【文章內(nèi)容簡介】 和程序作調(diào)整。通常只需修改部份程序即可。全部調(diào)試完畢后，交付試運(yùn)行。經(jīng)過一段時間運(yùn)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。 八、整理和編寫技術(shù)文件 技術(shù)文件包括設(shè)計(jì)說明書、硬件原理圖、安裝接線圖、電氣元件明細(xì)表、 PLC 程序以及使用說明書等。 圖 23 PLC 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)步驟 13 第三章 控制系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)方案 系統(tǒng)的設(shè)計(jì)任務(wù) 溫室大棚的作用是調(diào)節(jié)植物生長的環(huán)境因素，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，促進(jìn)植物的生長發(fā)育，防止病蟲害，以達(dá)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(shè)計(jì)的主要控制對象為溫室中的溫度、光照和二氧化碳濃度，應(yīng) 用溫度傳感器、光照度傳感器和二氧化碳濃度傳感器對各環(huán)境因子進(jìn)行檢測。溫度的調(diào)節(jié)主要通過通風(fēng)窗、加熱器的動作來進(jìn)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(jìn)行補(bǔ)償。 本溫室控制系統(tǒng)就是依據(jù)室內(nèi)外裝設(shè)的溫度傳感器、光照傳感器、 CO2傳感器等采集或觀測的溫室內(nèi)的溫度、光照強(qiáng)度、 CO2濃度等環(huán)境參數(shù)信息，通過控制設(shè)備對溫室通風(fēng)窗、加熱器、發(fā)光體、遮陽簾、 CO2添加器等執(zhí)行機(jī)構(gòu)的控制，對溫室環(huán)境環(huán)境因素進(jìn)行調(diào)節(jié)控制以達(dá)到栽培作物生長發(fā)育的需要，為作物生長發(fā)育提供最適宜的生態(tài)環(huán)境，以大幅 度提高作物的產(chǎn)量和品質(zhì)。 系統(tǒng)的控制方案 在溫室大棚中，上述控制任務(wù)的實(shí)現(xiàn)需要有一套完善的硬、軟件溫室系統(tǒng)進(jìn)行控制。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(jìn)行測量，并將結(jié)果送到 PLC 中。由 PLC 對結(jié)果進(jìn)行處理，然后調(diào)控各設(shè)備對環(huán)境因子進(jìn)行補(bǔ)嘗。 考慮到實(shí)際生產(chǎn)生活中的安全性與可靠性，本控制系統(tǒng)設(shè)有手動、自動兩種工作模式，自動方式是指周期性地進(jìn)行 PLC 控制的方式；而手動方式則是指在出現(xiàn)應(yīng)急情況等一些突發(fā)事件時，通過手動操作控制執(zhí)行器件的工作。自動工作中 ，如果被檢測量溫度高于設(shè)定值， PLC 就會發(fā)出相應(yīng)的指令控制開啟通風(fēng)窗和冷風(fēng)機(jī)；如果測量值與設(shè)定值相等，則關(guān)閉通風(fēng)窗和冷風(fēng)機(jī)；如果測量值低于設(shè)定值，則打開加熱器和熱風(fēng)機(jī)對溫室進(jìn)行加溫。當(dāng)溫室的光照低于設(shè)定值時，系統(tǒng)打開遮陽簾或開啟發(fā)光體；當(dāng)溫室的光照高于設(shè)定值時，系統(tǒng)關(guān)閉遮陽簾或發(fā)光體。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。通過溫度，光照和二氧化碳濃度的設(shè)定與調(diào)節(jié)達(dá) 14 到適應(yīng)不同植物生長的需求，從而廣泛應(yīng)用到實(shí)際中。本設(shè)計(jì)的特點(diǎn)是成本低廉，節(jié)約資源，提高產(chǎn)量，實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)價值最大化。該溫室控制系統(tǒng)的 總體框圖如下所示。 圖 31 系統(tǒng)總體框圖 系統(tǒng)的工作原理 該溫室大棚控制系統(tǒng)由 PLC 系統(tǒng)、傳感器系統(tǒng)、執(zhí)行部件等幾個部分組成。該溫室控制系統(tǒng)以 PLC 為控制中心，通過溫度傳感器、光照傳感器、二氧化碳濃度傳感器采集溫室中環(huán)境因子的有關(guān)參數(shù)，經(jīng)變送轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)電流信號（ 4~20mA）后經(jīng)由S7200 的模擬量輸入模塊 EM235 送入 PLC 控 制器， PLC 再通過 PID 控制算法將采集的參數(shù)與已設(shè)定的值進(jìn)行分析處理，輸出開關(guān)量，對執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行控制。在此系統(tǒng)中還可以通過串口的形式與 PC 機(jī)相連，從而實(shí)現(xiàn)實(shí)時數(shù)據(jù)的管理與存儲，為以后植物生長的研究帶來寶貴資料。 15 第四章 控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì) 在掌握了 PLC 的硬件構(gòu)成、工作原理、指令系統(tǒng)以及編程環(huán)境后，就可以以 PLC作為主要控制器來構(gòu)造 PLC 控制系統(tǒng)。 