【正文】 .................................. 26 控制系統(tǒng)的程序設計 ....................................................................... 27 控制程序的仿真與調試 .................................................................... 34 第六章 組態(tài)畫面的設計方案 ........................................................................ 36 組態(tài)軟件概述 ................................................................................... 36 溫室大棚控制系統(tǒng)的組態(tài)設計 ........................................................ 38 結論 ................................................................................................................. 45 致謝 ................................................................................................................. 47 參考文獻 ......................................................................................................... 48 1 第一章 緒論 課題概述 課題簡介 溫室又稱暖房，是用來栽培植物的設施。溫室大棚溫度 PLC 控制系統(tǒng)設計 摘 要 溫室，是用來栽培植物的設施，它能改變植物的生長環(huán)境，避免外界四季變化和惡劣氣候對作物生長的不利影響，為植物生長創(chuàng)造適宜的條件。溫室的作用是用來改變植物的生長環(huán)境 ,避免外界四季變化和惡劣氣候對作物生長的不利影響，為植物生長創(chuàng)造適宜的條件。除此之外，我國設施農業(yè)目前還存在著諸如土地利用率低、盲目引進溫室、設施結構不合理、能源浪費嚴重、運營管理費用高、管理技術水平低、勞動生產率低及單位面積產量低等諸多問題。而當今國內大多數(shù)對大棚溫度、 濕度、二氧化碳含量的檢測與控制都采用人工管理，這樣不可避免的有測控精度低、勞動強度大及由于測控不及時等弊端，容易造成不可彌補的損失，結果不但大大增加了成本，浪費了人力資源，而且很難達到預期的效果。 1997年我國日光溫室面積已超過近 萬公頃。所以，將農業(yè)學科與工程學科結合起來，對果蔬生長的環(huán)境參數(shù)進行優(yōu)化設計，對于開發(fā)經濟有效的溫室監(jiān)控軟件系統(tǒng)是非常重要的。 國外研究現(xiàn)狀 西方發(fā)達國家在現(xiàn)代溫室測控技術上起步比較早。計算機對這些系統(tǒng)的控制己經不是簡單的、獨立的、靜態(tài)的直接數(shù)字控制，而是基于環(huán)境模型上的監(jiān)督控制，以及基于專家系統(tǒng)上的人工智能控制，一些國家在實現(xiàn)自動化的基礎上正在向著完全自動化、無人化的方向發(fā)展。在植物的生長過程中，溫室中的溫度，光照，濕度， CO2 濃度，土壤酸堿度等環(huán)境參數(shù)對植物的生長起著重要作用。進入 20 世紀 80 年代，隨著大規(guī)模和超大規(guī)模集成電路等微電子技術的迅猛發(fā)展，以 16 位和少數(shù) 32 位微處理器構成的微機化 PLC，使 PLC 的功能更加強大 —工作速度快，體積減小，可靠性提高，成本下降，編程和故障檢測更為靈活，方便。 CPU 主要用于存儲程序及數(shù)據，是 PLC 不可缺少的組成單元 ,在很大程度上決定了 PLC 的整體性能。 開關量模塊按電壓水平分有 220VAC、 110VAC、 24VDC 等規(guī)格；按隔離方式分有繼電器輸出、晶閘管輸出和晶體管輸出等類型。用戶使用的。 電源 PLC 電源用于為 PLC 各模塊的集成電 路提供工作電源。 