【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 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(dòng)作，用于急停操作。在自動(dòng)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(shí)，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(shí)，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(shí)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(gè)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： 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(dòng)/自動(dòng)的切換開關(guān)。按下按鈕SB2，交流接觸器KM10的線圈得電，同時(shí)KM10的常開觸點(diǎn)閉合，起自鎖作用。在手動(dòng)狀態(tài)下，SB6為啟停旋鈕。將旋鈕SB6旋至啟動(dòng)狀態(tài)，此時(shí)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(dòng)狀態(tài)下，由PLC控制器實(shí)現(xiàn)控制，中間接觸器KM5得電時(shí)，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(hào)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(hào)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(gè)數(shù)字量輸入，10個(gè)數(shù)字量輸出，3個(gè)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(dòng)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(dòng)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(dòng)化控制領(lǐng)域，既可用于繼電器簡(jiǎn)單控制的更新?lián)Q代，又可實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的自動(dòng)化控制。因此S7200系列具有極高的性能/價(jià)格比。S7200 系列的PLC有CPU22CPU22CPU22CPU224XP、CPU22CPU226XM等6種不同型號(hào)。其中CPU226集成24輸入/16輸出共40個(gè)數(shù)字量I/O 點(diǎn)，可連接7個(gè)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(chǔ)空間，6個(gè)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(gè)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(hào)輸入口信號(hào)名稱備注符號(hào)0102030405060708091011121314手動(dòng)/自動(dòng)切換旋鈕SB1總啟動(dòng)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SB9CO2添加器啟停旋鈕SB10151617AIW0溫度傳感器AIW2光照度傳感器AIW4CO2濃度傳感器表42 輸出端口分配表序號(hào)輸出口控制信號(hào)備注符號(hào)01020304050607080910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補(bǔ)光燈接觸器KM8CO2添加器接觸器KM9啟動(dòng)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(hào)為HMD40的產(chǎn)品，該款傳感器具有測(cè)量精度高，易于安裝、響應(yīng)速度快，對(duì)環(huán)境要求較低等特點(diǎn)，其外觀如圖47所示。 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(cè)范圍：10～60℃；測(cè)量精度：177。%℃；濕度檢測(cè)范圍：0～100%RH；測(cè)量精度：177。%RH；工作電壓：10～28V DC；輸出信號(hào)：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(duì)長(zhǎng)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(hào)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(duì)環(huán)境光照度的測(cè)量，輸出標(biāo)準(zhǔn)的電壓及電流信號(hào)，體積小，安裝方便，線性度好，傳輸距離長(zhǎng)，抗干擾能力強(qiáng)。可廣泛用于環(huán)境、養(yǎng)殖、建筑、樓字等的光照度測(cè)量，量程可調(diào)。量程：O200K1UX、O20K10X、0—2000可選；供電電壓：24VDC／12VDC；輸出信號(hào)：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(shí)監(jiān)測(cè)C02的含量，當(dāng)C02的含量低于一定值時(shí)打開C02儲(chǔ)氣罐或C02發(fā)生器以增施氣肥。C02傳感器選用弗加羅公司生產(chǎn)TGS4160二氧化碳傳感器，該傳感器是固態(tài)電化學(xué)型氣體敏感元件。這種二氧化碳傳感器除具有體積小、壽命長(zhǎng)、選擇性和穩(wěn)定性好等特點(diǎn)外，同時(shí)還具有耐高濕低溫的特性，可廣泛用于自動(dòng)通風(fēng)換氣系統(tǒng)或是C02氣體的長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)等應(yīng)用場(chǎng)合。TGS4160傳感器的主要技術(shù)參數(shù)如下：測(cè)量范圍：0～5000ppm；使用壽命：2000天；內(nèi)部熱敏電阻(補(bǔ)償用)：100k Q177。