蔬菜大棚溫濕度控制系統(tǒng)的PLC程序設(shè)計(jì)畢業(yè)設(shè)計(jì).doc

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1、LANZHOU UNIVERSITY OF TECHNOLOGY畢業(yè)設(shè)計(jì)題 目 蔬菜大棚溫濕度控制系統(tǒng)的PLC程序設(shè)計(jì)65蘭州理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）誠信聲明本人聲明：所呈交的畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）是在導(dǎo)師指導(dǎo)下進(jìn)行的研究工作及取得的研究成果，論文中引用他人的文獻(xiàn)、數(shù)據(jù)、圖表、資料均已作明確標(biāo)注，論文中的結(jié)論和成果為本人獨(dú)立完成，真實(shí)可靠，不包含他人成果及已獲得 或其他教育機(jī)構(gòu)的學(xué)位或證書使用過的材料。與我一同工作的同志對本研究所做的任何貢獻(xiàn)均已在論文中作了明確的說明并表示了謝意。論文（設(shè)計(jì)）作者簽名： 日期： 年 月 日 畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）版權(quán)使用授權(quán)書本畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）作者同意學(xué)校保留并向

2、國家有關(guān)部門或機(jī)構(gòu)送交論文（設(shè)計(jì)）的復(fù)印件和電子版，允許論文（設(shè)計(jì)）被查閱和借閱。本人授權(quán)青島農(nóng)業(yè)大學(xué)可以將本畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）全部或部分內(nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫進(jìn)行檢索，可以采用影印、縮印或掃描等復(fù)制手段保存和匯編本畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）。本人離校后發(fā)表或使用該畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）或與該論文（設(shè)計(jì)）直接相關(guān)的學(xué)術(shù)論文或成果時，單位署名為 。論文（設(shè)計(jì)）作者簽名： 日期： 年 月 日指 導(dǎo) 教 師 簽 名： 日期： 年 月 日摘 要溫室大棚對現(xiàn)在的人們來說，是非常熟悉的一個名詞，因?yàn)楝F(xiàn)在我們生活中的很多花卉、蔬菜、水果都是從溫室大棚中種植出來的。如何利用自動檢測與自動控制系統(tǒng)有效的控制好溫室大棚內(nèi)的各種環(huán)境因子

3、，以提高溫室大棚環(huán)境的控制精度和效果，對我國溫室業(yè)的發(fā)展有著不可估量的重要意義。 本設(shè)計(jì)采用西門子S7-300系列可編程控制器來實(shí)現(xiàn)自動化控制的溫室大棚。溫度、濕度等環(huán)境因子在植物過程中起重要作用，在檢測這環(huán)境因子的時候考慮到精度，反應(yīng)速度，方便設(shè)備連接等問題，將采用溫度傳感器，濕度傳感器對環(huán)境各項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行檢測，傳感器將檢測的結(jié)果送入PLC中，由PLC將其與設(shè)定值進(jìn)行比較，再發(fā)出相應(yīng)的指令驅(qū)動電機(jī)卷簾等設(shè)備運(yùn)行或停止來調(diào)節(jié)室內(nèi)的溫度、濕度，從而達(dá)到智能化，自動化控制的目的。使用step7及wincc flexible實(shí)現(xiàn)上下位連調(diào)，詳細(xì)的介紹系統(tǒng)的特點(diǎn)，組成，硬件設(shè)計(jì)及軟件設(shè)計(jì)等問題。關(guān)鍵詞：

4、蔬菜大棚；PLC；溫濕度控制Abstract Greenhouse for the people now is a very familiar noun, because now we live in a lot of flowers, vegetables, fruit which from greenhouse shelter of planting out. How to use automatic detection and automatic control system of effective control of greenhouse trellis inside, in or

5、der to improve the environmental factor trellis environment control precision of the greenhouse effect and has become the greenhouse industry research in China at present. This design USES the Siemens s7-300 PLC to realize the automation control greenhouse trellis. Temperature, humidity environment

6、factors in the process of plants plays an important role in detecting the environmental factor, when considering the accuracy, the reaction speed, convenient device connected by such issues, will the temperature sensor,humidity sensors detect the indicators of environment, the sensor will test resul

7、ts by PLC sent PLC compare it with setting, then sends out the corresponding order-driven heating element, the fan, ventilation window, filling light equipment, sunshade shade equipment operation or stop to adjust indoor temperature, light, humidity, so as to achieve the purpose of intelligent, auto

8、mation control. Discuss PLC control system application in plants greenhouse canopy, Use the step7 and wincc flexible to achieve the upper and lower sandhi detailed introduces the characteristics of the system, the composition, the hardware design and software design.Keywords: Vegetables greenhouse；P

9、LC system；Temperature and humidity control目錄摘 要IAbstractII第一章 緒 論11.1 課題背景及研究意義11.2國內(nèi)外溫室控制技術(shù)發(fā)展概況21.3 選題的目的和意義3第二章 系統(tǒng)的整體設(shè)計(jì)方案42.1系統(tǒng)的設(shè)計(jì)任務(wù)42.2 控制系統(tǒng)核心部件的選擇42.2.1 通訊方式簡介42.2.2 溫室控制系統(tǒng)硬件配置52.3控制方案62.4.系統(tǒng)工作原理7第三章 硬件系統(tǒng)的研究與設(shè)計(jì)83.1 PLC的選型83.1.1 I/O地址分配93.1.2 接線圖113.2 傳感器的選型123.2.1溫度傳感器123.2.3 空氣濕度傳感器143.3 電磁閥的選型

10、143.4低壓控制器件選型153.5主回路及控制回路的設(shè)計(jì)213.5.1 系統(tǒng)主電路設(shè)計(jì)213.5.2 控制回路設(shè)計(jì)223.6 就地控制箱設(shè)計(jì)24第四章、軟件系統(tǒng)的研究與設(shè)計(jì)254.1 STEP7軟件編程簡介254.1.1 軟件簡介254.1.2軟件運(yùn)行274.1.3 主要功能塊簡介284.2系統(tǒng)流程圖294.2.1 主程序流程圖294.2.2 溫度子程序294.2.3 濕度子程序304.2.4 故障報(bào)警子程序32第五章 控制系統(tǒng)監(jiān)控界面設(shè)計(jì)345.1 上位軟件345.2 通訊連接345.3 人機(jī)界面35結(jié) 論37致謝38參考文獻(xiàn)39外文翻譯40附錄一：程序梯形圖59第一章 緒 論1.1 課題

11、背景及研究意義中國農(nóng)業(yè)的發(fā)展必須走現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)這條道路，隨著國民經(jīng)濟(jì)的迅速增長，農(nóng)業(yè)的研究和應(yīng)用技術(shù)越來越受到重視，特別是溫室大棚已經(jīng)成為高效農(nóng)業(yè)的一個重要組成部分?，F(xiàn)代化農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的重要一環(huán)就是對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)環(huán)境的一些重要參數(shù)進(jìn)行檢測和控制。例如：空氣的溫度、濕度、二氧化碳含量、土壤的含水量等。在農(nóng)業(yè)種植問題中，溫室環(huán)境與生物的生長、發(fā)育、能量交換密切相關(guān)，進(jìn)行環(huán)境測控是實(shí)現(xiàn)溫室生產(chǎn)管理自動化、科學(xué)化的基本保證，通過對監(jiān)測數(shù)據(jù)的分析，結(jié)合作物生長發(fā)育規(guī)律，控制環(huán)境條件，使作物達(dá)到優(yōu)質(zhì)、高產(chǎn)、高效的栽培目的。以蔬菜大棚為代表的現(xiàn)代農(nóng)業(yè)設(shè)施在現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中發(fā)揮著巨大的作用。大棚內(nèi)的溫度、濕度與二氧化