PLC 控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)主要包括硬件設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì)兩部分。本章主要從硬件設(shè)計(jì)角度進(jìn)行溫室控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)方案，本章節(jié)主要介紹了該項(xiàng)目的電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)、 PLC 硬件電路及外部配置設(shè)計(jì)。 電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 系統(tǒng)主電路設(shè)計(jì) 圖 41 系統(tǒng)主電路圖 系統(tǒng)的主電路如圖所示，其中通風(fēng)扇電機(jī)、遮陽簾電機(jī)（遮陽簾風(fēng)機(jī)配有限位開關(guān)）除功率有所不同之外，需通過電機(jī)正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)和停止來完成相應(yīng)機(jī)構(gòu)的開啟與閉合，因此它們的工作主電路相似。熱風(fēng)機(jī)、冷風(fēng)機(jī)、加熱器、發(fā)光體、 CO2 添加器則屬于開 /關(guān)設(shè)備。 QK 為刀開關(guān)，用于控制整個主電路的啟停； FU1～ FU7 為熔斷器，分別對各個分線路實(shí)施短路和過載保護(hù)； FR1～ FR5 為熱繼電器，對電機(jī)、加熱器起過載保護(hù)的作用。 KM1～ KM9 為交流接觸器的主觸頭，用其實(shí)現(xiàn)電機(jī)的正反轉(zhuǎn)、停止以及風(fēng)機(jī)等開 /關(guān)設(shè)備的啟?？刂啤? 系統(tǒng)控制電路設(shè)計(jì) 從系統(tǒng)主電路圖中，可以看出執(zhí)行機(jī)構(gòu)系統(tǒng)包括遮陽簾、通風(fēng)扇、熱風(fēng)機(jī)、冷風(fēng)機(jī)、加熱器、發(fā)光體和 CO2 添加器等部分。通常，溫室的執(zhí)行機(jī)構(gòu)可分為兩大類 :一 16 類是正反轉(zhuǎn)運(yùn)行電機(jī)，如通風(fēng)扇、遮陽簾等，這些電機(jī)需要正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)和停止，必須有限位開關(guān) ；另一類是開關(guān)控制設(shè)備，如風(fēng)機(jī)、水泵等。 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。 遮陽簾主電路 其電路中的熔斷器 FU2 起到過電流保護(hù)的作用，熱繼電器 FR2 則是電機(jī)的過載保護(hù)，主要針對遮陽簾由于外界原因打不開或關(guān)閉不了的情況。而 KM KM4 在電路中起到控制電機(jī)正轉(zhuǎn)與反轉(zhuǎn)的功能，即遮陽簾的拉開與關(guān)閉。 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。按下總啟動按鈕 SB2，交流接觸器 KM10 的線圈得電，同時 KM10 的常開觸點(diǎn)閉合，起自鎖作用。在手動狀態(tài)下， SB4 為開簾、關(guān)簾切換按鈕， 當(dāng) SB4 切換至開簾模式，交流接觸器 KM3 的線圈得電，此時電機(jī)正轉(zhuǎn)，遮陽簾打開，當(dāng)遮陽簾開啟到最大位置后觸碰到限位開關(guān) SQ1，其常閉觸點(diǎn)斷開， KM3 的線圈失電，電機(jī)停止轉(zhuǎn)動；同理當(dāng) SB4 切換至關(guān)簾模式，遮陽簾關(guān)閉，到關(guān)閉的最大位置后，電機(jī)停轉(zhuǎn)；按下按鈕 SB3， KM10 的線圈失電，遮陽簾停止動作，用于急停操作。在自動狀態(tài)下，由 PLC 控制器實(shí)現(xiàn)控制，中間接觸器 KM3 的線圈得電時，其常開觸點(diǎn)閉合，遮陽簾開啟；中間接觸器 KM4 的線圈得電時，其常開觸點(diǎn)閉合，遮陽簾閉合。遮陽簾等正反轉(zhuǎn)設(shè)備何時開啟或閉合由硬件、算法和程序 共同決定，在下面章節(jié)中將著重介紹。 二、開 /關(guān)設(shè)備 熱風(fēng)機(jī)、冷風(fēng)機(jī)、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(jī)為例，做以下介紹。 熱風(fēng)機(jī)主電路 風(fēng)機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)主要由電機(jī)的通斷來實(shí)現(xiàn)，可以由一個繼電器來實(shí)現(xiàn)風(fēng)機(jī)的控制，在電路中必須加有短路保護(hù)、過流保護(hù)、過載保護(hù)，而這些可以由熱繼電器、熔斷器來實(shí)現(xiàn)電路中的保護(hù)。由以上要求可以設(shè)計(jì)如下的電路： 18 圖 44 熱風(fēng)機(jī)主電路圖 熱風(fēng)機(jī)控制電路 圖 45 熱風(fēng)機(jī)控制電路圖 熱風(fēng)機(jī)控制電路原理圖如圖 45 所示， SB1 為手動 /自動的切換開關(guān)。