【正文】 。如今， PLC 技術(shù)已非常成熟，不僅控制功能增強，功耗和體積減小，成本下降，可靠 性提高，編程和故障檢測更為靈活方便，而且隨著遠程 I/O 和通信網(wǎng)絡(luò)、數(shù)據(jù)處理以及圖象顯示的發(fā)展，使 PLC向用于連續(xù)生產(chǎn)過程控制的方向發(fā)展，成為實現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)自動化的一大支柱。它是將邏輯運算，順序控制，時序和計數(shù)以及算術(shù)運算等控制程序，用一串指令的形式存放到存儲器中，然后根據(jù)存儲的控制內(nèi)容，經(jīng)過模擬，數(shù)字等輸入輸出部件，對生產(chǎn)設(shè)備和生產(chǎn)過程進行控制的裝置。 由該定義可知： PLC 是一種由“事先存貯的程序”來確定控制功能的工控類計算機。它采用了可編程序的存儲器，用來在其內(nèi)部存儲執(zhí)行邏輯運算、順序控制、定時、計數(shù)和算術(shù)運算等操作的指令，并通過數(shù)字的，模擬的輸入和輸出，控制各種類型的機械或生產(chǎn)過程。但由于 PC 容易和個人計算機 PC（ Personal Computer）混淆，故人們?nèi)粤?xí)慣地用 PLC 作為可編程序控制器的簡稱。在硬件方面，除了保持原有的開關(guān)模塊以外，還增加了模擬量模塊、遠程 I/O 模塊、各種特殊功能模塊，并擴大了存儲器的容量，而且還提供一定數(shù)量的數(shù)據(jù)寄存器。 20 世紀 70 年代末至 80 年代初期，微處理器日趨成熟，使 PLC 的處理速度大大提高，增加了許多功能。我國從 1974 年開始研制，到 1977 年開始應(yīng)用于工控領(lǐng)域。 1971 年，日本從美國引進了這項新技術(shù) ，很快研制出了他們的第 1臺 PLC。為了改變這一現(xiàn)狀， 1968 年美國最大的汽車制造商通用汽車公司（ GM），為了適應(yīng)汽車型號不斷更新的需求，并能在競爭激烈的汽車工業(yè)中占有優(yōu)勢，提出要研制一種新型的工業(yè)控制裝置來取代繼電器控制裝置，為此，擬定了 10項公開招標的技術(shù)要求，即： 編程簡單，可在現(xiàn)場修改程序 ； 維護方便，最好是插件式 ； 可靠性高于繼電器控制柜 ； 體積小于繼電器控制柜 ； 可將數(shù)據(jù)直接送入管理計算機 ； 在成本上可與繼電器控制柜競爭 ； 輸入可以是交流 115V； 輸出可以是交流 115V、 2A以上，可直接驅(qū)動電磁閥等 ； 在擴展時，原有系統(tǒng)只要很小變更 ； 用戶程序存儲器容量至少能擴展到 4KB； 根據(jù)招標的技術(shù)要求，第二年，美國數(shù)字設(shè)備公司（ DEC）研制出了世界上第一臺 PLC，并在通用汽車公司自動裝配線上試用成功。繼電器控制系統(tǒng)通常是針對某一固定的動作順序或生產(chǎn)工藝而設(shè)計，他的控制功能也局限于邏輯控制、定時、計數(shù)等一些簡單的控制，一旦動作順序或生產(chǎn)工藝發(fā)生變化，就必須重新進行設(shè)計、布線、裝配和調(diào)試，造成時間和資金的嚴重浪費。 10 3 PLC 概述 PLC 簡介 PLC 的產(chǎn)生和定義 在 PLC 誕生之前，繼電器控制系統(tǒng)已廣泛應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)的各個領(lǐng)域，起著不可替代的作用。無氧呼吸會生成酒精傷害作物根部，導(dǎo)致根部潰爛。同時土壤缺乏水分時，造成土壤板結(jié)、裂縫的產(chǎn)生會將植物根系拉斷，嚴重時直接導(dǎo)致植物死亡。 土壤含水量 土壤中總有一定間隙的，而占據(jù)了間隙的是水與空氣。大部分農(nóng)作物的產(chǎn)量隨二氧化碳濃度升高而升高，并且還可以影響某些農(nóng)作物的蛋白質(zhì)、氨基酸和淀粉的含量。 二氧化碳 二氧化碳也是農(nóng)作物進行光合作用必不可少的，光合作用就是植物合成有機物的過程，而二氧化碳就是為這個過程提供了碳源，但是二氧化碳濃度過高和不足都影響作物的生長，在一定程度上會降低產(chǎn)量。