5％：使用溫度：一10～+50℃使用濕度5～95％RH。 EM235模擬量輸入/輸出模塊在控制系統(tǒng)中，傳感器將檢測(cè)到的溫度轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)電壓或電流信號(hào)，系統(tǒng)需要配置模擬量輸入模塊，將電壓或電流信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)再送入PLC中進(jìn)行處理。在這里我們選擇西門子的EM235 模擬量輸入/輸出模塊。一、EM235模擬量輸入/輸出模塊簡(jiǎn)介EM 235模塊是組合強(qiáng)功率精密線性電流互感器、意法半導(dǎo)體（ST）單片集成變送器ASIC芯片于一體的新一代交流電流隔離變送器模塊，它可以直接將被測(cè)主回路交流電流轉(zhuǎn)換成按線性比例輸出的DC4～20mA（通過250Ω電阻轉(zhuǎn)換DC 1～5V或通過500Ω電阻轉(zhuǎn)換DC2～10V）標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)，連續(xù)輸送到接收裝置。EM235模塊具有4路模擬量輸入/1路模擬量輸出。EM235需要直流24V的工作電源。它利用DIP開關(guān)設(shè)置輸入信號(hào)的量程。表43所示為如何用DIP開關(guān)設(shè)置EM 235模塊。通過開關(guān)1～6可選擇模擬量輸入范圍。DIP開關(guān)SW6決定模擬量輸入的單雙極性，當(dāng)SW6為ON時(shí)，模擬量輸入為單極性輸入，SW6為OFF時(shí)，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。所有的輸入設(shè)置成相同的模擬量輸入范圍。表中，ON為接通，OFF為斷開。表43 EM 235選擇模擬量輸入范圍和分辨率的開關(guān)表單極性滿量程輸入分辨率SW1SW2SW3SW4SW5SW6ONOFFOFFONOFFON0到50mVOFFONOFFONOFFON0到100mV25μVONOFFOFFOFFONON0到500mV125uAOFFONOFFOFFONON0到1V250μVONOFFOFFOFFOFFON0到5VONOFFOFFOFFOFFON0到20mA5μAOFFONOFFOFFOFFON0到10V根據(jù)溫室控制系統(tǒng)中的控制模塊，經(jīng)由傳感器測(cè)得的溫度、光照度、CO2的測(cè)量值均為單極性，選擇0到10V的量程，故設(shè)置DIP開關(guān)為010001。二、EM235模擬量輸入輸出模塊的使用EM235模擬量輸入輸出混合模塊輸入信號(hào)整定的步驟： 在模塊脫離電源的條件下，通過DIP開關(guān)選擇需要的輸入范圍。接通CPU及模塊電源，并使模塊穩(wěn)定15分鐘。用一個(gè)電壓源或電流源，給模塊輸入一個(gè)零值信號(hào)。調(diào)節(jié)偏置電位器，使模擬量輸入寄存器的讀數(shù)為零或所需要的數(shù)值。將一個(gè)滿刻度的信號(hào)加到模塊輸入端，調(diào)節(jié)增益電位器，直到讀數(shù)為32000，或所需要的數(shù)值。經(jīng)上述調(diào)整后，若輸入最大值為0～10V的模擬量信號(hào)，則對(duì)應(yīng)的數(shù)字量結(jié)果應(yīng)為32000或所需數(shù)字，其關(guān)系如圖所示。 圖48 EM235轉(zhuǎn)換曲線三、EM235模塊模擬量I/O接線示意圖如圖所示為EM235模塊模擬量I/O接線示意圖。24V DC電源正極接入模塊左下方L+端子，負(fù)極接入M端子。EM235模塊的上部端子排為標(biāo)注A、B、C、D的四路模擬量輸入接口，可分別接入標(biāo)準(zhǔn)電壓、電流信號(hào)。為電壓輸入時(shí)，如A口所示，電壓信號(hào)正極接入A+端，負(fù)極接入A端，RA端懸空。為電流輸入時(shí)，如B口所示，須將RB與B+短接，然后與電流信號(hào)輸出端相連，電流信號(hào)輸入端則接入B借口。若4個(gè)接口未能全部使用，如C口所示，未用的接口要將C+與C端用短路子短接，以免受到外部干擾。下部端子為一路模擬量輸出端的3個(gè)接線端子MO、VO、IO，其中MO為數(shù)字接地接口，VO為電壓輸輸出接口，IO為電流輸出接口。若為電壓負(fù)載，則將負(fù)載接入MO、VO接口，若為電流負(fù)載則接入MO、IO接口。 圖45 EM235接線圖第五章 控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)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。本章節(jié)在硬件設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，詳細(xì)介紹本項(xiàng)目的軟件設(shè)計(jì)，主要包括軟件設(shè)計(jì)的基本步驟、方法、編程軟件STEP7Micro/WIN的介紹以及本項(xiàng)目的程序設(shè)計(jì)。 PLC程序設(shè)計(jì)的方法PLC程序設(shè)計(jì)常用的方法主要有經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)法、電路轉(zhuǎn)換梯形圖法、邏輯設(shè)計(jì)法、順序控制設(shè)計(jì)法等。一、經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)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(jì)中被對(duì)象的具體要求，把典型程序進(jìn)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(shí)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)。這種方法沒有一定的規(guī)律可遵循，設(shè)計(jì)所用的時(shí)間和設(shè)計(jì)質(zhì)量與設(shè)計(jì)者的經(jīng)驗(yàn)有很大的關(guān)系，故稱為經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)法。 二、繼電器控制電路轉(zhuǎn)換為梯形圖法：用PLC的外部硬件接線和梯形圖軟件來實(shí)現(xiàn)繼電器控制系統(tǒng)的功能。 三、順序控制設(shè)計(jì)