【正文】 畢業(yè)設計（論文）蔬菜大棚溫濕度自動監(jiān)控系統(tǒng)的設計 LANZHOU UNIVERSITY OF TECHNOLOGY 畢業(yè)設計 題 目 蔬菜大棚溫濕度控制系統(tǒng)的 PLC 程序設計 學生姓名 學 號 專業(yè)班級 指導教師 學 院 電信學院 答辯日期 2021 年 6 月 12 日 摘 要 溫室對現(xiàn)在的人們來說熟悉的名詞如何利用自動檢測與控制系統(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我國溫室業(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 國內(nèi)外溫室控制技術發(fā)展概況 2 13 選題的目的和意義 3 第二章 系統(tǒng)的整體設計方案 4 21 系統(tǒng)的設計任務 4 22 控制系統(tǒng)核心部件的選擇 4 通訊方式簡介 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)的研究與設計 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計 21 系統(tǒng)主電路設計 21 控制回路設計 22 36 就地控制箱設計 24 第四章軟件系統(tǒng)的研究與設計 25 41 STEP7 軟件編程簡介 25 軟件簡介 25 行 27 主要功能塊簡介 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 故障報警子程序 32 第五章 控制 系統(tǒng)監(jiān)控界面設計 34 51 上位軟件 34 52 通訊連接 34 53 人機界面 35 結 論 37 致謝 38 參考文獻 39 外文翻譯 40 附錄一程序梯形圖 59 第一章 緒 論 1121 系統(tǒng)的設計任務 植物溫室大棚的作用是改變植物的生長因子從而避免四季的氣候變化和惡劣氣候?qū)χ参锷L的不良影響為植物提供一個良好的生長環(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性 的材料作為主要結構材料它可以培養(yǎng)不適應在該季節(jié)下生長的植物對農(nóng)作物的生長因子進行調(diào)節(jié)促進植物的生長發(fā)育防止病蟲害以達到增加產(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植物的生長起著重要作用本設計主要研究溫室控制的主要對象是溫度濕度應用溫度傳感器濕度傳感器對各環(huán)境因子進行檢測溫度的調(diào)節(jié)主要通過卷簾的動作進行解決濕度則由水泵電機的灌溉系統(tǒng)進行補償網(wǎng)絡監(jiān)控設備選用普通 PC 現(xiàn)場裝備了控制箱作為現(xiàn)場監(jiān)控裝置 被控對象為 10個蔬菜大棚的溫濕度控制每個大棚內(nèi)有一個 15Kw水泵電機和10Kw 的卷簾電機水泵電機 與卷簾電機可以實現(xiàn)就地控制也可以實現(xiàn)遠程計算機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建該系統(tǒng)的分布式控制結構各子系統(tǒng)相對獨立使系統(tǒng)具有可靠性高拓展性強的特點 通訊方式簡介 MPI 網(wǎng)絡是是基于 MPIMultiplant Interface 多點接口協(xié)議的通信網(wǎng)絡當通信速率要求不高通信數(shù)據(jù)量不大時一種簡單經(jīng)濟的通信方式 MPI 通信主要的優(yōu)點是 CPU 可以同時與多個設備建立通信聯(lián)系即編程器上位機 HMI 設備和其他的PLC 可以連接在一起并同時運行 PLC S7202100400 CPU 上的 RS485 接口不 僅是編程接口同時也是一個 MPI 的通信接口所以在沒有額外硬件投資的狀況下可以實現(xiàn) PGOP全局數(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)絡節(jié)點通常包括 S7 PLCTPOPPGPCET200S 以及 RS485 中繼器等網(wǎng)絡元器件 MPI 網(wǎng)絡最多可以連接 32 個節(jié)點 MPI 網(wǎng)絡的通信速率為 192Kbits12Mbits 通常默認設置為 1875Kbits 只有能夠設置 為 PROFIBUS 接口的 MPI 網(wǎng)絡才支持最大的 12Mbits 的通信速率普通PC 需要通過 MPIPROFIBUS 通信卡 如 CP5512CP5611CP5613 等聯(lián)入 MPI 網(wǎng)絡其中CP5611 和 CP5613 用于臺式電腦后者帶網(wǎng)絡診斷功能但價格相對較高 溫室控制系統(tǒng)硬件配置 