12、碳含量等參數(shù)，直接關(guān)系到蔬菜和水果的生長。國外的溫室設(shè)施己經(jīng)發(fā)展到比較完備的程度，并形成了一定的標(biāo)準(zhǔn)，但是價(jià)格非常昂貴，缺乏與我國氣候特點(diǎn)相適應(yīng)的測控軟件。而當(dāng)今大多數(shù)對大棚溫度、濕度、二氧化碳含量的檢測與控制都采用人工管理，這樣不可避免的有測控精度低、勞動強(qiáng)度大及由于測控不及時等弊端，容易造成不可彌補(bǔ)的損失，結(jié)果不但大大增加了成本，浪費(fèi)了人力資源，而且很難達(dá)到預(yù)期的效果。因此，為了實(shí)現(xiàn)高效農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的科學(xué)化并提高農(nóng)業(yè)研究的準(zhǔn)確性，推動我國農(nóng)業(yè)的發(fā)展，必須大力發(fā)展農(nóng)業(yè)設(shè)施與相應(yīng)的農(nóng)業(yè)工程，科學(xué)合理地調(diào)節(jié)大棚內(nèi)溫度、濕度以及二氧化碳的含量，使大棚內(nèi)形成有利于蔬菜、水果生長的環(huán)境，是大棚蔬菜和水果早

13、熟、優(yōu)質(zhì)高效益的重要環(huán)節(jié)。目前，隨著蔬菜大棚的迅速增多，人們對其性能要求也越來越高，特別是為了提高生產(chǎn)效率，對大棚的自動化程度要求也越來越高。由于單片機(jī)及各種電子器件性價(jià)比的迅速提高，使得這種要求變?yōu)榭赡?。?dāng)前農(nóng)業(yè)溫室大棚大多是中、 小規(guī)模， 要在大棚內(nèi)引人自 動化控制系統(tǒng)，改變?nèi)咳斯す芾淼姆绞?，就要考慮系統(tǒng)的成本，因此，針對這種狀況，結(jié)合郊區(qū)農(nóng)戶的需要， 設(shè)計(jì)了一套低成本的溫濕度自動控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)采用傳感器技術(shù)和PLC相結(jié)合，由上位機(jī)和下位機(jī)( 都用單片機(jī)實(shí)現(xiàn)) 構(gòu)成，采用MPI網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行通訊，實(shí)現(xiàn)溫室大棚自動化控制。中國農(nóng)業(yè)的發(fā)展必須走現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)這條道路，隨著國民經(jīng)濟(jì)的迅速增長，農(nóng)業(yè)的研

14、究和應(yīng)用技術(shù)越來越受到重視，特別是溫室大棚已經(jīng)成為高效農(nóng)業(yè)的一個重要組成部分?，F(xiàn)代化農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的重要一環(huán)就是對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)環(huán)境的一些重要參數(shù)進(jìn)行檢測和控制。例如：空氣的溫度、濕度、二氧化碳含量、土壤的含水量等。在農(nóng)業(yè)種植問題中，溫室環(huán)境與生物的生長、發(fā)育、能量交換密切相關(guān)，進(jìn)行環(huán)境測控是實(shí)現(xiàn)溫室生產(chǎn)管理自動化、科學(xué)化的基本保證，通過對監(jiān)測數(shù)據(jù)的分析，結(jié)合作物生長發(fā)育規(guī)律，控制環(huán)境條件，使作物達(dá)到優(yōu)質(zhì)、高產(chǎn)、高效的栽培目的。以蔬菜大棚為代表的現(xiàn)代農(nóng)業(yè)設(shè)施在現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中發(fā)揮著巨大的作用。大棚內(nèi)的溫度、濕度與二氧化碳含量等參數(shù)，直接關(guān)系到蔬菜和水果的生長。國外的溫室設(shè)施己經(jīng)發(fā)展到比較完備的程度，并形

15、成了一定的標(biāo)準(zhǔn)，但是價(jià)格非常昂貴，缺乏與我國氣候特點(diǎn)相適應(yīng)的測控軟件。而當(dāng)今大多數(shù)對大棚溫度、濕度、二氧化碳含量的檢測與控制都采用人工管理，這樣不可避免的有測控精度低、勞動強(qiáng)度大及由于測控不及時等弊端，容易造成不可彌補(bǔ)的損失，結(jié)果不但大大增加了成本，浪費(fèi)了人力資源，而且很難達(dá)到預(yù)期的效果。因此，為了實(shí)現(xiàn)高效農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的科學(xué)化并提高農(nóng)業(yè)研究的準(zhǔn)確性，推動我國農(nóng)業(yè)的發(fā)展，必須大力發(fā)展農(nóng)業(yè)設(shè)施與相應(yīng)的農(nóng)業(yè)工程，科學(xué)合理地調(diào)節(jié)大棚內(nèi)溫度、濕度以及二氧化碳的含量，使大棚內(nèi)形成有利于蔬菜、水果生長的環(huán)境，是大棚蔬菜和水果早熟、優(yōu)質(zhì)、高效益的重要環(huán)節(jié)。目前，隨著蔬菜大棚的迅速增多，人們對其性能要求也越來越高，

16、特別是為了提高生產(chǎn)效率，對大棚的自動化程度要求也越來越高。由于單片機(jī)及各種電子器件性價(jià)比的迅速提高，使得這種要求變?yōu)榭赡堋?.2國內(nèi)外溫室控制技術(shù)發(fā)展概況溫室是一種可以改變植物生長環(huán)境、為植物生長創(chuàng)造最佳條件、避免外界四季變化和惡劣氣候?qū)ζ溆绊懙膱鏊?。它以采光覆蓋材料作為全部或部分結(jié)構(gòu)材料，可在冬季或其他不適宜露地植物生長的季節(jié)栽培植物。溫室生產(chǎn)以達(dá)到調(diào)節(jié)產(chǎn)期，促進(jìn)生長發(fā)育，防治病蟲害及提高質(zhì)量、產(chǎn)量等為目的。而溫室設(shè)施的關(guān)鍵技術(shù)是環(huán)境控制，該技術(shù)的最終目標(biāo)是提高控制與作業(yè)精度。從國內(nèi)外溫室控制技術(shù)的發(fā)展?fàn)顩r來看，溫室環(huán)境控制技術(shù)大致經(jīng)歷三個發(fā)展階段:（1）手動控制。這是在溫室技術(shù)發(fā)展初期所采

17、取的控制手段，其時并沒有真正意義上的控制系統(tǒng)及執(zhí)行機(jī)構(gòu)。生產(chǎn)一線的種植者既是溫室環(huán)境的傳感器，又是對溫室作物進(jìn)行管理的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，他們是溫室環(huán)境控制的核心。通過對溫室內(nèi)外的氣候狀況和對作物生長狀況的觀測，憑借長期積累的經(jīng)驗(yàn)和直覺推測及判斷，手動調(diào)節(jié)溫室內(nèi)環(huán)境。種植者采用手動控制方式，對于作物生長狀況的反應(yīng)是最直接、最迅速且是最有效的，它符合傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)的生產(chǎn)規(guī)律。但這種控制方式的勞動生產(chǎn)率較低，不適合工廠化農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的需要，而且對種植者的素質(zhì)要求較高。（2）自動控制。這種控制系統(tǒng)需要種植者輸入溫室作物生長所需環(huán)境的目標(biāo)參數(shù)，計(jì)算機(jī)根據(jù)傳感器的實(shí)際測量值與事先設(shè)定的目標(biāo)值進(jìn)行比較，以決定溫室環(huán)境因子的控

18、制過程，控制相應(yīng)機(jī)構(gòu)進(jìn)行加熱、降溫和通風(fēng)等動作。計(jì)算機(jī)自動控制的溫室控制技術(shù)實(shí)現(xiàn)了生產(chǎn)自動化，適合規(guī)?；a(chǎn)，勞動生產(chǎn)率得到提高。通過改變溫室環(huán)境設(shè)定目標(biāo)值，可以自動地進(jìn)行溫室內(nèi)環(huán)境氣候調(diào)節(jié)，但是這種控制方式對作物生長狀況的改變難以及時做出反應(yīng)，難以介入作物生長的內(nèi)在規(guī)律。目前我國絕大部分自主開發(fā)的大型現(xiàn)代化溫室及引進(jìn)的國外設(shè)備都屬于這種控制方式。（3）智能化控制。這是在溫室自動控制技術(shù)和生產(chǎn)實(shí)踐的基礎(chǔ)上，通過總結(jié)、收集農(nóng)業(yè)領(lǐng)域知識、技術(shù)和各種試驗(yàn)數(shù)據(jù)構(gòu)建專家系統(tǒng)，以建立植物生長的數(shù)學(xué)模型為理論依據(jù)，研究開發(fā)出的一種適合不同作物生長的溫室專家控制系統(tǒng)技術(shù)。溫室控制技術(shù)沿著手動、自動、智能化控制

