基于plc温室大棚控制设计毕业论文

基于plc温室大棚控制设计毕业论文内容摘要：

控制器实现控制，中间接触器 KM23得电时，其常开触点闭合，热风机运行。 3PLC 控制系统的软件设计 程序设计思路 PLC部分用梯形图编辑主控程序，设计为 “ 手动 ” 、 “ 自动 ” 两种工作方式，根据从单片机送来的实测参数与预先设定值进行自动控制，驱动执行机构。 当 PLC处于 “ 离线 ” 工作方式时，主要通过 EPROM内存储的程序进行输出控制，控制策略比较简单。 下位机软件在 GX ，而 PLC本身又有多种程序设计语言，如梯形图语言、指令语句表语言、功能表语言等。 其中梯形图语言沿袭传统的电气符号控制图，但简化了符号，编程容易且直观。 根据设计要求，本系统涉及的电气设备中 :保温被在早晨打开，夜间收拢。 室内环流风机定时打开和关闭 (使用湿帘时禁用 )。 湿帘风机与湿帘水泵为 同时控制。 前后开窗互锁。 根据传感器采集的存储在 PLC指定数据寄存器中的温度、湿度、光照强度、 CO2浓度值以及根据生产经验设置的各参数的上下限，决定各执行机构的输出状态。 由于各环境参数之间的祸合关系，某一环控设备的启闭会对多个环境因子产生影响，如打开湿帘水泵不仅使温室内的湿度增大，还使温室内的温度降低。 当温室内的 CO2浓度较低需通风换气时，也使温室内的温度降低。 需要增温增湿时，采用打开供热水泵的方法，一方面温度增加了，但同时湿度也降低了，给温度方面的控制带来了负面影响。 针对这些情况，我们采取了以下相应的措施 :( l)根据时间的不同 (昼夜 )、环境因子的重要 11 性不同，设置不同的优先级，首先考虑优先级高的环境因子的要求，比如我们在此采用 3级优先级，即温度、湿度 光照强度 CO2浓度。 (2)温度、湿度采用联合控制策略，策略如表 1。 (3)考虑意外情况的影响，如湿度低于湿度下限时，采用报警输出的方式，由人工操作喷灌机给作物喷灌。 (空气湿度高低反应土壤水分的多少 )。 温湿度、光照强度、 CO2浓度的控制策略如下 : 光照强度 光强上限时，打开遮阳幕。 光照强度 光照下限时，打开补光钠灯； CO2浓度 浓度上限或者 CO2浓度 浓度下 限时，开窗通风换气。 表 1 温湿度联合控制策略 湿度 温度 前后窗 后窗风机 湿帘水泵、风机 遮阳幕 供热泵 报警 高 高 开 开 关 关（卷起） 关 中 开 关 关 关 关 低 关 关 关 关 开 中 高 关 关 开 关 关 中 关 关 关 关 关 低 关 关 关 关 开 低 高 关 关 开 开（放开） 关 喷灌提醒 中 开 关 关 关 关 喷灌提醒 低 关 关 关 关 开 喷灌提醒 控制系统 流程图 （ 1）温室大棚的温度控制 流程图 ，如图 9： 开 始温 度 检 测测 量 值 = 设 定 值。 Y保 持 室 内 温 度结 束测 量 值 设 定 值 ?Y打 开 升 温 设 备N打 开 降 温 设 备N 图 9 温室大棚的温度控制 流程图 （ 2） 光照控制流程图 ，如图 10： 12 开 始光 照 强 度 检 测测 量 值 = 设 定 值。 Y保 持 室 内 光 照 强 度结 束测 量 值 设 定 值 ?Y打 开 补 光 设 备N打 开 遮 阳 设 备N 图 10 光照控制流程图 （ 3） CO2浓度控制流程图 ，如图 11： 开 始C O 2 浓 度 检 测测 量 值 = 设 定 值。 Y保 持 室 内 C O 2 浓 度结 束打 开 C O 2 添 加 设 备N 图 11 CO2浓度控制流程图 I/O地址设置 表 2 输入端口分配表 序号 输入口 信号名称 备注 符号 01 02 03 04 05 06 07 08 09 10 11 12 手动 /自动切换 旋钮 SB1 总启动 按钮 SB2 总停止 按钮 SB3 遮阳帘开限位 限位开关 SQ1 遮阳 帘关限位 限位开关 SQ2 遮阳帘开帘 单刀双掷开关 SB4 遮阳帘关帘 单刀双掷开关 SB4 通风扇正转 单刀双掷开关 SB5 通风扇反转 单刀双掷开关 SB5 热风机启停 旋钮 SB6 冷风机启停 旋钮 