plc课程设计控制系统与可编程控制器PLC设计文档格式.docx

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PLC是一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境下应用而设定。

它采用可编程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作指令，并通过数字式、模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。

可编程控制器及其有关外部设备，都应按易于使工业控制形成一个整体，易于扩充其功能的原则设计。

国外的高档温室已达到工厂化管理的程度，对多种环境因子能够进行集中调控。

我国温室生产的整体水平与世界发达国家相比差距比较大，表现在设施结构、配套设施、环境调控与栽培、管理技术等方面。

高档温室基本上靠进口，价格昂贵。

其自动化控制与监控系统更是如此。

目前只能温室的发展趋势是采用各种传感器检测温室环境参数，自动调节各个设备的工作状况，从而达到全天候无人监控条件下的温室正常运行。

1．2功能概述

该设计主要对温室大棚内空气湿度和温度进行控制，从而达到根据农作物需求自动调节温度湿度的目的。

不同农作物生长所需温度及湿度存储在PLC的数据寄存器中，通过温度和湿度传感器检测空气湿度温度经A/D转换模块转换后与寄存器中预存值相比较，根据比较结果再对执行机构做出相应的操作，直至检测到得温度湿度值在寄存器中的预定值范围内。

根据作物生长所需要的环境模型制定环境设施输出方案是温室环境控制的关键技术。

为避免控制方案过于复杂，本设计选择最重要的环境因子温室内空气温度、湿度作为基本的监测和控制项目。

系统以PLC为核心主要由三部分组成：

PLC、数据采集单元及执行机构组成。

各种传感器对温室内温度、湿度参数实时监测，经A/D转换器后送入PLC，完成数据采集；

采集到的数据由PLC处理后对执行器件发出相应命令。

系统框图如下

X1

停止SB2

Y2

关闭保温被控制继电器KM2

X2

启动SB3

Y3

打开前窗控制继电器KM3

X3

保温被始端行程开关SQ1

Y4

关闭前窗控制继电器KM4

X4

保温被终端行程开关SQ2

Y5

打开后窗控制继电器KM5

X5

前窗始端行程开关SQ3

Y6

关闭后窗控制继电器KM6

X6

前窗终端行程开关SQ4

Y7

打开天窗控制继电器KM7

X7

后窗始端行程开关SQ5

Y10

关闭天窗控制继电器KM8

X10

后窗终端行程开关SQ6

Y11

打开侧窗控制继电器KM9

X11

天窗始端行程开关SQ7

Y12

关闭侧窗控制继电器KM10

X12

天窗始端行程开关SQ8

Y13

打开遮阳幕控制继电器KM11

X13

侧窗始端行程开关SQ9

Y14

关闭遮阳幕控制继电器KM12

X14

侧窗终端行程开关SQ10

Y15

喷水泵控制继电器KM13

X15

遮阳幕始端行程开关SQ11

Y16

通风机控制继电器KM14

X16

遮阳幕终端行程开关SQ12

Y17

加热炉控制继电器KM15

2.1.3输入输出接线

2．2功能详细分析说明

2.2.1温度的调节与控制