19、的發(fā)展進(jìn)程，向著越來越先進(jìn)、功能越來越完備的方向發(fā)展。由此可見，溫室環(huán)境控制朝著基于作物生長模型、溫室綜合環(huán)境因子分析模型和農(nóng)業(yè)專家系統(tǒng)的溫室信息自動采集及智能控制趨勢發(fā)展。1.3 選題的目的和意義大棚是蔬菜栽培生產(chǎn)中必不可少的設(shè)施之一，不同種類作物對溫度及濕度等生長所需條件的要求也不盡相同，為它們提供一個更適宜其生長的封閉的、良好的生存環(huán)境，最終將會給我們帶來巨大的經(jīng)濟(jì)效益。隨著現(xiàn)代科技的發(fā)展，電子計(jì)算機(jī)已用于控制溫室環(huán)境。該系統(tǒng)可自動控制澆水、降溫。根據(jù)需要，通過按鍵將溫度信息輸入wincc flexible，根據(jù)情況可隨時調(diào)節(jié)環(huán)境。溫室環(huán)境自動化控制系統(tǒng)在大型現(xiàn)代化溫室的利用，是設(shè)施栽培

20、高新技術(shù)的體現(xiàn)。本文將使用PLC與上位機(jī)結(jié)合對溫度及濕度控制的基本原理實(shí)例化，利用現(xiàn)有資源設(shè)計(jì)一個實(shí)時控制溫室大棚溫度、濕度等的控制系統(tǒng)。目的是通過這次畢業(yè)設(shè)計(jì)，讓我們將課本知識與實(shí)踐相結(jié)合，更加深刻的理解自動控制的運(yùn)作模式及意義，也能夠?qū)⑺鶎W(xué)知識和技能更多的運(yùn)用于生活和工作中，學(xué)以致用。第二章 系統(tǒng)的整體設(shè)計(jì)方案2.1系統(tǒng)的設(shè)計(jì)任務(wù)植物溫室大棚的作用是改變植物的生長因子，從而避免四季的氣候變化和惡劣氣候?qū)χ参锷L的不良影響，為植物提供一個良好的生長環(huán)境，在溫室大棚中，一般利用一些采光性較好和鋼鐵，還有遮陽性的材料作為主要結(jié)構(gòu)材料。它可以培養(yǎng)不適應(yīng)在該季節(jié)下生長的植物，對農(nóng)作物的生長因子進(jìn)行調(diào)

21、節(jié)，促進(jìn)植物的生長發(fā)育，防止病蟲害，以達(dá)到增加產(chǎn)量的目的。溫室中的溫度，光照，濕度，CO2濃度，土壤酸堿度等因素對植物的生長起著重要作用，本設(shè)計(jì)主要研究溫室控制的主要對象是溫度，濕度，應(yīng)用溫度傳感器，濕度傳感器對各環(huán)境因子進(jìn)行檢測。溫度的調(diào)節(jié)主要通過卷簾的動作進(jìn)行解決，濕度則由水泵電機(jī)的灌溉系統(tǒng)進(jìn)行補(bǔ)償，網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控設(shè)備選用普通PC，現(xiàn)場裝備了控制箱作為現(xiàn)場監(jiān)控裝置。被控對象為10個蔬菜大棚的溫濕度控制，每個大棚內(nèi)有一個15Kw水泵電機(jī)和10Kw的卷簾電機(jī)（水泵電機(jī)與卷簾電機(jī)可以實(shí)現(xiàn)就地控制，也可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程計(jì)算機(jī)控制）。溫度控制精度為：0.5，土壤濕度控制精度為：5%?？梢约尤肟諝鉂穸瓤刂?，其精度

22、為：3%RH（需要加入噴霧控制）。嘗試構(gòu)建該系統(tǒng)的分布式控制結(jié)構(gòu),保證各子系統(tǒng)的相對獨(dú)立性,使系統(tǒng)具有可靠性高，拓展性強(qiáng)的特點(diǎn)。2.2 控制系統(tǒng)核心部件的選擇2.2.1 通訊方式簡介MPI網(wǎng)絡(luò)是是基于MPI（Multiplant Interface）多點(diǎn)接口協(xié)議的通信網(wǎng)絡(luò)，當(dāng)通信速率要求不高、通信數(shù)據(jù)量不大時一種簡單經(jīng)濟(jì)的通信方式。MPI通信主要的優(yōu)點(diǎn)是CPU可以同時與多個設(shè)備建立通信聯(lián)系，即編程器/上位機(jī)、HMI設(shè)備和其他的PLC可以連接在一起并同時運(yùn)行。每個控制點(diǎn)是同級的，對每個大棚的PLC賦予不同的地址，都由上位機(jī)來控制。相對于其它總線網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，它更簡單、更經(jīng)濟(jì)。由于西門子PLC S7-

23、200/300/400 CPU上的RS485接口不 僅是編程接口，同時也是一個MPI的通信接口，所以在沒有額外硬件投資的狀況下，可以實(shí)現(xiàn)PG/OP、全局?jǐn)?shù)據(jù)通信以及少量數(shù)據(jù)交換的S7通信等通信功能，其網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)通常包括S7 PLC、TP/OP、PG/PC、ET200S以及RS485中繼器等網(wǎng)絡(luò)元器件。MPI網(wǎng)絡(luò)最多可以連接32個節(jié)點(diǎn)。MPI網(wǎng)絡(luò)的通信速率為19.2Kbit/s-12Mbit/s，通常默認(rèn)設(shè)置為187.5Kbit/s，只有能夠設(shè)置 為PROFIBUS 接口的MPI 網(wǎng)絡(luò)才支持最大的12Mbit/s 的通信速率。普通PC 需要通過MPI/PROFIBUS通信卡（如CP5512/CP5

24、611/CP5613等）聯(lián)入MPI網(wǎng)絡(luò)，其中CP5611和CP5613用于臺式電腦，后者帶網(wǎng)絡(luò)診斷功能，但價(jià)格相對較高。2.2.2 溫室控制系統(tǒng)硬件配置在工業(yè)自動控制系統(tǒng)中，單片機(jī)控制與PLC控制是最常用的自動控制系統(tǒng)，但與單片機(jī)相比，PLC具有極高的可靠性、靈活性、編程相對簡單、擴(kuò)展模塊豐富等等優(yōu)點(diǎn)，能夠廣泛應(yīng)用到實(shí)際生產(chǎn)中。由德國SIEMENS系列產(chǎn)品產(chǎn)品具有功能強(qiáng)大，可靠靈活，實(shí)用性強(qiáng)等特點(diǎn)。從系統(tǒng)的整體性出發(fā)，考慮到經(jīng)濟(jì)性、適用性、功能性等各方面原因，我們選用西門子公司的產(chǎn)品，以最優(yōu)的性能/價(jià)格比進(jìn)行系統(tǒng)配置。本系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)各個子系統(tǒng)的單獨(dú)調(diào)用，通過通訊網(wǎng)絡(luò)由總控制室統(tǒng)一管理，便于實(shí)現(xiàn)

