【文章內(nèi)容簡介】 控制器實現(xiàn)控制，中間接觸器 KM23得電時，其常開觸點(diǎn)閉合，熱風(fēng)機(jī)運(yùn)行 。 3PLC 控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計 程序設(shè)計思路 PLC部分用梯形圖編輯主控程序，設(shè)計為 “ 手動 ” 、 “ 自動 ” 兩種工作方式，根據(jù)從單片機(jī)送來的實測參數(shù)與預(yù)先設(shè)定值進(jìn)行自動控制，驅(qū)動執(zhí)行機(jī)構(gòu)。 當(dāng) PLC處于 “ 離線 ” 工作方式時，主要通過 EPROM內(nèi)存儲的程序進(jìn)行輸出控制，控制策略比較簡單。下位機(jī)軟件在 GX ，而 PLC本身又有多種程序設(shè)計語言，如梯形圖語言、指令語句表語言、功能表語言等。其中梯形圖語言沿襲傳統(tǒng)的電氣符號控制圖，但簡化了符號，編程容易且直觀。根據(jù)設(shè)計要求，本系統(tǒng)涉及的電氣設(shè)備中 :保溫被在早晨打開，夜間收攏 。室內(nèi)環(huán)流風(fēng)機(jī)定時打開和關(guān)閉 (使用濕簾時禁用 )。濕簾風(fēng)機(jī)與濕簾水泵為 同時控制 。前后開窗互鎖。 根據(jù)傳感器采集的存儲在 PLC指定數(shù)據(jù)寄存器中的溫度、濕度、光照強(qiáng)度、 CO2濃度值以及根據(jù)生產(chǎn)經(jīng)驗設(shè)置的各參數(shù)的上下限，決定各執(zhí)行機(jī)構(gòu)的輸出狀態(tài)。由于各環(huán)境參數(shù)之間的禍合關(guān)系，某一環(huán)控設(shè)備的啟閉會對多個環(huán)境因子產(chǎn)生影響，如打開濕簾水泵不僅使溫室內(nèi)的濕度增大，還使溫室內(nèi)的溫度降低 。當(dāng)溫室內(nèi)的 CO2濃度較低需通風(fēng)換氣時，也使溫室內(nèi)的溫度降低 。需要增溫增濕時，采用打開供熱水泵的方法，一方面溫度增加了，但同時濕度也降低了，給溫度方面的控制帶來了負(fù)面影響。針對這些情況，我們采取了以下相應(yīng)的措施 :( l)根據(jù)時間的不同 (晝夜 )、環(huán)境因子的重要 11 性不同，設(shè)置不同的優(yōu)先級，首先考慮優(yōu)先級高的環(huán)境因子的要求，比如我們在此采用 3級優(yōu)先級，即溫度、濕度 光照強(qiáng)度 CO2濃度。 (2)溫度、濕度采用聯(lián)合控制策略，策略如表 1。 (3)考慮意外情況的影響，如濕度低于濕度下限時，采用報警輸出的方式，由人工操作噴灌機(jī)給作物噴灌。 (空氣濕度高低反應(yīng)土壤水分的多少 )。溫濕度、光照強(qiáng)度、 CO2濃度的控制策略如下 : 光照強(qiáng)度 光強(qiáng)上限時，打開遮陽幕 。 光照強(qiáng)度 光照下限時，打開補(bǔ)光鈉燈； CO2濃度 濃度上限或者 CO2濃度 濃度下 限時，開窗通風(fēng)換氣 。 表 1 溫濕度聯(lián)合控制策略 濕度 溫度 前后窗 后窗風(fēng)機(jī) 濕簾水泵、風(fēng)機(jī) 遮陽幕 供熱泵 報警 高 高 開 開 關(guān) 關(guān)（卷起） 關(guān) 中 開 關(guān) 關(guān) 關(guān) 關(guān) 低 關(guān) 關(guān) 關(guān) 關(guān) 開 中 高 關(guān) 關(guān) 開 關(guān) 關(guān) 中 關(guān) 關(guān) 關(guān) 關(guān) 關(guān) 低 關(guān) 關(guān) 關(guān) 關(guān) 開 低 高 關(guān) 關(guān) 開 開（放開） 關(guān) 噴灌提醒 中 開 關(guān) 關(guān) 關(guān) 關(guān) 噴灌提醒 低 關(guān) 關(guān) 關(guān) 關(guān) 開 噴灌提醒 控制系統(tǒng) 流程圖 （ 1）溫室大棚的溫度控制 流程圖 ，如圖 9： 開 始溫 度 檢 測測 量 值 = 設(shè) 定 值 ？