毕业设计（论文）-基于plc的大棚温湿度控制系统.doc

摘 要随着人们的生产水平的不断提高，对生活环境和生产环境的要求就显得尤为重要，温湿度的智能控制就显得极为重要，因此温湿度检测系统就是现代生产生活中应运而生的一种智能、快捷、方便可靠的检测系统在我们日常生活中许多的蔬果、花卉都是由温室大棚培育而出，可是在现阶段该如何利用自动检测控制系统更有效的提高温室大棚的调节精度和效率，这对我国农业发展有着不可估量的重要意义 本设计采用三菱FX2N系列的可编程控制器来实现自动化控制，温室大棚中的温度、湿度等环境因素在植物的生长中起重要的作用，在检测时应考虑到测量精度、方便设备连接与操作等问题采用温度传感器和湿度传感器测量，再将所测量的信息反馈给PLC,由PLC将其与设定值做出比较，进而发出相应的指令调节温室内的温度和湿度，使该系统能够达到自动化控制的目的关键词：温室大棚；PLC；传感器I目 录0 前言 11 系统设计任务 11.1课题研究背景及意义 11.2温室大棚的主要结构的概述 21.2.1温室大棚的结构 21.2.2温度传感器、湿度传感器、检测仪表 31.2.3电机部分 31.3系统工作流程概述 31.3.1对温室大棚内的温度与湿度进行调节、监测 31.3.2系统流程 42 系统硬件的选用 42.1PLC的选用 42.2变频器的选用 52.2.1变频器的作用及工作原理 52.2.1三菱FR-E540通用型变频器 62.3 传感器的选择 62.3.1传感器的选择方法 62.3.2传感器的型号及显示仪表选择 72.4环流风机 132. 5 加热及加湿系统的设计 - 13 -32.5.1 燃油热风机加热系统 132.5.2微雾加湿机 143 主电路的回路设计 163.1电气原理图 163.2 环流风机电路设计 173.2.1变频器的使用 173.2.2环流风机回路电路图 183.3加湿电机电路设计 193.4风门电机电路设计 193.5风冷电机电路设计 203.6加热风机主回路设计 214 软件程序设计 214.1PLC的I\O分配表 214.2PLC接线图 234.3 主程序设计与分析 24结束语 31参考文献 32附录A 33II0 前言如今塑料大棚、日光大棚成为我国设施农业结构的主要组成。

能够充分利用阳光，可以减轻环境污染的等特点，随着改革开放的加深，农村劳动力系统的转移，城市化进程飞速的加快，农业发展迎来一场新的农业变革从1995年开始我国大型温室大棚的面积快速增加到目前已有约200公顷温室大棚的光利用率强，土地利用率高，越冬保温能力强，作物病虫害的低等优点设施农业的大力发展为大棚实现大型现代化的发展提供了很好的机会，使其快速稳定的发展，到目前为止，相当大一部分的温室大棚要靠种植者的经验为保障来完成，缺乏根本的科学性这种管理方式缺少量化的指标，精确度低仅仅够温室大棚实施被动的调节而不能主动的使大棚内的环境因素自我调节就无法发挥大棚的高效性，这对农业现代化进程的发展是极大的影响根据温室大棚温湿度控制系统的发展形势可将其分为三个阶段：手动控制：这是温室大棚发展的初级阶段，技术落后，主要依靠长期从事农业工作者的经验实施，也是该系统的执行者但生产的效率低，不适合推进农业的现代化进程.自动控制：这是温室大棚农业发展的另外一个阶段，它需要种植者按照棚内作物的生长情况设置目标参数，从而控制系统把传感器的实际输出值进行比较，达到调节环境因素的作用，这有利于大规模的生产，提高生产效率，缺点是难以介入植物生长的内在规律。

