基于PLC的大棚溫室控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

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1、　　　　　　　　　　第II頁 基于PLC的溫室控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 摘 要 隨著人們生活水平的提高，由溫室大棚種植的反季節(jié)蔬菜成為人們?cè)絹碓诫x不開的食物，所以溫室大棚技術(shù)越來越重要，而溫度控制是最為重要的一環(huán).考慮到PLC具有靈活性、操作簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)，所以設(shè)計(jì)出了基于PLC的溫度控制系統(tǒng)。 該論文介紹了溫室控制系統(tǒng)的構(gòu)成,包括信息采集部分、智能控制部分以及最后的執(zhí)行部分。由于溫度的變化因素很多,包括光照、濕度、通風(fēng)等因素,所以本次設(shè)計(jì)的系統(tǒng)中包括了升降溫系統(tǒng)、補(bǔ)光系統(tǒng)、遮陽系統(tǒng)、加濕系統(tǒng)、CO2系統(tǒng)、通風(fēng)系統(tǒng)，來綜合調(diào)整溫度的變化保證溫度的準(zhǔn)確度。根據(jù)設(shè)計(jì)需要和經(jīng)濟(jì)綜合因素的考慮選用

2、了西門子S7-200型PLC的控制，這樣既能夠滿足輸入與輸出控制，又有比較高的性價(jià)比.在設(shè)計(jì)中給出了控制系統(tǒng)的軟硬件設(shè)計(jì),并用STEP7軟件進(jìn)行對(duì)梯形圖的輸入、調(diào)試與仿真,能夠完全符合設(shè)計(jì)需求。 關(guān)鍵詞 傳感器 PLC 模糊控制器 MCGS組態(tài)軟件 電機(jī) Greenhouse Control System Based on PLC ABSTRACT With the improvement of people's living standard anti season vegetables become people are increasingly inseparabl

3、e from the food, so the greenhouse technology is more and more important， and the temperature control has become the most important part, so the PLC control system of greenhouse based on. Temperature sensor and PLC are the core of the greenhouse control system， they have a direct impact on the worki

4、ng status of the system. Its working process is the when the temperature sensor to collect the signal is transmitted to the fuzzy controller, the fuzzy controller by the signal conversion and comparative analysis, then the signal transformation output signal to the MCGS configuration software is use

5、d to judge the and the signal is transmitted to the PLC, PLC receives the signal and control motor working temperature control. MCGS configuration software where the computer is also a platform for human—computer interaction。 Key words Temperature Sensor PLC Fuzzy Controller MCGS Configurat

6、ion Software Electric Machinery 目錄 第1章 緒論 1 1.1 課題背景 1 1。2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 1 1.3 內(nèi)容安排 2 第2章 系統(tǒng)總設(shè)計(jì)方案 4 2.1 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)思路 4 2。2 設(shè)計(jì)概要圖 4 第3章 系統(tǒng)硬件方案設(shè)計(jì) 6 3。1 信息采集電路的設(shè)計(jì) 6 3。1。1 溫/濕度傳感器的選擇 6 3。1.2 光照傳感器的選擇 7 3.1.3 CO2傳感器的選擇 8 3.2 主控制電路設(shè)計(jì) 9

7、3.2.1 PLC的選擇 9 3.2.2 PLC內(nèi)部接線圖 10 3.2.3 模糊控制器設(shè)計(jì)原理 11 3.3 系統(tǒng)執(zhí)行部分設(shè)計(jì) 12 3。3.1 正反轉(zhuǎn)部分設(shè)計(jì) 12 3.3。2 開關(guān)類設(shè)計(jì) 13 3。4 系統(tǒng)主電路圖 14 第4章 系統(tǒng)軟件方案設(shè)計(jì) 16 4.1 STEP7 Micro/Win軟件簡(jiǎn)介 16 4.2 STEP7—Micro/WIN編程軟件主要功能 16 4.3 STEP7-Micro/WIN編程方法 17 4.4 PLC系統(tǒng)軟件介紹 18 第5

8、章 系統(tǒng)調(diào)試 24 5.1 仿真軟件簡(jiǎn)介 24 5。2 控制程序的仿真與調(diào)試 24 5。2.1 仿真與調(diào)試準(zhǔn)備工作 24 5.2。2 程序仿真與調(diào)試 24 結(jié)論 26 致謝 27 參考文獻(xiàn) 28 第 15 頁 第1章 緒論 1.1 課題背景 時(shí)代在進(jìn)步社會(huì)在發(fā)展人民的生活水平也在不斷地提高,而反季節(jié)蔬菜已經(jīng)成為人們餐桌上必不可少的食物，所以以大棚溫室為主的農(nóng)業(yè)種植面積不斷增大，溫室大棚主要就是為植物的生長創(chuàng)造合適的溫度環(huán)境，但是如何創(chuàng)造合適的溫度環(huán)境成為擺在人們面前一大難題。而現(xiàn)在最普遍控溫方式是人們根據(jù)室內(nèi)溫度進(jìn)

9、行操作，例如用竹桿挑撥塑料膜來控制風(fēng)口大小以及用滑輪繩索拉動(dòng)塑料膜來控制風(fēng)口大小.這種人工操作方式存在四個(gè)無法克服的難題；(1）溫度利用率比較低，在天氣較好時(shí)為防止高溫對(duì)植物生長的影響，所以風(fēng)口要相對(duì)放大點(diǎn)，這樣就造成室內(nèi)低溫段跟高溫段溫差較大，這就會(huì)使溫度流失，植物的生長緩慢；（2）當(dāng)遇到雨雪大風(fēng)天氣，溫室內(nèi)的溫度不能保證恒定不變，植被不能再適宜的溫度下生長，就會(huì)容易發(fā)生病蟲害，造成經(jīng)濟(jì)損失；（3）一次性的溫度失控往往會(huì)有無法逆轉(zhuǎn)的損失；例如在樹花期出現(xiàn)一兩次的高溫情況，就會(huì)使的全年絕產(chǎn);（4）勞動(dòng)強(qiáng)度很大，時(shí)間上也很難快速調(diào)整溫度。蔬菜看管溫度的用時(shí)約占總時(shí)的50％，水果看管溫度用時(shí)約占總

