【正文】 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）蔬菜大棚溫濕度自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì) LANZHOU UNIVERSITY OF TECHNOLOGY 畢業(yè)設(shè)計(jì) 題 目 蔬菜大棚溫濕度控制系統(tǒng)的 PLC 程序設(shè)計(jì) 學(xué)生姓名 學(xué) 號(hào) 專(zhuān)業(yè)班級(jí) 指導(dǎo)教師 學(xué) 院 電信學(xué)院 答辯日期 2021 年 6 月 12 日 摘 要 溫室對(duì)現(xiàn)在的人們來(lái)說(shuō)熟悉的名詞如何利用自動(dòng)檢測(cè)與控制系統(tǒng)有效 的控制好溫室大棚內(nèi)的環(huán)境因子以提高溫室大棚環(huán)境的控制精度和效果對(duì)我國(guó)溫室業(yè)的發(fā)展有著不可估量的重要意義Abstract Greenhouse for the people now is a very familiar noun because now we live in a lot of flowers vegetables fruit which from greenhouse shelter of planting out How to use automatic detection and automatic control system of effective control of greenhouse trellis inside in order to improve the environmental factor trellis environment control precision of the greenhouse effect and has bee the greenhouse industry research in China at present This design USES the Siemens s7300 PLC to realize the automation control greenhouse trellis Temperature humidity environment factors in the process of plants plays an important role in detecting the environmental factor when considering the accuracy the reaction speed convenient device connected by such issues will the temperature sensorhumidity sensors detect the indicators of environment the sensor will test results by PLC sent PLC pare it with setting then sends out the corresponding orderdriven heating element the fan ventilation window filling light equipment sunshade shade equipment operation or stop to adjust indoor temperature light humidity so as to achieve the purpose of intelligent automation control Discuss PLC control system application in plants greenhouse canopy Use the step7 and wincc flexible to achieve the upper and lower sandhi detailed introduces the characteristics of the system the position the hardware design and software design Keywords Vegetables greenhousePLC systemTemperature and humidity control目錄 摘 要 I Abstract II 第一章 緒 論 1 11 課題背景及研究意義 1 12 國(guó)內(nèi)外溫室控制技術(shù)發(fā)展概況 2 13 選題的目的和意義 3 第二章 系統(tǒng)的整體設(shè)計(jì)方案 4 21 系統(tǒng)的設(shè)計(jì)任務(wù) 4 22 控制系統(tǒng)核心部件的選擇 4 通訊方式簡(jiǎn)介 4 溫室控制系統(tǒng)硬件配置 5 23．