【正文】 ，當(dāng) SW6 為 ON時，模擬量輸入為單極性輸入， SW6 為 OFF 時，模擬量輸入為雙極性輸入， SW4 和SW5 決定輸入模擬量的增益選擇，而 SW1， SW2， SW3 共同決定了模擬量的衰減選擇。 EM235 模擬量輸入 /輸出模塊 在控制系統(tǒng)中，傳感器將檢測到的溫度轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)電壓或電流信號，系統(tǒng)需要配置模擬量輸入模塊，將電壓或電流信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號再送入 PLC 中進行處理?？蓮V泛用于環(huán)境、養(yǎng)殖、建筑、樓字等的光照度測量，量程可調(diào)。 表 41 輸入端口分配表 序號 輸入口 信號名稱 備注 符號 20 01 02 03 04 05 06 07 08 09 10 11 12 13 14 手動 /自動切換 旋鈕 SB1 總啟動 按鈕 SB2 總停止 按鈕 SB3 遮陽簾 開限位 限位開關(guān) SQ1 遮陽簾關(guān)限位 限位開關(guān) SQ2 遮陽簾開簾 單刀雙擲開關(guān) SB4 遮陽簾關(guān)簾 單刀雙擲開關(guān) SB4 通風(fēng)扇正轉(zhuǎn) 單刀雙擲開關(guān) SB5 通風(fēng)扇反轉(zhuǎn) 單刀雙擲開關(guān) SB5 熱風(fēng)機啟停 旋鈕 SB6 冷風(fēng)機啟停 旋鈕 SB7 加熱器啟停 旋鈕 SB8 補光燈啟停 旋鈕 SB9 CO2 添加器啟停 旋鈕 SB10 15 16 17 AIW0 溫度傳感器 AIW2 光照度傳感器 AIW4 CO2 濃度傳感器 表 42 輸出端口分配表 序號 輸出口 控制信號 備注 符號 01 02 03 04 05 06 07 通風(fēng)扇正轉(zhuǎn) 接觸器 KM1 通風(fēng)扇反轉(zhuǎn) 接觸器 KM2 遮陽簾開簾 接觸器 KM3 遮陽簾關(guān)簾 接觸器 KM4 熱風(fēng)機 接觸器 KM5 冷風(fēng)機 接觸器 KM6 加熱器 接觸器 KM7 21 08 09 10 補光燈 接觸器 KM8 CO2 添加器 接觸器 KM9 啟動指示燈 接觸器 KM10 硬件接線圖設(shè)計 本次設(shè)計選用 S7200 系列的 CPU226，硬件接線圖如圖 46 所示。本控制系統(tǒng)采用德國西門子 S7200 PLC。按下按鈕SB2，交流接觸器 KM10 的線圈得電，同時 KM10 的常開觸點閉合，起自鎖作用。 圖 42 遮陽簾主電路圖 遮陽簾控制電路 17 圖 43 遮陽簾控制電路原理圖 遮陽簾控制電路原理圖如圖 43 所示， SB1 為手動 /自動的切換開關(guān) ,SB2 為總啟動按鈕， SB3 為總停止按鈕。熱風(fēng)機、冷風(fēng)機、加熱器、發(fā)光體、 CO2 添加器則屬于開 /關(guān)設(shè)備。該溫室控制系統(tǒng)的 總體框圖如下所示。該溫室大棚控制系統(tǒng)以 PLC 為控制中心，采用傳感器對溫室溫度、光照、二氧化碳濃度等環(huán)境因素進行測量，并將結(jié)果送到 PLC 中。經(jīng)過一段時間運行，如果工作正常、程序不需要修改，應(yīng)將程序固化到EPROM 中，以防程序丟失。 五、程序設(shè)計 程序設(shè)計：（ 1）控制程序；（ 2）初始化程序；（ 3）檢測、故障診斷和顯示等程序；（ 4）保護和連鎖程序。最后根據(jù)系統(tǒng)分析的結(jié)果，具體確定 PLC 的機型和系統(tǒng)的具體配置。設(shè)計人員要深入現(xiàn)場進行調(diào)查研究，收集資料。它能執(zhí)行包括邏輯運算、計時、計數(shù)、算術(shù)、運算數(shù)據(jù)處理和傳送通訊聯(lián)網(wǎng)以及各種應(yīng)用指令。 CPU 從第一條指令開始，按順序逐條地執(zhí)行用戶程序直到用 戶程序結(jié)束，然后返回第一條指令開始新的一輪掃描。簡易型只能聯(lián)機編程，且往往需要將梯形圖轉(zhuǎn)化為機器語言助記符后才能送入。廠家使用的，內(nèi)容不可更改，斷電不消失。 