10、時(shí)的85%。最近幾年雖有用單機(jī)械收放風(fēng)口的技術(shù)出現(xiàn),但由于都解決不了實(shí)際得問題,得不到廣泛應(yīng)用。 本文設(shè)計(jì)智能溫控系統(tǒng)的目的在于針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足,提供一種是替代人工控制溫度操作，適用廣范,結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，操作方便，溫度資源利用率高，生產(chǎn)成本低，產(chǎn)品品質(zhì)優(yōu)良的溫室大棚智能控溫技術(shù)。溫室環(huán)境控制需要調(diào)控很多的環(huán)境因素，以達(dá)到調(diào)節(jié)成熟周期，加快生長發(fā)育的目的，溫室環(huán)境控制為農(nóng)業(yè)的高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)提供了保障，可以一定程度上替代人工，減少生產(chǎn)的成本,同時(shí)還具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，操作方便等優(yōu)點(diǎn). 1。2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 20世紀(jì)70年代國外就開始對(duì)溫室溫度控制技術(shù)進(jìn)行研究,當(dāng)時(shí)采用模擬儀表進(jìn)行組合，現(xiàn)場(chǎng)采集信

11、息并且進(jìn)行記錄、指示以及控制.20世紀(jì)80年代末期出現(xiàn)了分布式的控制系統(tǒng).科技的發(fā)展帶來的是生產(chǎn)力的解放,計(jì)算機(jī)技術(shù)的應(yīng)用使溫室控制更為精確，并且逐漸朝著無人化、智能化的方向發(fā)展。 我國對(duì)于溫室控制技術(shù)的研究始于20世紀(jì)80年代.我國工程技術(shù)人員大量吸取國外經(jīng)驗(yàn)基礎(chǔ)上，開始掌握了室內(nèi)微機(jī)控制技術(shù)，但是這項(xiàng)技術(shù)僅僅只能控制溫度、濕度和CO2濃度等單環(huán)境因子，從此之后我國的溫室控制技術(shù)得到了飛躍式的發(fā)展。到90年代中后期，在學(xué)習(xí)國外建造經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，我國開始嘗試自主研發(fā)環(huán)境控制系統(tǒng)。1995年，北京農(nóng)業(yè)大學(xué)研制成功了“WJG—1型實(shí)驗(yàn)溫室環(huán)境監(jiān)控計(jì)算機(jī)管理系統(tǒng)”，這個(gè)系統(tǒng)是以小型分布式數(shù)據(jù)采集來

12、控制的系統(tǒng).1996年江蘇理工大學(xué)研制成功了用工控機(jī)進(jìn)行管理的植物工廠系統(tǒng)。該系統(tǒng)能對(duì)較多的環(huán)境因素進(jìn)行綜合的控制，是國產(chǎn)化溫室控制技術(shù)比較典型的成果.90年代末期，河北職業(yè)技術(shù)學(xué)院研制了蔬菜大棚，能夠?qū)囟群蜐穸冗M(jìn)行實(shí)時(shí)測(cè)量及控制。當(dāng)時(shí)我國農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化水平較低，農(nóng)業(yè)勞動(dòng)力過多，溫室的建造投資太大，對(duì)工作人員的要求較高等成為了限制溫室控制技術(shù)發(fā)展的主要因素. 本文目的在于探尋溫室環(huán)境自動(dòng)控制在實(shí)踐中的應(yīng)用，并且推動(dòng)溫室控制系統(tǒng)的發(fā)展進(jìn)程. 1.3 內(nèi)容安排 溫室的建造采用了先進(jìn)的科學(xué)技術(shù)可以有效的提高農(nóng)作物的產(chǎn)量和經(jīng)濟(jì)效益。本文在充分了解影響溫室溫度控制因素的基礎(chǔ)上做出智能溫室溫度控制系

13、統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)方案。系統(tǒng)由PLC作為設(shè)備核心構(gòu)建而成,可以實(shí)現(xiàn)我們預(yù)期達(dá)到的要求。 本文對(duì)溫室溫度控制算法進(jìn)行研究。溫室環(huán)境是個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)，根據(jù)這種情況，本文采用模糊算法進(jìn)行數(shù)據(jù)的前期處理.之后使用PLC網(wǎng)絡(luò)組態(tài)方法，這樣就解決了過程控制層和監(jiān)控層之間通訊等問題，并且利用編程軟件根據(jù)環(huán)境系統(tǒng)對(duì)溫度控制的要求編寫了監(jiān)控程序，這樣就能夠?qū)崿F(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控、用戶管理、報(bào)警記錄、曲線顯示等多項(xiàng)監(jiān)控功能。 本文設(shè)計(jì)的系統(tǒng)大大提高了設(shè)備的利用率，降低耗能，而強(qiáng)大的擴(kuò)展功能使其可以很容易的選用外圍設(shè)備, 這樣就能提高系統(tǒng)的容錯(cuò)率大大降低了系統(tǒng)建造的難度。 第2章 系統(tǒng)總設(shè)計(jì)方案 2。1 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)思

14、路 環(huán)境因素是影響植物生長的重要因素，而溫室的建造使得環(huán)境這個(gè)重要因素得以改變，可以創(chuàng)造出更加好的環(huán)境讓植物生長。溫室的主要作用就是來改變植物生長，它能避免惡劣天氣對(duì)植物的影響達(dá)到促進(jìn)植物更好的生長。但是環(huán)境的更改我們需要考慮的很多，我們要主要分析哪些因素會(huì)對(duì)植物的生長起到作用.經(jīng)過我們不斷的咨詢和調(diào)查我們得出作物的生長環(huán)境主要是由溫度、濕度、CO2濃度、光照等因素構(gòu)成，我們只是單獨(dú)控制一種因素來控制溫度是無法達(dá)到我們所想要的目的的,所以我們要考慮多種因素的綜合控制. 2。2 設(shè)計(jì)概要圖 溫室是具有鮮明使用功能的農(nóng)業(yè)型建筑，其構(gòu)建涉及工程問題必須符合國家規(guī)定建造。溫室的主要作用是承載負(fù)

