蔬菜大棚温湿度控制系统的PLC程序设计毕业论文设计.docx
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蔬菜大棚温湿度控制系统的PLC程序设计毕业论文设计
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LANZHOUUNIVERSITYOFTECHNOLOGY
毕业设计
题目蔬菜大棚温湿度控制系统的PLC程序设计
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摘要
温室大棚对现在的人们来说,是非常熟悉的一个名词,因为现在我们生活中的很多花卉、蔬菜、水果都是从温室大棚中种植出来的。
如何利用自动检测与自动控制系统有效的控制好温室大棚内的各种环境因子,以提高温室大棚环境的控制精度和效果,对我国温室业的发展有着不可估量的重要意义。
本设计采用西门子S7-300系列可编程控制器来实现自动化控制的温室大棚。
温度、湿度等环境因子在植物过程中起重要作用,在检测这环境因子的时候考虑到精度,反应速度,方便设备连接等问题,将采用温度传感器,湿度传感器对环境各项指标进行检测,传感器将检测的结果送入PLC中,由PLC将其与设定值进行比较,再发出相应的指令驱动电机﹑卷帘等设备运行或停止来调节室内的温度、湿度,从而达到智能化,自动化控制的目的。
使用step7及winccflexible实现上下位连调,详细的介绍系统的特点,组成,硬件设计及软件设计等问题。
关键词:
蔬菜大棚;PLC;温湿度控制
Abstract
Greenhouseforthepeoplenowisaveryfamiliarnoun,becausenowweliveinalotofflowers,vegetables,fruitwhichfromgreenhouseshelterofplantingout.Howtouseautomaticdetectionandautomaticcontrolsystemofeffectivecontrolofgreenhousetrellisinside,inordertoimprovetheenvironmentalfactortrellisenvironmentcontrolprecisionofthegreenhouseeffectandChinaatpresent.ThisdesignUSEStheSiemenss7-300PLCtorealizetheautomationcontrolgreenhousetrellis.Temperature,theprocessofplantsplaysanimportantroleindetectingtheenvironmentalfactor,whenconsideringtheaccuracy,thereactionspeed,convenientdeviceconnectedbysuchissues,willthetemperaturesensor,sendsoutthecorrespondingorder-driven,ventilationwindow,fillinglightequipment,sunshadeshadeequipmentoperationorstoptoadjustindoortemperature,light,control.DiscussPLCcontrolsystemapplicationinplantsgreenhousecanopy,Usethestep7andwinccflexibletoachievetheupperandlowersandhidetailedintroducesthecharacteristicsofthesystem,thecomposition,theandsoftwaredesign.
Keywords:
Vegetablesgreenhouse;PLCsystem;Temperatureand AC的数据。
实现STEP7各种功能所需的SIMATIC软件工具都集成在STEP7中。
软件界面如图所示
图4.1step7软件界面图
4.1.1软件简介
1.STEP7的窗口组件
STEP7-MicroWIN编程软件主界面由浏览条、指令树、菜单栏、工具条、局部变量表、状态栏、输出窗口、程序编辑区等部分组成。
2.STEP7-MicroWIN窗口界面功能介绍
浏览条 浏览条为编程提供按钮控制,可以实现窗口的快捷切换;
指令树 指令树以属性结构提供变成使用到的所有快捷操作指令和PLC指令,它由项目分支和指令分支组成;
菜单栏 V4.0STEP7-MicroWIN有8个主菜单:
文件、编辑、查看、PLC、调试、工具、窗口、帮助,这些菜单允许使用鼠标或对应热键进行操作;
