基于PLC的温室控制系统设计.doc
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1、 毕 业 设 计(论 文) 设计(论文)题目: 基于PLC的温室控制系统设计 学生姓名:二级学院:班级:提交日期: 目录目 录 摘 要IIAbstractIII1 前言41.1 课题意义及背景41.2 温室控制国内外发展现状41.3 温室控制系统分类51.4课题研究内容及进度安排62 总体方案设计82.1 控制要求82.2 控制总体方案83 硬件电路93.1 PLC选型93.2 传感器选型103.2.1 温度传感器选择103.2.2 湿度传感器选择103.2.3 二氧化碳传感器选择103.2.4 光照传感器选择103.3 I/O端口分配114 软件设计134.1 控制流程134.2 PID值设
2、定154.3 程序编写165 结 论23参考文献24致 谢25附 录26VI 摘要基于PLC的温室控制系统设计摘 要就我国的现状来说,很大一部分温室设备已经是非常老旧的了,满足不了生产生活的需求。所以这种状况下,发明一种实时性强,精度高,运行稳定且可综合检测多个点温度测控系统就很有价值了。所以查阅相关文献,调研国内外温室发展历程及现状,根据三种不同控制核心的温室控制系统,实际需求,提出温室控制的要求,据此提出本课题总体控制思路。本课题目的是设计一种基于PLC的温室控制系统,实现温室的智能控制。关键词:温室大棚 控制系统 PLC AbstractDesign of greenhouse cont
3、rol system based on PLC AbstractAt present, the vast majority of greenhouse equipment in our country are relatively old, it is difficult to keep up with the needs of production and life. In this case, it is very necessary to develop a multi point temperature measurement and control system with high
4、real-time, high precision, reliable and stable operation. If the implementation of intelligent greenhouse temperature control, has great significance for improving the regulation of greenhouse production efficiency and no cost savings and other aspects, the purpose of this project is the design of a
5、 greenhouse control system based on PLC, realize the intelligent control of greenhouse. Research the development process and current situation of greenhouse at home and abroad, and according to the different control of the core of the greenhouse control system is described in this paper. According t
6、o the actual demand, this paper puts forward the requirements of greenhouse control. The purpose of this project is the design of a greenhouse control system based on PLC, realize the intelligent control of greenhouse.Key words: Greenhouse Control system PLC第1章 前言第一章 前 言1.1课题意义及背景科技的飞速发展,改变着各行各业的工作方
7、式和传统习惯,现代农业装备作为驱动现代农业的发展的关键,越来越受到重视。温室大棚可以为植物提高生长环境,创造植物生长最适合的条件,保护植物以防受到外界环境变化以及恶劣气候的影响。温室一般以遮盖和透亮材料做为核心构成材料 ,它能够让植物或者农作物庄稼等在任何情况下都能愉悦地成长。温室大棚的情况是指它在照明度,气温土壤含水量以及光合作用气体等各种情况组成的复杂结构。想要掌控温室就的掌控一下这些:温室里面的气温、含水量、进风效果与光照强弱。我国国内目前现代化温室的发展是建立在汲取国外技术以及自主研发的基础上。就我国的现状来说,很大一部分温室设备已经是非常老旧的了,满足不了生产生活的需求。所以这种状况