智能控制：这是最终阶段，该技术主要建立在自动控制和生产实践上，是总结和运用农业领域知识及实验数据建成的系统，该技术是在手动控制和自动控制技术之后发展而来的，会越来越先进与成熟1 系统设计任务1.1课题研究背景及意义目前，我国绝大部分的温室大棚都安装了加温、降温、通风和除湿等设备，但大部分是通过人工让它工作，若是面积增大种植者的劳动强度就会成倍的增长，更别提对温湿度的精确控制结合发展现状充分的发挥PLC控制的优点，再综合种植者的经验和温湿度的精确自动的调节，对推进温室大棚的发展起到很大的作用温室大棚主要的作用是为作物提供优秀的成长环境，以避免四季气候变化和恶劣的天气环境通常以采光和覆盖式材料作为主要结构材料，它能确保作物的健康成长从而提高产量温室大棚的温湿度控制通过接受光电、温度、湿度传感器传来的信号再经过PLC的控制以及决策调剂各种环境因素而提供良好的生长环境该系统在前人总结的原有基础上，再结合农业知识和各种实验数据的收集，更精确的使用外部设备动作完成相应的功能在不同的季节都有不同的温湿度的标准，根据外界的温度变化大棚内的温度也会跟着降低或升高但温室里面是可能根据植物的生长环境条件来改变的，比如到了冬季温度降低，而植物会因温度的降低使植物生长得慢以及不生长，导致植物的产量下降，所以现在农业方面也挺先进的，有了控制植物的温、湿、光照、二氧化碳、环境的温、湿度，以及土壤养分、土壤温度、土壤水分等农业环境要素，根据温室作物生长要求，自动控制、灌溉施肥等环境控制设备，自动调控温室内环境，达到适宜植物生长的范围，为植物生长提供最佳环境。

智能温室控制系统可以使温室运行于经济节能状态，实现温室的无人值守自动化运行，减轻人员劳动强度，降低温室能耗和运行成本1.2温室大棚的主要结构的概述1.2.1温室大棚的结构跨度，目前各地生产中使用的温室大棚，大多数跨度(自温室南部底脚起至北墙内侧的宽度)都是6-7m事实证明，这样的跨度，配之以一定的屋脊高度，可以保证南屋面(前坡)有极大的采光角度可保证作物生长有较大的空间，又便于被盖保温，还便于选择建筑材料，是比较适用的如果跨度增大，高度无法再增加，南屋面角度变小，势必采光不好另外，揭盖草苫困难，使保温效果下降并提高建材造价从各地经验看来在北纬40°以北或冬季严寒极限温度在-20℃ 以下地区，宜选用6m跨的温室，北纬40°以南冬季不太严寒地区，宜选用7m跨温室2)高度 温室的高度主要是指屋脊的高度它与跨度有一定关系，在跨度确定的情况下，高度增加，温室角度也增加，从而提高采光效果，进而增加蓄热量，弥补热量损失的一面6m跨的冬季温室高度以2.7～2.8 m为宜，7m跨的温室高度以 3.1 m为宜3)长度以50～60 m为宜，如果太短.不仅单位面积造价提高，两边山墙遮阴面也大，影响产量，如果再长，室内温度不 易控制一致，产品和生产资料运输也不方便。

4)前屋面角度 其指前屋面与地平面的夹角这个角度越大，前屋面与阳光的交角(投射角)越大，透过的光线也就越多斜立式温室这个角度在北纬400以南地区应达到23℃或以上拱圆形温室在北纬40°～42°，拱底脚应达到 50°～60°，拱的中段要达到20°～30°，上段要达到10°，这样有利于冬季采光下图为本课题的实物结构图1所示：图1 温室大棚结构实物图1.2.2温度传感器、湿度传感器、检测仪表温度和湿度是农作物生长的主要条件，是保证农作物生长的需要的绝对适宜的温度与湿度从而使其达到最高的产量，温度传感器和湿度传感器就是为了检测温室大棚内的温度与湿度从而与设定值相比较作出判断而监视仪表则是直观的体现出当前的温度值与湿度值1.2.3电机部分本系统采用了五种不同功能的电机：环流风机，它在整个植物生长的过程中全天候的工作，主要作用是将大棚内的空气形成对流，为每一个植物提供适宜的温度和湿度风冷电机的主要作用是当温度超过设定值时进行温室内散热的作用，从而保证农作物的生长在正常的温度下生长风门电机主要的作用是为农作物提供新鲜的空气从而达到控制温室大棚内的温度以及湿度使其更适合农作物的生长加湿电机是为农作物的生长提供适宜的湿度的关键部分，提高农作物的成活率。