在工業(yè)自動控制系統(tǒng)中單片機控制與 PLC 控制是最常用的自動控制系統(tǒng)但與單片機相比 PLC 具有極高的可靠性靈活性編程相對簡單擴展模塊豐富等等優(yōu)點能夠廣泛應用到實際生產(chǎn)中由德國 SIEMENS 系列產(chǎn)品產(chǎn)品具有功能強大可靠靈活實用性強等特點從系統(tǒng)的整體性出發(fā)考慮到經(jīng)濟性適用性功能性等各方面原因我們選用西門子公司的產(chǎn)品以最優(yōu)的性能價格比進行系統(tǒng)配置本系統(tǒng)可以實現(xiàn)各 個子系統(tǒng)的單獨調(diào)用通過通訊網(wǎng)絡由總控制室統(tǒng)一管理便于實現(xiàn)多路控制 S7300 系列的 PLC 是一種中等 PLC 系統(tǒng)其功能非常強大針對中小型自控應用是面向生產(chǎn)制造領域的最佳系統(tǒng)解決方案 1 功能強性能價格比高 硬件配套齊全用戶使用方便適應性強 可靠性高抗干擾能力強 系統(tǒng)的設計安裝調(diào)試工作量少 編程方法簡單 梯形圖是使用得最多的可編程序控制器的編程語言其電路符號和表達方式與繼電器電路原理圖相似梯形圖語言形象直觀易學易懂熟悉繼電器電路圖的電氣技術人員只要花幾天時間就可以熟悉梯形圖語言并用來編制用戶程序 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 對于復雜的控制系統(tǒng)使用 PLC 后可以減少大量的中間繼電器和時間繼電器與時俱變能實現(xiàn)網(wǎng)絡通訊 PLC 可以與電腦及智能儀表等通過通信聯(lián)網(wǎng)實現(xiàn)分散控制集中管理并能實現(xiàn)地顯示出當前機械設備的工作狀態(tài)和工作流程對生產(chǎn)管理和現(xiàn)場維修帶來極大的方便 提升產(chǎn)品技術含量增加產(chǎn)品形象對未來機械升級很方便 SIMATIC S7300 系列 PLC作為現(xiàn)場控制設備因為該系列 PLC具有較高的性價比且具有強大的網(wǎng)絡通信功能同時配置了空氣溫度傳感器、土壤濕度傳感器用于檢測溫室內(nèi) 環(huán)境變量裝備了水泵、卷簾等設備用于改變溫室內(nèi)各環(huán)境變量的數(shù)值網(wǎng)絡監(jiān)控設備選用普通PC 現(xiàn)場裝備了控制箱作為現(xiàn)場監(jiān)控裝置 23．控制方案 植物的生長是在一定環(huán)境中進行的 在生長過程中受到環(huán)境中各種因素的影響 其中對植物生長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 對植物生長極為不利現(xiàn)代溫室有內(nèi)外遮陽系統(tǒng)加溫系統(tǒng)自然通風系統(tǒng)濕簾風機降溫系統(tǒng)補光系統(tǒng)補氣系統(tǒng)環(huán)流風機灌溉系統(tǒng)施肥系統(tǒng)自動控制系統(tǒng)等常用的環(huán)境系統(tǒng)能夠?qū)χ参锏纳L進行合理的控制 而如何才能合理地控制這些配套設備的運作和協(xié)同則需要有 一套完善的硬軟件溫室系統(tǒng)進行控制因此 本系統(tǒng)就是利用 PLC 作為控制器采用傳感器對溫室溫度溫度等環(huán)境因素進行巡回測量并將結果送到 PLC中由 PLC對結果進行處理然后調(diào)控各設備對環(huán)境因子進行補償現(xiàn)場可采用現(xiàn)場控制箱控制 PC 通過 MPI 網(wǎng)絡實現(xiàn)遠程監(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)加溫設備加濕設備通風設備等幾個部份組成系統(tǒng)的工作過程如圖所示 圖 22 系統(tǒng)的工作過程 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參數(shù)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號并且把采集 的參數(shù)與已設定的值進行比較再經(jīng)過 PLC 的比較后給出相應的的控制信號對執(zhí)行機構進行控制在此系統(tǒng)中還可以通過串口的形式與 PC 機相連從而實現(xiàn)實時數(shù)據(jù)的管理與存儲以后植物生長的研究帶來寶貴資料傳感器把生物有關的環(huán)境因子濕度溫度參數(shù)轉(zhuǎn)換成為電信號其中溫度傳感器的輸出電壓對應一個溫度并且具有測量精度高測量范圍廣構造簡單價格低廉等特點可以把 10℃～ 100℃的溫度轉(zhuǎn)換成 0～ 5V 的電壓在濕度傳感器測量中可以將相對濕度 0～ 100 的相對濕度轉(zhuǎn)換成 0～ 5V 的電壓信號溫室控制執(zhí)行機構包括卷簾、水泵電磁閥等系統(tǒng)開始工作時 PLC 通過溫 度傳感器濕度傳感器來檢測溫室內(nèi)的溫