控制方案 6 原理 7 第三章 硬件系統(tǒng)的研究與設(shè)計(jì) 8 31 PLC 的選型 8 IO 地址分配 9 接線圖 11 32 傳感器的選型 12 感器 12 空氣濕度傳感器 14 33 電磁閥的選型 14 34 低壓控制器件選型 15 35 主回路及控制回路的設(shè)計(jì) 21 系統(tǒng)主電路設(shè)計(jì) 21 控制回路設(shè)計(jì) 22 36 就地控制箱設(shè)計(jì) 24 第四章軟件系統(tǒng)的研究與設(shè)計(jì) 25 41 STEP7 軟件編程簡(jiǎn)介 25 軟件簡(jiǎn)介 25 行 27 主要功能塊簡(jiǎn)介 28 42 系統(tǒng)流程圖 29 主程序流程圖 29 溫度子程序 29 濕度子程序 30 故障報(bào)警子程序 32 第五章 控制 系統(tǒng)監(jiān)控界面設(shè)計(jì) 34 51 上位軟件 34 52 通訊連接 34 53 人機(jī)界面 35 結(jié) 論 37 致謝 38 參考文獻(xiàn) 39 外文翻譯 40 附錄一程序梯形圖 59 第一章 緒 論 1121 系統(tǒng)的設(shè)計(jì)任務(wù) 植物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)境在溫室大棚中一般利用一些采光性較好和鋼鐵還有遮陽(yáng)性 的材料作為主要結(jié)構(gòu)材料它可以培養(yǎng)不適應(yīng)在該季節(jié)下生長(zhǎng)的植物對(duì)農(nóng)作物的生長(zhǎng)因子進(jìn)行調(diào)節(jié)促進(jìn)植物的生長(zhǎng)發(fā)育防止病蟲(chóng)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)主要研究溫室控制的主要對(duì)象是溫度濕度應(yīng)用溫度傳感器濕度傳感器對(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)卷簾的動(dòng)作進(jìn)行解決濕度則由水泵電機(jī)的灌溉系統(tǒng)進(jìn)行補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控設(shè)備選用普通 PC 現(xiàn)場(chǎng)裝備了控制箱作為現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控裝置 被控對(duì)象為 10個(gè)蔬菜大棚的溫濕度控制每個(gè)大棚內(nèi)有一個(gè) 15Kw水泵電機(jī)和10Kw 的卷簾電機(jī)水泵電機(jī) 與卷簾電機(jī)可以實(shí)現(xiàn)就地控制也可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程計(jì)算機(jī)控制溫度控制精度為177。 0177?？梢约尤肟諝鉂穸瓤刂破渚葹?3RH 需要加入噴霧控制嘗試構(gòu)建該系統(tǒng)的分布式控制結(jié)構(gòu)各子系統(tǒng)相對(duì)獨(dú)立使系統(tǒng)具有可靠性高拓展性強(qiáng)的特點(diǎn) 通訊方式簡(jiǎn)介 MPI 網(wǎng)絡(luò)是是基于 MPIMultiplant Interface 多點(diǎn)接口協(xié)議的通信網(wǎng)絡(luò)當(dāng)通信速率要求不高通信數(shù)據(jù)量不大時(shí)一種簡(jiǎn)單經(jīng)濟(jì)的通信方式 MPI 通信主要的優(yōu)點(diǎn)是 CPU 可以同時(shí)與多個(gè)設(shè)備建立通信聯(lián)系即編程器上位機(jī) HMI 設(shè)備和其他的PLC 可以連接在一起并同時(shí)運(yùn)行 PLC S7202100400 CPU 上的 RS485 接口不 僅是編程接口同時(shí)也是一個(gè) MPI 的通信接口所以在沒(méi)有額外硬件投資的狀況下可以實(shí)現(xiàn) PGOP全局?jǐn)?shù)據(jù)通信以及少量數(shù)據(jù)交換的 S7通信等通信功能其網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)通常包括 S7 PLCTPOPPGPCET200S 以及 RS485 中繼器等網(wǎng)絡(luò)元器件 MPI 網(wǎng)絡(luò)最多可以連接 32 個(gè)節(jié)點(diǎn) MPI 網(wǎng)絡(luò)的通信速率為 192Kbits12Mbits 通常默認(rèn)設(shè)置為 1875Kbits 只有能夠設(shè)置 為 PROFIBUS 接口的 MPI 網(wǎng)絡(luò)才支持最大的 12Mbits 的通信速率普通PC 需要通過(guò) MPIPROFIBUS 通信卡 如 CP5512CP5611CP5613 等聯(lián)入 MPI 網(wǎng)絡(luò)其中CP5611 和 CP5613 用于臺(tái)式電腦后者帶網(wǎng)絡(luò)診斷功能但價(jià)格相對(duì)較高 溫室控制系統(tǒng)硬件配置 在工業(yè)自動(dòng)控制系統(tǒng)中單片機(jī)控制與 PLC 控制是最常用的自動(dòng)控制系統(tǒng)但與單片機(jī)相比 PLC 具有極高的可靠性靈活性編程相對(duì)簡(jiǎn)單擴(kuò)展模塊豐富等等優(yōu)點(diǎn)能夠廣泛應(yīng)用到實(shí)際生產(chǎn)中由德國(guó) SIEMENS 系列產(chǎn)品產(chǎn)品具有功能強(qiáng)大可靠靈活實(shí)用性強(qiáng)等特點(diǎn)從系統(tǒng)的整體性出發(fā)考慮到經(jīng)濟(jì)性適用性功能性等各方面原因我們選用西門(mén)子公司的產(chǎn)品以最優(yōu)的性能價(jià)格比進(jìn)行系統(tǒng)配置本系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)各 個(gè)子系統(tǒng)的單獨(dú)調(diào)用通過(guò)通訊網(wǎng)絡(luò)由總控制室統(tǒng)一管理便于實(shí)現(xiàn)多路控制 S7300 系列的 PLC 是一種中等 PLC 