《大棚溫度自動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)》由會(huì)員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《大棚溫度自動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)（50頁(yè)珍藏版）》請(qǐng)?jiān)谘b配圖網(wǎng)上搜索。

溫室大棚溫度 PLC 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 摘 要 溫室 是用來(lái)栽培植物的設(shè)施 它能改變植物的生長(zhǎng)環(huán)境 避免外界 四季變化和惡劣氣候?qū)ψ魑锷L(zhǎng)的不利影響 為植物生長(zhǎng)創(chuàng)造適宜的條 件 隨著科學(xué)技術(shù)的迅速發(fā)展 農(nóng)業(yè)應(yīng)用技術(shù)越來(lái)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(gè)重要組成部分 如何利用科學(xué)技術(shù)有 效地控制溫室內(nèi)的各種環(huán)境因數(shù) 以提高溫室大棚環(huán)境的控制效果 已 成為目前我國(guó)溫室業(yè)研究的重點(diǎn)課題之一 這對(duì)我國(guó)溫室產(chǎn)業(yè)的發(fā)展有 著不可估量的重要意義 本文主要介紹了基于西門子公司 S7 200 系列的可編程控制器 PLC 和 MCGS 組態(tài)軟件的溫室大棚溫度 PLC 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案 該研究中 將采用溫度傳感器 光照傳感器 CO2 濃度傳感器對(duì)溫室中 各項(xiàng)環(huán)境指標(biāo)進(jìn)行檢測(cè) 并將測(cè)量值送入 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(dòng)執(zhí)行設(shè)備來(lái)調(diào)節(jié)溫室內(nèi)的環(huán)境參數(shù) 從而實(shí)現(xiàn)溫室的智能化 自動(dòng)化控制 在此基礎(chǔ)上 采用 MCGS 組態(tài)軟 件完成了控制系統(tǒng)的組態(tài)設(shè)計(jì) 實(shí)現(xiàn)了動(dòng)態(tài)演示 過程監(jiān)測(cè) 數(shù)據(jù)記錄 曲線顯示等功能 從而實(shí)現(xiàn)了控制系統(tǒng)操作的人性化和過程的可視化 為溫室大棚的發(fā)展提供了新的方向 關(guān)鍵詞 溫室 環(huán)境 控制 可編程控制器 組態(tài) 目 錄 摘 要 2 第一章 緒論 1 1 1 課題概述 1 1 2 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀 2 1 3 研究?jī)?nèi)容 4 第二章 PLC 概述 6 2 1 PLC 簡(jiǎn)介 6 2 2 PLC 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本原則及步驟 10 第三章 控制系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)方案 13 3 1 系統(tǒng)的設(shè)計(jì)任務(wù) 13 3 2 系統(tǒng)的控制方案 13 3 3 系統(tǒng)的工作原理 14 第四章 控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì) 15 4 1 電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 15 4 2 PLC 硬件電路的設(shè)計(jì) 19 4 3 PLC 的硬件配置 21 第五章 控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì) 26 5 1 PLC 程序設(shè)計(jì)的方法 26 5 2 編程軟件 STEP 7 Micro WIN 概述 26 5 3 控制系統(tǒng)的程序設(shè)計(jì) 27 5 4 控制程序的仿真與調(diào)試 34 第六章 組態(tài)畫面的設(shè)計(jì)方案 36 6 1 組態(tài)軟件概述 36 6 2 溫室大棚控制系統(tǒng)的組態(tài)設(shè)計(jì) 38 結(jié)論 45 致謝 47 參考文獻(xiàn) 48 0 第一章 緒論 1 1 課題概述 1 1 1 課題簡(jiǎn)介 溫室又稱暖房 是用來(lái)栽培植物的設(shè)施 溫室的作用是用來(lái)改變植物的生長(zhǎng)環(huán) 境 避免外界四季變化和惡劣氣候?qū)ψ魑锷L(zhǎng)的不利影響 為植物生長(zhǎng)創(chuàng)造適宜的條 件 溫室環(huán)境指的是作物在地面上的生長(zhǎng)空間 它是由光照 溫度 濕度 二氧化 碳濃度等因素構(gòu)成的 溫室控制主要是通過控制溫室內(nèi)的溫度 濕度 通風(fēng)與光照 使得它可以在冬季或其他不適宜植物露地生長(zhǎng)的季節(jié)栽培植物 從而達(dá)到對(duì)農(nóng)作物 調(diào)節(jié)產(chǎn)期 促進(jìn)生長(zhǎng)發(fā)育 防治病蟲害及提高產(chǎn)量的目的 現(xiàn)代化溫室中具有控制 溫濕度 光照等條件的設(shè)備 