15、荷、保溫、防雨雪等作用。傳感器監(jiān)測(cè)到溫室中環(huán)境因素的變化時(shí)，會(huì)把監(jiān)測(cè)到的環(huán)境信號(hào)傳遞給模糊控制器，模糊控制器對(duì)信號(hào)進(jìn)行處理然后傳遞給MCGS組態(tài)進(jìn)行數(shù)據(jù)的人機(jī)互動(dòng)顯示，最后傳遞給PLC，PLC對(duì)信號(hào)進(jìn)行處理控制內(nèi)部設(shè)備運(yùn)作不斷地改變溫室的環(huán)境，使溫度保持在一定的范圍內(nèi)。 本文設(shè)計(jì)的系統(tǒng)是以PLC為控制核心總體分為以下三個(gè)部分； （1）信息采集系統(tǒng)，它包括溫/濕度傳感器、光照傳感器和CO2傳感器主要是進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)溫室內(nèi)的環(huán)境和執(zhí)行設(shè)備工作時(shí)的反饋工作。它是影響系統(tǒng)精確度的主要因素. （2）智能控制部分,它主要包括了模糊控制器、MCGS組態(tài)(也是人機(jī)交互界面）還要系統(tǒng)最核心部分PLC。信息采

16、集系統(tǒng)把信號(hào)出輸給模糊控制器，模糊控制器進(jìn)行信號(hào)的處理（對(duì)PLC做出判斷做出先前分析),模糊控制信號(hào)處理完畢然后傳送給MCGS組態(tài)，MCGS組態(tài)做出趨勢(shì)曲線、動(dòng)畫演示等進(jìn)行人機(jī)信息交互，最后把信號(hào)傳給PLC，PLC把信號(hào)與我們?cè)O(shè)定的值進(jìn)行對(duì)比做出相應(yīng)的判斷，控制下一部分工作。 (3）系統(tǒng)執(zhí)行部分，它包括最后的設(shè)備含有正反轉(zhuǎn)設(shè)備和開關(guān)類設(shè)備，根據(jù)PLC給出的信號(hào)做出相應(yīng)的反應(yīng)控制溫度等達(dá)到我們預(yù)想的目的。最終信息采集部分在進(jìn)行信息采集進(jìn)行反饋然后重復(fù)上述步驟，進(jìn)而達(dá)到智能控溫的效果。我們也可以進(jìn)行手動(dòng)或自動(dòng)切換更加確保溫度的準(zhǔn)確性。 系統(tǒng)三個(gè)部分各有各的功能,它們的完美組合使得系統(tǒng)才能到達(dá)到

17、我們所需要的目的，但是系統(tǒng)的運(yùn)行過程中肯定會(huì)有誤差存在.信息采集系統(tǒng)是系統(tǒng)開始的第一步它們?cè)馁|(zhì)量是保證系統(tǒng)準(zhǔn)確性的第一步，所以我們?cè)谶x擇信息采集系統(tǒng)的器件時(shí)我們第一位的應(yīng)該是確保器件的質(zhì)量在考慮器件的價(jià)格，信息采集系統(tǒng)直接影響了整個(gè)系統(tǒng)的準(zhǔn)確性。智能控制部分作為系統(tǒng)的第二部分起到了整個(gè)系統(tǒng)最核心的作用，它對(duì)系統(tǒng)準(zhǔn)確性的影響(在我們先前校準(zhǔn)完畢的情況下）不是特別大.最后系統(tǒng)的執(zhí)行部分對(duì)于系統(tǒng)準(zhǔn)確性影響可以排在智能控制系統(tǒng)的前面,作為最終的執(zhí)行機(jī)構(gòu)它們承擔(dān)著最終完成改變環(huán)境因素的職能，在他們工作的時(shí)候總是會(huì)產(chǎn)生熱量會(huì)影響整個(gè)溫室內(nèi)部環(huán)境,可能在一段時(shí)間后設(shè)備會(huì)出現(xiàn)故障從而達(dá)不到我們想要的結(jié)果,

18、這些都是系統(tǒng)存在的誤差因素。所以設(shè)計(jì)系統(tǒng)的時(shí)候應(yīng)該加強(qiáng)對(duì)設(shè)備篩選和對(duì)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì),盡量減少系統(tǒng)所產(chǎn)生的誤差，確保系統(tǒng)的正常運(yùn)行。系統(tǒng)流程圖如圖2。1所示。 圖2.1 系統(tǒng)流程圖 第3章 系統(tǒng)硬件方案設(shè)計(jì) 3。1 信息采集電路的設(shè)計(jì) 3。1。1 溫/濕度傳感器的選擇 本文選擇的溫/濕度傳感器有兩種一種是北京伊泰公司型號(hào)為IEC751和荷蘭維拉公司型號(hào)為MMD30的產(chǎn)品。 北京伊泰公司型號(hào)為IEC751的技術(shù)參數(shù)是： （1）絕緣電阻：≥1000M? (2)適用范圍：-20℃—500℃ （3）濕度:≤80% (4）電壓：10~100V 荷蘭維拉公司型號(hào)為MMD30的

19、技術(shù)參數(shù)是: (1)絕緣電阻：1000M? （2)適用范圍:-20℃—300℃ (3)濕度：≤80% （4）電壓：20～300V 根據(jù)本文設(shè)計(jì)的系統(tǒng),荷蘭維拉公司型號(hào)為MMD30的溫/濕度傳感器它的電壓范圍更適合實(shí)際情況，它的電壓阻值也小更適合系統(tǒng)要求所以我選擇它。 溫/濕度傳感器外觀圖如圖3。1所示。 圖3.1 溫/濕度傳感器外觀圖 3。1.2 光照傳感器的選擇 光照傳感器主要是實(shí)時(shí)采集光照的變化來控制開窗設(shè)備和光照設(shè)備的開關(guān)，使得植物得到的光照更加充足更好的生長。光照度傳感器有以下兩種型號(hào)可供選擇。 本文中選用的光照傳感器的產(chǎn)品型號(hào)Poi88—c，其光照度傳感器參數(shù)如