在溫室中，內(nèi)部的光照強度與外部的光照強度有著明顯的相關(guān)性，但是與室外相 比室內(nèi)的光照強度明顯較低。充足的光照可以促進光合作用，使農(nóng)作物合成更多的有機物，從而提高農(nóng)作物的產(chǎn)量與質(zhì)量。 光照強度 陽光是農(nóng)作物生長必不可少的，沒有陽光，農(nóng)作物或植物就無法進行光合作 9 用，進而農(nóng)作物無法生長發(fā)育。同時濕度調(diào)控與溫度調(diào)控還存在一定的耦合關(guān)系，對其中一個因子調(diào)控常會帶來另外一個因子的變動，而且影響較大。 濕度 農(nóng)作物對空氣濕度也有不同的要求，如果更加細致的分析，同一種農(nóng)作物在它整個生命周期中的不同階段以及一天中的不同時段對空氣濕度也有不同的需求。當農(nóng)作物在極限溫度下，雖然還能維持生存，但已經(jīng)極大的影響其生長發(fā)育；只有生長在最適溫度下，農(nóng)作物才能迅速健康生長，達到最佳狀態(tài)。 溫度 溫度是否適宜，是農(nóng)作物生長過程中非常重要的因素之一，溫度可以影響農(nóng)作物體內(nèi)在的化學(xué)變化。 影響農(nóng)作物生長發(fā)育的因素主要有兩個，其一是由農(nóng)作物自身的遺傳特性決定的，即所謂的品種。 綜上四個特點可知，溫室系統(tǒng)是復(fù)雜的，具有多種環(huán)境影響因子的，對溫室系統(tǒng)提出的控制要求并不是一成不變的，要根據(jù)不同作 物相應(yīng)調(diào)整，因此想要建立精準控制模型幾乎無法實現(xiàn)。而且溫室中農(nóng)作物自身不停的進行化學(xué)變化，也會影響環(huán)境因素，因此該環(huán)境因素都是非線性的； （ 3） 延時性：當我們調(diào)控溫室環(huán)境時，各個環(huán)境不是瞬時就能改變的，這需要一個過程，而且傳感器采集到數(shù)據(jù)后，傳送到相應(yīng)的控制器 ，控制器處理數(shù)據(jù)判斷數(shù)據(jù)，做出控制調(diào)整還需要一個過程。如下所示： （ 1） 相互影響性：溫室中有多種環(huán)境因子，它們之間是有影響的，例如升高溫室中的溫度，其濕度必定相應(yīng)降低，對溫室進行通風(fēng)降溫還會影響其二氧化碳的濃度。補充二氧化碳的方法很多，常用的主要有三種：（ 1）燃燒法；（ 2）化學(xué)反應(yīng)法（目前在我國的設(shè)施栽培中運用較多）；（ 3）施用顆粒有機生物氣肥法。 二氧化碳含量的調(diào)節(jié)與控制 大氣中二氧化碳平均濃度一般為 %，變幅較小。 光照的調(diào)節(jié)與控制 在溫室內(nèi)光照強度調(diào)節(jié)中通常選用改變溫室大棚的硬件環(huán)境方法，人工調(diào)節(jié)大棚外部設(shè)施的方法來改變溫室內(nèi)的光照強度。當濕度過小時，開啟蒸發(fā)降溫加濕裝置。如溫度過低、濕度過大的情況下，以加溫為主 導(dǎo)，只有 7 當溫度上升到一定值后，才能通風(fēng)降濕，另一方面，溫度提高本身可以使相對濕度降低。 溫度、濕度之間的耦 合 溫度與濕度之間有一定的耦合關(guān)系，對一個因子的控制常會帶來另一個因子的變化。（ 2）去濕，在溫室中去濕常用以下三種方式：加熱控制法、吸附法 化學(xué)除濕器、排濕換氣。（ 1）加濕，一般常用的方法是 水噴霧法和蒸汽加濕。濕度的調(diào)控影響溫度，要求濕度與溫度的調(diào)控需按一定的程序進行。 濕度的調(diào)節(jié)與控制 土壤濕度要與空氣相對濕度協(xié)調(diào)一致才能達到溫室濕度的有效控制，濕度調(diào)控范圍一般在 60%RH80%RH，精度為 177。另一種在室內(nèi)掛遮光幕，降溫效果比掛在室外差；屋面流水降溫法采用時須考慮安裝成本，清除玻璃表面的水垢污染問題；蒸發(fā)冷卻法使空氣先經(jīng)過水的蒸發(fā)冷卻降溫后再送入室內(nèi)，達到降溫目的。降溫包括遮光降溫法、屋面流水降溫法、蒸發(fā)冷卻法及強制通風(fēng)法。大型連棟溫室和花卉溫室，則多采用集中供暖方式的水暖加溫，也有部分采用熱水或蒸汽轉(zhuǎn)換成熱風(fēng)的采暖方式。具體方 法就是增加保溫覆蓋的層數(shù)，采用隔熱性能好的保溫覆蓋材料，以提高設(shè)施的氣密性。