【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(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)的溫度濕度與設(shè)計(jì)值相比較如果溫度濕度超出設(shè)定值上下限值 PLC 就會(huì)輸出指令控制動(dòng)作相應(yīng)的執(zhí)行設(shè)備相反如果測(cè)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(jì) 31 PLC 的選型 系統(tǒng)選用西門(mén)子公司的 S7300 PLC實(shí)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(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源供內(nèi)部電路使用大多數(shù)機(jī)型還可以向外提供 DC24V 穩(wěn)壓電源為現(xiàn)場(chǎng)的開(kāi)關(guān)信號(hào)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(shí)內(nèi)部重要數(shù)據(jù)不致丟失 西門(mén)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(jì)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(hù) 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(jī) CPU 一樣 CPU 在 PC 系統(tǒng)中的作用類(lèi)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(chǎng)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(chǔ)從編程器輸入的用戶(hù)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(guò)程中的語(yǔ)法錯(cuò)誤 4 在 PC 進(jìn)入運(yùn)行狀態(tài)后 執(zhí)行用戶(hù)程序產(chǎn)生相應(yīng)的控制信號(hào)從用戶(hù)程序存儲(chǔ)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(hào)去啟閉有關(guān)的控制電路 進(jìn)行數(shù)據(jù)處理分時(shí)分渠道地執(zhí)行數(shù)據(jù)存取傳送組合比較變換等動(dòng)作完成用戶(hù)程序中規(guī)定的邏輯或算術(shù)運(yùn)算任務(wù) 更新輸出狀態(tài)輸出實(shí)施控制根據(jù)運(yùn)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(shí)現(xiàn)輸出控制制表打印數(shù)據(jù)通訊等 本次設(shè)計(jì)大棚溫濕度控制系統(tǒng)中輸入輸出 IO 點(diǎn)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(mén)子公司的 S7300 系列考慮到價(jià)格存儲(chǔ)通信方式等 CPU 型號(hào)選擇為 313C2DP 型帶集成數(shù)字量輸入 輸出和一個(gè) MPI 接口和一個(gè) DP 接口的緊湊型 CPU 帶有與過(guò)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(dú)的 IO 設(shè)備 32kBRAM24VDC 電源內(nèi)置 16DI16DO IO 模塊 PLC 系統(tǒng)的輸入信號(hào)包括各個(gè)大棚的溫度及濕度信號(hào)、電機(jī)啟動(dòng)停止信號(hào)、自動(dòng)手動(dòng)轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)信號(hào)、現(xiàn)場(chǎng)遠(yuǎn)程轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)信號(hào)溫濕度模擬量信號(hào)用模擬量輸入模塊 SM 331 來(lái)擴(kuò)展由輸入點(diǎn)數(shù)以及考慮到 1020 的冗余擴(kuò)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(gè)通道組中的 8 點(diǎn) 輸入 測(cè)量值精度 15 位 符號(hào)獨(dú)立于積分時(shí)間 每個(gè)通道組的可選測(cè)量方法 – 電壓 – 電流 用戶(hù)定義的測(cè)量范圍設(shè)置和每個(gè)通道組的過(guò)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(gè)通道 超限時(shí)的可編程中斷 與背板總線(xiàn)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(jì)需要輸入信號(hào)有啟動(dòng)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(hào)被控對(duì)象有卷簾電機(jī)水泵電機(jī)電磁閥報(bào)警裝置等其 IO 地址分配表如下 表 31 IO 分配表 輸入信號(hào) 類(lèi)型 名稱(chēng) 符號(hào) 端子分配 備注 數(shù)字量輸入信號(hào) 轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān) SA1 I00 就地遠(yuǎn)程轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)就地 轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān) SA1 I01 就地遠(yuǎn)程轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)遠(yuǎn)程 按鈕 SB1 I02 