25、多路控制。S7-300系列的PLC是一種中等PLC系統(tǒng)，其功能非常強(qiáng)大，針對中小型自控應(yīng)用，是面向生產(chǎn)制造領(lǐng)域的最佳系統(tǒng)解決方案。1）功能強(qiáng)，性能價(jià)格比高2）硬件配套齊全，用戶使用方便，適應(yīng)性強(qiáng)3）可靠性高，抗干擾能力強(qiáng)4）系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、安裝、調(diào)試工作量少5）編程方法簡單梯形圖是使用得最多的可編程序控制器的編程語言，其電路符號和表達(dá)方式與繼電器電路原理圖相似，梯形圖語言形象直觀，易學(xué)易懂，熟悉繼電器電路圖的電氣技術(shù)人員只要花幾天時間就可以熟悉梯形圖語言，并用來編制用戶程序。6）維修工作量少，維修方便PLC的故障率很低，且有完善的自診斷和顯示功能。7）體積小，能耗低對于復(fù)雜的控制系統(tǒng)，使用PLC后

26、，可以減少大量的中間繼電器和時間繼電器。8)與時俱變，能實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)通訊PLC可以與電腦及智能儀表等通過通信聯(lián)網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)分散控制，集中管理。并能實(shí)現(xiàn)地顯示出當(dāng)前機(jī)械設(shè)備的工作狀態(tài)和工作流程，對生產(chǎn)管理和現(xiàn)場維修帶來極大的方便。9）提升產(chǎn)品技術(shù)含量，增加產(chǎn)品形象！10）對未來機(jī)械升級很方便高效率的組態(tài)和編程，基于世界標(biāo)準(zhǔn)的STEP 7 更高的可用性 ，基于強(qiáng)大的集成的診斷功能，高效的處理速度可極大的縮短設(shè)備的循環(huán)時間，節(jié)省空間，模塊化設(shè)計(jì) ，沒有槽位規(guī)則?；谝陨蟽?yōu)點(diǎn)本設(shè)計(jì)采用S7-300系列的PLC。本系統(tǒng)選用SIMATIC S7-300 系列PLC作為現(xiàn)場控制設(shè)備，因?yàn)樵撓盗蠵LC具有較高的性價(jià)比

27、，且具有強(qiáng)大的網(wǎng)絡(luò)通信功能。同時配置了空氣溫度傳感器土壤濕度傳感器用于檢測溫室內(nèi)環(huán)境變量；裝備了水泵卷簾等設(shè)備，用于改變溫室內(nèi)各環(huán)境變量的數(shù)值；網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控設(shè)備選用普通PC，現(xiàn)場裝備了控制箱作為現(xiàn)場監(jiān)控裝置。2.3控制方案植物的生長是在一定環(huán)境中進(jìn)行的 ,在生長過程中受到環(huán)境中各種因素的影響 ,其中對植物生長影響最大的是溫度、濕度和光照度。環(huán)境中晝夜的溫度、濕度和光照度的變化大 ,對植物生長極為不利?，F(xiàn)代溫室有內(nèi)外遮陽系統(tǒng)、加溫系統(tǒng)、自然通風(fēng)系統(tǒng)、濕簾風(fēng)機(jī)降溫系統(tǒng)、補(bǔ)光系統(tǒng)、補(bǔ)氣系統(tǒng)、環(huán)流風(fēng)機(jī)、灌溉系統(tǒng)、施肥系統(tǒng)、自動控制系統(tǒng)等常用的環(huán)境系統(tǒng)，能夠?qū)χ参锏纳L進(jìn)行合理的控制 ,而如何才能合理地控制

28、這些配套設(shè)備的運(yùn)作和協(xié)同則需要有一套完善的硬、軟件溫室系統(tǒng)進(jìn)行控制。因此 ,本系統(tǒng)就是利用PLC作為控制器，采用傳感器對溫室溫度、溫度等環(huán)境因素進(jìn)行巡回測量，并將結(jié)果送到PLC中，由PLC對結(jié)果進(jìn)行處理，然后調(diào)控各設(shè)備對環(huán)境因子進(jìn)行補(bǔ)償?，F(xiàn)場可采用現(xiàn)場控制箱控制，PC通過MPI網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控。其硬件連接方式如下：圖2.1硬件連接方式示意圖2.4.系統(tǒng)工作原理系統(tǒng)由溫度傳感器，濕度傳感器，PLC系統(tǒng)，加溫設(shè)備，加濕設(shè)備，通風(fēng)設(shè)備等幾個部份組成。系統(tǒng)的工作過程如圖所示：溫濕度設(shè)定值PLC系統(tǒng)溫、濕度傳感器濕度控制裝置（水泵、電磁閥）溫度控制裝置（卷簾）圖2.2 系統(tǒng)的工作過程該溫室控制系統(tǒng)是利用

29、PLC模塊將濕度傳感器，溫度傳感器采集的有關(guān)參數(shù)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，并且把采集的參數(shù)與已設(shè)定的值進(jìn)行比較，再經(jīng)過PLC的比較后，給出相應(yīng)的的控制信號對執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行控制。在此系統(tǒng)中還可以通過串口的形式與PC機(jī)相連，從而實(shí)現(xiàn)實(shí)時數(shù)據(jù)的管理與存儲，以后植物生長的研究帶來寶貴資料。傳感器把生物有關(guān)的環(huán)境因子（濕度，溫度）參數(shù)轉(zhuǎn)換成為電信號，其中溫度傳感器的輸出電壓對應(yīng)一個溫度，并且具有測量精度高，測量范圍廣，構(gòu)造簡單，價(jià)格低廉等特點(diǎn)，可以把-10100的溫度轉(zhuǎn)換成05V的電壓，在濕度傳感器測量中可以將相對濕度0%100%的相對濕度轉(zhuǎn)換成05V的電壓信號。溫室控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)包括卷簾水泵、電磁閥等。系統(tǒng)開始工作

30、時，PLC通過溫度傳感器，濕度傳感器來檢測溫室內(nèi)的溫度，濕度與設(shè)計(jì)值相比較，如果溫度，濕度超出設(shè)定值上下限值，PLC就會輸出指令，控制動作相應(yīng)的執(zhí)行設(shè)備。相反，如果測量值在設(shè)定值范圍內(nèi)則發(fā)出指令停止相應(yīng)的設(shè)備。第三章 硬件系統(tǒng)的研究與設(shè)計(jì)3.1 PLC的選型 系統(tǒng)選用西門子公司的S7-300 PLC實(shí)現(xiàn)集中監(jiān)控。根據(jù)系統(tǒng)控制要求并考慮留有一定的裕量，PLC由電源模塊PS307CPU模塊CPU313c-2DPI/O模塊（1塊模擬量輸入SM 331)組成，具體硬件配置如下： 1.電源模塊PS307：輸入電壓為220V AC，輸出電壓為24V DC，輸出電流為5A，向其他PLC模塊供電。PLC內(nèi)部的

31、電源可分為：內(nèi)部開關(guān)穩(wěn)壓電源，供內(nèi)部電路使用；大多數(shù)機(jī)型還可以向外提供DC24V穩(wěn)壓電源，為現(xiàn)場的開關(guān)信號、外部傳感器供電。 外部可用一般工業(yè)電源，并備有鋰電池（備用電池），使外部電源故障時內(nèi)部重要數(shù)據(jù)不致丟失。西門子PLC有多種24-VDC 電源模塊可用于S7-300 PLC 和傳感器/執(zhí)行器。本次設(shè)計(jì)中考慮到帶負(fù)載能力等電源選擇5 A 電源模塊6ES7 307-1EA00-0AA0即可，其屬性如下：輸出電流為5 A輸出電壓為24 VDC；短路和斷路保護(hù)與單相交流電源連接（額定輸入電壓120/230 VAC，50/60 Hz）安全隔離符合EN 60 950可用作負(fù)載電源 2.CPU模塊CPU

32、是PLC的核心部分。與通用微機(jī)CPU一樣，CPU在PC系統(tǒng)中的作用類似于人體的神經(jīng)中樞。其功能：（1）用掃描方式（后面介紹）接收現(xiàn)場輸入裝置的狀態(tài)或數(shù)據(jù)，并存入輸入映象寄存器或數(shù)據(jù)寄存器；（2）接收并存儲從編程器輸入的用戶程序和數(shù)據(jù)；（3）診斷電源和PC內(nèi)部電路的工作狀態(tài)及編程過程中的語法錯誤；（4）在PC進(jìn)入運(yùn)行狀態(tài)后：a） 執(zhí)行用戶程序產(chǎn)生相應(yīng)的控制信號（從用戶程序存儲器中逐條讀取指令，經(jīng)命令解釋后，按指令規(guī)定的任務(wù)產(chǎn)生相應(yīng)的控制信號，去啟閉有關(guān)的控制電路）b） 進(jìn)行數(shù)據(jù)處理分時、分渠道地執(zhí)行數(shù)據(jù)存取、傳送、組合、比較、變換等動作，完成用戶程序中規(guī)定的邏輯或算術(shù)運(yùn)算任務(wù)c） 更新輸出狀態(tài)輸