20、下： （1）量程：O-200K1UX、O-20K10X、0—2000可選; （2）供電電壓:24VDC／12VDC； (3）輸出信號(hào)：20-4mA,10V-OV可選; (4）精度：±2%； 北京和潤科技有限公司的光照度傳感器參數(shù); （1）量程：O—200K1UX、O—20K10X、0—1500可選； (2）供電電壓：24VDC／12VDC; （3)輸出信號(hào)：15-4mA，10V—OV可選； （4）精度：±3％; 根據(jù)系統(tǒng)要求北京易盛泰和科技有限公司產(chǎn)品型號(hào)Poi88—c光照度傳感器精確度更準(zhǔn)，更符合系統(tǒng)要求所以選擇這個(gè).光照傳感器外觀圖如圖3.2所示。 圖3.2 光照傳

21、感器外觀圖 3。1。3 CO2傳感器的選擇 CO2傳感器的作用是檢測(cè)CO2的濃度控制開關(guān)設(shè)備進(jìn)行濃度調(diào)節(jié)，保證植物的正常生長. C02傳感器有弗加羅公司生產(chǎn)C02傳感器和美國儀態(tài)和科技有限公司的C02傳感器。 弗加羅公司生產(chǎn)C02傳感器參數(shù): （1）測(cè)量范圍：0～5000ppm； （2）使用壽命：1500天； （3）內(nèi)部熱敏電阻(補(bǔ)償用）：100k Q±5％； (4）使用溫度：一10～+50℃； (5）使用濕度：5～95％RH; 美國儀態(tài)和科技有限公司的C02傳感器參數(shù): （1）測(cè)量范圍:0～5000ppm； （2）使用壽命:2000天； （3）內(nèi)部熱敏電阻（補(bǔ)償用

22、）：100k Q±5％; （4）使用溫度：一10～+50℃; （5）使用濕度：5~95％RH； 由于美國儀態(tài)和科技有限公司的C02傳感器比弗加羅公司生產(chǎn)C02傳感器使用壽命更長性能參數(shù)相同所以我選擇它。C02傳感器外觀圖如圖3。3所示。 圖3。3 C02傳感器外觀圖 3.2 主控制電路設(shè)計(jì) 3.2.1 PLC的選擇 PLC設(shè)備型號(hào)有兩種選擇一種是德國西門子的S7—200另一種德國西門子的S7—300兩種,西門子設(shè)備應(yīng)用比較廣泛也是我們所學(xué)的設(shè)備所以我選擇的都是西門子的設(shè)備. S7-200型號(hào)的PLC具有的功能能夠滿足我們系統(tǒng)的需求，并且體積小節(jié)省空間，而且能應(yīng)對(duì)比較復(fù)雜的

23、環(huán)境具有很高的性價(jià)比，所以選擇S7—200型號(hào)的PLC。 S7—300型號(hào)的PLC具有比S7-200更加強(qiáng)大的功能但是考慮到實(shí)際情況，S7-200型號(hào)的PLC已經(jīng)符合我們的需求并且價(jià)格低廉所以我選擇德國西門子公司的S7—200系列的PLC。 S7-200 系列PLC包含CPU221、CPU222、CPU224、CPU226等類型。根據(jù)本論文的設(shè)計(jì)要求選用的S7—200 CPU226，CPU226是集成24輸入/16輸出共40個(gè)數(shù)字量I/O 點(diǎn)?？梢赃B接7個(gè)擴(kuò)展模塊，I/O端子排可進(jìn)行拆卸。I/O分配如表3.1所示。 表3.1 I/O分配圖 信號(hào)類型 PLC地址 功能 信號(hào)類型

24、 PLC地址 功能 輸入信號(hào) I0.0 自動(dòng)/手動(dòng)切換 輸出信號(hào) Q0。0 通風(fēng)扇正轉(zhuǎn) I0。1 啟動(dòng)開關(guān) Q0.1 通風(fēng)扇反轉(zhuǎn) I0。2 停止開關(guān) Q0。2 遮陽簾開簾 I0。7 手動(dòng)通風(fēng)扇正轉(zhuǎn) Q0。3 遮陽簾關(guān)簾 I1。0 手動(dòng)通風(fēng)扇反轉(zhuǎn) Q0.4 熱風(fēng)機(jī)啟動(dòng) I1.1 手動(dòng)熱風(fēng)機(jī)啟動(dòng) Q0.5 冷風(fēng)機(jī)啟動(dòng) I1。2 手動(dòng)冷風(fēng)機(jī)啟動(dòng) Q0。6 加熱器啟動(dòng) I1.3 手動(dòng)加熱器啟動(dòng) Q0。7 補(bǔ)光燈開啟 Q1.0 CO2開關(guān)閥 Q1。1 指示燈 3。2.2 PLC內(nèi)部接線圖 因?yàn)镻LC本身受

25、限制外部輸出點(diǎn)的帶負(fù)載能力比較低,如果直接帶風(fēng)機(jī)等負(fù)載輸出觸點(diǎn)容易壞，所以采用交流接觸器作為接觸原件，來間接的控制電動(dòng)機(jī)等設(shè)備的啟停以及它們的正反轉(zhuǎn)。阻容吸收電路組成是由一個(gè)500Ω和一個(gè)0.1μF /400V的電容串聯(lián)而成。 EM231具有四路模擬量輸入，電流、電壓都可以是它的輸入信號(hào)，電流對(duì)于噪聲敏感度不高，所以選用4到20mA的電流作為傳輸信號(hào)，同時(shí)還可以避免傳輸線路的損耗。電流在輸入時(shí)進(jìn)入端需將“R”與“+”短接，流出端為“-”，并將SW1、SW2、SW3三個(gè)開關(guān)分別設(shè)定為“ON"、“ON”、“OFF"。EM231的接口電路圖如圖3.4所示 圖3.4 EM231的接口電路圖 3