總啟動(dòng)按鈕 按鈕 SB2 I03 總停止按鈕 按鈕 SB3 I04 急停按鈕 行程開(kāi)關(guān) SQ1 I05 卷簾上限位開(kāi)關(guān) 行程開(kāi)關(guān) SQ2 I06 卷簾下限位開(kāi)關(guān) 模擬量輸入信號(hào) 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(hào) 類(lèi)型 名稱(chēng) 符號(hào) 端子分配 備注 數(shù)字量輸出信號(hào) 繼電器 K1 Q00 卷簾電機(jī)正轉(zhuǎn) 繼電器 K2 Q01 卷簾電機(jī)反轉(zhuǎn) 繼電器 K3 Q02 水泵電機(jī)啟動(dòng) 繼電器 K4 Q03 電磁閥啟動(dòng) 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(dòng) 指示 燈 指示燈 HL4 Q07 電磁閥啟動(dòng)指示燈 指示燈 HL5 Q10 卷簾報(bào)警指示燈 指示燈 HL6 Q11 水泵報(bào)警指示燈 指示燈 HL7 Q12 電磁閥報(bào)警指示燈 接線(xiàn)圖 1 由 PLC 地址分配列表可以得到 CPU 接線(xiàn)方式其接線(xiàn)圖如圖所示 圖 31 CPU 模塊接線(xiàn)圖 PLC 主體模塊接線(xiàn)如圖三所示 PLC 的輸出觸點(diǎn)負(fù)載能力偏低如果直接帶動(dòng)電機(jī)等負(fù)載輸出觸點(diǎn)容易損壞故采用中間繼電器作為中間元件間接控制電機(jī)的啟停及正反轉(zhuǎn)由中間繼電器觸點(diǎn)控制交流接觸器交流接觸器作為控制元件來(lái)控制電機(jī)啟停和正反轉(zhuǎn) 2 溫濕度傳感器與 PLC 擴(kuò)展模塊 SM331 的接口電路 圖 32 模擬量模塊接線(xiàn) 32 傳感器的選型 本系統(tǒng)設(shè)計(jì)了對(duì)與作物生長(zhǎng)發(fā)育有關(guān)的環(huán)境溫度土壤濕度等參數(shù)進(jìn)行采集的功能實(shí)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(duì)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(hào)送入 PLC供 PLC使用而使用的各類(lèi)傳感器分別介紹如下 感器 溫度是一個(gè)基本的物理量自然界中的一切過(guò)程無(wú)不與溫度密切相關(guān)溫度傳感器是最早開(kāi)發(fā)應(yīng)用最廣的一類(lèi)傳感器溫度傳感器的市場(chǎng)超過(guò)了其它的傳感器溫度傳感器主要四種類(lèi)型熱電偶 熱敏電阻電阻溫度檢測(cè)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(lèi)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(hù)可配專(zhuān)用的防輻射罩保護(hù)傳感器免受太陽(yáng)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(dòng)作壓差 005MPa 05Kgfcm2G 最高溫度 180℃ 電壓規(guī)格 AC100200V 結(jié)線(xiàn)方法選擇形 5060Hz AC110220V 結(jié)線(xiàn)方法選擇形 5060Hz AC120240V 結(jié)線(xiàn)方法選擇形 5060Hz 動(dòng)作方式 通電開(kāi)動(dòng)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(shù)脂 公稱(chēng)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(kāi)常閉觸頭的對(duì)數(shù) LA25 系列控制按鈕是目前國(guó)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(dòng)停止和急停按鈕按各自功能選擇不同型號(hào)啟動(dòng)為 LA252021有兩對(duì)常開(kāi)觸頭為綠色圓形按鈕停止為 LA250211有兩對(duì)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(kāi)關(guān) JLXKl 系列行程開(kāi)關(guān)有單輪防護(hù)式雙輪防護(hù)式直動(dòng)防護(hù)式和直動(dòng)滾輪防護(hù)式觸頭數(shù)量為 1 常開(kāi)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(lái)作電動(dòng)機(jī)的過(guò)載與短路保護(hù)其選擇原則是 1 斷路器額定工作電壓等于或大于線(xiàn)路額定電壓 2 斷路器額定電流等于或大于線(xiàn)路計(jì)算負(fù)荷電流 3 斷路器通斷能力等于或大于線(xiàn)路中可能出現(xiàn)的最大短路電流一般按有效值計(jì)算 4 斷路器欠壓脫扣器額定電壓等于線(xiàn)路額定電壓 5 斷路器分勵(lì)脫扣器額定電壓等于控制電源電壓 6 長(zhǎng)延時(shí)電流整定值等于電動(dòng)機(jī)額定電流 7 瞬時(shí)整定電流對(duì)保護(hù)籠型感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的斷路器其瞬時(shí)整定電流為 815 倍電動(dòng)機(jī)額定電流對(duì)于保護(hù)繞線(xiàn)型電動(dòng)機(jī)的斷 路器其瞬時(shí)整定電流為 36 倍電動(dòng)機(jī)額定電流 8 6 倍長(zhǎng)延時(shí)電流整定值的可返回時(shí)間等于或大于電動(dòng)機(jī)實(shí)際起動(dòng)時(shí)間按起動(dòng)時(shí)負(fù)載的輕重可選用可返回時(shí)間為 135815s 中的某一檔 3VE系列斷路器 3VE系列斷路器是從德國(guó)西門(mén)子公司引進(jìn)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(dòng)機(jī)和線(xiàn)路的過(guò)