33、出實(shí)施控制（根據(jù)運(yùn)算結(jié)果，更新有關(guān)標(biāo)志位的狀態(tài)和輸出映象寄存器的內(nèi)容，再由輸入映象寄存器或數(shù)據(jù)寄存器的內(nèi)容，實(shí)現(xiàn)輸出控制、制表、打印、數(shù)據(jù)通訊等）本次設(shè)計(jì)大棚溫濕度控制系統(tǒng)中輸入輸出IO點(diǎn)數(shù)由緊湊型PLC支持足以，并且由方案論證中可知PLC選擇的是西門子公司的S7-300系列，考慮到價(jià)格、存儲、通信方式等，CPU型號選擇為313C-2DP型，帶集成數(shù)字量輸入/輸出和一個MPI接口和一個DP接口的緊湊型CPU，帶有與過程相關(guān)的功能，可以完成具有特殊功能的任務(wù)和連接單獨(dú)的I/O設(shè)備，32kBRAM，24VDC電源，內(nèi)置16DI/16DO。3. I/O模塊PLC系統(tǒng)的輸入信號包括各個大棚的溫度及濕度

34、信號電機(jī)啟動停止信號自動手動轉(zhuǎn)換開關(guān)信號現(xiàn)場遠(yuǎn)程轉(zhuǎn)換開關(guān)信號。溫濕度模擬量信號用模擬量輸入模塊SM 331來擴(kuò)展。由輸入點(diǎn)數(shù)以及考慮到10%-20%的冗余，擴(kuò)展模塊選擇為模擬量輸入模塊 SM 331; AI 8 x 16 位；(6ES7 331-7NF10-0AB0)，其屬性為： 4 個通道組中的8 點(diǎn)輸入 測量值精度 = 15 位 + 符號（獨(dú)立于積分時間） 每個通道組的可選測量方法： 電壓 電流 用戶定義的測量范圍設(shè)置和每個通道組的過濾/刷新率 可編程診斷 可編程診斷中斷 帶限制值監(jiān)視功能的2 個通道 超限時的可編程中斷 與背板總線接口電氣隔離 通道間的允許CMV：最大50 VDC3.1.

35、1 I/O地址分配由系統(tǒng)設(shè)計(jì)需要輸入信號有啟動、停止、溫度傳感器、空氣濕度傳感器、土壤濕度傳感器等；輸出信號被控對象有卷簾電機(jī)、水泵電機(jī)、電磁閥、報(bào)警裝置等，其I/O地址分配表如下：表3-1 I/O分配表輸入信號類型名稱符號端子分配備注 數(shù)字量輸入信號轉(zhuǎn)換開關(guān)SA1I0.0就地遠(yuǎn)程轉(zhuǎn)換開關(guān)就地轉(zhuǎn)換開關(guān)SA1I0.1就地遠(yuǎn)程轉(zhuǎn)換開關(guān)遠(yuǎn)程按鈕SB1I0.2總啟動按鈕按鈕SB2I0.3總停止按鈕按鈕SB3I0.4急停按鈕行程開關(guān)SQ1I0.5卷簾上限位開關(guān)行程開關(guān)SQ2I0.6卷簾下限位開關(guān) 模擬量輸入信號傳感器L1PIW256溫度傳感器1傳感器L2PIW257土壤濕度傳感器1傳感器L4PIW259

36、空氣濕度傳感器1傳感器L5PIW260溫度傳感器2傳感器L6PIW261土壤濕度傳感器2傳感器L7PIW262空氣濕度傳感器2輸出信號類型名稱符號端子分配備注 數(shù)字量輸出信號繼電器K1Q0.0卷簾電機(jī)正轉(zhuǎn)繼電器K2Q0.1卷簾電機(jī)反轉(zhuǎn)繼電器K3Q0.2水泵電機(jī)啟動繼電器K4Q0.3電磁閥啟動指示燈HL1Q0.4卷簾正轉(zhuǎn)指示燈指示燈HL2Q0.5卷簾反轉(zhuǎn)指示燈指示燈HL3Q0.6水泵啟動指示燈指示燈HL4Q0.7電磁閥啟動指示燈指示燈HL5Q1.0卷簾報(bào)警指示燈指示燈HL6Q1.1水泵報(bào)警指示燈指示燈HL7Q1.2電磁閥報(bào)警指示燈3.1.2 接線圖（1）由PLC地址分配列表可以得到CPU接線方式

37、，其接線圖如圖所示：圖3.1 CPU模塊接線圖 PLC主體模塊接線如圖三所示。PLC的輸出觸點(diǎn)負(fù)載能力偏低，如果直接帶動電機(jī)等負(fù)載，輸出觸點(diǎn)容易損壞，故采用中間繼電器作為中間元件，間接控制電機(jī)的啟停及正反轉(zhuǎn)。由中間繼電器觸點(diǎn)控制交流接觸器，交流接觸器作為控制元件來控制電機(jī)啟停和正反轉(zhuǎn)。（2）溫、濕度傳感器與PLC擴(kuò)展模塊SM331的接口電路圖3.2 模擬量模塊接線3.2 傳感器的選型本系統(tǒng)設(shè)計(jì)了對與作物生長發(fā)育有關(guān)的環(huán)境溫度、土壤濕度等參數(shù)進(jìn)行采集的功能，實(shí)現(xiàn)溫室大棚內(nèi)各種參數(shù)的數(shù)據(jù)采集任務(wù)，傳感器負(fù)責(zé)對溫室環(huán)境因子的采集，將采集信轉(zhuǎn)換為0-5伏的電壓信號，送入PLC，供PLC使用，而使用的各

38、類傳感器，分別介紹如下：3.2.1溫度傳感器溫度是一個基本的物理量，自然界中的一切過程無不與溫度密切相關(guān)。溫度傳感器是最早開發(fā)，應(yīng)用最廣的一類傳感器。溫度傳感器的市場超過了其它的傳感器。溫度傳感器主要四種類型：熱電偶、熱敏電阻、電阻溫度檢測器（RTD）和IC溫度傳感器。IC溫度傳感器又包括模擬量輸出和數(shù)字量輸出兩種類型。在溫度傳感器的選擇上余地比較大，在此選用PH-QW 大氣溫度傳感器,PH-QW大氣溫度傳感器采用光刻鉑電阻作為感應(yīng)部件，感應(yīng)部件位于桿頭部，外有一層濾膜保護(hù)膜可配專用的防輻射罩，保護(hù)傳感器免受太陽輻射和雨淋。技術(shù)指標(biāo)：測量范圍：-50+100分 辨 率：0.1準(zhǔn) 確 度：0.2

39、供電電源：2.5V（標(biāo)配）、5V、12V、24V輸出形式：a: 0-5VDC; b: 420mA; c: RS232/RS485網(wǎng)絡(luò)通訊 特點(diǎn)：精度高、低漂移、響應(yīng)速度快、體積小、安裝方便、性能穩(wěn)定、使用壽命長、抗干擾能力強(qiáng)土壤濕度傳感器濕度傳感器分為空氣濕度傳感器和土壤濕度傳感器兩種。溫室的濕度如果能控制在一定范圍內(nèi)，則可以大大降低雙霉病、炭霉病及疫害病的發(fā)病率。土壤濕度度能夠適當(dāng)?shù)目刂圃谥参锷L范圍內(nèi)的話，可以提高植物的生長，防止植物根部腐爛，節(jié)約用水等。水分是決定土壤介電常數(shù)的主要因素，測量土壤的介電常數(shù)，能直接穩(wěn)定地反應(yīng)各種土壤的真實(shí)水分含量，與 土壤本身的機(jī)理無關(guān)，是目前國際上最流行

