【正文】 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(fēng)系統(tǒng)濕簾風(fēng)機降溫系統(tǒng)補光系統(tǒng)補氣系統(tǒng)環(huán)流風(fēng)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(shè)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(jié)果送到 PLC中由 PLC對結(jié)果進行處理然后調(diào)控各設(shè)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(luò)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(shè)備加濕設(shè)備通風(fēng)設(shè)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(guān)參數(shù)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號并且把采集 的參數(shù)與已設(shè)定的值進行比較再經(jīng)過 PLC 的比較后給出相應(yīng)的的控制信號對執(zhí)行機構(gòu)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(guān)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(yīng)一個溫度并且具有測量精度高測量范圍廣構(gòu)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(gòu)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)的溫度濕度與設(shè)計值相比較如果溫度濕度超出設(shè)定值上下限值 PLC 就會輸出指令控制動作相應(yīng)的執(zhí)行設(shè)備相反如果測量值在設(shè)定值范圍內(nèi)則發(fā)出指令停止相應(yīng)的設(shè)備第三章 硬件系統(tǒng)的研究與設(shè)計 31 PLC 的選型 系統(tǒng)選用西門子公司的 S7300 PLC實現(xiàn)集中監(jiān)控根據(jù)系統(tǒng)控制要求并考慮留有一定的裕量 PLC 由電源模塊 PS30 CPU 模塊 CPU313c2DP、 IO 模塊 1 塊模擬量輸入 SM 331 組成具體硬件配置如下 1 電源模塊 PS307 輸入電壓為 220V AC 輸出電壓為 24V DC 輸出電流為 5A向其他 PLC 模塊供電 PLC 內(nèi)部的電源可分為內(nèi)部開關(guān)穩(wěn)壓電源供內(nèi)部電路使用大多數(shù)機型還可以向外提供 DC24V 穩(wěn)壓電源為現(xiàn)場的開關(guān)信號外部傳感器供電 外部可用一般工業(yè)電源并備有鋰電池備用電池使外部電源故障時內(nèi)部重要數(shù)據(jù)不致丟失 西門子 PLC 有多種 24VDC 電源模塊可用于 S7300 PLC 和傳感器執(zhí)行器 本 次 設(shè) 計中 考 慮到 帶 負(fù)載 能 力等 電 源選 擇 5 A 電 源模 塊 6ES7 3071EA000AA0 即可其屬性如下 輸出電流為 5 A 輸出電壓為 24 VDC 短路和斷路保護 與單相交流電源連接額定輸入電壓 120230 VAC5060 Hz 安全隔離符合 EN 60 950 可用作負(fù)載電源 2CPU 模塊 CPU 是 PLC 的核心部分與通用微機 CPU 一樣 CPU 在 PC 系統(tǒng)中的作用類似于人體的神經(jīng)中樞其功能 1 用掃描方式后面介紹接收現(xiàn)場輸入裝置的狀態(tài)或數(shù)據(jù)并存入輸入映象寄存器或數(shù)據(jù)寄存器 2 接收并存儲從編程器輸入的用戶程序和數(shù)據(jù) 3 診斷電源和 PC 內(nèi)部電路的工作狀態(tài)及編程過程中的語法錯誤 4 在 PC 進入運行狀態(tài)后 