I/O 模塊集成了PLC 的 I/O 電路，其輸入暫存器反映輸入信號狀態(tài)，輸出點反映輸出鎖存器狀態(tài)。無論哪種結(jié)構(gòu)類型的 PLC，都屬于總線式的開放結(jié)構(gòu)，其 I/O 能力可根據(jù)用戶需要進行擴展與組合。 1973 年西歐國家也研制出他們的第一臺可編程控制器。從整體上分析和研究了控制系統(tǒng)的電路設(shè)計、硬件設(shè)計、軟件設(shè)計，控制對象數(shù)學(xué)模型的建立、控制算法的選擇和參數(shù)的整定，人機界面的設(shè)計等。 80 年代，隨著微型計算 機日新月異的進步和價格大幅度下降，以及對溫室控制要求的提高，以微機為核心的溫室綜合環(huán)境控制系統(tǒng)，在歐美得到了長足的發(fā)展，并邁入了網(wǎng)絡(luò)化、智能化階段。 現(xiàn)代溫室中常見的能自動控制的調(diào)控機構(gòu)有：頂部通風(fēng)窗、側(cè)面通風(fēng)窗、外遮陽簾幕、內(nèi)遮陽簾幕、軸流通風(fēng)機、降溫濕簾、人工補光燈、二氧化碳施肥器、加熱設(shè)備、噴霧系統(tǒng)及熏蒸設(shè)備。目前，現(xiàn)代化大型溫室的骨架和覆蓋材料國產(chǎn)化已經(jīng)基本不成問題，但其內(nèi)部的配套設(shè)施和計算機管理系統(tǒng)等現(xiàn)代化管理方法與先進國家相比還有較大的差距，是今后要著力解決的問題。本課題通過對 PLC 可編程控制器、組態(tài)軟件、傳感器、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的學(xué)習(xí)與研究，完成了利用西門子 PLC 與 PC 機構(gòu)組成溫室大棚溫度監(jiān)控系統(tǒng)。作為實現(xiàn)溫室生產(chǎn)管理自動化、科學(xué)化的基本保證，環(huán)境測控可通過對 2 監(jiān)測數(shù)據(jù)的分析，并結(jié)合作物生長發(fā)育規(guī)律，從而控制環(huán)境條件，使作物達(dá)到優(yōu)質(zhì)、高產(chǎn)、高效的栽培目的。 80 年代以來，溫室、大棚蔬菜的種植面積連年增加。該研究中，將采用溫度 傳感器 、光照 傳感器 、 CO2 濃度傳感器對溫室中各項環(huán)境指標(biāo)進行檢測，并將測量值送入 PLC 中，由 PLC 將其與設(shè)定值進行比較，再發(fā)出相應(yīng)的指令驅(qū)動執(zhí)行設(shè)備來調(diào)節(jié)溫室內(nèi)的環(huán)境參數(shù)，從而實現(xiàn)溫室的智能化、自動化控制。如何利用科學(xué)技術(shù)有效地控制溫室內(nèi)的各種環(huán)境 因數(shù) ，以提高溫室大棚環(huán)境的控制效果，已成為目前我國溫室業(yè)研究的重點課題之一。溫室控制主要是通過控制溫室內(nèi)的溫度、濕度、通風(fēng)與光照，使得它可以在冬季或其他不適宜植物露地生長 的季節(jié)栽培植物，從而達(dá)到對農(nóng)作物調(diào)節(jié)產(chǎn)期、促進生長發(fā)育、防治病蟲害及提高產(chǎn)量的目的。隨著國民經(jīng)濟的迅速發(fā)展，農(nóng)業(yè)的研究和應(yīng)用技術(shù)越來越受到重視，特別是溫室大棚已經(jīng)成為高效農(nóng)業(yè)的一個重要組成部分。 現(xiàn)階段隨著蔬菜大棚的迅速增多，人們對其性能要求也越來越高，特別是為了提高生產(chǎn)效率，對大棚的自動化程度要求也越 來越高。隨后，以單層薄膜或雙層沖氣薄膜、PC 板、玻璃為覆蓋材料的大型現(xiàn)代化連棟溫室，以其土地利用率高、環(huán)境控制自動化程度高和便于機械化操作等優(yōu)點，自 1995 年以來，便呈現(xiàn)出迅猛的發(fā)展之勢，目前全國共有大型溫室面積 200 公頃，其中自日本、 荷蘭、以色列、美國等國家引進的溫室面積達(dá) 140 公頃。當(dāng)前溫室控制系統(tǒng)研究熱點己由簡單的DDC(直接數(shù)字控制 )發(fā)展到分布式控制系統(tǒng)，如 DCS(分布式控制 )、 FCS(柔性控制 )等網(wǎng)絡(luò)化的控制系統(tǒng)。 