40、的土壤水分測量方發(fā)法。在此選用 PH-TS 土壤濕度傳感器 ，PH-TS土壤濕度傳感器是一款高精度、高靈敏度的測量土壤水分的傳感器。性能指標(biāo)測量參數(shù)：土壤容積含水量單 位：%（m3/m3）量 程：0100%（m3/m3）精 度：050%（m3/m3）范圍內(nèi)為2%（m3/m3）分 辨 率：0.1%（m3/m3 ）測量區(qū)域：90%的影響在圍繞中央探針的直徑3cm、長為6cm的圓柱體內(nèi)穩(wěn)定時間：通電后約1秒響應(yīng)時間：響應(yīng)在1秒內(nèi)進(jìn)入穩(wěn)態(tài)過程工作電壓：電流輸出為12V24V DC,電壓輸出為5V DC工作電流：5070mA，典型值50 mA輸出形式：a: 0-5VDC; b: 020mA; c: RS

41、232/RS485網(wǎng)絡(luò)通訊密封材料：ABS工程塑料探針材料：不銹鋼或銅電纜長度：標(biāo)準(zhǔn)長度5m遙測距離：小于1000米3.2.3 空氣濕度傳感器空氣濕度傳感器選用PH-QS大氣濕度傳感器，可用來測量空氣濕度，感應(yīng)部件采用高分子薄膜濕敏電容，位于桿頭部，這種具有感濕特性的電介質(zhì)其介電常數(shù)隨相對濕度而變化。技術(shù)參數(shù)測量范圍：0100%RH輸出范圍：0100%RH 05VDC分 辨 率：0.1%RH準(zhǔn) 確 度：3%RH（T0） 5%（T0）穩(wěn) 定 性：1%RH/年供電電源：DC5V、DC12V、DC24V可選輸出形式：1、電流：4-20mA 2、電壓: 0-5VDC； 3、RS232/RS485網(wǎng)絡(luò)通

42、訊； 4、TTL電平：頻率和脈寬兩種。工作環(huán)境：溫度-4050 濕度100%RH穩(wěn) 定 性：1%RH/年產(chǎn)品重量：傳感器140g，帶變送器550g負(fù)載能力：電流型輸出阻抗250 電壓型輸出阻抗1K產(chǎn)品功耗：6mW（電壓型）3.3 電磁閥的選型電磁閥是用來控制液體的方向的自動化基礎(chǔ)元件，屬于執(zhí)行器；通常用于機(jī)械控制和工業(yè)閥門上面，對介質(zhì)方向進(jìn)行控制，從而達(dá)到對閥門開關(guān)的控制。電磁閥常與空氣過濾器 ，回信器連接叫氣動三聯(lián)件。本系統(tǒng)的電磁閥主要用于農(nóng)業(yè)用水，可以選用電磁閥DP-10，下表為DP-10的介紹：表3-2 電磁閥DP-10型號DP-10適用流體空氣、蒸汽、水、其它非危害性流體適用壓力0.0

43、51.0Pa（0.510Kgf/cmG）最低動作壓差0.05MPa(0.5Kgf/cmG)最高溫度180電壓規(guī)格AC100/200V結(jié)線方法選擇形50/60HzAC110/220V結(jié)線方法選擇形50/60HzAC120/240V結(jié)線方法選擇形50/60Hz動作方式通電開動形連接方式JIS Rc(PT)螺絲材料閥箱青銅活塞不銹鋼閥體氯化乙烯樹脂公稱直徑1050A3.4低壓控制器件選型一、按鈕 LA 25系列控制按鈕采用積木式結(jié)構(gòu)、插接式連接，可以自由組合常開、常閉觸頭的對數(shù)，。LA25系列控制按鈕是目前國內(nèi)規(guī)格品種最齊的一種控制按鈕系列。 本系統(tǒng)需三種不同按鈕：啟動、停止和急停按鈕。按各自功能選

44、擇不同型號，啟動為LA25-20/12，有兩對常開觸頭，為綠色圓形按鈕。停止為LA25-02/11，有兩對常閉觸頭，為紅色圓形按鈕。急停為LA25-11M/21為紅色蘑菇狀按鈕。二、行程開關(guān)JLXKl系列行程開關(guān)有單輪防護(hù)式、雙輪防護(hù)式、直動防護(hù)式和直動滾輪防護(hù)式。觸頭數(shù)量為1常開和1常閉。交流接通電流5A。 三、斷路器 塑殼式斷路器的選用塑殼式斷路器常用來作電動機(jī)的過載與短路保護(hù)，其選擇原則是： 1)斷路器額定工作電壓等于或大于線路額定電壓。2)斷路器額定電流等于或大于線路計(jì)算負(fù)荷電流。3)斷路器通斷能力等于或大于線路中可能出現(xiàn)的最大短路電流，一般按有效值計(jì)算。4)斷路器欠壓脫扣器額定電壓等

45、于線路額定電壓。5)斷路器分勵脫扣器額定電壓等于控制電源電壓。6)長延時電流整定值等于電動機(jī)額定電流。 7)瞬時整定電流：對保護(hù)籠型感應(yīng)電動機(jī)的斷路器，其瞬時整定電流為(815)倍電動機(jī)額定電流；對于保護(hù)繞線型電動機(jī)的斷路器，其瞬時整定電流為(36)倍電動機(jī)額定電流。8)6倍長延時電流整定值的可返回時間等于或大于電動機(jī)實(shí)際起動時間。按起動時負(fù)載的輕重，可選用可返回時間為1、3、5、8、15s中的某一檔。3VE系列斷路器3VE系列斷路器是從德國西門子公司引進(jìn)技術(shù)生產(chǎn)的產(chǎn)品。適用于交流50Hx或601-Iz，電壓660V及以下，電流20-63A的電路中，作為小容量電動機(jī)和線路的過載及短路保護(hù)用，并

46、可在正常情況下作為不頻繁操作的線路轉(zhuǎn)換或電動機(jī)直接起動用。3VE系列斷路器主要由操作機(jī)構(gòu)、觸頭、滅弧裝置、熱脫扣器、電磁脫扣器、絕緣基座和塑料外殼組成。脫扣器具有溫度補(bǔ)償裝置，故在正常工作條件下，其保護(hù)特性不受環(huán)境溫度影響。3VEl、3VE3、3VFA型斷路器分別為按鈕操作、旋鈕操作和手柄操作。斷路器可用安裝孔板前安裝，3VEl、3VE3亦可用底板上設(shè)置的標(biāo)準(zhǔn)安裝導(dǎo)軌嵌卡安裝。根據(jù)要求選擇3VE4系列斷路器。四、熔斷器熔斷器的選擇熔斷器選擇包括熔斷器類型選擇和熔體額定電流確定兩項(xiàng)內(nèi)容。1）熔斷器類型的選擇熔斷器類型應(yīng)根據(jù)負(fù)載的保護(hù)特性和短路電流大小來選擇。對于保護(hù)照明和電動機(jī)的熔斷器，一般只考

47、慮它們的過載保護(hù)，這時，熔體的熔化系數(shù)適當(dāng)小些。對于大容量的照明線路和電動機(jī)，除過載保護(hù)外，還應(yīng)考慮短路時分?jǐn)喽搪冯娏鞯哪芰磉x擇。當(dāng)短路電流較大時，還應(yīng)采用具有高分?jǐn)嗄芰Φ娜蹟嗥魃踔吝x用具有限流作用的熔斷器。此外，還應(yīng)根據(jù)熔斷器所接電路的電壓來決定熔斷器的額定電壓。2）熔體與熔斷器額定電流的確定熔體額定電流大小與負(fù)載大小、負(fù)載性質(zhì)有關(guān)。對于負(fù)載平穩(wěn)、無沖擊電流，如一般照明電路、電熱電路可按負(fù)載電流大小來確定熔體的額定電流。對于有沖擊電流的電動機(jī)負(fù)載，為達(dá)到短路保護(hù)目的，又保證電動機(jī)正常起動，對籠型感應(yīng)電動機(jī)其熔斷器熔體的額定電流為： 單臺電動機(jī)INP=（1.5 2.5）INM （3-1）式中

