基于PLC的温室大棚控制系统设计.docx
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基于PLC的温室大棚控制系统设计.docx
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山东科技大学泰山科技学院本科毕业设计论文
题目:
基于PLC的温室大棚控制系统设计
系部名称:
机电工程系
班级名称:
电气工程及其自动化学生姓名:
学 号:
指导老师:
完成日期:
2016年6月6日
山东科技大学泰山科技学院学士学位论文
摘要
温室大棚是用来栽培农作物的设施,它能改变农作物的生长环境,使其能够外界的四季变化和恶劣气候,为农作物的生长创造适宜的条件。
温室大棚作为高效农业的重要组成部分,已经成为我们研究的方向。
如何利用科学技术控制温室内的各种环境因子,已成为我国温室大棚行业研究的重要课题之一。
本论文主要介绍了基于PLC控制的温室大棚系统设计方案,该研究中将采用温度传感器、CO2浓度传感器、光照传感器对温室大棚中各项指标进行检测,将测量值送入PLC中,在PLC中将其与设定值进行比较,再发出相应的指令驱动外围设备来调控温室大棚内的环境参数,从而实现了温室大棚的自动化、智能化控制。
在此基础上,实现监测、数据记录、数据输出显示等功能,实现了控制系统优良的人机界面,为温室大棚的研究提供新的方向。
关键词:
温室大棚;可编程控制器(PLC);传感器;控制;
II
ABSTRACT
Greenhousesareusedforgrowingplantsinarangeoffacilities,itcanchangethecropgrowingenvironment,enablingittotheoutsideoffourseasonsandharshclimate,creatingsuitableconditionsforcropgrowth.Greenhousesasimportantcomponentofagriculture,hasbecomeourresearchdirections.Howtousescienceandtechnologytocontrolenvironmentalfactorswithinthegreenhouse,greenhouseindustryhasbecomeanimportantsubjectofstudy.
Describedinthispaper,basedonSiemensS7-200seriesPLCcontrolsystemdesignofgreenhouseTheresearchwillbeusedtemperaturesensor,andCO2concentrationsensor,andlightsensorongreenhousebigshedinthetheindexfordetection,willmeasurementvalueintoPLCinthe,inPLCwillbeitsandsetvalueforcompared,againissuedcorrespondingofinstructiondriveperipheralequipmenttoRegulationgreenhousebigshedwithinofenvironmentparameter,toachievedhasgreenhousebigshedofautomation,andintelligentofcontrol.Onthisbasis,usingconfigurationsoftwareconfigurationdesignofcontrolsystems,monitoring,datalogging,dataoutputfunction,achievingexcellentcontrolsystemhuman-machineinterface,forgreenhouseresearchtoprovidenewdirection.
Keywords:
greenhouse; programmable logic controllers(PLC); sensor;control;application.
目录
摘要 Ⅰ
ABSTRACT Ⅱ
目录 Ⅲ
IV
1绪论 1
1.1课题概述 1
1.1.1课题简介 1
1.1.2研究目的及意义 1
1.2国内外研究现状 2
1.2.1国内研究现状 2
1.2.2国外研究现状 2
1.3研究内容 3
2控制系统的整体控制方案 4
2.1控制系统的设计任务 4
2.2系统的控制方案 4
3控制系统的硬件设计 7
3.1电气控制系统设计 7
3.1.1系统主电路设计 7
3.1.2控制系统各部分控制电路设计 7
3.2PLC简介 12
3.2.1PLC的产生和系统组成 12
3.2.2PLC的工作原理 12
3.3PLC控制系统设计的基本原则及步骤 14
3.3.1设计PLC控制系统的基本原则 14
3.3.2PLC控制系统的设计步骤 14
3.4PLC硬件电路设计 17
3.4.1PLC型号的选择 17
3.4.2传感器的选型 17
3.4.3模拟量输入模块EM235 19
3.4.4PLCO/I地址分配表 21
3.4.5PLC硬件接线图设计 23
4控制系统的软件设计 24
4.1PLC程序设计方法 24
4.2编程软件STEP7-MICRO/WIN概述 24
4.3控制系统的程序设计 25
4.3.1程序的设计思路 25
4.3.2程序控制流程图 26
4.3.3控制程序设计及分析 29
结论 36
参考文献 37
致谢 39
附录1外文资料翻译 40
