毕业设计论文—基于PLC大棚温湿自动控制系统.docx

毕业论文中文摘要基于PIC大棚温湿自动控制系统摘要：讨论了在温室控制中引入PLC技术构成分布式控制系统的方法,详细介绍了系 统的特点、组成、硬件设计、实时动态监控系统及通信问题分布式的控制结构, 使各子系统相对独立，管理与控制功能分开，易于实现群控化管理,提高了系统的 可靠性，且易于扩展系统成本低廉，性能稳定，通用性好,符合中国国情，具有广泛 的应用前景关键词：温室大棚PLC集散控制温湿控制毕业论文外文摘要Title Design the agriculture temperature andhumidity glasshouse control system with the programmable logic controllerAbstract：The method of distributed control system composed by PLC technology in glasshouse control is introduced in this paper. It gives a detailed introduction to the characteristics, constitutes,software and hardware design , real ・ time dynamic surveillance and communication of the system.The distributed control structure makes all sub ・ systems independent relatively , separates the management and control function , and easy to realize the swarm control management, greatly improves the reliability and expandable of the system. It has the characacters of low cost, stable function , wide adoptability , etc , which matches the conditions of China and has charming application foreground.Keywords： Glasshouse agriculture; PLC; Distributed control system;Swarm control management1 引言 11. 1研究背景 11.2研究的目的及意义 22系统概述 22. 1系统设计任务 22. 2系统总体设计 22. 3系统工作原理 72. 4温湿度传感器 83 系统硬件设计 93. 1 PLC 简介 93. 2总线简介 93. 3电磁阀的简介与安装 103. 4湿度传感器 133. 5温度传感器 143. 6喷灌系统的设计 15结论 21参考文献 22致谢 24图 1 251引言1.1研究背景我国的设施园艺绝大部分用于蔬菜生产。

8 0年代以来，温室、大棚蔬菜的种植 面积连年增加目前的栽培设施中，有国家标准的装配式钢管塑料大棚和玻璃温室仅 占设施栽培面积的少部分，大多数的农村仍然采用自行建造的简单低廉的竹木大小 棚，只能起到一定的保温作用，根本谈不上对温光水气养分等环境条件的调控，抗自 然环境的能力极差即使那些数量不多的装配式塑料大棚和玻璃温室也缺乏配套的调 控设备和仪器，主要依靠经验和单因子定性调控，设施栽培的智能化程度非常低我国设施农业的发展，以超时令、反季节生产的设施园艺作物的发展为主，且发 展迅猛1997年设施园艺作物栽培面积达86. 7万公顷，较80年代初期的栽培面积 增长了 128倍，人均设施蔬菜占有量1996-1997年为33公斤，较1980-1981年人 均设施蔬菜占有量增长了近164倍2001年，我国设施园艺面积将突破100万公顷， 全国设施蔬菜人均占有量将达到40公斤塑料大棚、中棚及日光温室为我国主要的设施结构类型其中能充分利用太阳光 热资源、节约燃煤、减少环境污染的日光温室为我国所特有1997年我国日光温室 面 积已超过近16. 7万公顷由农业部联合有关部门试验推广的新一代节能型日光温 室，每年每亩可节约燃煤约20吨。

采用单层薄膜或双层冲气薄膜、PC板、玻璃为覆 盖材料的大型现代化连栋温室，具有土地利用率高、环境控制自动化程度高和便于 机械化操作等特点，自1995年以来，呈现出迅猛发展之势，目前全国共有大型温室 面积200公顷，其中自日本、荷兰、以色列、美国等国家引进的温室面积达140公 顷我国设施农业目前还存在着诸如土地利用率低、盲目引进温室、设施结构不合理、 能源浪费严重、运营管理费用高、管理技术水平低、劳动生产率低及单位面积产量低 等诸多问题，但随着社会的进步和科学的发展，我国设施农业的发展将向着地域化、 节能化、专业化发展，向着高科技、自动化、机械化、规模化、产业化的工厂型农业 发展，为社会提供更加丰富的无污染、安全、优质的绿色健康食品1.2研究的目的及意义温室的作用是用来改变植物的生长环境，避免外界四季变化和恶劣气候对作物 生长的不利影响，为植物生长创造适宜的良好条件温室一般以采光和覆盖材料作为 主要结构材料，它可以在冬季或其他不适宜植物露地生长的季节栽培植物，从而达 到对农作物调节产期、促进生长发育、防治病虫害及提高产量的目的温室环境指的 是作物在地面上的生长空间，它是由光照、温度、湿度、二氧化碳浓度等因素构成的。