系統(tǒng)其功能非常強(qiáng)大針對(duì)中小型自控應(yīng)用是面向生產(chǎn)制造領(lǐng)域的最佳系統(tǒng)解決方案 1 功能強(qiáng)性能價(jià)格比高 硬件配套齊全用戶(hù)使用方便適應(yīng)性強(qiáng) 可靠性高抗干擾能力強(qiáng) 系統(tǒng)的設(shè)計(jì)安裝調(diào)試工作量少 編程方法簡(jiǎn)單 梯形圖是使用得最多的可編程序控制器的編程語(yǔ)言其電路符號(hào)和表達(dá)方式與繼電器電路原理圖相似梯形圖語(yǔ)言形象直觀易學(xué)易懂熟悉繼電器電路圖的電氣技術(shù)人員只要花幾天時(shí)間就可以熟悉梯形圖語(yǔ)言并用來(lái)編制用戶(hù)程序 維修工作量少維修 方便 PLC 的故障率很低且有完善的自診斷和顯示功能體積小能耗低 對(duì)于復(fù)雜的控制系統(tǒng)使用 PLC 后可以減少大量的中間繼電器和時(shí)間繼電器與時(shí)俱變能實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)通訊 PLC 可以與電腦及智能儀表等通過(guò)通信聯(lián)網(wǎng)實(shí)現(xiàn)分散控制集中管理并能實(shí)現(xiàn)地顯示出當(dāng)前機(jī)械設(shè)備的工作狀態(tài)和工作流程對(duì)生產(chǎn)管理和現(xiàn)場(chǎng)維修帶來(lái)極大的方便 提升產(chǎn)品技術(shù)含量增加產(chǎn)品形象對(duì)未來(lái)機(jī)械升級(jí)很方便 SIMATIC S7300 系列 PLC作為現(xiàn)場(chǎng)控制設(shè)備因?yàn)樵撓盗?PLC具有較高的性?xún)r(jià)比且具有強(qiáng)大的網(wǎng)絡(luò)通信功能同時(shí)配置了空氣溫度傳感器、土壤濕度傳感器用于檢測(cè)溫室內(nèi) 環(huán)境變量裝備了水泵、卷簾等設(shè)備用于改變溫室內(nèi)各環(huán)境變量的數(shù)值網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控設(shè)備選用普通PC 現(xiàn)場(chǎng)裝備了控制箱作為現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控裝置 23．控制方案 植物的生長(zhǎng)是在一定環(huán)境中進(jìn)行的 在生長(zhǎng)過(guò)程中受到環(huán)境中各種因素的影響 其中對(duì)植物生長(zhǎng)影響最大的是溫度濕度和光照度環(huán)境中晝夜的溫度濕度和光照度的變化大 對(duì)植物生長(zhǎng)極為不利現(xiàn)代溫室有內(nèi)外遮陽(yáng)系統(tǒng)加溫系統(tǒng)自然通風(fēng)系統(tǒng)濕簾風(fēng)機(jī)降溫系統(tǒng)補(bǔ)光系統(tǒng)補(bǔ)氣系統(tǒng)環(huán)流風(fēng)機(jī)灌溉系統(tǒng)施肥系統(tǒng)自動(dòng)控制系統(tǒng)等常用的環(huán)境系統(tǒng)能夠?qū)χ参锏纳L(zhǎng)進(jìn)行合理的控制 而如何才能合理地控制這些配套設(shè)備的運(yùn)作和協(xié)同則需要有 一套完善的硬軟件溫室系統(tǒng)進(jìn)行控制因此 本系統(tǒng)就是利用 PLC 作為控制器采用傳感器對(duì)溫室溫度溫度等環(huán)境因素進(jìn)行巡回測(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)償現(xiàn)場(chǎng)可采用現(xiàn)場(chǎng)控制箱控制 PC 通過(guò) MPI 網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控其硬件連接方式如下 圖 21 硬件連接方式示意圖 原理 系統(tǒng)由溫度傳感器濕度傳感器 PLC 系統(tǒng)加溫設(shè)備加濕設(shè)備通風(fēng)設(shè)備等幾個(gè)部份組成系統(tǒng)的工作過(guò)程如圖所示 圖 22 系統(tǒng)的工作過(guò)程 該溫室控制系統(tǒng)是利用 PLC 模塊將濕度傳感器溫度傳感器采集的有關(guān)參數(shù)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)并且把采集 的參數(shù)與已設(shè)定的值進(jìn)行比較再經(jīng)過(guò) PLC 的比較后給出相應(yīng)的的控制信號(hào)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)以后植物生長(zhǎng)的研究帶來(lái)寶貴資料傳感器把生物有關(guān)的環(huán)境因子濕度溫度參數(shù)轉(zhuǎn)換成為電信號(hào)其中溫度傳感器的輸出電壓對(duì)應(yīng)一個(gè)溫度并且具有測(cè)量精度高測(cè)量范圍廣構(gòu)造簡(jiǎn)單價(jià)格低廉等特點(diǎn)可以把 10℃～ 100℃的溫度轉(zhuǎn)換成 0～ 5V 的電壓在濕度傳感器測(cè)量中可以將相對(duì)濕度 0～ 100 的相對(duì)濕度轉(zhuǎn)換成 0～ 5V 的電壓信號(hào)溫室控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)包括卷簾、水泵電磁閥等系統(tǒng)開(kāi)始工作時(shí) PLC 通過(guò)溫 度傳感器濕度傳感器來(lái)檢測(cè)溫室內(nèi)的溫