Y保 持 室 內(nèi) 溫 度結(jié) 束測 量 值 設(shè) 定 值 ?Y打 開 升 溫 設(shè) 備N打 開 降 溫 設(shè) 備N 圖 9 溫室大棚的溫度控制 流程圖 （ 2） 光照控制流程圖 ，如圖 10： 12 開 始光 照 強(qiáng) 度 檢 測測 量 值 = 設(shè) 定 值 ？Y保 持 室 內(nèi) 光 照 強(qiáng) 度結(jié) 束測 量 值 設(shè) 定 值 ?Y打 開 補(bǔ) 光 設(shè) 備N打 開 遮 陽 設(shè) 備N 圖 10 光照控制流程圖 （ 3） CO2濃度控制流程圖 ，如圖 11： 開 始C O 2 濃 度 檢 測測 量 值 = 設(shè) 定 值 ？Y保 持 室 內(nèi) C O 2 濃 度結(jié) 束打 開 C O 2 添 加 設(shè) 備N 圖 11 CO2濃度控制流程圖 I/O地址設(shè)置 表 2 輸入端口分配表 序號 輸入口 信號名稱 備注 符號 01 02 03 04 05 06 07 08 09 10 11 12 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 13 13 14 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 3 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 08 09 10 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 KM8 CO2添加器 接觸器 KM9 啟動指示燈 接觸器 KM10 （ 1） 自動 /手動切換 ，見圖 12： 圖 12 自動 /手動切換 /手動切換， ，當(dāng) =1時， ，啟動燈亮， 為總停止，當(dāng) =1， =1時，中間繼電器 ，系統(tǒng)的運(yùn)行方式為自動模式；當(dāng) =0， =1時，中間繼電器 ，系統(tǒng)的運(yùn)行方式為手動模式。 （ 2）溫度控制 圖 13 自動情況下的溫度控制 當(dāng)中間繼電器 ，系統(tǒng)的運(yùn)行方式為自動模式 ，見 圖 13。在自動情況下， 14 溫度傳感器將測得的模擬量通過模擬量輸入模塊 EM235送入 PLC中，通過整數(shù)比較指令，將溫度傳感器檢測到的測量值 AIW0與設(shè)定值 “25 度 ” 進(jìn)行比較，當(dāng) AIW025時，中間繼電器 ，啟動降溫設(shè)備；當(dāng) AIW025時，中間繼電器 ，啟動升溫設(shè)備 。 圖 14 手動情況下溫度控制 當(dāng)中間繼電器 ，系統(tǒng)的運(yùn)行方式為手動模式 ，見圖 14。可通過控制相應(yīng)的按鈕 —— 通風(fēng)扇正轉(zhuǎn) 、通風(fēng)扇反轉(zhuǎn) 、熱風(fēng)機(jī) 、冷風(fēng)機(jī) 、加熱器，進(jìn)行溫室大棚溫度的 手動控制。 圖 15 通風(fēng)扇正轉(zhuǎn) 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 ，通風(fēng)扇正轉(zhuǎn)，將溫室中的熱空氣排入外界，與外界交換空氣；手動模式下，將控制通風(fēng)扇正反轉(zhuǎn)的單刀雙擲開關(guān)撥至 “ 通風(fēng)扇正轉(zhuǎn) ” ，中間繼電器 ，通風(fēng)扇正轉(zhuǎn) ，見圖 15。 