并采用電腦進(jìn)行自動(dòng)控制 以此創(chuàng)造植物生長(zhǎng)所需的 最佳環(huán)境條件 1 1 2 研究目的及意義 我國(guó)的設(shè)施園藝絕大部分用于蔬菜生產(chǎn) 80 年代以來(lái) 溫室 大棚蔬菜的種植 面積連年增加 目前的栽培設(shè)施中 有國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的裝配式鋼管塑料大棚和玻璃溫室 僅占設(shè)施栽培面積的少部分 大多數(shù)的農(nóng)村仍然采用自行建造的簡(jiǎn)單低廉的竹木大 小棚 只能起到一定的保溫作用 根本談不上對(duì)溫光水氣養(yǎng)分等環(huán)境條件的調(diào)控 抗自然環(huán)境的能力極差 即使那些數(shù)量不多的裝配式塑料大棚和玻璃溫室也缺乏配 套的調(diào)控設(shè)備和儀器 僅僅依靠經(jīng)驗(yàn)和單因子定性調(diào)控 所以 我國(guó)設(shè)施栽培的智 能化程度非常低 除此之外 我國(guó)設(shè)施農(nóng)業(yè)目前還存在著諸如土地利用率低 盲目 引進(jìn)溫室 設(shè)施結(jié)構(gòu)不合理 能源浪費(fèi)嚴(yán)重 運(yùn)營(yíng)管理費(fèi)用高 管理技術(shù)水平低 勞動(dòng)生產(chǎn)率低及單位面積產(chǎn)量低等諸多問題 中國(guó)農(nóng)業(yè)想要發(fā)展 就必須走現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)這條道路 隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展 農(nóng)業(yè)的研究和應(yīng)用技術(shù)越來(lái)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(gè) 重要組成部分 現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的重要一環(huán)就是對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)環(huán)境的一些重要參數(shù) 進(jìn)行檢測(cè)和控制 在實(shí)際的農(nóng)業(yè)種植中 溫室環(huán)境與生物的生長(zhǎng) 發(fā)育 能量交換 等有著密切的關(guān)系 作為實(shí)現(xiàn)溫室生產(chǎn)管理自動(dòng)化 科學(xué)化的基本保證 環(huán)境測(cè)控 1 可通過對(duì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的分析 并結(jié)合作物生長(zhǎng)發(fā)育規(guī)律 從而控制環(huán)境條件 使作物 達(dá)到優(yōu)質(zhì) 高產(chǎn) 高效的栽培目的 實(shí)際上生產(chǎn)生活中 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 目前 雖然國(guó)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(guó)氣候特點(diǎn)相適應(yīng)的測(cè)控軟件 而當(dāng)今國(guó)內(nèi)大多數(shù)對(duì) 大棚溫度 濕度 二氧化碳含量的檢測(cè)與控制都采用人工管理 這樣不可避免的有 測(cè)控精度低 勞動(dòng)強(qiáng)度大及由于測(cè)控不及時(shí)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(dòng)我國(guó)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(zhǎng)的環(huán)境 現(xiàn)階段隨著蔬菜大棚的迅速增多 人們對(duì)其性能要求也越來(lái)越高 特別是為了 提高生產(chǎn)效率 對(duì)大棚的自動(dòng)化程度要求也越來(lái)越高 隨著社會(huì)的進(jìn)步和科學(xué)的發(fā) 展 我國(guó)設(shè)施農(nóng)業(yè)將向著地域化 節(jié)能化 專業(yè)化發(fā)展 向著高科技 自動(dòng)化 機(jī) 械化 規(guī)?；?產(chǎn)業(yè)化的工廠型農(nóng)業(yè)發(fā)展 為社會(huì)提供更加豐富的無(wú)污染 安全 優(yōu)質(zhì)的綠色健康食品 所以 進(jìn)行溫室大棚溫度 PLC 控制系統(tǒng)的研究設(shè)計(jì)具有重要 的現(xiàn)實(shí)意義 本課題通過對(duì) PLC 可編程控制器 組態(tài)軟件 傳感器 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng) 的學(xué)習(xí)與研究 完成了利用西門子 PLC 與 PC 機(jī)構(gòu)組成溫室大棚溫度監(jiān)控系統(tǒng) 1 2 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀 1 2 1 國(guó)內(nèi)研究現(xiàn)狀 我國(guó)現(xiàn)代溫室技術(shù)起步較晚 80 年代以來(lái) 政府大力發(fā)展以塑料大棚 節(jié)能日 光溫室為主的設(shè)施農(nóng)業(yè) 