在植物的生长中，需要在特定的时间对大棚内的空气进行加温，达到农作物所需的温度在大棚中使用圆翼型热镀锌散热器进行加热1.3系统工作流程概述1.3.1对温室大棚内的温度与湿度进行调节、监测对不同的农作物生长所需的最适宜温度也不尽相同如韭菜的最适生长温度表1-1:表1 韭菜最适生长温度表农作物种类生长周期温度（度)湿度（%RH)韭菜20天20～2560～70系统通过传感器来检测温度与湿度，同时对温度进行调节控制湿度传感器再该系统中主要控制大棚湿度，通过湿度传感器的设定值与当前温室大棚内的湿度相比较，来控制风门电机和加湿电机的开启，使温室内的湿度达到设定值1.3.2系统流程在该系统中可以实现手动控制和自动控制两种不同的控制要求1）手动控制：可以手动控制加湿电机、风门电机的启动和停止2）自动控制：温室大棚的工作流程是在播种完成之后，按下启动按钮打开环流风机为了让环流，风机一直处在最佳的运行速度，通过三菱FR-E540通用型变频器来调速当刚开始启动环流风机时以最高速度运行，使大棚温度快速达到20°还有湿度达到60%RH时，环流风机以低速运行，在后面每隔三小时进行换气，环流风机以中速运行当湿度低于60%RH时加湿电机开始工作，当湿度高于60%RH时，加湿电机停止工作。

当温度低于20°时风冷电机停止工作，加热风机开始工作当温度超过20°时，加热风机停止工作，风冷电气启动开始散热，是温度达到设定值该结构线路简单，工作稳定可靠当在改变工艺流程时，便于线路的改造方便对系统硬件进行检修与调试2 系统硬件的选用2.1PLC的选用PLC的特点：（1）通用性强，使用方便：PLC通过软件实现控制，只需要改变软件就可以实现不同的控制要求，方便快捷的适应工艺条件的变化同时由于PLC产品的系列化和模块化可以组成满足各种控制要求的控制系统，用户在硬件方面的设计工作只是确定PLC的硬件配置和I/O的外部接线2）功能强，适应面广：PLC不仅具有逻辑运算、计时、计数、顺控等功能，而且还具有A/D、D/A的转换，数值运算和数据处理等功能因此，它既可以对开关量进行控制，也可以对模拟量进行控制还具有通信联网的功能，可以与上位机和PLC之间构成分布式控制系统3）可靠性高，抗干扰能力强：针对PLC“专为在工业环境下应用而生的设计”的要求，PLC采取了一系列硬件和软件的抗干扰措施，还采取屏蔽、滤波、隔离等抗干扰措施，在软件方面设置了故障检测与诊断程序，检查判断故障迅速方便本系统所选用的PLC为三菱FX2N系列，其功能强大，使用简单方便。

三菱FX2N系列PLC采用一体化箱体结构，其基本单元将CPU、存储器、I/O接口及电源等都集成在一个模块内，结构紧凑，体积小巧，成本低，安装方便FX2N有多种特殊功能模块，如模拟量I/O模块、高速计数器模块、脉冲输出模块、位置控制模块、RS-232C/RS-422/RS-485串行通信模块或功能扩展板、模拟定时器扩展板等由于本次系统的输入点用了14个，输出点用了13个所以本系统所选用的是三菱FX2N-32MR型号的PLC图2 三菱FX2N-32MR型PLC实物图2.2变频器的选用2.2.1变频器的作用及工作原理主电路是给异步电动机提供调压调频电源的电力变换部分，变频器的主电路大体上可分为两类：电压型是将电压源的直流变换为交流的变频器，直流回路的滤波是电容电流型是将电流源的直流变换为交流的变频器，其直流回路滤波是电感 它由三部分构成，将工频电源变换为直流功率的“整流器”，吸收在变流器和逆变器产生的电压脉动的“平波回路变频器节能主要表现在风机、水泵的应用上为了保证生产的可靠性，各种生产机械在设计配用动力驱动时，都留有一定的富余量当电机不能在满负荷下运行。