龙江,南至海南岛,东起上海,西至新疆,包括了全国所有 的省、市、自治区;引进温室的主要类型包括单屋脊和双屋脊的大型连栋玻璃温室,拱 圆形、锯齿形、双层充气和双层结构的塑料膜温室,以及
21、聚碳酸酯板温室等,代表了现 代温室的所有类型;引进温室的配套设备包括遮阳、通风、降温、加温、保湿、自动控 制和计算机管理,以及栽培床、活动苗床、喷滴灌和自走喷灌、自走式采摘车、自动化 江苏农林职业技术学院毕业设计(论文) 4 穴盘育苗、水培设备等等,也基本包括了所有先进的配套设备。这次打规模的引进温室, 特别是北京、上海几个示范园区,在引进温室至温室园艺成套设施硬件的同时,还引进 了配套品种、栽培技术、专家系统等软件成套技术,以及国外相关专家现场指导。 目前,我国是设施园艺栽培面积最大的国家。80 年代中后期,随着高效节能日光温 室生产技术在东北地区试验成功,就迅速在我国北方发展起来,各级政府
22、把其作为带领 农民致富奔小康、培育农村新的经济增长点的重点措施,各级农业科研机构也投入了大 量的人力、物力进行节能日光温室建造及生产技术的专项研究,并取得了重大进展。日 光温室发展到今天,已由生产各种反季节蔬菜的生产设施,发展为日光温室园艺设施, 进而发展为设施农业,已成为种植业、养殖业和水产业全面发展的新兴产业。据统计, 全国节能日光温室面积到 2002 年底已到达 760 万亩。 随着我国现代温室产业的快速发展,在温室产业的运营中暴露出了一些问题: (1)现代温室管理和种植的人才缺乏,温室种植技术落后,造成了现代温室的功能和优 势不能充分发挥。 (2)能源消耗大,以现代温室为代表的设施农业
23、生产企业效益低下,导致温室产业出现 了滑坡的现象。 (3)不同地域的气候环境制约了进口大型温室适用性,温室不能周年运行。 (4)计算机控制水平低。目前国内温室计算机控制系统与国际选进技术存在很大差距, 商用控制系统不能满足高效节能有效控制温室机构运行的要求。 1.21.2 国内外温室控制技术的研究现状国内外温室控制技术的研究现状 现代温室中常见的能自动控制的调控机构有:顶部通风窗、侧面通风窗、外遮阳帘幕、 内遮阳帘幕、轴流通风机、降温湿帘、人工补光灯、二氧化碳施肥器、加热设备、喷雾 系统及熏蒸设备。控制器综合调节各个机构,使系统在运行中节约能源的同时保证室内 气候满足植物生长需求。使用的控制器
24、可以有很多选择,如单片机、工控机、PLC、通用 PC 机等。控制器之间可以通过局域网或现场总线进行信息交换。国内外研究学者对控制 系统和控制算法做了大量的研究。 1.2.11.2.1 国外温室控制技术的研究现状国外温室控制技术的研究现状 西方发达国家在现代温室测控技术上起步比较早。1949 年,借助于工程技术的发展, 美国建成了第一个植物人工气候室,开展了植物对自然环境的适应性和抗御能力的基础 及应用研究。20 世纪 60 年代,生产型的高级温室开始应用于农业生产,奥地利首先建成 了番茄生产工厂,70 年代后荷兰、日本、美国、英国、以色列等国家的温室园艺迅猛发 展,温室设施广泛应用于园艺作物生
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