8、下,发明一种实时性强,精度高,运行稳定且可综合检测多个点温度测控系统就很有价值了。如果实现温室的温度智能控制,对于提高温室的无人监管性和生产效率节约成本等方面有着重要意义,本课题目的是设计一种基于PLC的温室控制系统,实现温室的智能控制。1.2温室控制国内外发展现状温室大棚可以为植物提高生长环境,创造植物生长最适合的条件,保护植物以防受到外界环境变化以及恶劣气候的影响。温室一般以遮盖和透亮材料做为核心构成材料 , 它能够让植物或者农作物庄稼等在任何情况下都能愉悦地成长。所以温室控制系统的重要设计就是对环境的把控,精密化把控和作业分辨率就是这个技术最终的目标。农业的发展成长伴随而来的是,许多园艺
9、工程因拥有较高的科技含量,又密切联系这人们的生活,得到了世界各国更多的重视。这时候,一个很好的发展机会就摆在了我国的大型现代化温室面前。我国现代化温室能够发展起来要归功于对国外技术的引进及自主开发双重的努力。国外对大棚参数控制技术研究时间靠前,始于1970年左右。1980年后,研究出了分散型控制模式。当前,正设计探索制造上位机数据采集控制系统的复合因素协同管控设备。伴随着全球都在迅速发展温室控制技术,少部分国家在能够完成自动化的基础上正朝着无人值守的趋势发展。当前,极少数经济条件比较发达的国家或地区已经研制出能够自动控制相对现代化高科技温室的计算机,最重要的是完成了对一些植物土场的建设。而我国
10、的温室系统属于非闭合式系统,温室内科技含量很低,仍靠管理人员个人主观决定来管理。而且,国内现在拥有的温室控制系统主要是对一个变量进行调节,从而导致自动化水平低,难以控制温室环境,因此难以确保产品的质量和产量。也就是这些温室大棚在解决城乡居民的蔬菜供应中扮演着重要的角色。1.3温室控制系统分类目前,按照控制器类型来划分,主要有分为以下几种控制系统: (1)基于工业控制计算机的温室自动控制系统。就像江苏理工大学的几位导师自己研究的相对来说比较自动化的温室控制系统,利用计算机来当温室控制系统的核心部分,同时也是省内一个比较重视的项目, 1996年他们再一次搞定了一个更厉害的智能温室,第二年又对研究成
11、果进行了更新及升级。20世纪九十年代末期开始,团队进行了试验,看生菜、空心菜、三叶芹的无土栽培在温室环境中是什么样的,测试表明,照度、气温、含水量、光合作用气体百分比等相关参数控制效果良好,差不多达到预期目标,并确定了每个温室因素变量的可控程度。这个叫复合因素控制系统,是经过手机一起测量的数据,再通过对应的仪器转变成可以处理的数字信号,经过个人写的程序进行操作,接着电脑把数据和开始的数据进行对比,最后把指令传到每个执行的仪器。采集量有室内照度、气温、含水量、光合作用气体百分比等相关参数。光照强度不够就开启补光灯、气温不够就打开加热器、土壤含水量不足就开启滴灌系统,用最方便的管控方法。 (2)基
12、于单片机的温室自动控制系统。就像一些有名的学者自主发明的湿度综合控制系统。这个系统最主要的是五一单片机,可以在没有人的情况下检测大棚里的各项数据。每个高端机和地底层控制设备采用五八五通讯。 (一百天的内单位时间的温度和气温及空气含水量)。仪器来比对大棚里面检测的数据和设定的,假想气温、湿度过高、过低或者正好整出9种组合。胡建东,肖建军等发明多个大棚气温调整的系统,这个装备利用的控制器是单板机和从外面添加的少许存储装置以及I/O芯片组成:作者将温度调节的系统简化成一个两要素的非参数化控制系统。(3)基于可编程逻辑控制器的温室自动控制系统。就好像三菱系列FX-2N工控板作为底层控制河北,电脑为总控
13、设备构成气温调整设备。获得的棚外参数包括气温、含水量、光量、风大小及方向、天气,棚内参数包括光合作用相关影响参数。可以掌控输出信号的电机有好几个,如开关窗的,遮挡阳光的,通风的等等。本课题为设计一款基于PLC的温室控制系统。1.4课题研究内容及进度安排像前文所说的,温室可以为植物提高生长环境,创造植物生长最适合的条件,保护植物以防受到外界环境变化以及恶劣气候的影响。温室大棚的情况是指它在照明度,气温土壤含水量以及光合作用气体等各种情况组成的复杂结构。想要掌控温室就的掌控一下这些:温室里面的气温、含水量、进风效果与光照强弱。本课题目的在于设计一款基于PLC的温室控制系统:(1)PLC选型 PLC