溫度的空間分布均勻，時間變化平緩。溫室內(nèi)溫度的調(diào)節(jié)和控制包括保溫、加溫和降溫 3種?？刂破魍瑯忧度肓怂{牙芯片，它一方面與便攜式環(huán)境參數(shù)采集器無線連接，另一方面通過 RS485 通信總線與溫室內(nèi)的計算機控制裝置相連接。運用這種技術(shù)把溫室環(huán)境自動檢測與控制系統(tǒng)中的各個電子檢測裝置和執(zhí)行機構(gòu)無線地連接起來，以達到便捷地對溫室環(huán)境參數(shù)進行自動檢測，靈活地對溫室環(huán)境參數(shù)進行自動控制的目的。可變動的環(huán)境控制系統(tǒng)目前主要側(cè)重于溫度、光照、相對濕度、 二氧化碳 濃度等方面的研究，在溫室作物產(chǎn)量上已表現(xiàn)出比較滿意的效果。這導(dǎo)致控制系統(tǒng)向“自由設(shè)置”系統(tǒng)的方向發(fā)展，如綜合溫度控制系統(tǒng)的研制，在該系統(tǒng)中并不設(shè)置一個固定的溫度值，溫室中的溫度在最高和最低溫度范圍內(nèi)可進行變動，以求在一個較長的時間段內(nèi)達到理想的平均溫度。 ：當前，主要使用精確的計算機壞境控制程序根據(jù)設(shè)定值對溫室中的環(huán)境進行調(diào)控，但研究發(fā)現(xiàn)，這并不能使溫室內(nèi)的作物達到最佳產(chǎn)量。面向?qū)ο蟮姆植际较到y(tǒng)，每一個功能單元針對一個對象、每一根進線、每一根出線、每個傳感器、接觸器等都可作為對 5 象。上層主要用作系統(tǒng)管理，其它各種功能如測量與控制任務(wù)等，主要由下層完成。我國幅員遼闊，氣候復(fù)雜，勞動者整體素質(zhì)低，利用網(wǎng)絡(luò)進行在線和離線服務(wù)，可以對不同區(qū)域進行監(jiān)測、比較，不僅給管理帶來很大的方便，而且可以提高勞動生產(chǎn)率。網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)的發(fā)展促進了信息傳播。因此近幾年來神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、遺傳算法、模糊推理等人工智能技術(shù)在溫室栽培中得到了不同程度的發(fā)展和應(yīng)用。 ：隨著計算機技術(shù)、傳感技術(shù)和自動控制技術(shù)的不斷發(fā)展，溫室計算機環(huán)境控制系統(tǒng)的應(yīng)用將由簡單的以數(shù)據(jù)采集處理和監(jiān)測為主，逐步轉(zhuǎn)向以知識處理和應(yīng)用為主。 6)機械化水平低，調(diào)控能力差，作業(yè)主要依靠人力。我國目前部 分溫室的建筑材料主要是鋼材和玻璃。我國目前的溫室控制系統(tǒng)中，一些上位機只限于存儲采集的歷史數(shù)據(jù)，沒有根據(jù)農(nóng)業(yè)專家知識的實時控制管理系統(tǒng)。這些有線通信方式不僅使得溫室內(nèi)的信號線和動力線錯綜復(fù)雜，而且導(dǎo)致系統(tǒng)的可靠性降低，安裝維護工作量變大，同時也不利于農(nóng)業(yè)機器人等移動設(shè)備的作業(yè)，難以達到溫室生產(chǎn)的“工廠化農(nóng)業(yè)”水平。 3)溫室測控系統(tǒng)的通信仍然采用有線方式。 4 2)我國現(xiàn)有的溫室控制系統(tǒng)仍以控制一個溫室為主，沒有基于溫室群的控制系 統(tǒng)。我國設(shè)施栽培起步晚、基礎(chǔ)差，沒有將其作為整體工程問題研究。 從發(fā)展前景上里說，溫室大棚采用智能控制系統(tǒng)是未來農(nóng)業(yè)發(fā)展的趨勢和方向，它會將人們從繁雜的工作中解放出來，利用科技的手段得到最完美的效果，還會幫助降低成本，是農(nóng)業(yè)走向高質(zhì)量、高效率、高收益的道路。其次 是 ，可實現(xiàn)遠程控制。首先 是 ，智能控制系統(tǒng)控制的精準性和及時性。智能控制系統(tǒng)將信息技術(shù)與計算機結(jié)合起來，在農(nóng)業(yè)上加以應(yīng)用，實現(xiàn)了農(nóng)業(yè)發(fā)展的變革，也是未來農(nóng)業(yè)發(fā)展的具體方向。