26、.2.3 模糊控制器設(shè)計(jì)原理 模糊控制器本身存在一個(gè)知識(shí)庫一般是由兩部分組成，一部分是數(shù)據(jù)庫一部分是規(guī)則庫,數(shù)據(jù)庫是歷史數(shù)據(jù)的集合,而規(guī)則庫是根據(jù)人們對(duì)于溫室溫度控制的經(jīng)驗(yàn)而建立,能夠做出像人們對(duì)于溫室控制的一種直覺推理，從而做出規(guī)則控制。信號(hào)進(jìn)入模糊控制器后會(huì)進(jìn)行模糊化處理在以知識(shí)庫作為參考依據(jù)的前提下對(duì)信號(hào)做出處理。最后反模糊化是把輸出的模糊輸出量轉(zhuǎn)變成實(shí)際輸出量，最終為系統(tǒng)有效的控制溫室內(nèi)的溫度提供最先一步的處理。模糊控制器原理圖如圖3.5所示 圖3.5 模糊控制器原理圖 3。3 系統(tǒng)執(zhí)行部分設(shè)計(jì) 系統(tǒng)執(zhí)行部分一般可以分為兩部分，一部分是可以進(jìn)行正反轉(zhuǎn)的電機(jī)設(shè)備，另一部分是

27、開關(guān)控制的開關(guān)類設(shè)備。 3.3。1 正反轉(zhuǎn)部分設(shè)計(jì) 正反轉(zhuǎn)設(shè)備有側(cè)窗電機(jī)、連續(xù)開窗、遮陽系統(tǒng)等，由于系統(tǒng)的要求它們使用的電機(jī)功能參數(shù)相差不大所以可以使用同一種正反轉(zhuǎn)電機(jī)。 正反轉(zhuǎn)電機(jī)有兩種一種是碧凱公司W(wǎng)N系列電機(jī)另一種是德國?，斕毓镜腍J系列電機(jī)。 碧凱公司W(wǎng)N系列的減速電機(jī)輸出轉(zhuǎn)速：6。9～460r/min 輸出轉(zhuǎn)矩：高至1500Nm 電機(jī)功率：0。12～4Kw 安裝形式：底腳安裝法蘭安裝. 德國?，斕毓镜腍J系列電機(jī)采用高精度齒輪，并配有油封防止進(jìn)水，O型環(huán)密封式齒輪箱，采用潤滑脂浴潤方式,具有噪音低，使用壽命長、體積小、功率大等特點(diǎn)。減速范圍比較寬廣，減速比1:3～1：

28、1500.減速電機(jī)輸出轉(zhuǎn)速：4.0～290r/min 輸出轉(zhuǎn)矩：高至1300Nm 電機(jī)功率：0.12～4Kw 安裝形式：底腳安裝法蘭安裝。 根據(jù)本文設(shè)計(jì)系統(tǒng)的要求和實(shí)際情況我選擇碧凱公司W(wǎng)N系列電機(jī)，它的性能更加強(qiáng)大性價(jià)比比較高。 由于正反轉(zhuǎn)電路的控制電路相差不大，現(xiàn)在以遮陽系統(tǒng)為例做出系統(tǒng)控制電路介紹。 遮陽系統(tǒng)電路中的熱繼電器FR2是電機(jī)的過載保護(hù)，主要當(dāng)遮陽系統(tǒng)因?yàn)橥饨缭蜿P(guān)閉不了或打不開的情況。熔斷器FU2起到過電流保護(hù)的作用。而KM3、KM4在電路中起到控制電機(jī)正轉(zhuǎn)與反轉(zhuǎn)的功能。遮陽系統(tǒng)主電路圖如圖3.6所示. 圖3.6 遮陽系統(tǒng)主電路圖 3.3.2

29、開關(guān)類設(shè)計(jì) 加熱器、熱風(fēng)機(jī)、發(fā)光體、冷風(fēng)機(jī)等屬于開/關(guān)設(shè)備，它們控制電路大體相同,所以現(xiàn)以熱風(fēng)機(jī)為例，做以下介紹. 熱風(fēng)機(jī)主要的功能是控制電機(jī)的通斷電來實(shí)現(xiàn),、繼電器來控制風(fēng)機(jī)，由熱繼電器、熔斷器來實(shí)現(xiàn)電路中的短路保護(hù)、過載保護(hù)、過流保護(hù)。熱風(fēng)機(jī)系統(tǒng)主電路圖如圖3.7所示 圖3.7 熱風(fēng)機(jī)系統(tǒng)主電路圖 3.4 系統(tǒng)主電路圖 系統(tǒng)主電路硬件中天窗電機(jī)、側(cè)窗電機(jī)、遮陽電機(jī)功率有所不同都同意配有限位開關(guān)，然后通過電機(jī)的正轉(zhuǎn)，反轉(zhuǎn)及停止來完成相應(yīng)的功能的開啟及閉合.所以它們的主電路都是相似的。傳感器、微霧加濕器、熱風(fēng)機(jī)、濕簾風(fēng)機(jī)、濕簾水泵、補(bǔ)光燈都是輸入開關(guān)設(shè)備.在系統(tǒng)接線圖中QK是閘刀

30、開關(guān)作用是控制整個(gè)主電路的啟停，QF1—QF8為斷路器起到保護(hù)線路和電機(jī)作用，F(xiàn)U1是熔斷器起到保護(hù)電路短路或過載的作用.FR1-FR8是熱繼電器主要是對(duì)電機(jī)起到過載保護(hù)的作用，KM1-KM13是交流接觸器主要作用是控制電機(jī)的正反轉(zhuǎn)、啟動(dòng)、停止和其余設(shè)備的開關(guān).系統(tǒng)主電路圖如圖3。8和3.9所示。 圖3。8 系統(tǒng)主電路圖 圖3.9 系統(tǒng)主電路圖 第4章 系統(tǒng)軟件方案設(shè)計(jì) 4。1 STEP7 Micro/Win軟件簡(jiǎn)介 STEP7-Micro/WIN編程軟件功能強(qiáng)大同時(shí)連接方式也比較簡(jiǎn)單利用一根PC/PPI電纜就可以建立起計(jì)算機(jī)和PLC之間的通信關(guān)系。這是一種單主站通信方式,不需要