20 世紀(jì) 60 年代，生產(chǎn)型的高級溫室開始應(yīng)用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，奧 4 地利首先建成了番茄生產(chǎn)工廠， 70 年代后荷蘭、日本、美國、英國、以色列等國家的溫室園藝迅猛發(fā)展，溫室設(shè)施廣泛應(yīng)用于園藝作物生產(chǎn)、畜牧業(yè)和水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)。其性能優(yōu)越，已被廣泛應(yīng)用于工業(yè)控制的各個領(lǐng)域，并已成為工業(yè)自動化的三大支柱 (PLC、工業(yè)機器人、 CAD/CAM)之一。通過傳感器檢測溫室中的環(huán)境參數(shù)，經(jīng)變送轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)電流信號（ 4～ 20mA）后送入 S7200 的模擬量輸入模塊 EM235， PLC 通過分析處理，輸出開關(guān)量，通過驅(qū)動電路控制通風(fēng)扇、遮陽簾、風(fēng)機等多種執(zhí)行機構(gòu)。 PLC 的組成和工作原理 一、 PLC 的組成 PLC 從組成形式上一般分為整體式和模塊式兩種，但在邏輯結(jié)構(gòu)上基本上相同。 I/O 模塊 輸入模塊和輸出模塊通常稱為 I/O 模塊或 I/O 單元。 存儲器 存儲器是具有記憶功能的半導(dǎo)體電路，分為系統(tǒng)程序存儲器和用戶存儲器。常用高效的鋰電池作為后備電源，壽命一般為 3～5 年。電源輸入類型有：交流電源（ 220VAC 或 110VAC），直流電源（常用的為 24VDC）。 I/O 點數(shù)表明 PLC 的 I/O端子數(shù)。 PLC 控制系統(tǒng)設(shè)計的基本原則 任何一種電氣控制系統(tǒng)都是為了實現(xiàn)被控對象 (生產(chǎn)設(shè)備或生產(chǎn)過程 )的工藝要求，以提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量。 四、適應(yīng)發(fā)展的需要 適當(dāng)考慮到今后控制系統(tǒng)發(fā)展和完善的需要，在選擇 PLC 的型號、 I／ O 點數(shù)和存儲器容量等內(nèi)容時，應(yīng)留有適當(dāng)?shù)挠嗔?，以利于系統(tǒng)的調(diào)整和擴充。 PLC 外圍硬件線路：畫出系統(tǒng)其它部分的電氣線路圖，包括主電路和 未進入PLC 的控制電路等。如不符合要求，則對硬件和程序作調(diào)整。溫度的調(diào)節(jié)主要通過通風(fēng)窗、加熱器的動作來進行解決，光照度主要通過發(fā)光體和遮陽簾來調(diào)節(jié)， CO2濃度主要通過 CO2添加器進行補償。當(dāng)溫室的二氧化碳濃度低于設(shè)定值，系統(tǒng)開啟二氧化碳添加器。 PLC 控制系統(tǒng)的設(shè)計主要包括硬件設(shè)計和軟件設(shè)計兩部分。 一、正反轉(zhuǎn)設(shè)備 通風(fēng)扇、遮陽簾均屬于正反轉(zhuǎn)設(shè)備，其控制電路相似，現(xiàn)以遮陽簾為例，做以下介紹。 二、開 /關(guān)設(shè)備 熱風(fēng)機、冷風(fēng)機、加熱器、發(fā)光體、 CO2 添加器均屬于開 /關(guān)設(shè)備，其控 制電路相似，現(xiàn)以熱風(fēng)機為例，做以下介紹。 PLC 硬件電路的設(shè)計 PLC 型號選擇 一、 PLC 的 I/O 點數(shù) 根據(jù)系統(tǒng)的控制要求，可確定系統(tǒng)所需的全部輸入設(shè)備（如：按紐、限位開關(guān)、單刀雙擲開關(guān)及各種傳感器等）和輸出設(shè)備（如：接觸器、電磁閥、信號指示燈及其它執(zhí)行器等），從而確定與 PLC 有關(guān)的輸入 /輸出設(shè)備，最終確定 PLC 的 I/O 點 數(shù)為14 個數(shù)字量輸入， 10 個數(shù)字量輸出， 3 個模擬量輸入。