促進(jìn)了農(nóng)村經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和緩和了蔬菜季節(jié)性短缺矛盾 其 中能充分利用太陽(yáng)光熱資源 節(jié)約燃煤 減少環(huán)境污染的日光溫室為我國(guó)所特有 1997 年我國(guó)日光溫室面積已超過近 16 7 萬(wàn)公頃 由農(nóng)業(yè)部聯(lián)合有關(guān)部門試驗(yàn)推廣的 新一代節(jié)能型日光溫室 每年每畝可節(jié)約燃煤約 20 噸 隨后 以單層薄膜或雙層沖氣 薄膜 PC 板 玻璃為覆蓋材料的大型現(xiàn)代化連棟溫室 以其土地利用率高 環(huán)境控 制自動(dòng)化程度高和便于機(jī)械化操作等優(yōu)點(diǎn) 自 1995 年以來(lái) 便呈現(xiàn)出迅猛的發(fā)展之 勢(shì) 目前全國(guó)共有大型溫室面積 200 公頃 其中自日本 荷蘭 以色列 美國(guó)等國(guó) 家引進(jìn)的溫室面積達(dá) 140 公頃 最初 我國(guó)的現(xiàn)代溫室技術(shù)主要從國(guó)外引進(jìn) 然而 2 近幾年從國(guó)外引進(jìn)的溫室大部分經(jīng)營(yíng)虧損 目前已處于停產(chǎn)狀態(tài)或僅僅利用其玻璃 的外殼 隨著溫室面積的不斷增加 溫室建造的國(guó)產(chǎn)化問題越來(lái)越引起人們的重視 目前 現(xiàn)代化大型溫室的骨架和覆蓋材料國(guó)產(chǎn)化已經(jīng)基本不成問題 但其內(nèi)部的配 套設(shè)施和計(jì)算機(jī)管理系統(tǒng)等現(xiàn)代化管理方法與先進(jìn)國(guó)家相比還有較大的差距 是今 后要著力解決的問題 在溫室環(huán)境自動(dòng)監(jiān)控中 各環(huán)境參數(shù)分別由各自的閉環(huán)系統(tǒng) 控制 但由于這些受控參數(shù)常常相互影響 如光照增加 室溫相應(yīng)增加 溫度的升 高 又造成溫室相對(duì)濕度降低 同時(shí)各系統(tǒng)間并不完全獨(dú)立 回路間相互耦合時(shí)可 能導(dǎo)致系統(tǒng)不穩(wěn)而失控 這里可采用模糊控制方法 可較好地解決環(huán)境參數(shù)之間的 相互影響 另外 以前在監(jiān)控系統(tǒng)的研制開發(fā)中 主要針對(duì)環(huán)境 而很少考慮農(nóng)業(yè) 生產(chǎn)過程中的生物因素 沒有農(nóng)業(yè)專家的合作參與 很難對(duì)系統(tǒng)正確定位 其適應(yīng) 性也差 所以 將農(nóng)業(yè)學(xué)科與工程學(xué)科結(jié)合起來(lái) 對(duì)果蔬生長(zhǎng)的環(huán)境參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化 設(shè)計(jì) 對(duì)于開發(fā)經(jīng)濟(jì)有效的溫室監(jiān)控軟件系統(tǒng)是非常重要的 近年來(lái)我國(guó)的溫室控制取得了長(zhǎng)足的進(jìn)步 首先在溫室群控制方面 進(jìn)行了初 步的探索和理論研究 其次在溫室控制中引入了人工智能和先進(jìn)的控制算法 如專 家系統(tǒng) 遺傳算法 模糊控制等理論和控制策略 當(dāng)前溫室控制系統(tǒng)研究熱點(diǎn)己由 簡(jiǎn)單的 DDC 直接數(shù)字控制 發(fā)展到分布式控制系統(tǒng) 如 DCS 分布式控制 FCS 柔 性控制 等網(wǎng)絡(luò)化的控制系統(tǒng) 目前 在相關(guān)行業(yè)己經(jīng)有網(wǎng)絡(luò)化測(cè)量和控制方面的研 究 實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)化 分布式數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)取代傳統(tǒng)孤立的 信息閉塞的系統(tǒng) 甚至跨 越以太網(wǎng)或 Internet 進(jìn)行數(shù)據(jù)采集 實(shí)施遠(yuǎn)程控制 雖然國(guó)內(nèi)溫室規(guī)模有限 還沒有 形成規(guī)模經(jīng)濟(jì) 另外構(gòu)建的費(fèi)用也較高 但從長(zhǎng)遠(yuǎn)來(lái)看 溫室監(jiān)控系統(tǒng)分布式和網(wǎng) 絡(luò)化將是一種必然的趨勢(shì) 現(xiàn)代溫室中常見的能自動(dòng)控制的調(diào)控機(jī)構(gòu)有 頂部通風(fēng)窗 側(cè)面通風(fēng)窗 外遮 陽(yáng)簾幕 內(nèi)遮陽(yáng)簾幕 軸流通風(fēng)機(jī) 降溫濕簾 人工補(bǔ)光燈 二氧化碳施肥器 加 熱設(shè)備 噴霧系統(tǒng)及熏蒸設(shè)備 控制器綜合調(diào)節(jié)各個(gè)機(jī)構(gòu) 使系統(tǒng)在運(yùn)行中節(jié)約能 源的同時(shí)保證室內(nèi)氣候滿足植物生長(zhǎng)需求 使用的控制器可以有很多選擇 如單片 機(jī) 工控機(jī) PLC 通用 PC 機(jī)等 1 2 2 國(guó)外研究現(xiàn)狀 西方發(fā)達(dá)國(guó)家在現(xiàn)代溫室測(cè)控技術(shù)上起步比較早 1949 年 借助于工程技術(shù)的 發(fā)展 美國(guó)建成了第一個(gè)植物人工氣候室 開展了植物對(duì)自然環(huán)境的適應(yīng)性和抗御 