SB7 加热器启停 旋钮 SB8 13 13 14 补光灯启停 旋钮 SB9 CO2添加器启停 旋钮 SB10 15 16 17 AIW0 温度传感器 AIW2 光照度传感器 AIW4 CO2浓度传感器 表 3 输出端口分配表 序号 输出口 控制信号 备注 符号 01 02 03 04 05 06 07 08 09 10 通风扇正转 接触器 KM1 通风扇反转 接触器 KM2 遮阳帘开帘 接触器 KM3 遮阳帘关帘 接触器 KM4 热风机 接触器 KM5 冷风机 接触器 KM6 加热器 接触器 KM7 补光灯 接触器 KM8 CO2添加器 接触器 KM9 启动指示灯 接触器 KM10 （ 1） 自动 /手动切换 ，见图 12： 图 12 自动 /手动切换 /手动切换， ，当 =1时， ，启动灯亮， 为总停止，当 =1， =1时，中间继电器 ，系统的运行方式为自动模式；当 =0， =1时，中间继电器 ，系统的运行方式为手动模式。 （ 2）温度控制 图 13 自动情况下的温度控制 当中间继电器 ，系统的运行方式为自动模式 ，见 图 13。 在自动情况下， 14 温度传感器将测得的模拟量通过模拟量输入模块 EM235送入 PLC中，通过整数比较指令，将温度传感器检测到的测量值 AIW0与设定值 “25 度 ” 进行比较，当 AIW025时，中间继电器 ，启动降温设备；当 AIW025时，中间继电器 ，启动升温设备。 图 14 手动情况下温度控制 当中间继电器 ，系统的运行方式为手动模式 ，见图 14。 可通过控制相应的按钮 —— 通风扇正转 、通风扇反转 、热风机 、冷风机 、加热器，进行温室大棚温度的 手动控制。 图 15 通风扇正转 在温室大棚的温度控制过程中，自动模式下，当温度传感器测量的温度值高于设定的温度值时，中间继电器 ，通风扇正转，将温室中的热空气排入外界，与外界交换空气；手动模式下，将控制通风扇正反转的单刀双掷开关拨至 “ 通风扇正转 ” ，中间继电器 ，通风扇正转 ，见图 15。 图 16 通风扇反转 在温室大棚的温度控制过程中，手动模式下，当温度传感器测量的温度值低于设定的温度值时，中间继电器 ，通风扇正转，将外界的空气引入温室，与外界交换空气；手动模式下，将控制通 风扇正反转的单刀双掷开关拨至 “ 通风扇反转 ” ， 15 中间继电器 ，通风扇反转 ，见图 16。 图 17 热风机启动 在温室大棚的温度控制过程中，手动模式下，当温度传感器测量的温度值低于设定的温度值时，中间继电器 ，热风机启动；手动模式下，按下热风机启动按钮，中间继电器 ，热风机启动 ，见图 17。 图 18 冷风机启动 在温室大棚的温度控制过程中，自动模式下，当温度传感器测量的温度值高于设定的温度值时，中间继电器 ，冷风机启动；手动模式下，按下冷风机启动按钮，中间继电器 ，冷风机启动 ，见图 18。 图 19 加热器启动 在温室大棚的温度控制过程中，手动模式下，当温度传感器测量的温度值低于设定的温度值时，中间继电器 ，加热器启动；手动模式下，按下加热器启动按钮，中间继电器 ，加热器启动 ，见图 19。 （ 3） 光照控制 16 图 20 自动情况下光照控制 当中间继电器 ，系统的运行方式为自动模式 ，见图 20。 在自动情况下，光照传感器将测得的模拟量通过模拟量输入模块 EM235送入 PLC中，通过整数比较指令，将温度传感器检测到的测量值 AIW2与设定值 “20” 进 行比较，当 AIW020时，中间继电器 ，启动补光设备；当 AIW220时，中间继电器 ，启动补光设备。 图 21 手动情况下光照控制 当中间继电器 ，系统的运行方式为手动模式 ，见图 21。 可通过控制相应的按钮 —— 遮阳帘开帘 、遮阳帘关帘 、补光灯 ，进行温室大棚光照强度的手动控制。 图 22 遮阳帘开帘 在温室大棚的光照控制过程中，自动模式下，当光照传感器测量的光照强度低于设定的光照值时，中间继电器 ，遮阳帘开帘补光；手动模式下，将控制遮阳帘开 关帘的单刀双掷开关拨至 “ 遮阳帘开帘 ” ，中间继电器 ，遮阳帘开帘补光。 