与其他环境因子比较，温度是设施栽培中相对容易调节控制的环境因子。

温室内温度的调节和控制包括保温、加温和降温三种。

温度调控要求达到能维持适宜于作物生育的设定温度。

温度的空间分布均匀，时间变化平缓。

（1）保温，为了提高大棚的保温能力，常采用各种保温覆盖。

具体方法就是增加保温覆盖的层数，采用隔热性能好的保温覆盖材料，以提高设施的气密性。

（2）加温，我国传统的单屋面温室，大多采用炉灶煤火加温，今年来也有采用锅炉水暖加温或地热水暖加温的。

大型连栋温室和花卉温室，则多采用集中供暖方式的水暖加温，也有部分采用热水或蒸汽转换成热风的采暖方式，本系统采用电炉水暖加温。

（3）降温，保温设施内降温最简单的途径是通风，但在温度过高，依靠自然通风不能满足作物生育要求时，必须进行人工降温。

降温包括遮光降温法、屋面流水降温法、蒸发冷却法及强制通风法。

遮光降温法是一种在室外与温室屋顶部相距40cm处张挂遮光幕，对温室降温很有效。

另一种在室内挂遮光幕，降温效果比挂在室外差；

屋面流水降温法采用时须考虑安装成本，清除玻璃表面的水沟污染问题；

蒸发冷却法使空气先经过的蒸发冷却降温后再送入室内，达到降温目的。

蒸发冷却法有湿帘——风机降温法、细雾降温法、屋顶喷雾法。

本系统采用室外挂遮光幕降温。

2.2.2湿度的调节与控制

土壤湿度要与空气相对湿度协调一致才能达到温室湿度的有效控制，空气湿度调控范围一般在60%RH—80%RH，精度为正负5%。

湿度的调控影响温度，要求湿度与温度的调控需按一定的程序进行。

常用的湿度调节方式是加湿与去湿。

（1）加湿，一般常用的方法是水喷雾法和蒸汽加湿。

水喷雾法采用双位或多位控制来实现；

蒸汽加湿则采用电极加湿器或浇蒸加湿器实现。

本系统采用水喷雾法加湿。

（2）去湿，在温室中去湿常采用以下三种方式：

加热控制法、吸附法-化学除湿器、排湿换气。

在湿度的调节系统中，温室内的加湿和去湿则由温室内的调节部件完成，这些部件有天窗、侧窗、湿帘、风机等。

本系统采用排湿换气法去湿。

2.2.3温度、湿度之间的耦合

温度与湿度之间有一定的耦合关系，对一个因子的控制经常会带来一个因子的变化。

在冬季温室环境控制中，默认为温度控制优先的原则，在温度条件满足后，再来满足湿度条件。

如温度过低、温度过大的情况下，以加湿为主导，只有当温度上升到一定值后，才能通风降湿，另一方面，湿度提高本身可以使相对湿度降低。

在夏季降温的过程中，采用以适度优先的原则。

本方案采用湿度优先的原则。

3部分原件说明

本设计中共用到9只电机，其中有6只375W的电机分别用来做保温被的开和关、前窗的开和关、后窗的开和关、天窗的开和关、侧窗的开和关、遮阳幕的开和关、其余三只1.6KW分别用做喷水泵电机、通风机电机、加热炉电机。

其中各部分的详细功能介绍如下：

3．1启动停止

按下开启电源按钮SB1，系统通电，再按下启动按钮SB3，系统启动，投入工作。

按下停止按钮SB2，系统停止工作。

3．2设定数据的录入和温度、湿度采集数据的读入

3.2.1设定数据的录入

系统启动后，经过短暂的延时（To=0.5s，考虑到PLC的预热时间）后，将设定的湿度的上限值和下限值、温度的上限值和下限值传送到PLC的寄存器中（湿度上限存D201单元，下限存D202单元，温度的上限存D203单元、下限存D204单元）