圖 16 通風(fēng)扇反轉(zhuǎn) 在溫室大棚的溫度控制過程中，手動模式下，當(dāng)溫度傳感器測量的溫度值低于設(shè)定的溫度值時，中間繼電器 ，通風(fēng)扇正轉(zhuǎn)，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(fēng)扇正反轉(zhuǎn)的單刀雙擲開關(guān)撥至 “ 通風(fēng)扇反轉(zhuǎn) ” ， 15 中間繼電器 ，通風(fēng)扇反轉(zhuǎn) ，見圖 16。 圖 17 熱風(fēng)機(jī)啟動 在溫室大棚的溫度控制過程中，手動模式下，當(dāng)溫度傳感器測量的溫度值低于設(shè)定的溫度值時，中間繼電器 ，熱風(fēng)機(jī)啟動；手動模式下，按下熱風(fēng)機(jī)啟動按鈕，中間繼電器 ，熱風(fēng)機(jī)啟動 ，見圖 17。 圖 18 冷風(fēng)機(jī)啟動 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 ，冷風(fēng)機(jī)啟動；手動模式下，按下冷風(fēng)機(jī)啟動按鈕，中間繼電器 ，冷風(fēng)機(jī)啟動 ，見圖 18。 圖 19 加熱器啟動 在溫室大棚的溫度控制過程中，手動模式下，當(dāng)溫度傳感器測量的溫度值低于設(shè)定的溫度值時，中間繼電器 ，加熱器啟動；手動模式下，按下加熱器啟動按鈕，中間繼電器 ，加熱器啟動 ，見圖 19。 （ 3） 光照控制 16 圖 20 自動情況下光照控制 當(dāng)中間繼電器 ，系統(tǒng)的運(yùn)行方式為自動模式 ，見圖 20。在自動情況下，光照傳感器將測得的模擬量通過模擬量輸入模塊 EM235送入 PLC中，通過整數(shù)比較指令，將溫度傳感器檢測到的測量值 AIW2與設(shè)定值 “20” 進(jìn) 行比較，當(dāng) AIW020時，中間繼電器 ，啟動補(bǔ)光設(shè)備；當(dāng) AIW220時，中間繼電器 ，啟動補(bǔ)光設(shè)備 。 圖 21 手動情況下光照控制 當(dāng)中間繼電器 ，系統(tǒng)的運(yùn)行方式為手動模式 ，見圖 21?？赏ㄟ^控制相應(yīng)的按鈕 —— 遮陽簾開簾 、遮陽簾關(guān)簾 、補(bǔ)光燈 ，進(jìn)行溫室大棚光照強(qiáng)度的手動控制。 圖 22 遮陽簾開簾 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(qiáng)度低于設(shè)定的光照值時，中間繼電器 ，遮陽簾開簾補(bǔ)光；手動模式下，將控制遮陽簾開 關(guān)簾的單刀雙擲開關(guān)撥至 “ 遮陽簾開簾 ” ，中間繼電器 ，遮陽簾開簾補(bǔ)光。 見圖 22。 圖 23 遮陽簾關(guān)簾 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(qiáng)度高于設(shè)定的光照值時，中間繼電器 ，遮陽簾關(guān)簾遮光；手動模式下，將控制遮陽 17 簾開關(guān)簾的單刀雙擲開關(guān)撥至 “ 遮陽簾關(guān)簾 ” ，中間繼電器 ，遮陽簾關(guān)簾遮光。 見圖 23。 圖 24 補(bǔ)光燈開啟 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(qiáng)度低于設(shè)定的光照值時，中間繼電器 ，補(bǔ)光燈開啟補(bǔ)光；手動模 式下，按下補(bǔ)光燈的啟停按鈕，中間繼電器 ，補(bǔ)光燈開啟補(bǔ)光。 見圖 24。 （ 4） CO2濃度控制 圖 25 自動情況下的 CO2 濃度控制 當(dāng)中間繼電器 ，系統(tǒng)的運(yùn)行方式為自動模式 ，見圖 25。在自動情況下，CO2濃度傳感器將測得的模擬量通過模擬量輸入模塊 EM235送入 PLC中，通過整數(shù)比較指令，將 CO2濃度傳感器檢測到的測量值 AIW4與設(shè)定值 “1000” 進(jìn)行比較，當(dāng) AIW41000時，中間繼電器 ，添加溫室中的 CO2。 