工具条 工具条为最常用的STEP7-MicroWIN操作提供了便利的鼠标操作访问,常用工具条分为标准工具条、调试工具条、公用工具条和LAD指令工具条;
局部变量表 每个程序块对应一个局部变量表,局部变量表用来定义局部变量,局部变量只在建立局部变量的POU中才有效;
状态栏 又称任务栏,它提供了在STEP7-MicroWIN中操作时的操作状态信息。
输出窗口 输出窗口用来显示STEP7-MicroWIN程序编译的结果,如编译结果是否有错误、错误编码和位置等;
程序编译区 用户可以在程序编译区使用梯形图、助记符或功能块图进行程序的编写。
STEP7的标准版只配置了3种基本的编程语言,梯形图(LAD)、功能块图(FDB)和语句表(STL),有鼠标拖放、复制和粘贴功能。
语句表是一种文本编程语言,使用户能节省输入时间和存储区域,并且“更接近硬件”。
STEP7专业版的编程语言包括S7-SCL(结构化控制语言)、S7-GRAPH(顺序功能图语言)、S7HiGraph和CFC,这四种语言对于标准版是可选的。
STEP7用符号表编辑器工具管理所有的全局变量,用于定义符号名称、数据类型和全局变量的注释。
使用这一工具生成的符号表可供所有应用程序使用,所有工具自动识别系统参数的变化。
测试功能和服务功能包括设置断点、强制输入和输出、重新布线、显示交叉参考表、状态功能、直接下载和调试块、同时监测几个块的状态等。
程序中的特殊点可以通过输入符号名或地址快速查找
STEP7的帮助功能:
选定要得到的在线帮助的菜单目录,或打开对话框,按F1键便可得到与它们有关的在线帮助。
执行菜单命令“Help”→“Contents”进入帮助窗口,借助目录浏览器寻找需要的帮助主题,窗口中的检索部分提供了按字母顺序排列的主题关键词,可以查找与某一关键词有关的帮助。
3.S7-300CNPLC编程语言
S7-300CNPLC编程语言主要有三种:
梯形图编程语言、语句表、功能块图。
由于本次设计主要用梯形图编程语言,所以,下面主要介绍一下梯形图编程语言。
梯形图LAD语言是在继电器-接触器控制系统原理图的基础上演变而来的一种图形语言,它和继电器-接触器控制系统原理图很形似。
梯形图具有直观易懂的优点,很容易掌握,特别适用于开关逻辑控制。
PLC梯形图中的某些编程元件采用“继电器”这一名称,如输入继电器、输出继电器、内部辅助继电器等,但它们不是真实的物理继电器,而是一些存储继电器。
每一软继电器与PLC存储器中映像寄存器的一个存储单元相对应。
PLC梯形图编程时注意遵循以下几点:
1、编写PLC梯形图时,应按从上到下、从左到右的顺序放置连接元件STEP7-MicroWIN-V5.0中,与每个输出线圈相连的全部之路形成一个逻辑行(一个网络),每个网络起于左母线,最后终于输出线圈。
同时还要注意输出线圈与右母线之间不能有任何触点,输出线圈的左边必须有触点,即输出线圈点不能直接接做母线,要有相应的控制触点条件控制。
2、梯形图中的触点可以任意串联或者并联,但继电器输出线圈只能并联而不能串联。
3、在每个网络(每一逻辑行)中,当几条支路并联时,串联触点多的之路应尽量放在上面,串联控制触点少的支路在下面。
4、在有几个并联支路串联时,应将并联触点多的回路放在左边,以便编制的程序简洁。
5、PLC触点的使用次数不受限制。
4.STEP7具有以下特点
1.DK3964RRK512等标准协议已经集成到控制器内,不需要额外驱动MPI接口;
2.STE集成modem支持:
内置modem功能,可进行远程编程、诊断或数据传输,编程不需MPI转换器,直接通过PC上的RS232口;
3.现场总线通讯功能.控制器功能中已集成了ProfibusDPMasterSlave,ProfibusFMS和LONWorks。
4.1.2软件运行
1、在新建项目中选择要添加的CPU站点,硬件中添加所需的电源模块及模拟量输入模块。
2、在符号表中定义
3、在OB1块中写入要调试的主程序梯形图,OB35中写入调用的子程序梯形图。
4、将所写程序下载到PLCSIM中,点击运行即可模拟运行。
4.1.3主要功能块简介
FC105是处理模拟量(1~5V、4~20MA等常规信号)输入的功能块,在
中,打开Libraries\standardlibrary\Ti-S7ConvertingBlocks\fc105,将其调入OB1中,给各个管脚输入地址;如下:
图4.2FC105示意图
其中,管脚的定义如下:
IN---------模拟量模块的输入通道地址,在硬件组态时分配;
HI_LIM---现场信号的最大量程值;
LO_LIM--现场信号的最小量程值;
BIPOLAR—极性设置,如果现场信号为+10V~-10V(有极性信号),则设置为1,
如果现场信号为4MA~20MA(无极性信号);则设置为0;
OUT-------现场信号值(带工程量单位);信号类型是实数,所以要用MD200来存放;
RET_VAL-FC105功能块的故障字,可存放在一个字里面。