3.2.2湿度温度采集数据的录入

系统启动后，在设定数据录入后，经短暂的延时（T1=0.5s考虑到PLC的预热时间）后，将经湿度传感器和温度传感器采集到的大棚内的温度和湿度读入PLC的寄存器中。

3.3湿度的控制

数据读入后，经过T2=5s的延时，开始比较采集到的湿度和设定湿度值，分三种情况：

（1）.当采集到的温度小于设定湿度的最低限值时，说明湿度过小，则

1、若此时天窗是打开状态，则启动侧窗电机关闭侧窗

2、若此时侧窗是打开状态，则启动遮阳幕电机关闭遮阳幕

同时打开水泵，维持T101=10min后增湿时间到，增加湿度控制操作停止，重新判断湿度是否合适。

（2）.当采集到的湿度在设定的湿度范围内时，说明湿度适中，再转向温度控制。

（3）.当采集到的湿度大于设定湿度的最高限值时，说明湿度过大，则：

1、若此时天窗是关闭状态，则启动天窗电机打开天窗。

2、若此时侧窗是关闭状态，则启动遮阳幕电机打开遮阳幕，同时打开通风机维持T103=1min后降湿时间到，降低湿度控制操作停止，重新判断湿度是否合适。

3.4湿度的控制

当湿度达到合适要求后，开始比较采集到的温度与设定的温度值，分三种情况：

（1）.当采集温度小于设定温度范围的最低限值时，说明大棚内温度过低，则：

1、若此时保温被是关闭的，则启动保温被电机，打开保温被；

2、若此时前窗是打开的，则启动前窗电机，关闭前窗；

3、若此时，后窗是打开的，则启动后窗电机，关闭后窗；

4、若此时，天窗是打开的，则启动侧窗电机，关闭侧窗；

5、若此时，侧窗是打开的，则启动遮阳幕电机，关闭遮阳幕；

6、若此时，遮阳幕是打开的，则启动通风电机，开始通风。

同时打开加热炉电机，开始加热，持续T104=10min后，升温时间到，升温停止，重新判断温度是否合适。

（2）当采集到温度在设定温度范围内时，说明大棚内温度合适，则：

同时打开加热炉电机，开始保温，持续T105=20min后，保温时间到，保温过程停止，重新判断温度是否合适。

（3）当采集到温度大于设定温度最高限值时，说明大棚内温度过高，则：

1、若此时，保温被是打开的，则启动保温被电机，关闭保温被。

2、若此时，前窗是关闭的，则启动前窗电机，打开前窗。

3、若此时，后窗是关闭的，则启动后窗电机，打开后窗。

4、若此时，遮阳幕是关闭的，则启动喷水泵电机，开始喷水。

开始降温，持续T106=10min后，降温时间到，降温过程停止，重新判断温度是否合适。

4软件流程图

5原程序清单

总结

本课程设计“温室大棚PLC温湿度控制系统”终于顺利完成，顺利经过实验台的调试，检测，模拟运行，完全能够满足设计要求，并在此基础上有了较深一步的发掘和提升。

在做本课程设计的过程中，我们组三名成员精诚团结，紧密配合，分工明确，脚踏实地，从最初的选题，到查阅资料，到学习软件的使用，学习编程，再到学习画电气图，最后完稿，调试，运行，每一步，都踏踏实实认认真真按照计划执行，同时，也得到了老师的悉心指导和同学的热心帮助，才使这份课程设计能够顺利的完成。

本课程设计——温室大棚PLC温湿度控制系统主要通过温度和湿度传感器采集大棚内温湿度信号后，经A/D转换传送到PLC存储器中，与设定温湿度比较，从而根据比较结果控制执行电动机执行相应动作，从而惊醒自动化控制。

完成的操作有前窗开与关，后窗开与关，天窗开与关，侧窗开与关，保温被开与关，遮阳幕开与关，通风机开与关，喷水泵开与关，加热炉开与关，从而完成了对大鹏内温度和湿度的控制，所用的PLC为三菱F2N-48MR，所用电源为三相交流电源。

经过课程设计的历练，使我们对三菱F2N系列的PLC有了很深刻的认识和学习，同时对其它PLC也有了相关了解，对电器控制的设计方法有了较为系统的掌握，同时，锻炼了我们查阅资料能力，自主学习新知识的能力，学习软件的能力，动手操作的能力，还让我们认识到了团结的重要性认真踏实严谨自习的重要性和多掌握一门知识的必要性。

顺利地达到的课程设计的目的。

这将是我们很珍贵的财富，对我们以后的学习工作和生活有很大的帮助。

参考文献

1常晓玲.工厂电气控制技术与PLC.北京:

机械工业出版社，2000

2机械设计手册

3电工手册

4组合机床设计（电气部分）上下册

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可编程控制器原理及其应用【M】.重庆：

重庆大学出版社，1994

7三菱微型可编程控制器使用手册【M】.日本三菱电气公司，200040-45.

8周万珍.PLC分析与设计应用【M】.北京：

电子工业出版社，2004

9杜尚丰，李迎霞，马承伟，等中国温室环境控制硬件系统研究进展【J】.农业工程学报，2004,20

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10邓璐娟.智能温室的模型和控制策略【D】.上海：

上海大学.2004