31、其他硬件設(shè)備,在加上漢化后的程序,可在全漢化的界面下進(jìn)行操作,是西門子PLC用戶不可缺少的開發(fā)工具.STEP7-Micro/WIN主界面如圖4.1所示。 圖4.1 STEP7-Micro/WIN主界面圖 4。2 STEP7—Micro/WIN編程軟件主要功能 STEP7—Micro/WIN編程軟件可以實(shí)現(xiàn)以下功能。? （1)當(dāng)脫機(jī)（離線）是可以創(chuàng)建用戶程序,修改和編輯原來的程序。 （2）當(dāng)聯(lián)機(jī)（在線)時(shí)可以對(duì)與計(jì)算機(jī)建立通信關(guān)系的PLC直接進(jìn)行操作，如上載、下載組態(tài)數(shù)據(jù)和用戶程序等.? (3）可以在編輯程序的過程中同時(shí)進(jìn)行語法的檢查。? (4)對(duì)用戶程序可以進(jìn)行加密處理和文檔

32、管理等功能. （5)可以設(shè)置PLC的參數(shù)、工作方式和運(yùn)行監(jiān)控等操作。? 4。3 STEP7—Micro/WIN編程方法 由于在使用STEP7—Micro/WIN編程軟件編輯程序的過程太過于繁瑣，所以在此只能做出簡(jiǎn)單介紹。 （1）首先我們先打開STEP7-Micro/WIN編程軟件，進(jìn)入主界面。 （2）我們單機(jī)瀏覽欄中的程序塊按鈕，這樣我們就進(jìn)入了梯形圖編輯串口。 (3)在編輯梯形圖的窗口中需要我們把光標(biāo)定位好。（我們即將輸入編程元件的地方) （4）這是我們可以直接在指令欄中找到我們所需要的指令直接點(diǎn)擊，這樣我們所需要的指令會(huì)直接插入到我們光標(biāo)所在的位置。例如我們點(diǎn)擊常開觸點(diǎn)指令

33、。這時(shí)梯形圖窗口中就會(huì)有常開觸點(diǎn)的指令，還需要在?？？處輸入I0.0。常開觸點(diǎn)指令如圖4.2所示。 圖4.2 常開觸點(diǎn)指令 4。4 PLC系統(tǒng)軟件介紹 (1）系統(tǒng)自動(dòng)/手動(dòng)切換 I0.1是啟動(dòng)開關(guān)，I0.0是自動(dòng)/手動(dòng)切換控制，Q1.1是控制燈，當(dāng)I0。1=1，Q1。1得電，這時(shí)I0。2是停止開關(guān),I0.0=0，I0。1=1時(shí)，中間繼電器M0.1得電，系統(tǒng)選擇的運(yùn)行方式為手動(dòng)模式。I0.0=1，I0.1=1時(shí),中間繼電器M0.0得電，系統(tǒng)選擇的運(yùn)行方式是自動(dòng)模式;系統(tǒng)自動(dòng)/手動(dòng)切換梯形圖如圖4.3所示. 圖4。3 系統(tǒng)自動(dòng)/手動(dòng)切換梯形圖 （2)系統(tǒng)溫度控制 系統(tǒng)運(yùn)行方式為

34、自動(dòng)模式時(shí),溫度傳感器把監(jiān)測(cè)到的環(huán)境信號(hào)輸入到模糊控制器中，模糊控制器做出比較輸出給MCGS組態(tài)，MCGS組態(tài)把信號(hào)輸入給PLC，PLC將溫度傳感器檢測(cè)到的值A(chǔ)IW0與設(shè)定值“25度”進(jìn)行比較，AIW0〉25時(shí)，中間繼電器M0.2得電，啟動(dòng)降溫設(shè)備；當(dāng)AIW0<25時(shí)，中間繼電器M0。3得電，啟動(dòng)升溫設(shè)備。系統(tǒng)自動(dòng)溫度控制梯形圖如圖4.4所示. 圖4。4 系統(tǒng)自動(dòng)溫度控制梯形圖 系統(tǒng)的運(yùn)行方式為手動(dòng)模式時(shí)，直接通過按鈕進(jìn)行控制就可以了。系統(tǒng)手動(dòng)溫度控制梯形圖如圖4。5所示. 圖4。5 系統(tǒng)手動(dòng)溫度控制梯形圖 自動(dòng)模式下，溫度傳感器測(cè)量的值高于設(shè)定的值時(shí)，中間繼電器M0.2會(huì)

35、得電這時(shí)控制通風(fēng)扇正轉(zhuǎn)，手動(dòng)模式下，將單刀雙擲開關(guān)撥至“通風(fēng)扇正轉(zhuǎn)”,中間繼電器M0.4得電,通風(fēng)扇正轉(zhuǎn)。系統(tǒng)通風(fēng)扇正轉(zhuǎn)梯形圖如圖4.6所示. 圖4。6 系統(tǒng)通風(fēng)扇正轉(zhuǎn)梯形圖 通風(fēng)扇反轉(zhuǎn)的原理與通風(fēng)扇正傳原理相同,這里就不多做介紹。系統(tǒng)通風(fēng)扇反轉(zhuǎn)梯形圖如圖4.7所示。 圖4。7 系統(tǒng)通風(fēng)扇反轉(zhuǎn)梯形圖 系統(tǒng)運(yùn)行方式是自動(dòng)模式下,溫度傳感器測(cè)量的值低于設(shè)定的值中間繼電器M0.3得電，熱風(fēng)機(jī)啟動(dòng)；手動(dòng)模式下，按下熱風(fēng)機(jī)啟動(dòng)按鈕，中間繼電器M0。6得電,熱風(fēng)機(jī)啟動(dòng)。系統(tǒng)熱風(fēng)機(jī)啟動(dòng)梯形圖如圖4。8所示。 圖4。8 系統(tǒng)熱風(fēng)機(jī)啟動(dòng)梯形圖 系統(tǒng)運(yùn)行方式為自動(dòng)模式時(shí)，溫度傳感器測(cè)量的值高