其中 CPU226集成 24輸入 /16輸出共 40個數(shù)字量 I/O 點，可連接 7 個擴展模塊，最大擴展至 248 路數(shù)字量 I/O 點或 35 路模擬量 I/O 點，具有13K 字節(jié)程序和數(shù)據(jù)存儲空間， 6 個獨立的 30kHz 高速計數(shù)器， 2 路獨立的 20kHz 高速脈沖輸出，具有 PID 控制器， 2 個 RS485 通訊 /編程口，具有 PPI 通訊協(xié)議、 MPI通訊協(xié)議和自由方式通訊 能力。 二、光照傳感器 光控用于控制遮陽幕的啟閉，使作物得到合理的光照度并實現(xiàn)以下目的：免除作物超過光飽合點，提高光合作用；實現(xiàn)對長日照作物、中日照作物和短日照作物的光照控制。這種二氧化碳傳感器除具有體積小、壽命長、選擇性 和穩(wěn)定性好等特點外，同時還具有耐高濕低溫的特性，可廣泛用于自動通風(fēng)換氣系統(tǒng)或是 C02 氣體的長期監(jiān)測等應(yīng)用場合。它利用 DIP 開關(guān)設(shè)置輸入信號的量程。 接通 CPU 及模塊電源，并使模塊穩(wěn)定 15 分鐘。為電壓輸入時，如 A 口所示，電壓信號正極接入 A+端，負(fù)極接入 A端， RA 端懸空。 一、經(jīng)驗設(shè)計法：即根據(jù)前人總結(jié)的典型控制電路程序，再按照設(shè)計中被對象的具體要求，把典型程序進行重新組合，而且需要反復(fù)調(diào)試和修改，得到現(xiàn)在系統(tǒng)所需要的梯形圖，有時僅僅這些還不能滿足要求，還需要增加中間環(huán)節(jié)，才能得出符合要求的系統(tǒng)。 編程軟件 STEP 7Micro/WIN 概述 STEP7Micro/WIN32 編程軟件是基于 Windows 的應(yīng)用軟件，由西門子公司專為S7200 系列可編程控制器設(shè)計開發(fā)，它功能強大，既可用于開發(fā)用戶程序，又可以實時監(jiān)控用戶程序的執(zhí)行狀態(tài)。 控制系統(tǒng)的程序設(shè)計 程序的設(shè)計思路 本控制系統(tǒng)設(shè)有手動、自動兩種工作模式，自動模式為正常運行狀態(tài)，手動模式用于應(yīng)對一些突發(fā)情況。 29 圖 53 CO2 濃度控制流程圖 控制程序設(shè)計及分析 一、自動 /手動切換 為自動 /手動切換， 為總啟動，當(dāng) =1 時， 得電，啟動燈亮， 為總停止，當(dāng) =1， =1 時，中間繼電器 得電，系統(tǒng)的運行方式為自動模式；當(dāng) =0， =1 時，中間繼電器 得電，系統(tǒng)的運行方式為手動模式。 在溫室大棚的溫度控制過程中，自動模式下，當(dāng)溫度傳感器測量的溫度值高于設(shè)定的溫度值時，中間繼電器 得電，冷風(fēng)機啟動；手動模式下，按下冷風(fēng)機啟動按鈕，中間繼電器 得電，冷風(fēng)機啟動。 在溫室大棚的光照控制過程中，自動模式下，當(dāng)光照傳感器測量的光照強度低于設(shè)定的光照值時，中間繼電器 得電，補光燈開啟補光；手動模式下，按下補光燈的啟停按鈕，中 間繼電器 得電，補光燈開啟補光。該仿真軟件還提供了數(shù)字信號輸入開關(guān)、兩個模擬電位器和 LED 輸出顯示，仿真軟件同時還支持對 TD200 文本顯示器的仿真，在實驗條件尚不具備的情況下，完全可以作為學(xué)習(xí) S7200 的一個輔助工具。 MCGS 具有操作簡便、可視性好、可維護性強、高性能、高可靠性等突出特點，已成功應(yīng)用于石油化工、鋼鐵行業(yè)、電力系統(tǒng)、水處理、環(huán)境監(jiān)測、機械 制造、交通運輸、能源原材料、農(nóng)業(yè)自動化、航空航天等領(lǐng)域，經(jīng)過各種現(xiàn)場的長期實際運行，系統(tǒng)穩(wěn)定可靠。在主控窗口中可以放置一個設(shè)備窗口和多個用戶窗口，負(fù)責(zé)調(diào)度和管理這些窗口的打開或關(guān)閉。包括編寫控制程序（ if…then腳本程序），選用各種功能構(gòu)件，如：數(shù)據(jù)提取 、歷史曲線、定時器、配方操作、多媒體輸出等。 八、提供了 WWW 瀏覽功能，能夠方便地實現(xiàn)生產(chǎn)現(xiàn)場控制與企業(yè)管理的集成。 40 圖 63