基于plc的大棚溫度自動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)(編輯修改稿)
2025-06-27 09:00 本頁(yè)面
【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 能價(jià)格比高、硬件配套齊全，用戶(hù)使用方便，適用性強(qiáng)，可靠性高，抗干擾能力強(qiáng)，系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、安裝、調(diào)試工作量少，維修工作量小，維修方便，體積小，能耗低[5]。PLC的工作原理：PLC有兩種基本的工作模式，即運(yùn)行模式與停止模式。PLC采用“順序掃描，不斷循環(huán)”的工作方式，一次循環(huán)可以分為五個(gè)階段：內(nèi)部處理、通信服務(wù)、輸入處理、程序執(zhí)行和輸出處理。掃描過(guò)程如下圖： 圖21 PLC掃描過(guò)程 圖22 PLC工作原理圖PLC一旦工作首先開(kāi)始掃描，對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行集中采集，對(duì)輸出信號(hào)進(jìn)行集中刷新。每當(dāng)刷新輸入時(shí)，輸入端口就關(guān)閉，在執(zhí)行程序時(shí)，即使有新?tīng)顟B(tài)到達(dá)輸入端，也不能被讀入。下一掃描周期時(shí)才被讀入。 上位機(jī)計(jì)算機(jī)集散控制系統(tǒng)中有上位機(jī)的概念。在該控制系統(tǒng)中，計(jì)算機(jī)的級(jí)別是不一樣的，下位機(jī)是與現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備直接發(fā)生關(guān)系的計(jì)算機(jī)，控制下位機(jī)或給下位機(jī)提出新任務(wù)的稱(chēng)為“上位機(jī)”。集散控制系統(tǒng)越復(fù)雜，計(jì)算機(jī)的級(jí)別就越多，這樣的話可能還會(huì)有級(jí)別更高的計(jì)算機(jī)對(duì)上位機(jī)進(jìn)行控制或者下達(dá)命令。 系統(tǒng)工作原理該系統(tǒng)由PLC,溫度、光照、濕度傳感器，還有一些環(huán)流風(fēng)機(jī)、遮陰簾、微霧加濕機(jī)等設(shè)備組成。該系統(tǒng)工作原理如下圖：圖23 系統(tǒng)工作原理圖該系統(tǒng)首先通過(guò)各傳感器檢測(cè)大棚內(nèi)外的環(huán)境信號(hào)，然后將這些模擬量轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)，經(jīng)過(guò)運(yùn)算放大器組成的信號(hào)處理電路轉(zhuǎn)化成系統(tǒng)需要的電壓信號(hào)。溫度傳感器得分輸出的電流正比與溫度，而且響應(yīng)速度快、線性度好和高阻抗電流輸出，能夠適應(yīng)長(zhǎng)距離傳輸，可以把 5～55 ℃的溫度轉(zhuǎn)換為1～4 V的電壓；濕度傳感器能將相對(duì)濕度轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的電流輸出信號(hào)。然后PLC將傳感器采集來(lái)的信號(hào)通過(guò)A/D轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，通過(guò)存儲(chǔ)器將這些數(shù)據(jù)暫時(shí)存儲(chǔ)起來(lái)然后和設(shè)定值比較，經(jīng)過(guò)一定的控制算法后給出相應(yīng)的控制信號(hào)對(duì)執(zhí)行機(jī)構(gòu)包括風(fēng)機(jī)、遮陰簾和加溫?zé)嵩O(shè)備動(dòng)作。該系統(tǒng)還可以通過(guò)通信接口將數(shù)據(jù)送至上位機(jī)PC機(jī)，完成數(shù)據(jù)管理、智能決策等更為強(qiáng)大的功能，且可以進(jìn)行數(shù)據(jù)的顯示、編輯、儲(chǔ)存和打印[6]。系統(tǒng)正常工作時(shí)，PLC通過(guò)傳感器來(lái)測(cè)量大棚內(nèi)的溫度，然后與預(yù)先設(shè)定的目標(biāo)值進(jìn)行比較，如果測(cè)量值超出了設(shè)定范圍的上下限值，PLC就會(huì)輸出指令，從而使相應(yīng)的硬件設(shè)備動(dòng)作；如果測(cè)量值在范圍值之內(nèi)，PLC就會(huì)響應(yīng)，使相應(yīng)設(shè)備停止運(yùn)轉(zhuǎn)。