14、选型指标包括:I/O)点数,进行初步计算时要考虑留一点点余量,一般依据统计的要求控制端口量或设备总量,然后再增加百分之十到二十的余量后,作为点数选型指标。采购型号时,还需根据制造厂商PLC控制功能,及配置选择合适的控制器。 ROM容量的估算,ROM容量是PLC本身能提供的硬件存储单元大小,程序大小 是ROM中用户应用项目使用的存储单元的大小,因此其大小小于ROM容量。设计阶段,由于用户梯形图还没有编写,因此,其大小在设计阶段是未知的,需在其调试之后才知道。方便选择型号时初步估计大小,一般先对ROM容量进行估算来取代。PLC基础功能的选取。 (2)室内参数检测传感器选型对温室的照度、气温、含水量
15、光合作用气体百分比等等室内参数进行检测。气温的调整和管控是经过温度传感器对气温进行检查,检查到的信号再转变成数字信号输送到PLC,接着比较完转化PLC里面初始参数为电信号来掌控遮阴帘,变化温室内的气温,让气温保持设计的范围里面。(3)室内参数调节控制针对室内的数据,一般只可以调整,比如说:温室里面可以两个方向开的天窗、侧窗、湿帘窗开关,内外遮阳网卡管,湿帘水泵开关,环流风机开关,节约能源降温排湿电扇,CO2补充气体的阀门、补光灯等执行装备的把控。根据以上研究内瓤,进度安排如下:2016.12.202017.3.9 查资料,开题报告,中英文翻译2017.3.9-4.30 计算、设计、绘图、完成
16、论文草稿2017.5.1-5.7 完成论文定稿2017.5.8-5.9 答辩前准备 2017.5.10-5.11 准备答辩38第2章 总体方案设计第二章 总体方案设计2.1控制要求本课题设计为基于PLC的温室控制系统,其用来完成对温室的照度、气温、含水量、光合作用气体百分比等等室内参数检测和调节,温室里面可以两个方向开的天窗、侧窗、湿帘窗开关,内外遮阳网卡管,湿帘水泵开关,环流风机开关,节约能源降温排湿电扇, CO2补充气体的阀门、补光灯等执行装备的把控。其控制功能包括:(1) 温度控制(2) 湿度控制(3) 二氧化碳浓度控制(4) 光照度调节2.2 控制总体方案依据上述控制需求,本课题以PL
17、C为基础实现满足自动与手动相互自由切换掌控的方式以完成对温室的控制,增强设备运转的可靠性。在运行的时候可以通过外接开关对选择手动还是自动操作。(1)人为操作状态 人为控制简单可靠,有常用强电设备开关组成。(2)无人操作状态 通过传感器对参数进行收集处理,并对其设定阀值,当检测到相关参数达到或超越预定阀值,通过计算发出相关控制指令,驱动调节设备进行参数调节,实现其可控。可以大大节约劳动力降低操作人员工作强度。 第3章 硬件电路设计第三章 硬件电路设计3.1 PLC选型(1)三菱PLC:三菱PLC作为利用电力线组网的一种接入技术,现在大多应用在民用如小区,酒店,办公室等地方的监控。以电力线为通讯载
18、体,从而让PLC拥有非常大的快捷优势,不管在哪儿,仅仅需要一个电源插座,连拨号都不需要,就立马可以接入4.545Mbps的网速,可以上网,语音聊天,看看电视剧什么的。 Plc现在成长的方向是利用电子装备服务于工业。如今各行各业使用到三菱plc的频率已经非常高了,像制造业、石油产业、电力领域等,因为它比较可靠,抗外界干扰能力强,且方便使用,块头小,重量不大,售价还低。(2)西门子PLC:从结构上分,西门子PLC有两种。第一种固定式,指各种板块组合的是一个不可分开的整体。模第二种组合式,指各种板块组成的装备是按照一定规则安装的。这些装备主要需求是可靠,抗外界干扰能力强。西门子PLC由于使用现代大规
19、模集成电路技术,且生产技术比较严谨,内部电路使用现在非常先进的抗干扰技术,是非常可靠的。 西门子PLC系统的设计建起来比较快,因为量不大,这样也容易保养和维修以及二次修改。西门子PLC块头不大,重量也不重,消耗的能量少,块头小方便装入机械里面,成为满足机电一体化的最佳控制个体。(3)欧姆龙PLC:是一种专门为了在工业环境下应用而设计的数字运算操作的电子装置。就现在不只是中国,世界很多东西都用到到欧姆龙plc的频率已经非常高了,像制造业、石油产业、电力领域等,因为它比较可靠,抗外界干扰能力强,且方便使用,块头小,重量不大,售价还低。构造灵动、传输效果好、速率快、带宽不乱、应用范围大、廉价等等是欧
20、姆龙PLC的重要特征。根据上文的分析,我们本次设计选择了西门子的模块化中小型PLC系统S7-200,相比于三菱和欧姆龙,它不仅能解决中等性能需求的应用,而且应用的地方非常大。它的特征是:模块化、不需要排风扇的构成,分布和掌握客户也都非常简单。S7-200系列的CPU有很多性能逐步增加的效果,同时它的I/O扩展模块很多还便捷,这样就方便客户可以根据自己的需求选择配套的模块。如果任务规模扩大,变得越来越复杂,就可以随意增加模块对PLC展开扩大。SIMATIC S7-200具备高电磁兼容性。不仅如此,它对抗振动,对抗冲击性能力强,让它在工业领域更具有优势。 3.2 传感器选型3.2.1 温度传感器选
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