能力的基礎(chǔ)及應(yīng)用研究 20 世紀(jì) 60 年代 生產(chǎn)型的高級(jí)溫室開始應(yīng)用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn) 3 奧地利首先建成了番茄生產(chǎn)工廠 70 年代后荷蘭 日本 美國(guó) 英國(guó) 以色列等國(guó) 家的溫室園藝迅猛發(fā)展 溫室設(shè)施廣泛應(yīng)用于園藝作物生產(chǎn) 畜牧業(yè)和水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè) 隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的進(jìn)步和智能控制理論的發(fā)展 近百年來(lái) 溫室大棚作為設(shè)施農(nóng)業(yè) 的重要組成部分 其自動(dòng)控制和管理技術(shù)不斷得以提高 在世界各地都得到了長(zhǎng)足 的發(fā)展 特別是二十世紀(jì) 70 年代電子技術(shù)的迅猛發(fā)展和微型計(jì)算機(jī)的出現(xiàn) 更使溫 室大棚環(huán)境控制技術(shù)產(chǎn)生了革命性的變化 80 年代 隨著微型計(jì)算機(jī)日新月異的進(jìn) 步和價(jià)格大幅度下降 以及對(duì)溫室控制要求的提高 以微機(jī)為核心的溫室綜合環(huán)境 控制系統(tǒng) 在歐美得到了長(zhǎng)足的發(fā)展 并邁入了網(wǎng)絡(luò)化 智能化階段 目前 國(guó)外現(xiàn)代化溫室的內(nèi)部設(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) 溫室內(nèi)的各環(huán)境因子大多由計(jì)算機(jī)集中控制 檢測(cè)傳感器也較為齊全 如 溫室內(nèi)外的溫度 濕度 光照度 二氧化碳濃度 營(yíng)養(yǎng)液濃度等 由傳感器的檢測(cè) 基本上可以實(shí)現(xiàn)對(duì)各個(gè)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的自動(dòng)控制 如無(wú)級(jí)調(diào)節(jié)的天窗通風(fēng)系統(tǒng) 濕簾與 風(fēng)扇配套的降溫系統(tǒng) 由熱水鍋爐或熱風(fēng)機(jī)組成的加溫系統(tǒng) 可定時(shí)噴灌或滴灌的 灌溉系統(tǒng) 二氧化碳施肥系統(tǒng) 以及適用于溫室作業(yè)的農(nóng)業(yè)機(jī)械等 計(jì)算機(jī)對(duì)這些 系統(tǒng)的控制己經(jīng)不是簡(jiǎn)單的 獨(dú)立的 靜態(tài)的直接數(shù)字控制 而是基于環(huán)境模型上 的監(jiān)督控制 以及基于專家系統(tǒng)上的人工智能控制 一些國(guó)家在實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化的基礎(chǔ) 上正在向著完全自動(dòng)化 無(wú)人化的方向發(fā)展 1 3 研究?jī)?nèi)容 可編程控制器 PLC 是集計(jì)算機(jī)技術(shù) 自動(dòng)控制技術(shù)和通信技術(shù)為一體的新型 自動(dòng)控制裝置 其性能優(yōu)越 已被廣泛應(yīng)用于工業(yè)控制的各個(gè)領(lǐng)域 并已成為工業(yè) 自動(dòng)化的三大支柱 PLC 工業(yè)機(jī)器人 CAD CAM 之一 PLC 的應(yīng)用已成為一個(gè)世 界潮流 在不久的將來(lái) PLC 技術(shù)在我國(guó)將得到更全面的推廣和應(yīng)用 本論文研究的是 PLC 技術(shù)在溫室控制系統(tǒng)上的應(yīng)用 從整體上分析和研究了控 制系統(tǒng)的電路設(shè)計(jì) 硬件設(shè)計(jì) 軟件設(shè)計(jì) 控制對(duì)象數(shù)學(xué)模型的建立 控制算法的 選擇和參數(shù)的整定 人機(jī)界面的設(shè)計(jì)等 本次研究?jī)?nèi)容為溫室大棚溫度 PLC 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 溫室大棚的作用是改變植物 的生長(zhǎng)因子 從而避免四季的氣候變化和惡劣氣候?qū)χ参锷L(zhǎng)的不良影響 為植物 提供一個(gè)良好的生長(zhǎng)環(huán)境 在植物的生長(zhǎng)過程中 溫室中的溫度 光照 濕度 CO2 濃度 土壤酸堿度等環(huán)境參數(shù)對(duì)植物的生長(zhǎng)起著重要作用 本次研究采用可編 4 程控制器 PLC 作為控制核心 通過傳感器檢測(cè)溫室中的環(huán)境參數(shù) 經(jīng)變送轉(zhuǎn)換為標(biāo) 準(zhǔn)電流信號(hào) 4 20mA 后送入 S7 200 的模擬量輸入模塊 EM235 PLC 通過分析處 理 輸出開關(guān)量 通過驅(qū)動(dòng)電路控制通風(fēng)扇 遮陽(yáng)簾 風(fēng)機(jī)等多種執(zhí)行機(jī)構(gòu) 5 第二章 PLC 概述 2 1 PLC簡(jiǎn)介 2 1 1 PLC的產(chǎn)生和應(yīng)用 1969 年美國(guó)數(shù)字設(shè)備公司成功研制世界第一臺(tái)可編程序控制器 PDP 14 并在 GM 公司的汽車自動(dòng)裝配線上首次使用并獲得成功 1971 