執(zhí)行用戶程序產(chǎn)生相應(yīng)的控制信號從用戶程序存儲器中逐條讀取指令經(jīng) 命令解釋后按指令規(guī)定的任務(wù)產(chǎn)生相應(yīng)的控制信號去啟閉有關(guān)的控制電路 進行數(shù)據(jù)處理分時分渠道地執(zhí)行數(shù)據(jù)存取傳送組合比較變換等動作完成用戶程序中規(guī)定的邏輯或算術(shù)運算任務(wù) 更新輸出狀態(tài)輸出實施控制根據(jù)運算結(jié)果更新有關(guān)標(biāo)志位的狀態(tài)和輸出映象寄存器的內(nèi)容再由輸入映象寄存器或數(shù)據(jù)寄存器的內(nèi)容實現(xiàn)輸出控制制表打印數(shù)據(jù)通訊等 本次設(shè)計大棚溫濕度控制系統(tǒng)中輸入輸出 IO 點數(shù)由緊湊型 PLC 支持足以并且由方案論證中可知 PLC 選擇的是西門子公司的 S7300 系列考慮到價格存儲通信方式等 CPU 型號選擇為 313C2DP 型帶集成數(shù)字量輸入 輸出和一個 MPI 接口和一個 DP 接口的緊湊型 CPU 帶有與過程相關(guān)的功能可以完成具有特殊功能的任務(wù)和連接單獨的 IO 設(shè)備 32kBRAM24VDC 電源內(nèi)置 16DI16DO IO 模塊 PLC 系統(tǒng)的輸入信號包括各個大棚的溫度及濕度信號、電機啟動停止信號、自動手動轉(zhuǎn)換開關(guān)信號、現(xiàn)場遠程轉(zhuǎn)換開關(guān)信號溫濕度模擬量信號用模擬量輸入模塊 SM 331 來擴展由輸入點數(shù)以及考慮到 1020 的冗余擴展模塊選擇為模擬量輸入模塊 SM 331 AI 8 x 16 位 6ES7 3317NF100AB0 其屬性為 4 個通道組中的 8 點 輸入 測量值精度 15 位 符號獨立于積分時間 每個通道組的可選測量方法 – 電壓 – 電流 用戶定義的測量范圍設(shè)置和每個通道組的過濾刷新率 可編程診斷 可編程診斷中斷 帶限制值監(jiān)視功能的 2 個通道 超限時的可編程中斷 與背板總線接口電氣隔離 通道間的允許 CMV 最大 50 VDC IO 地址分配 由系統(tǒng)設(shè)計需要輸入信號有啟動停止溫度傳感器空氣濕度傳感器土壤濕度傳感器等輸出信號被控對象有卷簾電機水泵電機電磁閥報警裝置等其 IO 地址分配表如下 表 31 IO 分配表 輸入信號 類型 名稱 符號 端子分配 備注 數(shù)字量輸入信號 轉(zhuǎn)換開關(guān) SA1 I00 就地遠程轉(zhuǎn)換開關(guān)就地 轉(zhuǎn)換開關(guān) SA1 I01 就地遠程轉(zhuǎn)換開關(guān)遠程 按鈕 SB1 I02 總啟動按鈕 按鈕 SB2 I03 總停止按鈕 按鈕 SB3 I04 急停按鈕 行程開關(guān) SQ1 I05 卷簾上限位開關(guān) 行程開關(guān) SQ2 I06 卷簾下限位開關(guān) 模擬量輸入信號 傳感器 L1 PIW256 溫度傳感器 1 傳感器 L2 PIW257 土壤濕度傳感器 1 傳感器 L4 PIW259 空氣濕度傳感器 1 傳感器 L5 PIW260 溫度傳感器 2 傳感器 L6 PIW261 土壤濕度傳感器 2 傳感器 L7 PIW262 空氣濕度傳感器 2 輸出信號 類型 名稱 符號 端子分配 備注 數(shù)字量輸出信號 繼電器 K1 Q00 卷簾電機正轉(zhuǎn) 繼電器 K2 Q01 卷簾電機反轉(zhuǎn) 繼電器 K3 Q02 水泵電機啟動 繼電器 K4 Q03 電磁閥啟動 指示燈 HL1 Q04 卷簾正轉(zhuǎn)指示燈 指示燈 HL2 Q05 卷簾反轉(zhuǎn)指示燈 指示燈 HL3 Q06 水 泵 啟動 指示 燈 指示燈 HL4 Q07 電磁閥啟動指示燈 指示燈 HL5 Q10 卷簾報警指示燈 指示燈 HL6 Q11 水泵報警指示燈 指示燈 HL7 Q12 電磁閥報警指示燈 接線圖 1 由 PLC 地址分配列表可以得到 CPU 接線方式其接線圖如圖所示 圖 31 CPU 模塊接線圖 PLC 主體模塊接線如圖三所示 PLC 的輸出觸點負(fù)載能力偏低如果直接帶動電機等負(fù)載輸出觸點容易損壞故采用中間繼電器作為中間元件間接控制電機的啟停及正反轉(zhuǎn)由中間繼電器觸點控制交流接觸器交流接觸器作為控制元件來控制電機啟停和正反轉(zhuǎn) 