如:
MW50;
4.2系统流程图
4.2.1主程序流程图
按下启动按钮,PLC开始扫描,检查系统故障情况。
就地远程旋钮为就地时,就地控制柜来手动控制,为远程时,分为手动和自动控制。
手动时,远程上位机手动控制。
自动时,将温湿度采集结果与设定值进行比较,PLC通过比较结果判断执行。
图4.3主程序流程图
4.2.2温度子程序
当为远程自动控制时,PLC每30分钟将温度传感器检测来的温度送入整定。
然后将整定值与设定值范围比较。
一般要求维持在23-33℃低于设定值下限打开卷帘。
高于设定值上限放下卷帘。
图4.4温度子程序流程图
4.2.3湿度子程序
当为远程自动控制时,PLC每30分钟将湿度传感器检测来的温度送入整定。
然后将整定值与设定值范围比较。
土壤湿度一般要求维持在50%-60%,空气湿度维持在65%-85%低于设定值下限打开水泵、电磁阀。
高于设定值上限关闭水泵、电磁阀。
图4.5空气湿度子程序流程图
图4.6土壤湿度子程序流程图
4.2.4故障报警子程序
在工业生产中,有很多需要处理的事故信号和故障信号,事故一般会危及设备或人身的安全,造成严重后果,必须立即采取紧急措施(如自动停车),在事故、故障发生时都应发出报警信号,一般是声、光报警信号。
故障检测及报警是整个系统的安全保障,无论是手动还是自动都在系统正常的前提下运行。
系统每次运行都要做卷帘、水泵电机的状态判断,有一项故障整个系统报警提示检修。
直到故障排除方可正常工作,执行后续程序。
图4.7报警子程序流程图
第五章控制系统监控界面设计
5.1上位软件
WinCCflexible,德国西门子(SIEMENS)公司工业全集成自动化(TIA)的子产品,是一款面向机器的自动化概念的HMI 软件。
WinCCflexible用于组态用户界面以操作和监视机器与设备,提供了对面向解决方案概念的组态任务的支持。
WinCCflexible与WinCC十分类似,都是组态软件,而前者基于触摸屏,后者基于工控机。
WinCCflexible特点
基于最新软件技术的创新组态界面
功能块库:
面板可自由定义且可重复使用,并且可集
中进行更改
动态面板
可组态智能工具,如:
图形导航和图形化运动对象,
可方便地组态大批量数据(如,变量编辑器)等
利用用户ID和密码实现访问保护
配方管理
报表系统
为全球推广提供语言支持:
在一个项目中管理32种语言
支持多语言文本和自动翻译的文本库
文本的导入导出过程十分简单,从而便于翻译
个性化扩展选件:
Sm@rt客户端服务器概念
通过Internet进行服务与诊断
OPC服务器通讯
过程诊断
记录和跟踪操作员动作和组态
5.2通讯连接
上位机与PLC通过MPI连接,给每台PLC站点赋予不同的地址。
图5.1系统通讯示意图
5.3人机界面
根据设计要求,界面得设计实时监控面板、控制画面、报警画面,要求界面形象、生动、美观。
每个大棚设置一个手动按钮和一个自动按钮,按下手动按钮时手动操作同时跳到相应大棚手动控制画面,按下自动按钮后自动操作跳到自动操作画面。
图5.2控制选择画面
跳到手动画面时为手动操作,按下按钮执行相应操作。
图5.3手动控制画面
跳到实时监控时为自动控制,温度湿度值为下位检测到的数据,温湿度上下限可在上位修改。
图5.4自动监控画面
结论
整个设计报告思路,首先讲述了温室大棚的一般概况及工作原理;其次讲述了温室大棚自动控制的工作原理及硬件系统和组成;第三论述温室大棚的系统硬件的设计与研究,及其硬件各系统的作用;第四讲述软件系统的设计方案;最后总结在设计中得到的宝贵经验及发现发现的问题。
温室大棚自动控制系统是近年来逐步发展起来的一种资源节约型高效农业发展技术,它是在普通日光温室的基础上,结合现代化计算机自控技术、智能传感技术等高科技手段发展起来的。
温室控制主要是根据外界环境的温度、湿度等气候因素,来控制温室内的温度、湿度,创造出适合作物生长的最佳环境。
在这种控制中,温度、湿度等被控量之间存在着强烈的相互关系,某个被控量的改变,会影响到其他被控量的变化。
所以对这些参数的控制是至关重要的。
本控制系统由西门子S7-300PLC,温度检测电路,湿度检测电路、控制系统组成。
现场控制柜由手动操作,远程控制分为手动控制和自动操作,温度检测电路将检测到的温度转换成电压信号,PLC通过比较输入温度与设定温度来控制卷帘系统电路,当棚内温度在设定范围内时,PLC不对卷帘设备发出动作。
下位程序通过step7编程实现。
上位用winccflexible。
通过不断调试,最终达到上下位连调。
温室环境控制的目的是把各被控变量(温室大棚环境因子),如温度、湿度等,维持在作物生长发育要求的范围内。
该设计还具有对温室大棚内环境温度、湿度的预设功能。
温室环境控制系统正在不断吸收相关领域新的理论和方法,结合温室作物种植的特点,不断创新,逐步完善。