年日本從美國(guó)引進(jìn)這項(xiàng)技 術(shù) 很快研制出第一臺(tái)可編程序控制器 DSC 18 1973 年西歐國(guó)家也研制出他們的第 一臺(tái)可編程控制器 我國(guó)從 1974 年開始研制 1977 年開始工業(yè)推廣應(yīng)用 進(jìn)入 20 世紀(jì) 70 年代 隨著電子技術(shù)的發(fā)展 尤其是 PLC 采用通訊微處理器之后 這種控制 器功能得到更進(jìn)一步增強(qiáng) 進(jìn)入 20 世紀(jì) 80 年代 隨著大規(guī)模和超大規(guī)模集成電路 等微電子技術(shù)的迅猛發(fā)展 以 16 位和少數(shù) 32 位微處理器構(gòu)成的微機(jī)化 PLC 使 PLC 的功能更加強(qiáng)大 工作速度快 體積減小 可靠性提高 成本下降 編程和故 障檢測(cè)更為靈活 方便 目前 PLC 在國(guó)內(nèi)外已廣泛應(yīng)用于鋼鐵 石油 化工 電 力 建材 機(jī)械制造 汽車 輕紡 交通運(yùn)輸 環(huán)保及文化娛樂等各個(gè)行業(yè) 2 1 2 PLC的組成和工作原理 一 PLC 的組成 PLC 從組成形式上一般分為整體式和模塊式兩種 但在邏輯結(jié)構(gòu)上基本上相同 整體式 PLC 一般由 CPU 板 I O 板 顯示面板 內(nèi)存和電源等組成 模塊式 PLC 一 般由 CPU 模塊 I O 模塊 內(nèi)存模塊 電源模塊 底板或機(jī)架等組成 無(wú)論哪種結(jié) 構(gòu)類型的 PLC 都屬于總線式的開放結(jié)構(gòu) 其 I O 能力可根據(jù)用戶需要進(jìn)行擴(kuò)展與 組合 1 CPU CPU 是 PLC 的核心 主要由運(yùn)算器 控制器 寄存器及實(shí)現(xiàn)它們之間聯(lián)系的地 址總線 數(shù)據(jù)總線及控制總線構(gòu)成 此外 CPU 單元還包括外圍芯片 總線接口及有 關(guān)電路 它按 PLC 的系統(tǒng)程序賦予的功能接收并存貯用戶程序和數(shù)據(jù) 用掃描的方 式采集由現(xiàn)場(chǎng)輸入裝置送來(lái)的狀態(tài)或數(shù)據(jù) 并存入規(guī)定的寄存器中 同時(shí) 診斷電 源和 PLC 內(nèi)部電路的工作狀態(tài)和編程過程中的語(yǔ)法錯(cuò)誤等 CPU 主要用于存儲(chǔ)程序 及數(shù)據(jù) 是 PLC 不可缺少的組成單元 在很大程度上決定了 PLC 的整體性能 CPU 6 速度和內(nèi)存容量是 PLC 的重要參數(shù) 它們決定著 PLC 的工作速度 I O 數(shù)量及軟件 容量等 因此限制著控制規(guī)模 2 I O 模塊 輸入模塊和輸出模塊通常稱為 I O 模塊或 I O 單元 PLC 的對(duì)外功能主要是通過 各種 I O 接口模塊與外界聯(lián)系來(lái)實(shí)現(xiàn)的 輸入模塊和輸出模塊是 PLC 與現(xiàn)場(chǎng) I O 裝 置或設(shè)備之間的連接部件 起著 PLC 與外部設(shè)備之間傳遞信息的作用 I O 模塊集 成了 PLC 的 I O 電路 其輸入暫存器反映輸入信號(hào)狀態(tài) 輸出點(diǎn)反映輸出鎖存器狀 態(tài) 輸入模塊將電信號(hào)變換成數(shù)字信號(hào)進(jìn)入 PLC 系統(tǒng) 輸出模塊相反 I O 分為開 關(guān)量輸入 Digital Input DI 開關(guān)量輸出 Digital Output DO 模擬量輸入 Analog Input AI 模擬量輸出 Analog Output AO 等模塊 開關(guān)量模塊按電壓水平分有 220VAC 110VAC 24VDC 等規(guī)格 按隔離方式分 有繼電器輸出 晶閘管輸出和晶體管輸出等類型 模擬量模塊按信號(hào)類型分有電流 型 4 20mA 0 20mA 電壓型 0 10V 0 5V 10 10V 等規(guī)格 按精度分有 12 位 14 位 16 位等規(guī)格 3 存儲(chǔ)器 存儲(chǔ)器是具有記憶功能的半導(dǎo)體電路 分為系統(tǒng)程序存儲(chǔ)器和用戶存儲(chǔ)器 系統(tǒng) 程序存儲(chǔ)器用以存放系統(tǒng)程序 包括管理程序 監(jiān)控程序以及對(duì)用戶程序做編譯處 理的解釋編譯程序 由只讀存儲(chǔ)器 ROM 組成 廠家使用的 內(nèi)容不可更改 斷電 不消失 用戶存儲(chǔ)器 分為用戶程序存儲(chǔ)區(qū)和工作數(shù)據(jù)存儲(chǔ)區(qū) 由隨機(jī)存取存儲(chǔ)器 RAM 組成 用戶使用的 斷電內(nèi)容消失 常用高效的鋰電池作為后備電源 壽 命一般為 3 5 年 4 編程器 編程器的作用是用來(lái)供用戶進(jìn)行程序的輸入 編輯 調(diào)試和監(jiān)視的 編程器一般 分為簡(jiǎn)易型和智能型兩類 簡(jiǎn)易型只能聯(lián)機(jī)編程 且往往需要將梯形圖轉(zhuǎn)化為機(jī)器 語(yǔ)言助記符后才能送入 而智能型編程器 又稱圖形編程器 不但可以連機(jī)編程 而且還可以脫機(jī)編程 操作方便且功能強(qiáng)大 4 電源 PLC 電源用于為 PLC 各模塊的集成電路提供工作電源 同時(shí) 有的還為輸入電 路提供 24V 的工作電源 電源輸入類型有 交流電源 220VAC 或 110VAC 直 流電源 常用的為 24VDC 7 圖 2 1 PLC 基本結(jié)構(gòu)圖 二 可編程控制器的工作原理 PLC 