基于PLC的温室大棚自动化控制解读.docx
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基于PLC的温室大棚自动化控制解读.docx
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基于PLC的温室大棚自动化控制解读
国家职业资格全国统一鉴定
维修电工技师论文
(国家职业资格二级)
论文题目:
基于PLC的温室大棚自动化控制
姓名:
史新杰
身份证号:
320421197601203015
准考证号:
所在省市:
江苏常州
所在单位:
江苏所常州技师学院
基于PLC的温室大棚自动控制系统
姓名:
史新杰
单位:
江苏常发农业装备股份有限公司
摘要:
植物生长讲究适时、适地,也就是对生长环境温度、湿度、光照强度以及土壤条件的需求比较严格,只有给予了植物合适的生长环境,才会有理想的收获,尤其是对人工控制生长环境的大棚植物,大棚内的温湿度和土壤的温湿度监控对植物的生长至关重要。
温湿度监控检测的方法很多,本文主要讲述了三菱FX2N-32MR系列可编程控制器(PLC)为主要的控制元件的系统,实现对温室大棚温度和湿度进行实时监测和显示。
PLC与其他的控制器相比具有较高的抗干扰的能力和高的可靠性,并且对环境的适应性好。
关键词:
温室大棚;PLC;温湿控制
目录
第一章系统概述………………………………………………1
1.1课题研究背景和意义……………………………1
1.2温室大棚的结构…………………………………1
1.3温室大棚的控制要求……………………………2
第二章系统硬件设计…………………………………………5
2.1PLC的选用……………………………………5
2.2主回路的电路设计………………………………6
2.3温湿度传感器的选用……………………………14
2.4加热及加湿系统的设计………………………………20
第三章系统程序设计…………………………………………22
3.1温室大棚系统的I/O分配表…………………22
3.2PLC接线图……………………………………23
3.3程序设计注释……………………………………24
结束语……………………………………………………………28
答谢词……………………………………………………………29
参考文献…………………………………………………………30
附录………………………………………………………………31
附录A………………………………………………………31
附录B………………………………………………………32
第一章系统概述
1.1课题研究的背景和意义
温度、湿度和人类的生产、生活有着密切的关系,同时也是工业生产中最常见最基本的工艺参数,例如机械、电子、化工、农业等各类工作中广泛需要对温度、湿度的检测与控制。
本设计是基于三菱FX2N-32MR系列PLC为主要控制元件进行设计的,可编程控制器(PLC)是综合了计算机技术、自动控制技术的一种新型的、通用的自动控制装置。
它具有功能强、可靠性高、使用灵活方便,易于编程及适应恶劣环境下应用等一系列优点,近年来的工业自动化、机电一体化、传统产业技术等方面应用越来越广,成为现代工业控制三大支柱之一。
PLC的最终目标是用于实践,提高生产力。
如今,应用PLC已经成为世界潮流,PLC将在我国得到更全面的推广运用。
本文主要介绍了对温室大棚的温湿度进行检测和显示的设计方法。
1.2温室大棚的结构
1.本次课题中的实物结构图如下图1-1所示
图1-1温室大棚的实物图
2.温度传感器、湿度传感器、仪表
温度、湿度是植物生长最重要的条件,保证植物正常生长需的适宜温度、湿度,达到最高的产量。
在植物生长的过程中,仪表对大棚内的温度、湿度进行监控、设定、调节。
3.电机
在整套系统中,用了五台电机,在系统中起到很重要的作用。
为大风电机、风冷电机、风门电机、喷灌电机、加热风机。
(1)大风电机