我相信在不断的发现在问题、解决问题中中国的温室产业将走上更加辉煌的道路。
致谢
行文至此,我的这篇论文已接近尾声;岁月如梭,我四年的大学时光也即将敲响结束的钟声。
离别在即,站在人生的又一个转折点上,心中难免思绪万千,一种感恩之情油然而生。
生我者父母。
感谢生我养我,含辛茹苦的父母。
是你们,为我的学习创造了条件;是你们,一如既往的站在我的身后默默的支持着我。
没有你们就不会有我的今天。
谢谢你们,我的父亲母亲!
在这四年中,老师的谆谆教导、同学的互帮互助使我在专业技术和为人处事方面都得到了很大的提高。
感谢兰州理工大学在我四年的大学生活当中对我的教育与培养,感谢兰州理工大学电信学院的所有专业老师,没有你们的辛勤劳动,就没有我们今日的满载而归,感谢大学四年曾经帮助过我的所有同学。
在制作毕业设计过程中我曾经向老师们和同学们请教过不少的问题,老师们的热情解答和同学们的热心帮助才使我的毕业设计能较为顺利的完成。
在此我向你们表示最衷心的感谢。
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外文翻译
外文原文
ONE、PLCoverview
Programmablecontrolleristhefirstinthelate1960sintheUnitedStates,thencalledPlcprogrammablelogiccontroller(ProgrammableLogicController)isusedtoreplacerelays.Fortheimplementationofthelogicaljudgment,timing,sequencenumber,andothercontrolfunctions.TheconceptispresentedPlcGeneralMotorsCorporation.Plcandthebasicdesignisthecomputerfunctionalimprovements,flexible,genericandotheradvantagesandrelaycontrolsystemsimpleandeasytooperate,suchastheadvantagesofcheappricescombinedcontrolleroftargetsoftwareinordertocontrolthecontentoftheuserproceduresmemorycontroller,thecontrollerandconnectingtheaccusedconvenienttarget.
Inthemid-1970s,thePlcwidelyusedasacentralprocessingunitmicroprocessor,importexportmoduleandtheexternalcircuitsareused,large-scaleintegratedcircuitsevenwhenthePlcisnolongertheonlylogical(IC)judgmentfunctionsalso(IEC)standardspromulgatedprogrammablecontrollerforprogrammablecontrollerdraftmadethefollowingdefinition:
programmablecontrollerisadigitalelectroniccomputersoperatingsystem,specificallyforapplicationsintheindustrialdesignenvironment.Itusedprogrammablememory,usedtoimplementlogicintheirinternalstorageoperations,sequencecontrol,timing,countingandarithmeticoperations,suchasoperatinginstructions,andthroughdigitalandanaloginputandoutput,thecontrolofvarioustypesofmachineryorproductionprocesses.Programmablecontrollerandrelatedperipherals,andindustrialcontrolsystemseasilylinkedtoformawhole,toexpanditsfunctionaldesign.Programmablecontrollerfortheuser,isanon-contactequipment,theprocedurescanbechangedtochange
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