温室控制主要是控制温室内的温度、湿度、通风与光照虽然有些温室也安装有各种加热、加湿、通风和降温的设备，但其主要操作大多 仍是由人工来完成的当温室面积较大或数量较多时，操作人员的劳动强度很大，而 且也无法达到对温湿度的准确控制本文介绍一种基于PLC和数字式温湿度传感器的 温室控制系统该系统实现了室内温湿度的自动测量和调节，大大降低了操作人员的 劳动强度，采用喷灌系统作为改变温室湿度环境的方法节约了水资源充分利用太阳 能节约了能源2系统概述2.1系统设计任务温室的作用是用来改变植物的生长环境，避免外界四季变化和恶劣气候对作物 生长的不利影响，为植物生长创造适宜的良好条件温室一般以采光和覆盖材料作为 主要结构材料，它可以在冬季或其他不适宜植物露地生长的季节栽培植物，从而达 到对农作物调节产期、促进生长发育、防治病虫害及提高产量的目的温室环境指的 是作物在地面上的生长空间，它是由光照、温度、湿度、二氧化碳浓度等因素构成的 温室控制主要是控制温室内的温度、湿度、通风与光照灌溉系统采用电磁阀控制的 喷灌系统的方式，节约了水源，温度调节主要有遮阴帘风机的动作来解决2.2系统总体设计2. 2. 1 pic的选择由于德国SIEMENS系列产品具有功能强大、可靠灵活等特点，从系统设计的整 体性、一致性出发，考虑到经济性、功能性等各方面的原因，我们选用西门子公司的 产品，以最优的性能/价格比进行系统的配置。

本系统可以实现各个子系统的单独调控，通过通讯网络由总控室进行统一的管理，便于实现群控化控制系统配置上各个 子系统选择了 SIEMENS系列的S7-215PLC,这是因为在200系列PLC中，只有215 具有Prof ibus- DP 口，可以联到Prof ibus ±进行高速数据传输S7 - 215本机14 个输入点和10个输出点，内存13K字节扩展模块EM231可以实现3路模拟量 输入的A/D转换,EM235实现3路模拟量输入的A/D转换1路模拟量输出的D/A 转换，可以根据需要方便地进行功能的扩展另外调整相应系统的硬件设备或者对应 的用户子程序，可以方便地改变对参数的设置系统通过开关量传感器、模拟量传感 器对温室内的温度、湿度、光照等进行检测通过D/A通道要实现对各种执行和调节 机构的控制，以及各种环境设备的启停和电机等设备的保护各子系统选用PLC的主 机内部带有存储程序的EPROM,停电后程序不会丢失总控室选择S7 - 315，它集成 有数据通讯接口，可以方便地通过PR0FIBUS - DP 口实现和其他子系统的通信，进 行集中管理在这里通过动态监控画面可以动态地了解各种参数的变化。

各个子系统 可以实现独立运行，当网络出现意外或其他子系统出现问题也不会引起瘫痪环境控 制子系统配置硬件原理图如图2.1所示PC上位机*PLC+'接口电路a水泵及电磁阀t湿度传感器t图2. 1系统组成框图2. 2. 2软件和动态监控系统设计软件部分主要完成对各个子系统的控制，并集成有模糊控制算法，可以根据参 数设定值达到对环境参数的精确控制，能够实现数据采集、数据预处理、通讯和监控 执行机构等功能动态监控系统的设计是采用西门子的视窗控制中心-SIMATIC WincCC,它是一种可视化的人机界面，可以很容易地结合标准和用户程序生成人- 机界面，准确地满足实际要求SIMATIC WinCC的组成包括计算机(Computer)、标 签管理(TagManagement)、数据类型(Data Type)和编辑器(Editor)几个部分动态 监控系统可以实时检测温室内各种环境参数的瞬时值和动态显示他们的变化趋势， 同时每隔一定时间间隔对采集值进行存储以提供数据报表，同时将其保留在历史数 据库中供作物栽培者日后进行检查2.2.3网络通信系统设计通信系统实现对整个温室运做的信线,RXD (收)、TXD (发)、GND (地)。

选用可 保证波特率在9 600 bps时，通信距离可达到112 km设计采用主从方式管理，主 机通过RS- 232/ RS485通信接口转换器完成信号之间的转换，从机采用MAX485接 口可以实现RS/485与TTL电平的转换信号通信程序分为初始化、接收和发送三 个部分本设计中所选PLC都是SIEMENS的产品，本身都集成了 PR0FIBUS接口， 可以方便可靠的连接成一个现场总线网络本机主站和从站的分配情况如下：①在本 系统中选用了带有Profibus接口的S7 - 315为主站，它为每一个站点分配一个地 址，在预定的信息周期内与分散的站点交换信息②本系统中总控室的上位PC机属 于第二类主站，选用带PROFIBUS - DP网卡(CP5611)接口的工控机③从站为各个 子系统的S7-215o④PLC与PC之间的通讯，二者进行数据交换，各站周期性地交 换1字节数据主站发送命令信息，从站上通过DP - RECV(read),调用DP - RECV 功能从主站读取数据并存储到从站DBU中，然后通过DP - SEND (write),调用DP - SEND功能存储在DBU中的数据写入到主站的输入区。

1 PLC与上位机的通讯协议通讯协议包括两方面的内容：一是通讯接口；二是通讯方式PLC与上位机一般 采用RS-232 C接口的异步串行通讯方式CQM1的CPU单元本身带有RS-232 C接口, 可直接使用该端口与上位机进行RC-232C串行通讯通讯方式有两种:一种是上位机 始终具有初始传送优先权，所有的通讯均由上位机来启动，CQM1总是处于被动状态； 另一种是PLC具有优先权,命令由PLC发送至上位机笔者设计的监控系统采用的 是第一种通讯方式PLC与上位机的数据通讯是以“帧”为单位进行的，帧的格式 如图2.2和图2.3所示命令帧由上位机发送给PLC,响应帧为PLC接收到命令 帧后自动向上位机发送的应答信号X1O1X 10°XCR。