48、，INP為熔體額定電流（A）；INM為電動機(jī)額定電流（A）。多臺電動機(jī)共用一個熔斷器保護(hù)INP =（1.5 2.5）INM max + INM （3-2） 式中，INM max為容量最大一臺電動機(jī)的額定電流（A）；INM為其余各臺電動機(jī)額定電流之和（A）。在式（3-1）與式（3-2）中，對于輕載起動及起動時間較短時，式中系數(shù)取1.5；重載起動及起動時間較長時，式中系數(shù)取2.5。熔斷器的額定電流大于或等于熔體額定電流。3)校核熔斷器的保護(hù)特性對上述選定的熔斷器類型及熔體額定電流，還須校核該熔斷器的保護(hù)特性曲線是否與保護(hù)對象的過載特性有良好的配合，使在整個范圍內(nèi)獲得可靠的保護(hù)。同時，熔斷器的極限分

49、斷能力應(yīng)大于或等于所保護(hù)電路可能出現(xiàn)的短路電流值，這樣才能得到可靠的短路保護(hù)。4)熔斷器上、下級的配合為滿足選擇性保護(hù)的要求，應(yīng)注意熔斷器上下級之間的配合。一般要求上一級熔斷器的熔斷時間至少是下一級的3倍，不然將會發(fā)生超級動作，擴(kuò)大停電范圍。為此，當(dāng)上下級選用同一型號的熔斷器時，其電流等級以相差2級為宜；若上下級所用的熔斷器型號不同，則應(yīng)根據(jù)保護(hù)特性上給出的熔斷時間來選取。 RLlB系列帶斷相保護(hù)螺旋式熔斷器RLlB系列熔斷器適用于交流50Hz、電壓至380V、電流至100A的電路，作過載、短路及斷相保護(hù)用。由于熔斷器裝有微動開關(guān)，其常閉觸頭接于主電路的控制電路中，當(dāng)主電路過載或短路使熔斷器動

50、作，微動開關(guān)常閉觸頭斷開，從而切斷控制電路電源，進(jìn)而使主電路斷開電源，避免了電機(jī)或用電設(shè)備的斷相運(yùn)行。五、.熱繼電器選擇熱繼電器主要用于電動機(jī)的過載保護(hù)，因此必須了解電動機(jī)的工作環(huán)境、起動情況、負(fù)載性質(zhì)、工作制及允許的過載能力。應(yīng)使熱繼電器的安秒特性位于電動機(jī)的過載特性之下，并盡可能接近，以便充分發(fā)揮電動機(jī)的過載能力，同時對電動機(jī)短時過載和起動瞬間不受影響。熱繼電器的選擇與所保護(hù)電動機(jī)的工作制度密切相關(guān)，現(xiàn)分述如下： 長期工作或間斷長期工作制時： 1)為保證熱繼電器在電動機(jī)起動過程中不產(chǎn)生誤動作。選取熱繼電器在6IN下動作時間的0.50.7可返回時間的熱繼電器。6IN下動作時間可在熱繼電器安秒

51、特性上查獲。2)熱繼電器整定電流范圍的中間值為電動機(jī)的額定電流。使用時，應(yīng)將熱繼電器整定電流旋鈕調(diào)至該額定值，否則起不到保護(hù)作用。3)電動機(jī)斷相保護(hù)時熱繼電器的選擇。選用何種熱繼電器作電動機(jī)斷相保護(hù)是與電動機(jī)定子繞組的接線形式直接有關(guān)。當(dāng)電動機(jī)定子繞組為Y接時，帶斷相保護(hù)和不帶斷相保護(hù)的三相熱繼電器接在相線中，在發(fā)生三相均勻過載、不均勻過載或發(fā)生一相斷線時，因流過熱繼電器的電流即為流過電動機(jī)繞組的電流，所以熱繼電器可以如實(shí)反映電動機(jī)過載情況，它們均可實(shí)現(xiàn)電動機(jī)斷相保護(hù)。當(dāng)電動機(jī)定子繞組接成接時，為實(shí)現(xiàn)斷相保護(hù)，帶斷相保護(hù)和不帶斷相保護(hù)的熱繼電器接人電動機(jī)定子電路的方式便不同。對于不帶斷相保護(hù)的

52、熱繼電器，若仍接在定子相線中，如在電動機(jī)起動前已發(fā)生一相斷線時，流過熱繼電器的電流為4.56倍的電動機(jī)額定電流，足以使熱繼電器動作；如電動機(jī)運(yùn)行中且在滿載情況下發(fā)生一相斷線時，此時電流最大的一相繞組中的電流達(dá)到2.42.5倍的相電流，而流過熱繼電器的線電流也達(dá)2倍額定電流，仍可使熱繼電器動作。所以，在上述兩種情況下，熱繼電器接于相線中，對電動機(jī)可以起到斷相保護(hù)作用。然而大多數(shù)電動機(jī)運(yùn)行在低于滿載情況下發(fā)生斷線，按前面分析可知，當(dāng)電動機(jī)運(yùn)行在0.58的額定電流時若發(fā)生斷線，最嚴(yán)重一相繞組中的相電流可達(dá)1.15倍的額定相電流，這對該相繞組來說已處于過載狀態(tài)，但由于熱繼電器是接于相線上，故不能使熱繼

53、電器動作，也就不能實(shí)現(xiàn)電動機(jī)的斷相保護(hù)。所以，若使用不帶斷相的三相熱繼電器來實(shí)現(xiàn)斷相保護(hù)時，應(yīng)將三個發(fā)熱元件分別串接于電動機(jī)三相繞組的相電路中，但這種接線方式將帶來一些不便。為此，形接線的三相電動機(jī)不應(yīng)選擇不帶斷相保護(hù)的三相熱繼電器，而應(yīng)選擇三相帶斷相保護(hù)的熱繼電器，并可將其串接于電動機(jī)線電路中，由于有差動結(jié)構(gòu)的作用可以實(shí)現(xiàn)斷相保護(hù)。反復(fù)短時工作制時： 熱繼電器用于反復(fù)短時工作制的電動機(jī)時應(yīng)首先考慮熱繼電器的允許操作頻率。當(dāng)電動機(jī)起動電流為6 IN、起動時間為1s、電動機(jī)滿載工作、通電持續(xù)率為60時，每小時允許操作次數(shù)最高不超過40次。對于正反轉(zhuǎn)密集通斷工作的電動機(jī)，不宜采用熱繼電器保護(hù)，可選

54、用埋人電動機(jī)繞組的溫度繼電器或熱敏電阻來保護(hù)。 3UA5、6系列熱繼電器3UA5、6系列熱繼電器適用于交流電壓至660V、電流從01A至630A的電路中，用作三相交流電動機(jī)的過載保護(hù)和斷相保護(hù)。它是引進(jìn)德國西門子公司的技術(shù)生產(chǎn)的。其熱元件的整定電流各號之間重復(fù)交叉，便于選用。3UA5、6系列熱繼電器的三相主雙金屬片共用一個動作機(jī)構(gòu)，動作指示和電流調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)位于雙金屬片的上部，呈立體式結(jié)構(gòu)。除復(fù)位按鈕和斷開試驗(yàn)按鈕外還有動作靈活性檢查機(jī)構(gòu)。熱繼電器有一常開、一常閉觸頭。六、接觸器接觸器使用廣泛，但隨使用場合及控制對象不同，接觸器的操作條件與工作繁重程度也不同。因此，必須對控制對象的工作情況以及接觸