2 溫濕度傳感器與 PLC 擴展模塊 SM331 的接口電路 圖 32 模擬量模塊接線 32 傳感器的選型 本系統(tǒng)設(shè)計了對與作物生長發(fā)育有關(guān)的環(huán)境溫度土壤濕度等參數(shù)進行采集的功能實現(xiàn)溫室大棚內(nèi)各種參數(shù)的數(shù)據(jù)采集任務(wù)傳感器負(fù)責(zé)對溫室環(huán)境因子的采集將采集信轉(zhuǎn)換為 05伏的電壓信號送入 PLC供 PLC使用而使用的各類傳感器分別介紹如下 感器 溫度是一個基本的物理量自然界中的一切過程無不與溫度密切相關(guān)溫度傳感器是最早開發(fā)應(yīng)用最廣的一類傳感器溫度傳感器的市場超過了其它的傳感器溫度傳感器主要四種類型熱電偶 熱敏電阻電阻溫度檢測器 RTD 和 IC 溫度傳感器IC 溫度傳感器又包括模擬量輸出和數(shù)字量輸出兩種類型在溫度傳感器的選擇上余地比較大在此選用 PHQW 大氣溫度傳感器 PHQW 大氣溫度傳感器采用光刻鉑電阻作為感應(yīng)部件感應(yīng)部件位于桿頭部外有一層濾膜保護可配專用的防輻射罩保護傳感器免受太陽輻射和雨淋技術(shù)指標(biāo) 0177。準(zhǔn) 確 度177。單 位 m3m3 分 辨 率 01m3m3 工作電壓 電流輸出為 12V24V DC 電壓輸出為 5V DC 探針材料 不銹鋼或銅 5T≤ 0 穩(wěn) 定 性 1RH 年 供電電源 DC5VDC12VDC24V 可選 輸出形式 1 電流 420mA 2 電壓 05VDC 3RS232RS485 網(wǎng)絡(luò)通訊 4TTL 電平頻率和脈寬兩種 工作環(huán)境溫度 40～ 50 濕度≤ 100RH 穩(wěn) 定 性 1RH 年 產(chǎn)品重量傳感器 140g 帶變送器 550g 負(fù)載能力電流型輸出阻抗≤ 250Ω 電壓型輸出阻抗≥ 1KΩ 產(chǎn)品功耗 6mW 電壓型 適用流體 空氣蒸汽水其它非危害性流體 適用壓力 005～ 10Pa05～ 10Kgfcm2G 最低動作壓差 005MPa 05Kgfcm2G 最高溫度 180℃ 電壓規(guī)格 AC100200V 結(jié)線方法選擇形 5060Hz AC110220V 結(jié)線方法選擇形 5060Hz AC120240V 結(jié)線方法選擇形 5060Hz 動作方式 通電開動形 連接方式 JIS Rc PT 螺絲 材料 閥箱 青銅 活塞 不銹鋼 閥體 氯化乙烯樹脂 公稱直 徑 10～ 50A 34 低壓控制器件選型 一按鈕 LA 25 系列控制按鈕采用積木式結(jié)構(gòu)插接式連接可以自由組合常開常閉觸頭的對數(shù) LA25 系列控制按鈕是目前國內(nèi)規(guī)格品種最齊的一種控制按鈕系列 本系統(tǒng)需三種不同按鈕啟動停止和急停按鈕按各自功能選擇不同型號啟動為 LA252021有兩對常開觸頭為綠色圓形按鈕停止為 LA250211有兩對常閉觸頭為紅色圓形按鈕急停為 LA2511M21 為紅色蘑菇狀按鈕 二行程開關(guān) JLXKl 系列行程開關(guān)有單輪防護式雙輪防護式直動防護式和直動滾輪防護式觸頭數(shù)量為 1 常開和 1 常閉交流接 通電流 5A 三斷路器 塑殼式斷路器的選用塑殼式斷路器常用來作電動機的過載與短路保護其選擇原則是 1 斷路器額定工作電壓等于或大于線路額定電壓 2 斷路器額定電流等于或大于線路計算負(fù)荷電流 3 斷路器通斷能力等于或大于線路中可能出現(xiàn)的最大短路電流一般按有效值計算 4 斷路器欠壓脫扣器額定電壓等于線路額定電壓 5 斷路器分勵脫扣器額定電壓等于控制電源電壓 6 長延時電流整定值等于電動機額定電流 7 瞬時整定電流對保護籠型感應(yīng)電動機的斷路器其瞬時整定電流為 815 倍電動機額定電流對于保護繞線型電動機的斷 路器其瞬時整定電流為 36 倍電動機額定電流 8 6 倍長延時電流整定值的可返回時間等于或大于電動機實際起動時間按起動時負(fù)載的輕重可選用可返回時間為 135815s 中的某一檔 3VE系列斷路器 3VE系列斷路器是從德國西門子公司引進技術(shù)生產(chǎn)的產(chǎn)品適用于交流 50Hx或 601Iz電壓 660V及以下電流 2063A的電路中作為小容量電動機和線路的過