按下按鈕SB2，交流接觸器 KM10 的線圈得電，同時 KM10 的常開觸點(diǎn)閉合，起自鎖作用。在手動狀態(tài)下， SB6 為啟停旋鈕。將旋鈕 SB6 旋至啟動狀態(tài)，此時熱風(fēng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)；將旋鈕SB6 旋至停止?fàn)顟B(tài)，熱電機(jī)停止工作。在自動狀態(tài)下，由 PLC 控制器實(shí)現(xiàn)控制，中間 19 接觸器 KM5 得電時，其常開觸點(diǎn)閉合，熱風(fēng)機(jī)運(yùn)行。熱風(fēng)機(jī)等開 /關(guān)設(shè)備的啟停同樣由硬件、算法和程序共同決定，在下面章節(jié)中將作詳細(xì)介紹。 PLC 硬件電路的設(shè)計(jì) PLC 型號選擇 一、 PLC 的 I/O 點(diǎn)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(diǎn) 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。 二、 PLC 的選型 S7 系列可編程控制器包括 S7200 系列、 S7300 系列和 S7400 系列。其功能強(qiáng)大，分別應(yīng)用于小型、中型和大型自動化系統(tǒng)。本控制系統(tǒng)采用德國西門子 S7200 PLC。 S7200 系列 PLC 是西門子公司生產(chǎn)的一種小型整體式結(jié)構(gòu)可編程序控制器。S7200 系列 PLC 廣泛應(yīng)用于集散自動化系統(tǒng)，使用范圍覆蓋機(jī)床、機(jī)械、電力設(shè)施、民用設(shè)施、環(huán)境保護(hù)設(shè)備等自動化控制領(lǐng)域，既可用于繼電器簡單控制的更新?lián)Q代，又可實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的自動化控制。因此 S7200 系列具有極高的性能 /價格比。 S7200 系列的 PLC 有 CPU22 CPU22 CPU22 CPU224XP、 CPU22CPU226XM等 6種不同型號。其中 CPU226集成 24輸入 /16輸出共 40個數(shù)字量 I/O 點(diǎn)，可連接 7 個擴(kuò)展模塊，最大擴(kuò)展至 248 路數(shù)字量 I/O 點(diǎn)或 35 路模擬量 I/O 點(diǎn)，具有13K 字節(jié)程序和數(shù)據(jù)存儲空間， 6 個獨(dú)立的 30kHz 高速計(jì)數(shù)器， 2 路獨(dú)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。此控制系統(tǒng)的 I/O 點(diǎn)數(shù)為 14 輸入 9 輸出，在既能實(shí)現(xiàn)該系統(tǒng)控制要求，又能滿足以后發(fā)展的前提下，選用的 S7200 系列的 CPU226。 PLC I/O 地址分配 根據(jù)系統(tǒng)的控制要求，控制系統(tǒng)的 I/O 地址如下表分配。 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(jī)啟停 旋鈕 SB6 冷風(fēng)機(jī)啟停 旋鈕 SB7 加熱器啟停 旋鈕 SB8 補(bǔ)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(jī) 接觸器 KM5 冷風(fēng)機(jī) 接觸器 KM6 加熱器 接觸器 KM7 21 08 09 10 補(bǔ)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(jì) 本次設(shè)計(jì)選用 S7200 系列的 CPU226，硬件接線圖如圖 46 所示。 圖 46 硬件接線圖 PLC 的硬件配置 傳感器 一、溫度傳感器 根據(jù)溫室溫度控制的特點(diǎn)，本文的溫度傳感器可采用芬蘭維薩拉公司 型號為HMD40 的產(chǎn)品，該款傳感器具有測量精度高，易于安裝、響應(yīng)速度快，對環(huán)境要求較低等特點(diǎn)，其外觀如圖 47 所示。 22 圖 47 HMD40 型溫 /濕度傳感變送器實(shí)物圖 該傳感器的主要性能指標(biāo)如下： 溫度檢測范圍： 10～ 60℃ ；測量精度： 177。%℃ ； 濕度檢測范圍： 0～ 100%RH；測量精度： 177。%RH； 工作電壓： 10～ 28V DC； 輸出信號： 4～ 20mA。 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(shí)現(xiàn)以下目的：免除作物超過光飽合點(diǎn)，提高光合作用；實(shí)現(xiàn)對長日照作物、中日照作物和短日照作物的光照控制。 光照度傳感器采用北京易盛泰和科技有限公司產(chǎn)品型號 Poi88c 光照度傳感器。該傳感器采用先進(jìn)的電路模塊技術(shù)開發(fā)變送器，用于實(shí)現(xiàn)對環(huán)境光照度的測量，輸出標(biāo)準(zhǔn)的電壓及電流信號，體積小，安裝方便，線性度好，傳輸距離長，抗干擾能力強(qiáng)?？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)。 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。2 ％。 三、 CO2 濃度傳感器 二氧化碳控制實(shí)時監(jiān)測 C02 的含量，當(dāng) 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。 23 C02 傳感器