圖 26 手動情況下的 CO2 濃度控制 當(dāng)中間繼電器 電時，系統(tǒng)的運(yùn)行方式為手動模式 ，見圖 26?？赏ㄟ^控制 CO2調(diào)節(jié)閥 ，進(jìn)行溫室大棚 CO2濃度的手動控制。 18 圖 27 CO2 調(diào)節(jié)閥工作 在溫室大棚的 CO2濃度控制過程中，自動模式下，當(dāng) CO2濃度傳感器測量的濃度低于設(shè)定的濃度時，中間繼電器 ，打開 CO2調(diào)節(jié)閥添加 CO2；手動模式下，按下 CO2添加器的啟停按鈕，中間繼電器 ，打開 CO2調(diào)節(jié)閥添加 CO2。 見圖 27。 編程軟件實現(xiàn) 在本次設(shè)計中，利用 S7200仿真軟件 。 該仿真軟件可以仿真大量 的 S7200指令（除部分指令如順序控制指令、循環(huán)指令、高速計數(shù)器指令和通訊指令等尚無法支持外，可支持常用的位觸點(diǎn)指令、定時器指令、計數(shù)器指令、比較指令、邏輯運(yùn)算指令和大部分的數(shù)學(xué)運(yùn)算指令等）。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。 本部分主要介紹了 溫室大棚 控制 系統(tǒng) 的軟件調(diào)試過程， 通過仿真與調(diào)試 檢驗其是否符合設(shè)計初衷，能否達(dá)到相應(yīng)的指標(biāo)。 控制程序的仿真步驟 如下： （ 1） 準(zhǔn)備工作 仿真軟件不提供源程序的編輯功能，因此必須和 STEP7 Micro/Win程序編輯軟件配合使用，即在 STEP7 Micro/Win中編輯好源程序后，然后加載到仿真程序中執(zhí)行。 在 STEP7 Micro/Win中編輯好梯形圖 利用 File|Export命令將梯形圖程序?qū)С鰹閿U(kuò)展名為 awl的文件， 如果程序中需要數(shù)據(jù)塊，需要將數(shù)據(jù)塊導(dǎo)出為 txt文件。 （ 2） 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(yùn) 行燈亮，按要求操作輸入點(diǎn)，觀測輸出點(diǎn)的情況，發(fā)現(xiàn)相應(yīng)的點(diǎn)綠色燈亮： 模擬仿真結(jié)果與控制要求完全一致，程序仿真成功。 19 圖 28 控制程序仿真圖 4 模糊控制算法在溫室控制系統(tǒng)中的應(yīng)用 PLC與監(jiān)控計算機(jī)聯(lián)合工作為 “ 在線 ” 工作方式， “ 在線 ” 工作方式充分發(fā)揮了計算機(jī)容量大、計算速度快的優(yōu)點(diǎn)。溫室環(huán)境是一個非線性、分布參數(shù)、時變、大時延、多變量藕合的復(fù)雜對象，被控對象的數(shù)學(xué)模型很難建立，為此，采用模糊控制來解決。 生產(chǎn)規(guī)模的不斷擴(kuò)大使得控制過程越來越復(fù)雜，經(jīng)典控制理論和現(xiàn)代控 制理論由于種種原因己不能滿足日益復(fù)雜的控制要求。在處理過程模型不確定或難以建模等問題時， PID控制和基于現(xiàn)代控制理論的控制策略就顯得無能為力，應(yīng)用于復(fù)雜過程控制時往往受到限制，因此，先進(jìn)的控制算法得以研究推廣，模糊控制便是其中的一種。1965年，美國加利福尼亞大學(xué) ，為模糊集合的運(yùn)用和模糊數(shù)學(xué)的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)，模糊科學(xué)得以發(fā)展。 1974年，英國倫敦大學(xué)的教授 ，這一開拓性的工作標(biāo)志著模糊控制應(yīng)用階段的誕生 ，并繼而得到大規(guī)模發(fā)展。 模糊控制從誕生到現(xiàn)在僅僅經(jīng)歷了幾十年的時間，就己在工業(yè)