的工作方式是循環(huán)掃描的方式 每一次掃描所用的時(shí)間稱為掃描周期或工 作周期 CPU 從第一條指令開始 按順序逐條地執(zhí)行用戶程序直到用戶程序結(jié)束 然后返回第一條指令開始新的一輪掃描 PLC 就是這樣周而復(fù)始地重復(fù)上述循環(huán)掃 描的 PLC 工作的全過程可用圖 2 2 所示的運(yùn)行框圖來(lái)表示 8 圖 2 2 可編程控制器運(yùn)行框圖 2 1 3 PLC的分類及特點(diǎn) PLC 分類方法有多種 按規(guī)模 即 I O 點(diǎn)數(shù) 可分為大 中 小型 按結(jié)構(gòu)可 分為整體式和組合式 在實(shí)際應(yīng)用中通常都按 I O 點(diǎn)數(shù)來(lái)分類 I O 點(diǎn)數(shù)表明 PLC 的 I O 端子數(shù) 一般來(lái)說 點(diǎn)數(shù)多的 PLC 功能較強(qiáng) 一 小型 PLC 小型 PLC 的 I O 點(diǎn)數(shù)一般在 256 點(diǎn)以下 其特點(diǎn)是體積小 結(jié)構(gòu)緊湊 整個(gè) 硬件融為一體 除了開關(guān)量 I O 以外 還可以連接模擬量 I O 以及其他各種特殊功 能模塊 它能執(zhí)行包括邏輯運(yùn)算 計(jì)時(shí) 計(jì)數(shù) 算術(shù) 運(yùn)算數(shù)據(jù)處理和傳送通訊聯(lián) 網(wǎng)以及各種應(yīng)用指令 9 二 中型 PLC 中型 PLC 采用模塊化結(jié)構(gòu) 其 I O 點(diǎn)數(shù)一般在 256 1024 點(diǎn)之間 I O 的處 理方式除了采用一般 PLC 通用的掃描處理方式外 還能采用直接處理方式即在掃描 用戶程序的過程中直接讀輸入刷新輸出 它能聯(lián)接各種特殊功能模塊 通訊聯(lián)網(wǎng)功 能更強(qiáng) 指令系統(tǒng)更豐富 內(nèi)存容量更大 掃描速度更快 三 大型 PLC 一般 I O 點(diǎn)數(shù)在 1024 點(diǎn)以上的稱為大型 PLC 大型 PLC 的軟硬件功能極強(qiáng) 具有極強(qiáng)的自診斷功能 通訊聯(lián)網(wǎng)功能強(qiáng) 有各種通訊聯(lián)網(wǎng)的模塊可以構(gòu)成三級(jí)通 訊網(wǎng)實(shí)現(xiàn)工廠生產(chǎn)管理自動(dòng)化 2 2 PLC 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本原則及步驟 理解 PLC 的基本工作原理和指令系統(tǒng)后 就可以把 PLC 應(yīng)用到實(shí)際的工程項(xiàng)目 中 無(wú)論是用 PLC 組成集散控制系統(tǒng) 還是獨(dú)立控制系統(tǒng) PLC 控制部分的設(shè)計(jì)都 可以參考如下所述的基本原則及步驟 2 2 1 PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本原則 任何一種電氣控制系統(tǒng)都是為了實(shí)現(xiàn)被控對(duì)象 生產(chǎn)設(shè)備或生產(chǎn)過程 的工藝要求 以提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量 而在實(shí)際設(shè)計(jì)過程中 設(shè)計(jì)原則往往會(huì)涉及很多方面 其中最基本的設(shè)計(jì)原則可以歸納為 4 點(diǎn) 一 最大限度地滿足控制要求 充分發(fā)揮 PLC 功能 最大限度地滿足被控對(duì)象的控制要求 是設(shè)計(jì)中最重要的 一條原則 設(shè)計(jì)人員要深入現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行調(diào)查研究 收集資料 同時(shí)要注意和現(xiàn)場(chǎng)工程 管理和技術(shù)人員及操作人員緊密配合 共同解決重點(diǎn)問題和疑難問題 二 保證系統(tǒng)的安全可靠 保證 PLC 控制系統(tǒng)能夠長(zhǎng)期安全 可靠 穩(wěn)定運(yùn)行 是設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)的重要原 則 三 力求簡(jiǎn)單 經(jīng)濟(jì) 使用與維修方便 在滿足控制要求的前提下 一方面要注意不斷地?cái)U(kuò)大工程的效益 另一方面也 要注意不斷地降低工程的成本 不宜盲目追求自動(dòng)化和高指標(biāo) 四 適應(yīng)發(fā)展的需要 適當(dāng)考慮到今后控制系統(tǒng)發(fā)展和完善的需要 在選擇 PLC 的型號(hào) I O 點(diǎn)數(shù)和 存儲(chǔ)器容量等內(nèi)容時(shí) 應(yīng)留有適當(dāng)?shù)挠嗔?