36、于設(shè)定的值時(shí)，中間繼電器M0.2得電，冷風(fēng)機(jī)啟動(dòng)；手動(dòng)模式下，按下冷風(fēng)機(jī)啟動(dòng)按鈕，中間繼電器M0.7得電,冷風(fēng)機(jī)啟動(dòng)。系統(tǒng)冷風(fēng)機(jī)啟動(dòng)梯形圖如圖4.9所示. 圖4。9 系統(tǒng)冷風(fēng)機(jī)啟動(dòng)梯形圖 系統(tǒng)運(yùn)行方式是自動(dòng)模式時(shí)，溫度傳感器測(cè)量的值低于設(shè)定的值時(shí)，中間繼電器M0。3得電,加熱器啟動(dòng)；手動(dòng)模式下，按下加熱器啟動(dòng)按鈕，中間繼電器M1。0得電，加熱器啟動(dòng)。系統(tǒng)加熱器啟動(dòng)梯形圖如圖4。10所示。 圖4.10 系統(tǒng)加熱器啟動(dòng)梯形圖 （3）系統(tǒng)光照控制 系統(tǒng)的運(yùn)行方式是自動(dòng)模式時(shí).光照傳感器將測(cè)得的模擬量通過模擬量輸入模糊控制器中，模糊控制器做出比較輸出給MCGS組態(tài)，MCGS組態(tài)把信號(hào)

37、輸入給PLC,PLC將光照度傳感器檢測(cè)到的值與設(shè)定值比對(duì)，當(dāng)AIW0>20時(shí)M2。0得電，不啟動(dòng)補(bǔ)光設(shè)備；當(dāng)AIW2〈20時(shí)M2.1得電,啟動(dòng)補(bǔ)光設(shè)備。系統(tǒng)自動(dòng)光照控制梯形圖如圖4.11所示。 圖4。11 系統(tǒng)自動(dòng)光照控制梯形圖 系統(tǒng)運(yùn)行方式為手動(dòng)模式時(shí),可通過控制相應(yīng)的按鈕進(jìn)行控制。系統(tǒng)手動(dòng)光照控制梯形圖如圖4.12所示. 圖4.12 系統(tǒng)手動(dòng)光照控制梯形圖 系統(tǒng)運(yùn)行模式為自動(dòng)模式，光照傳感器測(cè)量的值低于設(shè)定的值時(shí)， M2.1得電，遮陽簾開簾補(bǔ)光；手動(dòng)模式下，將控制遮陽簾開關(guān)簾的單刀雙擲開關(guān)撥至“遮陽簾開簾"，M2.2得電，遮陽簾開簾補(bǔ)光.系統(tǒng)遮陽簾開簾梯形圖如圖4.13所示.

38、 圖4.13 統(tǒng)遮陽簾開簾梯形圖 系統(tǒng)運(yùn)行方式為自動(dòng)模式時(shí)，光照傳感器測(cè)量的值高于設(shè)定值時(shí)， M2。0得電,遮陽簾關(guān)簾遮光；手動(dòng)模式下，將控制遮陽簾開關(guān)簾的單刀雙擲開關(guān)撥至“遮陽簾關(guān)簾”， M2.3得電，遮陽簾關(guān)簾遮光。系統(tǒng)遮陽簾關(guān)簾梯形圖如圖4。14所示。 圖4.14 系統(tǒng)遮陽簾關(guān)簾梯形圖 系統(tǒng)運(yùn)行方式為自動(dòng)模式時(shí)，光照傳感器測(cè)量的值低于設(shè)定的值時(shí)，中間繼電器M2.1得電，補(bǔ)光燈開啟補(bǔ)光；手動(dòng)模式下,按下補(bǔ)光燈的啟停按鈕，中間繼電器M2。4得電,補(bǔ)光燈開啟補(bǔ)光。系統(tǒng)補(bǔ)光燈開啟梯形圖如圖4.15所示。 圖4.15 系統(tǒng)補(bǔ)光燈開啟梯形圖 (4）系統(tǒng)CO2濃度控制 當(dāng)系統(tǒng)運(yùn)行方式

39、為自動(dòng)模式時(shí).CO2濃度傳感器將測(cè)得的模擬量通過模擬量輸入模糊控制器中，模糊控制器做出比較輸出給MCGS組態(tài)，MCGS組態(tài)把信號(hào)輸入給PLC，PLC將CO2濃度傳感器檢測(cè)到的測(cè)量值A(chǔ)IW4與設(shè)定值“1000"進(jìn)行比較，當(dāng)AIW4<1000時(shí)，中間繼電器M3.0得電,添加溫室中的CO2。系統(tǒng)自動(dòng)CO2濃度控制梯形圖如圖4。16所示。 圖4。16 系統(tǒng)自動(dòng)CO2濃度控制梯形圖 系統(tǒng)運(yùn)行方式為手動(dòng)模式時(shí)。可通過控制CO2調(diào)節(jié)閥I1.5，進(jìn)行溫室大棚CO2濃度的手動(dòng)控制。系統(tǒng)手動(dòng)二氧化碳濃度控制梯形圖如圖4.17所示。 圖4.17 系統(tǒng)手動(dòng)CO2濃度控制梯形圖 系統(tǒng)運(yùn)行方式為自動(dòng)模式,CO