它在整个植物生长过程中时刻不停的工作,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。
(2)风冷电机
风冷电机主要作用是当温度过高时进行散热降温的作用,来保证植物的正常温度下生长。
(3)风门电机
风门电机主要作用是为植物提供新鲜的空气,来控制大棚内的适宜的温度和湿度。
(4)加湿电机
加湿电机是为植物正常生长提供适宜湿度的关键部分,提高植物成活率。
(5)加热风机
在植物生长的过程中,对大棚内的空气进行加热,达到植物所需的温度,大棚中使用圆翼型热镀锌散热器进行加热的。
1.3温室大棚的电气控制要求
1.对大棚内的温度与湿度进行监控、调节
不同的植物生长所需的最适温度也不同,如:
蒜黄生长所需的最适温度图1-2
植物
生长周期
温度(度)
蒜黄
20天
20~25
图1-2蒜黄最适生长温度
系统中通过一个温度传感器来控制温度,同时对温度进行调节。
湿度传感器在系统中控制大棚内的湿度,通过湿度传感器设定的值与当前大棚内的值进行比较,来控制风门电机的开启来使箱内的湿度达到设定值。
2.在此系统中可实现手动、自动两种控制要求。
(1)在系统中可手动控制
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
温室大棚的流程是,在在拨种完成后,按下启动按钮打开大风电机(在此通过变频器来控制大风电机的转速),为了不要让大风电机一直处于最好速度运行,通过变频器来调速。
当刚开始启动大风电机时以最高速度来运行,使大棚内的湿度和温度快速搅拌均匀,来达到我们设定的温度和湿度。
当温度和湿度到达设定值时,大风电机以低速运行,在后面每三个小时换气中大风电机以中速运行。
在按下启动按钮后,加湿电机启动,加热风机进行加热。
当湿度湿度达到预设值时,加湿电机停转,当湿度大于预设值时,加湿电机停转,启动风门电机通风散湿,使湿度达到预设值。
当温度达到预设值时,加热风机停转,当温度超过预设值时,加热风机停转,启动风冷电机散热,使温度达到预设值。
为了给大棚内的植物植物提供新鲜的空气,风门电机每三个小时启动一次,进行通风。
(3)线路简单,工作稳定可靠。
(4)当在改变工艺流程时,便于线路的改造。
(5)便于检修与调试。
第二章系统硬件设计
2.1PLC的选用
1.PLC控制的优点
可编程控制器作为一种通用的自动控制设备,它在控制系统中具有一些独特的优点:
(1)可靠性高:
PLC平均无故障时间可达几十万小时,也就是说一台PLC连续运行30多年不出故障,可靠性非常好。
(2)更改线路容易:
PLC只需要对内部梯形图更改,对外部接线更改要求不多。
所以,它更改线路就比普通电气线路容易很多。
(3)对环境要求低:
它对湿度、温度要求不高,抗震抗冲击性能好,对电源电压要求也不高。
(4)与其他装配连接方便:
可编程控制器与其他装配的连接基本上是直接的。
(5)抗干扰能力强:
很强的抗电磁干扰能力。
2.PLC的选型
随着PLC制造技术的不断发展,PLC产品的种类、型号越来越多,他们的功能、价格、使用条件各不相同。
由于本次课题的控制任务中对PLC功能的要求不是很高,又因为价格便宜,调试和故障查找非常方便,而且与同类产品相比它质量好、运行稳定、可扩展性强、抗干扰能力强、售后服务优良。
因此本课题采用三菱公司生产的PLC。
FX2N型PLC是日本三菱公司生产的一种小型的PLC,但是其许多功能能达到大、中型PLC的水平,而价格却比大、中型的PLC低很多,因此它一经推出就受到了广泛的关注。
特别是FX2N系列PLC,在本系统中共用到了14个输入,9个输出,其中四个输出传给变频器,两个输入给温度传感器,两个输入给湿度传感器。
输入输出如下表2-1所示。
表2-1PLC输入输出点数
输入
输出
手动/自动按钮:
SA
大风电机运行:
KM1
大风电机启动:
SB1
加湿电机运行:
KM2
开始启动按钮:
SB2
风门电机运行:
KM3
加湿电机启动:
SB3
加热风机运行:
KM4
风门电机启动:
SB4
风冷电机运行:
KM5
风冷电机启动:
SB5
温度指示灯:
HL1
加热风机加热:
SB6
湿度指示灯:
HL2
暂停按钮:
SB7
暂停警铃:
HA1
停止按钮:
SB10
变频器异常警铃:
HA2
温度传感器输出:
T1~T2
湿度传感器输出:
T3~T4
变频器异常输入:
AC
由于在本温室大棚电气控制系统中输入输出不需要太多,综合性价比的考虑,我选择了三菱PX2N-32MR型的PLC。
3.三菱FX2N-32MR的参数
型号:
FX2N-32MR
电源:
AC85-264V
频率:
50/60HZ
功率:
21W
输入点数:
16
输出点数:
16
2.2主回路的电路设计
1.大风电机主回路设计
在本系统中,大风电机是整个温室大棚设备控制中最重要的部分,它在植物生长的过程中时刻不停的工作,主要是将大棚内的空气形成对流。
为植物提供适宜的温度和湿度。
由于在植物生长的过程中我们需要对电机的速度进行调节,在此通过变频器来控制大风电机的速度,为了不让大风电机一直处于最高速运行状态,通过变频器来改变,当刚开始启动大风电机时以最高速来运行,转速为1120转/min,使大棚内的温度、湿度快速搅拌均匀,达到我们设定的温度和湿度,当温度和湿度达到预设值时,大风电机低速运行,转速为280/min。
在后面每三个小时的换气中,大风电机以中速运行,转速为700/min。
(1)变频器的选择
变频器功率的选择取决于电机功率的大小,所以选用变频器的容量要大于等于4KW,本系统中选择了FR-E540-4K三菱变频器。
下图为三菱FR-E540-4K变频器端子接线图。
图2-1三菱FR-E540-4K变频器接线端子图
在本系统所用到的端子为:
1)L1、L2、L3:
连接工频电源,为电源输入端。
2)U、V、W:
变频器输出,接三相鼠笼电机。
3)STF:
正转启动,STF信号ON时便正转,处于OFF时停止。
4)RH、RM、RL:
信号组合,用来选择多段速度。
5)SP:
信号公共输入端子。
6)RUN:
变频器运行输出端子。
7)SE:
集电极开路输出公共端,RUN、FU的公共端子。
8)ABC:
为异常输出端,当出现异常时变频器停止工作。
(2)控制端子
图2-2变频器的控制端子
SD为公共端,STF控制电机正转,STR控制电机反转,RL为大风电机以280n/min运行,RM为大风电机以700n/min运行,RH为大风电机以1120n/min运行。
(3)参数设置
由于使用的是普通的三相电机,所以对其内部的参数设置比较简单,大多数是默认值,只需对以下参数进行设置。
Pr.4→40设置高速频率为40HZ
Pr.5→25设置中速频率为25HZ
Pr.6→10设置低速频率为10HZ
Pr.7→1设置加速时间为2S
Pr.8→1设置减速时间为2S
Pr.9→5电子过流保护
Pr.71→0设置适用电机为合适标准电机的热特性
Pr.79→2操作模式选择
Pr.83→380电机额定电压
Pr.84→50电机额定频率
AC端为变频器异常输出端
根据系统需要,M为大风电机,电机功率为4KW,额定电流为8A。
QF2保护整个主回路的作用,起到过流、过载保护。
在此选用10A的空气开关。
接触器KM1的型号为CJ20-10A,当KM1线圈得电时,KM1主触头闭合,驱动大风电机运行。
电路图如下图2-3所示。
图2-3大风电机主回路电路
2.风门电机主回路设计
风门控制系统的主要作用是为植物生长提供新鲜空气。
当植物光合作用的过程中不断吸入二氧化碳,排出氧气。
为了植物能健康生长,所以间隔一段时间通风,使新鲜空气进入。
M3为风门电机,电机功率为1.1KW,电机的额定电流为2.5A,供电电压为交流380V。
在此系统中通过KM3来控制风门电机,交流接触器KM3的型
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- 基于 PLC 温室 大棚 自动化 控制 解读