以利于系統(tǒng)的調(diào)整和擴(kuò)充 10 2 2 2 PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的步驟 設(shè)計(jì) PLC 應(yīng)用系統(tǒng)時(shí) 首先是進(jìn)行 PLC 應(yīng)用系統(tǒng)的功能設(shè)計(jì) 即根據(jù)被控對(duì)象 的功能和工藝要求 明確系統(tǒng)必須要做的工作和因此必備的條件 然后是進(jìn)行 PLC 應(yīng)用系統(tǒng)的功能分析 即通過分析系統(tǒng)功能 提出 PLC 控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)形式 控制 信號(hào)的種類 數(shù)量 系統(tǒng)的規(guī)模 布局 最后根據(jù)系統(tǒng)分析的結(jié)果 具體確定 PLC 的機(jī)型和系統(tǒng)的具體配置 PLC 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)可以按以下步驟進(jìn)行 一 分析被控對(duì)象并提出控制要求 制定控制方案 詳細(xì)分析被控對(duì)象的工藝過程及工作特點(diǎn) 了解被控對(duì)象機(jī) 電 液之間的配 合 提出被控對(duì)象對(duì) PLC 控制系統(tǒng)的控制要求 確定控制方案 擬定設(shè)計(jì)任務(wù)書 二 確定 I O 設(shè)備 根據(jù)系統(tǒng)的控制要求 確定系統(tǒng)所需的全部輸入設(shè)備 如 按紐 位置開關(guān) 轉(zhuǎn)換開關(guān)及各種傳感器等 和輸出設(shè)備 如 接觸器 電磁閥 信號(hào)指示燈及其它 執(zhí)行器等 從而確定與 PLC 有關(guān)的輸入 輸出設(shè)備 以確定 PLC 的 I O 點(diǎn)數(shù) 三 選擇 PLC PLC 選擇包括對(duì) PLC 的機(jī)型 容量 I O 模塊 電源等的選擇 四 分配 I O 點(diǎn)并設(shè)計(jì) PLC 外圍硬件線路 1 分配 I O 點(diǎn) 畫出 PLC 的 I O 點(diǎn)與輸入 輸出設(shè)備的連接圖或?qū)?yīng)關(guān)系表 2 PLC 外圍硬件線路 畫出系統(tǒng)其它部分的電氣線路圖 包括主電路和未進(jìn)入 PLC 的控制電路等 由 PLC 的 I O 連接圖和 PLC 外圍電氣線路圖組成系統(tǒng)的電氣原理圖 到此為止 系統(tǒng)的硬件電氣線路已經(jīng)確定 五 程序設(shè)計(jì) 1 程序設(shè)計(jì) 1 控制程序 2 初始化程序 3 檢測(cè) 故障診斷和顯 示等程序 4 保護(hù)和連鎖程序 2 模擬調(diào)試 根據(jù)產(chǎn)生現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)的方式不同 模擬調(diào)試有硬件模擬法和軟件模 擬法兩種形式 六 硬件實(shí)施 1 設(shè)計(jì)控制柜和操作臺(tái)等部分的電器布置圖及安裝接線圖 2 設(shè)計(jì)系統(tǒng)各部分之間的電氣互連圖 3 根據(jù)施工圖紙進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)接線 并進(jìn)行詳細(xì)檢查 11 七 聯(lián)機(jī)調(diào)試 聯(lián)機(jī)調(diào)試是將通過模擬調(diào)試的程序進(jìn)一步進(jìn)行在線統(tǒng)調(diào) 聯(lián)機(jī)調(diào)試過程應(yīng)循序 漸進(jìn) 從 PLC 只連接輸入設(shè)備 再連接輸出設(shè)備 再接上實(shí)際負(fù)載等逐步進(jìn)行調(diào)試 如不符合要求 則對(duì)硬件和程序作調(diào)整 通常只需修改部份程序即可 全部調(diào)試完 畢后 交付試運(yùn)行 經(jīng)過一段時(shí)間運(yùn)行 如果工作正常 程序不需要修改 應(yīng)將程 序固化到 EPROM 中 以防程序丟失 八 整理和編寫技術(shù)文件 技術(shù)文件包括設(shè)計(jì)說明書 硬件原理圖 安裝接線圖 電氣元件明細(xì)表 PLC 程序以及使用說明書等 圖 2 3 PLC 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)步驟 12 第三章 控制系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)方案 3 1 系統(tǒng)的設(shè)計(jì)任務(wù) 溫室大棚的作用是調(diào)節(jié)植物生長(zhǎng)的環(huán)境因素 從而避免四季的氣候變化和惡劣 氣候?qū)χ参锷L(zhǎng)的不良影響 為植物提供一個(gè)良好的生長(zhǎng)環(huán)境 促進(jìn)植物的生長(zhǎng)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 CO 2 濃度 土壤酸堿度等因素對(duì)植物的生長(zhǎng)起著重要作用 本設(shè)計(jì)的主要控制對(duì)象為溫室中的 溫度 光照和二氧化碳濃度 應(yīng)用溫度傳感器 光照度傳感器和二氧化碳濃度傳感 器對(duì)各環(huán)境因子進(jìn)行檢測(cè) 溫度的調(diào)節(jié)主要通過通風(fēng)窗 加熱器的動(dòng)作來(lái)進(jìn)行解決 光照度主要通過發(fā)光體和遮陽(yáng)簾來(lái)調(diào)節(jié) CO 2 濃度主要通過 CO2 添加器進(jìn)行補(bǔ)償 本溫室控制系統(tǒng)就是依據(jù)室內(nèi)外裝設(shè)的溫度傳感器 光照傳感器 CO 2 傳感器 等采集或觀測(cè)的溫室內(nèi)的溫度 光照強(qiáng)度 CO 2 濃度等環(huán)境參數(shù)信息 通過控制設(shè) 備對(duì)溫室通風(fēng)窗 加熱器 發(fā)光體 遮陽(yáng)簾 CO 2 添加器等執(zhí)行機(jī)構(gòu)的控制 對(duì)溫 