9 圖 22 可編程控制器運行框圖 PLC 的分類及特點 PLC 分類方法有多種，按規(guī)模（即 I/O 點數(shù) ）可分為大、中、小型，按結構可分為整體式和組合式。 PLC 控制系統(tǒng)設計的基本原則及步驟 理解 PLC 的基本工作原理和指令系統(tǒng)后，就可以把 PLC 應用到實際的工程項目中。 三、力求簡單、經濟、使用與維修方便 在滿足控制要求的前提下，一方面要注意不斷地擴大工程的效益，另一方面也要注意不斷地降低工程的成本。 三、選擇 PLC PLC 選擇包括對 PLC 的機型、容量、 I/O 模塊、電源等的選擇。 12 七、聯(lián)機調試 聯(lián) 機調試是將通過模擬調試的程序進一步進行在線統(tǒng)調。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。自動工作中 ，如果被檢測量溫度高于設定值， PLC 就會發(fā)出相應的指令控制開啟通風窗和冷風機；如果測量值與設定值相等，則關閉通風窗和冷風機；如果測量值低于設定值，則打開加熱器和熱風機對溫室進行加溫。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)據的管理與存儲，為以后植物生長的研究帶來寶貴資料。 系統(tǒng)控制電路設計 從系統(tǒng)主電路圖中，可以看出執(zhí)行機構系統(tǒng)包括遮陽簾、通風扇、熱風機、冷風機、加熱器、發(fā)光體和 CO2 添加器等部分。在自動狀態(tài)下，由 PLC 控制器實現(xiàn)控制，中間接觸器 KM3 的線圈得電時，其常開觸點閉合，遮陽簾開啟；中間接觸器 KM4 的線圈得電時，其常開觸點閉合，遮陽簾閉合。在自動狀態(tài)下，由 PLC 控制器實現(xiàn)控制，中間 19 接觸器 KM5 得電時，其常開觸點閉合，熱風機運行。因此 S7200 系列具有極高的性能 /價格比。%℃ ； 濕度檢測范圍： 0～ 100%RH；測量精度： 177。 三、 CO2 濃度傳感器 二氧化碳控制實時監(jiān)測 C02 的含量，當 C02 的含量低于一定值時打開 C02 儲氣罐或 C02 發(fā)生器以增施氣肥。 EM235 模塊具有 4路模擬量輸入 /1 路模擬量輸出。 表 43 EM 235 選擇模擬量輸入范圍和分辨率的開關表 單極性 滿量程輸入 分辨率 SW1 SW2 SW3 SW4 SW5 SW6 ON OFF OFF ON OFF ON 0 到 50mV OFF ON OFF ON OFF ON 0 到 100mV 25μV 24 ON OFF OFF OFF ON ON 0 到 500mV 125uA OFF ON OFF OFF ON ON 0 到 1V 250μV ON OFF OFF OFF OFF ON 0 到 5V ON OFF OFF OFF OFF ON 0 到 20mA 5μA OFF ON OFF OFF OFF ON 0 到 10V 根據溫室控制系統(tǒng)中的控制模塊，經由傳感器測得的溫度、光照度、 CO2 的測量值均為單極 性，選擇 0 到 10V 的量程，故設置 DIP 開關為 010001。 24V DC 電源正極接入模塊左下方 L+端子，負極接入 M 端子。本章節(jié)在硬件設計的基礎上，詳細介紹本項目的軟件設計，主要包括軟件設計的基本步驟、方法、編程軟件 STEP7Micro/WIN 的介紹以及本項目的程序設計。實際上就找到輸出和輸入的關系，完成設計任務。 五、 可用于 CPU 硬件配置。 28 圖 51 溫度控制流程圖 二、光照控制流程圖 溫室大棚的光照控制 流程圖如圖 52 所示。 在溫室大棚的溫度控制過程中，手動模式下，當溫度傳感器測量的溫度值低于設定的溫度值時，中間繼電器 得電，通風扇正轉，將外界的空氣引入溫室，與外界交換空氣；手動模式下，將控制通風扇正反轉的單刀雙擲開關撥至 “通風扇反轉 ”，中間繼電器 得電，通風扇反轉。 在溫室大棚的光照控制過程中，自動模式下，當光照傳感器測量的光照強度低于設定的光照值時，中間繼電器 得電，遮陽簾開簾補光；手動模式下，將控制遮 33 陽簾開關簾的單刀雙擲開關撥至 “遮陽簾開簾 ”，中間繼電器 得電，遮陽簾開簾補光。 控制程序的仿真與調試 仿真軟件簡介 在本次設計中，利用 S7200 仿真軟件 漢化版進行控制程序的仿真與調試。 MCGS 為用戶提供了解決實際工程問題的完整方案和開發(fā)平臺，能夠完成現(xiàn)場數(shù)據采集、實時和歷史數(shù)據處理、報警和安全機制、流程控制、動畫顯示、趨勢曲線和報表輸出以及企業(yè)監(jiān)控網絡等功能。 (2)MCGS 組態(tài)軟件五大組成部分 MCGS 組態(tài)軟件所建立的工程由主控窗口、設備窗口、用戶窗口、實時數(shù)據庫和運行策略五部分構成， 如圖 71 所示， 每一部分分別進行組態(tài)操作，完成不同的工作，具有不同的特性。在本窗口內定義不同類型和名稱的變量，作為數(shù)據采集、處理、輸出控制、動畫連接及設備驅動的對象。 六、強大的數(shù)據處理功能，能夠對工業(yè)現(xiàn)場產生的數(shù)據以各種方式進行統(tǒng)計處理，使您能夠在第一時間獲得有關現(xiàn)場情況的第一手數(shù)據。本系統(tǒng)需要 17 個變量，見 表 71。 上述功能可以通過編寫控制程序來實現(xiàn)。****************光照控制 ******************* IF 光照 15 THEN 遮陽簾 = 1 遮陽簾開簾指示燈 = 1 補光燈 = 1 光照 = 光照 + ENDIF IF 光照 25 THEN 43 遮陽簾 = 0 遮陽簾關簾指示燈 = 1 補光燈 = 0 光照 = 光照 ENDIF IF 光照 =15 AND 光照 = 25 THEN 遮陽簾開簾指示燈 = 0 遮陽簾關簾指示燈 = 0 補光燈 = 0 ENDIF 39。 圖 66 報表 畫面 45 曲線顯示 對運行過程的重要參數(shù)進行曲線記錄有兩個好處：一是評價過去的運行情況，二是預測以后的運行情況，因此曲線顯示在工控系統(tǒng)中是一個非常重要的部分。歷史報表通常是用于從歷史數(shù)據庫中提取數(shù)據記錄，并以一定的格式顯示歷史數(shù)據。**********************復位控制 *************************** IF 復位按鈕 = 1 THEN 通風扇 = 0 通風扇正轉指示燈 = 0 通風扇反轉指示燈 = 0 遮陽簾 = 0 遮陽簾開簾指示燈 = 0 遮陽簾關簾指示燈 = 0 冷風機 = 0 熱風機 = 0 加熱器 = 0 CO2 調節(jié)閥 = 0 補光燈 = 0 ENDIF 39。當溫室的二氧化碳濃度低于設定值，系統(tǒng)開啟二氧化碳調節(jié)閥。定義變量之前先對變量進行分配。 38 四、支持目前絕大多數(shù)硬件設備，同時可以方便地定制各種設備驅動；此外，獨特的組態(tài)環(huán)境調試功能與靈活的設備操作命令相結合，使硬件設備與軟件系統(tǒng)間的配合天衣無縫。 用戶窗口：本窗口主要用于設置工程中人機交互的界面，諸如：生成各種動畫顯示畫面、報警輸出、數(shù)據與曲線圖表等。 MCGS 組態(tài)軟件由 “MCGS 組態(tài)環(huán)境 ”和 “MCGS 運行環(huán)境 ”兩個系統(tǒng)組成。 二、程序仿真 打開 S7200 仿真軟件，選擇 CPU 型號： CPU226， EM235，載入程序； 單擊 “ RUN” 鍵，綠色運行燈亮，按要求操作輸入點，觀測輸出點的情況，發(fā)現(xiàn)相應的點綠色燈亮： 模擬仿真結果與控制要求完全一致，程序仿真成 功。可通過控制 CO2調節(jié)閥 ，進行溫室大棚 CO2濃度的手動控制。 當中間繼電器 得電時，系統(tǒng)的運行方式為手動模式。 可通過控制相應的按鈕 ——通風扇正轉 、通風扇反轉 、熱風機 、冷風機 、加熱器 ，進行溫室大棚溫度的手動控制。如果溫室中的測量值與設定值相等，則關閉關閉相應設備，保持溫室中的環(huán)境參數(shù)。 三、 支持三角函數(shù)，開方，對數(shù)運算功能。此法的關鍵是畫出功能流程圖。若為電壓負載，則將負載接入 MO、 VO 接口，若為電流負載則接入 MO、 IO 接口。 經上述調整后，若輸入最大值為 0～ 10V 的模擬量信號，則對應的數(shù)字量結果應為 32021 或所需數(shù)字，其關系如圖所示。 所有的輸入設置成相同的模擬量輸入范圍。在這里我們選擇西門子的 EM235 模擬量輸入 /輸出模塊。 量程： O200K1UX、 O20K10X、 0—2021 可選； 供電電壓： 24VDC／ 12VDC； 輸出信號： 20—4mA， 10V—OV 可選； 精度： 177。 圖 46 硬件接線圖 PLC 的硬件配置 傳感器 一、溫度傳感器 根據溫室溫度控制的特點，本文的溫度傳感器可采用芬蘭維薩拉公司 型號為HMD40 的產品，該款傳感器具有測量精度高，易于安裝、響應速度快，對