主要監(jiān)測參數(shù)和指標是 ： 棚內(nèi)的溫 度、含濕量、光照強度、二氧化碳含量、土壤的溫度和含濕量等。目前常見的是自動化控制系統(tǒng)，正在向智能控制系統(tǒng)方向發(fā)展。中國農(nóng)業(yè)大學(xué)設(shè) 3 計研制的“山東省濟寧大型育苗溫室計算機分布式控制系統(tǒng)”，實現(xiàn)了計算機分布式控制。北京農(nóng)業(yè)大學(xué)研制成功“ WJG1”溫室環(huán)境監(jiān)控計算機管理系統(tǒng)，采用了分布式控制系統(tǒng)。 20 世紀 90 年代末，河北職業(yè)技術(shù)師范學(xué)院的閆忠文研制了作物大棚溫濕度測量系統(tǒng)，能對大棚內(nèi)的溫濕度進行實時測量與控制。在此期間，中國科學(xué)院石家莊現(xiàn)代化研究所、中國農(nóng)業(yè)大學(xué)、中國科學(xué)院上海植物生理研究所等單位也都側(cè)重不同領(lǐng)域，研究溫室設(shè)施的計算機控制與管理技術(shù)。 國內(nèi)狀況 我國農(nóng)業(yè)計算機的應(yīng)用開始于 20 世紀 70 年代， 80 年代開始應(yīng)用于溫室控制與管理領(lǐng)域?？刂埔竽茉谶h離溫室的計算機控制室就能完成，即遠程控制。 此外，國外溫室業(yè)正致力于向高科技方向發(fā)展。荷蘭開發(fā)的溫室計算機控制系統(tǒng)是通過人機交互界面進行參數(shù)設(shè)置和必要的信息顯示，可繪制出設(shè)定參數(shù)曲線、修正值曲線以及測量的數(shù)據(jù)曲線，可以從數(shù)據(jù)庫內(nèi)調(diào)出設(shè)定的時間段內(nèi)參數(shù)以便于必要的數(shù)據(jù)查詢，并能直接對計算機串行口進行操作，完成上位機與下位機之間的通信。 以園藝業(yè)著稱的荷蘭從 20世紀 80年代以來就開始全面開發(fā)溫室計算機自動控制系統(tǒng)，并 不斷地開發(fā)模擬控制軟件。以花卉溫室為例，溫室內(nèi)監(jiān)控項目包括 ： 室內(nèi)氣溫、水溫、土壤溫度、鍋爐溫度、管道溫度、相對空氣濕度、保溫幕狀況、通窗狀況、泵的工作狀況、 二氧化碳 濃度、 EC 調(diào)節(jié)池和回流管數(shù)值、 pH 調(diào)節(jié)池和回流管數(shù)值；室外監(jiān)控項目包括 ： 大氣溫度、太陽輻射強度、風(fēng)向風(fēng)速、相對濕度等。美國有發(fā)達的設(shè)施栽培技術(shù)，綜合環(huán)境控制技術(shù)水平非常高。 國外狀況 世界發(fā)達國家如荷蘭、美國、以色列等大力發(fā)展集約化的溫室產(chǎn)業(yè)，溫室內(nèi)溫度、光照、水、氣、肥實現(xiàn)了計算機調(diào)控，從品種選擇、栽培管理到采收包裝形成了一整套完整的規(guī)范化技術(shù)體系。 智能溫室控制系統(tǒng)是近年來逐步發(fā)展起來的一種資源節(jié)約型高效的農(nóng)業(yè)設(shè)施，其是以傳統(tǒng)的日照溫室為基礎(chǔ)，配以計算機自控技術(shù)，智能傳感技術(shù)等高尖端技術(shù)發(fā)展起來的新型農(nóng)業(yè)基礎(chǔ)設(shè)施。智能溫室的控制一般由信號采集系統(tǒng)、中心計算機、控制系統(tǒng)三大部分組成。 1 1 緒論 傳統(tǒng)溫室是指具有防寒、加溫和透光等設(shè)施，供冬季或極寒地區(qū)培育喜溫植物或作物的房間 。 VII 參考文獻 ........................................... 錯誤 !未定義書簽。 STEP7 軟件介紹 .............................. 錯誤 !未定義書簽。 控制程序流程圖 ........................ 錯誤 !未定義書簽。 控制系統(tǒng)的程序設(shè)計 .......................... 錯誤 !未定義書簽。 PLC 程序設(shè)計的方法 .......................... 錯誤 !未定義書簽。 S7300 各個模塊 ....................... 錯誤 !未定義書簽