系統(tǒng)的工作流程見(jiàn)圖：圖24 系統(tǒng)工作流程圖 本章一開(kāi)始介紹了大棚溫度控制系統(tǒng)應(yīng)該完成的任務(wù)，然后對(duì)系統(tǒng)所涉及的技術(shù)作了簡(jiǎn)單介紹，最后對(duì)PLC和系統(tǒng)的工作原理做了深入剖析。這項(xiàng)前續(xù)工作為后續(xù)章節(jié)系統(tǒng)硬件和軟件上的設(shè)計(jì)奠定了基礎(chǔ)。第三章 硬件部分設(shè)計(jì)系統(tǒng)硬件的選擇對(duì)于系統(tǒng)的整個(gè)設(shè)計(jì)也是至關(guān)重要的，因?yàn)榭晒┻x擇的設(shè)備的型號(hào)太多，選擇的余地就會(huì)很大，所以選擇硬件時(shí)應(yīng)該慎重考慮溫室控制的實(shí)際情況以及需要完成的控制功能、控制方式、資金情況等。外遮陽(yáng)系統(tǒng)、環(huán)流風(fēng)機(jī)、溫度加熱器、微霧加濕機(jī)都是本系統(tǒng)必不可少的，當(dāng)然傳感器的選擇對(duì)系統(tǒng)也至關(guān)重要。系統(tǒng)主電路圖更加直觀的介紹了系統(tǒng)所需的各種硬件及其連接方式。 環(huán)境調(diào)控系統(tǒng)（1）外遮陽(yáng)系統(tǒng)全國(guó)很多地方夏季都很炎熱，光照太強(qiáng)，所以應(yīng)該在大棚上部安裝遮陽(yáng)系統(tǒng)，利用遮陰簾將大部分的陽(yáng)光擋住，這樣就可以根據(jù)大棚內(nèi)作物生長(zhǎng)的要求選擇適當(dāng)?shù)恼陉?yáng)率。 圖31 鋼索遮陰簾系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如上圖所示的鋼索遮陰簾系統(tǒng)。其減速電機(jī)安裝在大棚的中心位置，電機(jī)輸出軸中心線距遮陰簾下表面相距約200mm，驅(qū)動(dòng)線之間的距離小于3000mm，把換向輪安裝在大棚的兩端。（2）環(huán)流風(fēng)機(jī)常用的環(huán)流通風(fēng)是在大棚內(nèi)有序的安裝一定數(shù)量的環(huán)流風(fēng)機(jī)，通過(guò)環(huán)流風(fēng)機(jī)使大棚內(nèi)的空氣形成有序的流動(dòng)以保證棚內(nèi)空氣的均勻和穩(wěn)定，從而能夠起到通風(fēng)降溫的作用?？偤涂紤]棚內(nèi)循環(huán)通風(fēng)量、種植作物種類(lèi)，采用如圖所示的分布格局，使風(fēng)機(jī)排列成兩排，有序的排列在棚內(nèi)中間走道兩側(cè)的架子上，因?yàn)樵摬季滞L(fēng)率較高，適合種植密度大、密閉要求高的大棚。 圖32 環(huán)流風(fēng)機(jī)布局圖（3）溫度加熱器加熱器是比較常用的電熱器件。它具有體積小、加熱功率高等特點(diǎn)，越來(lái)越備受人們的親睞。原理圖如下： 圖33 溫度加熱器原理圖 將電壓連接到三相可控硅的輸入端，輸出電壓的大小發(fā)生改變可控硅的觸發(fā)角也會(huì)發(fā)生相應(yīng)的改變，使加熱器的電壓值發(fā)生改變，實(shí)現(xiàn)了對(duì)大棚溫度的閉環(huán)控制。（4）微霧加濕機(jī)圖34 微霧加濕機(jī)加濕通過(guò)高壓微霧加濕機(jī)來(lái)完成，自來(lái)水經(jīng)過(guò)精濾后加壓，經(jīng)過(guò)高壓水管送至噴嘴，細(xì)微的轡頭經(jīng)過(guò)霧化形成以3～10微米的微霧噴射到大棚每個(gè)角落，使大棚起到加濕降溫的效果，該設(shè)備壓力大、硬度強(qiáng)，效率高、省電而且噪音小且噴霧均勻。可以滿足整個(gè)大棚空間的需要，起到高效加濕降溫的效果 傳感器的選擇傳感器種類(lèi)繁多，側(cè)重功能不盡相同，而且受各種因數(shù)影響。所以傳感器的選用對(duì)測(cè)量的精確有重要影響。測(cè)量對(duì)象與測(cè)量環(huán)境，傳感器種類(lèi)繁多，被測(cè)對(duì)象不同，可供選擇的傳感器多樣，這就需要我們根據(jù)特定的環(huán)境，全面、細(xì)致分析，選擇最合適的傳感器。傳感器選擇的基本原則靈敏度，為了更好地處理輸出信號(hào)我們一般會(huì)對(duì)輸出信號(hào)進(jìn)行
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