附录2电气原理图 53
附录3软件程序 54
1绪论
1.1课题概述
1.1.1课题简介
温室大棚是用来栽培植物的设施。
温室是用来改变农作物的生长环境,避免外界四季变化和恶劣气候对农作物的不利影响,为农作物生长创造适宜的条件。
温室环境指的是农作物的生长空间,它是由光照、温度、湿度、二氧化碳浓度等诸多因素组成的。
温室控制主要是通过控制温室大棚内的温度、湿度、通风与光照等自然因素,使得它可以在不适合农作物生长的季节和恶劣的环境下可以高效的种植农作物。
从而达到对农作物调节产期、促进农作物生长发育、提高产量的目的。
现代化温室中具有控制温度、光照、气肥等条件的设备,并采用电脑进行自动智能控制,以此创造农作物生长所需最佳的环境条件。
1.1.2研究目的及意义
目前的农作物栽培设施中,按国家标准装配的钢管塑料大棚和玻璃温室仅占全国大棚面积的一少部分,大多数的农村仍是采用自行搭建的竹木棚。
这种简单的竹木棚只能起到一定的保温效果,根本谈不上对光照和二氧化碳的合理充份的利用,而且抗自然环境的能力很差,面对突发的气象灾害也无能为力。
即使那些为数不多的装配式塑料大棚和玻璃温室,也都不同程度的缺乏配套的专业调控设备和仪器,所以我国的现代化农业特别是温室大棚领域的自动智能化程度还非常低。
中国农业发展,必须走现代化发展这一条路。
随着经济的发展,现在化农业的研究和应用技术越来越受到重视,特别是温室大棚,因为温室大
10
棚已经成为了现代化高效农业的一个重要组成部分。
现代化农业最重要的一环就是对环境中影响农作物生长的因素做检测和控制,通过对温室环境的监测数据的分析,并结合农作物的生长规律,对环境因素的控制,是作为温室大棚自动化、智能化生产管理的基本保证,从而能使农作物达到优质、高效的栽培目的。
所以,现在我们进行温室大棚PLC监控系统的设计具有积极的现实意义。
本课题通过对可编程控制器PLC、传感器的学习和研究,完成了利用西门子PLC与电脑终端组成的温室大棚群监控系统。
1.2国内外研究现状
1.2.1国内研究现状
我国温室大棚技术起步较晚,政府发展的以塑料大棚、日光温室为主的农业栽培设施,促进了农村的经济发展和缓和了蔬菜的季节性短缺矛盾。
利用太阳光热资源,节约不可再生能源,减少环境污染是我国温室大棚的一大特色。
虽然我国温室规模有限,还没有形成规模经济,另外构建设施的费用也比较高,但从长期发展来看,温室监控系统分布式和网络化将是我国现代农业发展的必然趋势。
现代温室大棚中常用的能自动控制的调控机构有:
通风窗、遮阳帘、通风机、热风机、冷风机、人工加热灯、二氧化碳增肥器、喷雾系统及蒸熏设备。
控制器综合调节各个机构,使系统在节省能源的同时保证室内气候满足植物生长需要。
使用的控制器也有很多选择,如单片机、工控机、PLC、通用PC机等。
1.2.2国外研究现状
西方发达国家在现代农业领域的起步比较早。
1949年,美国借助于工程技术的发展,建成了第一个人工气候室。
随着计算机技术的快速发展,
温室大棚作为现代化农业设施的重要组成部分,其自动控制技术和管理技
术得到不断地提高,在世界各地都得到了不错的发展。
目前,国外的温室大棚内部设施已经发展到了比较完备的程度,并形成了一定的技术标准。
温室内被控环境因子由计算机控制,传感器也较为齐全,如温室大棚内的温度、湿度、光照、二氧化碳浓度等等,由传感器的检测基本上可以实现对各个执行机构的控制。
计算机对于这些系统的控制已经不是简单的、独立的、静态的直接数字控制,而是基于PLC的智能控制系统,一些国家在实现自动化的基础上向着完全自动化、无人化的方向发展。
1.3研究内容
可编程控制器是集计算机技术、自动控制技术和通讯技术为一体的新型自动控制装置,PLC的优越性能,已被广泛应用于工业控制的各个领域,并已成为工业自动化领域的三大支柱之一。
PLC的应用已经成为了世界潮流,在以后PLC技术将会在我国的到更全面的应用。
本文研究的是PLC技术在温室大棚技术上的应用。
从整体上分析研究了温室大棚控制系统的电路设计、硬件设计、软件设计和人机界面等。
本次的研究内容为温室大棚PLC控制系统。
温室大棚的作用是改变植物生长的环境,从而避免因四季变化和突发的恶劣天气对植物生长发育的不良影响,为植物生长提供一个良好的生长环境。
在农作物的生长环境中,温室大棚中的温度、湿度、光照、二氧化碳浓度等环境参数对农作物的生长起着非常重要的作用。
本次研究以可编程控制器PLC为核心,通过传感器检测温室中的环境参数,经变送为4-20mA的电流信号后送入S7-200的模拟量输入模块EM235,经分析处理,输出开关量,通过驱动电路控制通风扇、冷暖风机、遮阳帘、二氧化碳发生器等多种执行机构,进而实现对温室大棚智能化控制,从而实现良好的人机界面。
2控制系统的整体控制方案
2.1控制系统的设计任务
本控制系统主要针对的被控对象是温度、光照、二氧化碳浓度,通过对这些因素的检测,然后与设定值进行比较,然后进行调节。
温度的调节主要靠通风扇、风机、和加热器进行调节;光照主要通过遮阳帘进行控制;二氧化碳浓度主要通过二氧化碳发生器来进行调节。
本次设计的温室大棚就是通过温度传感器、光照传感器、二氧化碳传感器来检测温室大棚中的温度、光照强度、二氧化碳浓度等信息,然后通过PLC控制系统控制温室大棚的通风扇、冷/热风机、遮阳帘、加热器、二氧化碳发生器等硬件设施,对温室大棚中的环境因子进行调控,以使温室大棚里的环境为最适宜农作物生长的环境。
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- 基于 PLC 温室 大棚 控制系统 设计
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