55、器性能有一較全面的了解，才能作出正確的選擇，保證接觸器可靠運(yùn)行并充分發(fā)揮其技術(shù)經(jīng)濟(jì)效果。為此，應(yīng)根據(jù)以下原則選用接觸器。1）根據(jù)主觸頭接通或分?jǐn)嚯娐返碾娏餍再|(zhì)來選擇直流還是交流接觸器。2）根據(jù)接觸器所控制負(fù)載的工作任務(wù)來選擇相應(yīng)使用類別的接觸器。如負(fù)載為一般任務(wù)則選用AC-3使用類別；負(fù)載為重任務(wù)時選用AC-4使用類別。3）根據(jù)負(fù)載的功率和操作情況來確定接觸器主觸頭的電流等級。當(dāng)接觸器的使用類別與所控制負(fù)載的工作任務(wù)相對應(yīng)時，一般應(yīng)使接觸器主觸頭的電流額定值與所控制負(fù)載的電流值相當(dāng)，或稍大一些。若不對應(yīng)，如用AC-3類的接觸器控制AC-3與AC-4混合類負(fù)載時，則應(yīng)降低電流等級使用。4）根據(jù)被

56、控電路電壓等級來選擇接觸器的額定電壓。5）根據(jù)控制電路的電壓等級來選擇接觸器線圈的額定電壓等級。 3TB系列空氣電磁式交流接觸器該系列接觸器是從德國西門子公司引進(jìn)專有制造技術(shù)而生產(chǎn)的產(chǎn)品，適用于交流50Hz或60Hz，其中3TB403TB44額定工作電流為932A，額定絕緣電壓至660V；3TB463TB58型額定工作電流為80630A，額定絕緣電壓為750-1000V。主要供遠(yuǎn)距離接通和分?jǐn)嚯娐酚?，并適用于頻繁地起動和控制交流電動機(jī)。3TB系列交流接觸器為E形鐵心、雙斷點(diǎn)觸頭的直動式運(yùn)動結(jié)構(gòu)。輔助觸頭有一常開、一常閉或二常開、二常閉。它們可直接裝于接觸器整體結(jié)構(gòu)之中，也有做成輔助觸頭組件附于

57、接觸器整體兩旁。接觸器動作機(jī)構(gòu)靈活，手動檢查方便，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)緊湊。接線端處都有端子蓋覆罩，可確保使用安全。接觸器外形尺寸小巧，安裝面積小，其安裝方式可由螺釘緊固，也可借接觸器底部的彈簧滑塊扣裝在35mm寬的卡軌上，或扣裝在75mm寬的卡軌上。主觸頭、輔助觸頭均為橋式雙斷點(diǎn)結(jié)構(gòu)，因而具有高壽命的使用性能及良好的接觸可靠性。滅弧室均呈封閉型，并由阻燃型材料阻擋電弧向外噴濺，以保證人身及鄰近電器的安全。磁系統(tǒng)是通用的，電磁鐵工作可靠、損耗小、無噪聲、機(jī)械強(qiáng)度高，線圈的接頭處標(biāo)有電壓規(guī)格標(biāo)志，接線方便。七、中間繼電器JZll、JZl4、JZl5系列中間繼電器JZll系列、JZl4系列、JZl5系列中間繼

58、電器，適用于交直流控制線路，作為信號傳遞用，以增加信號的大小及數(shù)量，彌補(bǔ)主觸頭數(shù)量或容量的不足。其磁系統(tǒng)為螺管直動式，線圈和鐵心位于中央，左右兩邊各帶四對觸頭，觸頭為橋式雙斷點(diǎn)。靜觸頭底下設(shè)有永久性磁鋼，以助滅弧。交、直流繼電器的基本結(jié)構(gòu)相同，僅線圈和鐵心結(jié)構(gòu)有區(qū)別，交流鐵心開槽并設(shè)有短路環(huán)。根據(jù)需要選擇JZ144-62J型中間繼電器。八、轉(zhuǎn)換開關(guān)LW5系列萬能轉(zhuǎn)換開關(guān)本系列轉(zhuǎn)換開關(guān)適用于直流、交流50Hz、電壓500V及以下的電路，作主電路或電氣測量儀表的轉(zhuǎn)換開關(guān)及配電設(shè)備的遙控開關(guān)；也可作為伺服電動機(jī)及容量5.5kW及以下三相交流電動機(jī)的起動、換向或變速開關(guān)。該系列轉(zhuǎn)換開關(guān)按接觸裝置的檔數(shù)

59、有116和18、21、24、27、30等21種，其中16檔及以下為單列轉(zhuǎn)換開關(guān)；18檔及以上為三列轉(zhuǎn)換開關(guān)。按防護(hù)形式有開啟式和防護(hù)式兩種。按手柄類型有旋鈕、普通、機(jī)床和槍形四種。按手柄操作方式分為自復(fù)式和定位式兩種。表3-3 低壓器件選型表名稱符號型號數(shù)量PLCCPUS7-313C-2DP1轉(zhuǎn)換開關(guān)SALW5-15D3181按鈕(啟動)SBLA25-20/124按鈕（停止）SBLA25-02/113按鈕（急停）SBLA25-11M/211信號燈(綠)HLXB2BVB3LC3信號燈(紅)HLXB2BVB4LC2接觸器KM3TB 47170A3中間繼電器KJZ14-62J3熔斷器FURL1B10

60、02熱繼電器FR3UA52低壓斷路器QF3VE41行程開關(guān)SQJLXK12隔離開關(guān)QSHH15-12533.5主回路及控制回路的設(shè)計(jì) 一臺PLC控制兩個大棚，每個大棚內(nèi)有一個15Kw水泵電機(jī)和10Kw的卷簾電機(jī)。卷簾電機(jī)需要實(shí)現(xiàn)正反轉(zhuǎn)控制。3.5.1 系統(tǒng)主電路設(shè)計(jì)（1）卷簾需要卷起和打開，利用電機(jī)的正反轉(zhuǎn)來完成此項(xiàng)工作。在電機(jī)工作過程中，如果卷簾卡會使電機(jī)負(fù)載過大，因而在電路中應(yīng)加入熱繼電器FR1來保護(hù)電機(jī)。同樣在電機(jī)運(yùn)行時電路電流可能會增加，當(dāng)增加到一定值時也會燒壞電機(jī)，在電路中可以加入熔斷器來實(shí)現(xiàn)電機(jī)的過流保護(hù)。要實(shí)現(xiàn)電機(jī)的正反轉(zhuǎn)只要把其中的兩相線路交換即可現(xiàn)在電機(jī)的正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)，在設(shè)計(jì)中

61、采用兩個接觸器通斷來實(shí)現(xiàn)電機(jī)的正反轉(zhuǎn)，其中接觸器通斷控制由PLC來完。由以上要求可以設(shè)計(jì)出卷簾主電路如圖所示：圖3.3 卷簾主電路（2)水泵的運(yùn)轉(zhuǎn)主要由電機(jī)的通斷實(shí)現(xiàn)，可以由一個接觸器來實(shí)現(xiàn)水泵的控制，在電路中必須加有短路保護(hù)、過流保護(hù)、過載保護(hù)，而這些可以由熱繼電器、熔斷器來實(shí)現(xiàn)電路中的保護(hù)。由以上要求可以設(shè)計(jì)如下的電路：圖3.4 水泵主電路3.5.2 控制回路設(shè)計(jì)1）正反轉(zhuǎn)設(shè)備控制電路卷簾屬于正反轉(zhuǎn)設(shè)備，其控制電路如下圖所示圖3.5 卷簾控制回路卷簾控制電路原理圖如圖七所示，SB1為總啟動按鈕，SA1為就地/遠(yuǎn)程的切換開關(guān)。在就地手動狀態(tài)下，SB4、SB6分別為卷簾打開、卷起按鈕，SB5為卷簾停止按鈕。SB3為卷簾急停按鈕。按下按鈕SB4，交流接觸器KM1的線圈得電，指示燈HL1亮，同時KM1的常開觸點(diǎn)閉合，起自鎖作用，此時電機(jī)正轉(zhuǎn)，卷簾打開，當(dāng)卷簾開啟到最大位置后觸碰卷簾限位開關(guān)SQ1，其常閉觸點(diǎn)斷開，KM1的線圈失電，電機(jī)停止轉(zhuǎn)動；同理當(dāng)按下按鈕SB