见图 22。 图 23 遮阳帘关帘 在温室大棚的光照控制过程中，自动模式下，当光照传感器测量的光照强度高于设定的光照值时，中间继电器 ，遮阳帘关帘遮光；手动模式下，将控制遮阳 17 帘开关帘的单刀双掷开关拨至 “ 遮阳帘关帘 ” ，中间继电器 ，遮阳帘关帘遮光。 见图 23。 图 24 补光灯开启 在温室大棚的光照控制过程中，自动模式下，当光照传感器测量的光照强度低于设定的光照值时，中间继电器 ，补光灯开启补光；手动模 式下，按下补光灯的启停按钮，中间继电器 ，补光灯开启补光。 见图 24。 （ 4） CO2浓度控制 图 25 自动情况下的 CO2 浓度控制 当中间继电器 ，系统的运行方式为自动模式 ，见图 25。 在自动情况下，CO2浓度传感器将测得的模拟量通过模拟量输入模块 EM235送入 PLC中，通过整数比较指令，将 CO2浓度传感器检测到的测量值 AIW4与设定值 “1000” 进行比较，当 AIW41000时，中间继电器 ，添加温室中的 CO2。 图 26 手动情况下的 CO2 浓度控制 当中间继电器 电时，系统的运行方式为手动模式 ，见图 26。 可通过控制 CO2调节阀 ，进行温室大棚 CO2浓度的手动控制。 18 图 27 CO2 调节阀工作 在温室大棚的 CO2浓度控制过程中，自动模式下，当 CO2浓度传感器测量的浓度低于设定的浓度时，中间继电器 ，打开 CO2调节阀添加 CO2；手动模式下，按下 CO2添加器的启停按钮，中间继电器 ，打开 CO2调节阀添加 CO2。 见图 27。 编程软件实现 在本次设计中，利用 S7200仿真软件。 该仿真软件可以仿真大量 的 S7200指令（除部分指令如顺序控制指令、循环指令、高速计数器指令和通讯指令等尚无法支持外，可支持常用的位触点指令、定时器指令、计数器指令、比较指令、逻辑运算指令和大部分的数学运算指令等）。 该仿真软件还提供了数字信号输入开关、两个模拟电位器和 LED输出显示，仿真软件同时还支持对TD200文本显示器的仿真，在实验条件尚不具备的情况下，完全可以作为学习 S7200的一个辅助工具。 本部分主要介绍了 温室大棚 控制 系统 的软件调试过程， 通过仿真与调试 检验其是否符合设计初衷，能否达到相应的指标。 控制程序的仿真步骤 如下： （ 1） 准备工作 仿真软件不提供源程序的编辑功能，因此必须和 STEP7 Micro/Win程序编辑软件配合使用，即在 STEP7 Micro/Win中编辑好源程序后，然后加载到仿真程序中执行。 在 STEP7 Micro/Win中编辑好梯形图 利用 File|Export命令将梯形图程序导出为扩展名为 awl的文件， 如果程序中需要数据块，需要将数据块导出为 txt文件。 （ 2） 程序仿真 打开 S7200仿真软件，选择 CPU型号： CPU226， EM235，载入程序； 单击 “ RUN” 键，绿色运 行灯亮，按要求操作输入点，观测输出点的情况，发现相应的点绿色灯亮： 模拟仿真结果与控制要求完全一致，程序仿真成功。 19 图 28 控制程序仿真图 4 模糊控制算法在温室控制系统中的应用 PLC与监控计算机联合工作为 “ 在线 ” 工作方式， “ 在线 ” 工作方式充分发挥了计算机容量大、计算速度快的优点。 温室环境是一个非线性、分布参数、时变、大时延、多变量藕合的复杂对象，被控对象的数学模型很难建立，为此，采用模糊控制来解决。 生产规模的不断扩大使得控制过程越来越复杂，经典控制理论和现代控 制理论由于种种原因己不能满足日益复杂的控制要求。 在处理过程模型不确定或难以建模等问题时， PID控制和基于现代控制理论的控制策略就显得无能为力，应用于复杂过程控制时往往受到限制，因此，先进的控制算法得以研究推广，模糊控制便是其中的一种。 1965年，美国加利福尼亚大学 ，为模糊集合的运用和模糊数学的发展奠定了基础，模糊科学得以发展。 1974年，英国伦敦大学的教授 ，这一开拓性的工作标志着模糊控制应用阶段的诞生 ，并继而得到大规模发展。 模糊控制从诞生到现在仅仅经历了几十年的时间，就己在工业。