40、2濃度傳感器測(cè)量值低于設(shè)定值時(shí)，M3.0得電,打開CO2調(diào)節(jié)閥添加CO2;手動(dòng)模式下，按下CO2添加器的啟停按鈕，M3。1得電，打開CO2調(diào)節(jié)閥添加CO2。系統(tǒng)CO2調(diào)節(jié)閥工作梯形圖如圖4.18所示。 圖4。18 系統(tǒng)CO2調(diào)節(jié)閥工作梯形圖 第5章 系統(tǒng)調(diào)試 5.1 仿真軟件簡(jiǎn)介 在本次系統(tǒng)設(shè)計(jì)中,我采用了S7—200V3。0漢化版仿真軟件進(jìn)行程序的仿真與調(diào)試。 此仿真軟件具有仿真大量的S7-200指令的功能，當(dāng)我們輸入程序進(jìn)行仿真時(shí)相應(yīng)的指示燈亮起,程序會(huì)在顯示屏上顯示程序進(jìn)行狀況，最終顯示仿真結(jié)果。我認(rèn)為這款軟件完全可以作為學(xué)習(xí)S7-200的一個(gè)輔助工具. 5。2 控

41、制程序的仿真與調(diào)試 此部分主要進(jìn)行對(duì)控制程序的仿真調(diào)試，確定是否能夠達(dá)到本論文設(shè)計(jì)的要求、能不能實(shí)現(xiàn)所想要實(shí)現(xiàn)的功能.其步驟如下: 5.2。1 仿真與調(diào)試準(zhǔn)備工作 我們所采用的仿真軟件沒有程序的編輯功能,所以我們需要事先在STEP7 Micro/Win程序編輯軟件中編輯好源程序。然后加載到仿真程序中進(jìn)行后續(xù)步驟. （1）在STEP7 Micro/Win中編輯好梯形圖: (2)利用File|Export命令將梯形圖程序?qū)С鰹閿U(kuò)展名為awl的文件:, （3）如果程序中需要數(shù)據(jù)塊,需要將數(shù)據(jù)塊導(dǎo)出為txt文件: 5。2。2 程序仿真與調(diào)試 采用了S7-200V3.0漢化版仿真軟件

42、進(jìn)行程序的仿真與調(diào)試，主要是為了保證系統(tǒng)的準(zhǔn)確性,確保系統(tǒng)能夠正常運(yùn)行并且達(dá)到我們所想達(dá)到的目的。仿真與調(diào)試可以分為以下幾個(gè)步驟； （1）打開S7—200仿真軟件,選擇CPU型號(hào)：CPU226，EM235，載入程序： （2)單擊“RUN”鍵,系統(tǒng)開始運(yùn)行,觀察是否相應(yīng)的綠燈亮起： （3）模擬仿真結(jié)果與控制要求完全一致，程序仿真成功：程序仿真圖如圖5.1和5.2所示。 圖5。1 控制程序仿真圖 圖5。2 控制程序仿真圖 結(jié)論 本次設(shè)計(jì)采用的溫室大棚溫控系統(tǒng)的核心是PLC及傳感器。傳感器實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)溫度、濕度、CO2濃度，然后信號(hào)傳遞給模糊控制器進(jìn)行處理然后傳輸給MCGS組態(tài)軟件,M

43、CGS組態(tài)軟件對(duì)傳輸來的信號(hào)顯示成趨勢(shì)曲線、動(dòng)畫演示等形式進(jìn)行人機(jī)信息交互,最后MCGS組態(tài)軟件把信號(hào)傳輸給PLC,PLC內(nèi)部對(duì)信號(hào)做出處理得出結(jié)論從而控制設(shè)備的運(yùn)轉(zhuǎn)來達(dá)到控制溫室大棚內(nèi)部溫度的功能。本設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單易操作,成本較低，對(duì)于溫室大棚的發(fā)展具有很高的應(yīng)用價(jià)值。 金無足赤在本次設(shè)計(jì)中也存在很多不足之處，傳感器的抗干擾能力比較弱導(dǎo)致輸出的信號(hào)微弱影響系統(tǒng)的準(zhǔn)確度,同事模糊控制器也存在一定的缺陷，綜合起來不能很好地保障系統(tǒng)的穩(wěn)定性，以后再做設(shè)計(jì)的時(shí)候要避免此類事情的發(fā)生. 致謝 轉(zhuǎn)眼之間時(shí)光飛逝馬上我就要畢業(yè)了。畢業(yè)論文是我畢業(yè)的主要任務(wù)之一，再做這個(gè)畢業(yè)設(shè)計(jì)期間有過歡笑也有過郁悶.這份

44、畢業(yè)設(shè)計(jì)包含了指導(dǎo)老師對(duì)我的指導(dǎo)、同學(xué)們之間的互相幫助還有自己的努力奮斗。 在設(shè)計(jì)的最后我首先最想感謝的是我的指導(dǎo)老師——老師，她是一位很有責(zé)任心的良師，在她的幫助下我完成了本次論文的設(shè)計(jì)和寫作。在論文創(chuàng)作的初期,給了我們建議讓我們得以充分的了解論文寫作的要求，避免的很多不必要的錯(cuò)誤.同時(shí)她還在我論文的構(gòu)思和撰寫方面給了極大的幫助，也在我的論文修改方面給了很多建議，一次次審閱我的論文使我的論文不斷的完善，這些都多虧了老師的教誨和辛勤的指導(dǎo)。 此外我還要感謝我的班主任和任課老師,他們也在我寫論文初期對(duì)我的論文給出了寶貴意見,讓我在寫作之初就有了清晰的思路,使我的寫作更加順暢。 最后我還要感

45、謝我的同學(xué)和朋友們，在我最感覺無助的時(shí)候，他們鼓勵(lì)我使我有了新的方向給了我新的思路，對(duì)我論文的寫作給予了巨大的幫助?？傊乙兄x所有給與我?guī)椭娜耍撬麄儙臀翼樌瓿闪讼到y(tǒng)的設(shè)計(jì)和論文的編寫。 參考文獻(xiàn) [1］郭愛芳。傳感器原理及應(yīng)用[M］.西安電子科技大學(xué)出版社，2014.8. [2]宋學(xué)軍.傳感器與信號(hào)處理[M］。西安電子科技大學(xué)出版社,2010.12。 [3]李豐.模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)第五版[M］。中國礦業(yè)大學(xué)出版社,2007.8. ［4]Guiyun.TianFoumdation Microcontroller[M]。高等教育出版社，2012.10 ［5］邵裕森，戴先中.過程控

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