室環(huán)境環(huán)境因素進(jìn)行調(diào)節(jié)控制以達(dá)到栽培作物生長(zhǎng)發(fā)育的需要 為作物生長(zhǎng)發(fā)育提 供最適宜的生態(tài)環(huán)境 以大幅度提高作物的產(chǎn)量和品質(zhì) 3 2 系統(tǒng)的控制方案 在溫室大棚中 上述控制任務(wù)的實(shí)現(xiàn)需要有一套完善的硬 軟件溫室系統(tǒng)進(jìn)行 控制 該溫室大棚控制系統(tǒng)以 PLC 為控制中心 采用傳感器對(duì)溫室溫度 光照 二 氧化碳濃度等環(huán)境因素進(jìn)行測(cè)量 并將結(jié)果送到 PLC 中 由 PLC 對(duì)結(jié)果進(jìn)行處理 然后調(diào)控各設(shè)備對(duì)環(huán)境因子進(jìn)行補(bǔ)嘗 考慮到實(shí)際生產(chǎn)生活中的安全性與可靠性 本控制系統(tǒng)設(shè)有手動(dòng) 自動(dòng)兩種工 作模式 自動(dòng)方式是指周期性地進(jìn)行 PLC 控制的方式 而手動(dòng)方式則是指在出現(xiàn)應(yīng) 急情況等一些突發(fā)事件時(shí) 通過手動(dòng)操作控制執(zhí)行器件的工作 自動(dòng)工作中 如果 被檢測(cè)量溫度高于設(shè)定值 PLC 就會(huì)發(fā)出相應(yīng)的指令控制開啟通風(fēng)窗和冷風(fēng)機(jī) 如 果測(cè)量值與設(shè)定值相等 則關(guān)閉通風(fēng)窗和冷風(fēng)機(jī) 如果測(cè)量值低于設(shè)定值 則打開 加熱器和熱風(fēng)機(jī)對(duì)溫室進(jìn)行加溫 當(dāng)溫室的光照低于設(shè)定值時(shí) 系統(tǒng)打開遮陽(yáng)簾或 開啟發(fā)光體 當(dāng)溫室的光照高于設(shè)定值時(shí) 系統(tǒng)關(guān)閉遮陽(yáng)簾或發(fā)光體 當(dāng)溫室的二 氧化碳濃度低于設(shè)定值 系統(tǒng)開啟二氧化碳添加器 通過溫度 光照和二氧化碳濃 13 度的設(shè)定與調(diào)節(jié)達(dá)到適應(yīng)不同植物生長(zhǎng)的需求 從而廣泛應(yīng)用到實(shí)際中 本設(shè)計(jì)的 特點(diǎn)是成本低廉 節(jié)約資源 提高產(chǎn)量 實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)價(jià)值最大化 該溫室控制系統(tǒng)的 總體框圖如下所示 圖 3 1 系統(tǒng)總體框圖 3 3 系統(tǒng)的工作原理 該溫室大棚控制系統(tǒng)由 PLC 系統(tǒng) 傳感器系統(tǒng) 執(zhí)行部件等幾個(gè)部分組成 該 溫室控制系統(tǒng)以 PLC 為控制中心 通過溫度傳感器 光照傳感器 二氧化碳濃度傳 感器采集溫室中環(huán)境因子的有關(guān)參數(shù) 經(jīng)變送轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)電流信號(hào) 4 20mA 后經(jīng) 由 S7 200 的模擬量輸入模塊 EM235 送入 PLC 控制器 PLC 再通過 PID 控制算法將 采集的參數(shù)與已設(shè)定的值進(jìn)行分析處理 輸出開關(guān)量 對(duì)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(shí)數(shù)據(jù)的管理與存儲(chǔ) 為以 后植物生長(zhǎng)的研究帶來(lái)寶貴資料 14 第四章 控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì) 在掌握了 PLC 的硬件構(gòu)成 工作原理 指令系統(tǒng)以及編程環(huán)境后 就可以以 PLC 作為主要控制器來(lái)構(gòu)造 PLC 控制系統(tǒng) PLC 控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)主要包括硬件設(shè)計(jì) 和軟件設(shè)計(jì)兩部分 本章主要從硬件設(shè)計(jì)角度進(jìn)行溫室控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)方案 本章節(jié)主要介紹了該項(xiàng)目的電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) PLC 硬件電路及外部配置設(shè)計(jì) 4 1 電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 4 1 1 系統(tǒng)主電路設(shè)計(jì) 圖 4 1 系統(tǒng)主電路圖 系統(tǒng)的主電路如圖所示 其中通風(fēng)扇電機(jī) 遮陽(yáng)簾電機(jī) 遮陽(yáng)簾風(fēng)機(jī)配有限位 開關(guān) 除功率有所不同之外 需通過電機(jī)正轉(zhuǎn) 反轉(zhuǎn)和停止來(lái)完成相應(yīng)機(jī)構(gòu)的開啟 與閉合 因此它們的工作主電路相似 熱風(fēng)機(jī) 冷風(fēng)機(jī) 加熱器 發(fā)光體 CO2 添 加器則屬于開 關(guān)設(shè)備 QK 為刀開關(guān) 用于控制整個(gè)主電路的啟停 FU1 FU7 為熔 斷器 分別對(duì)各個(gè)分線路實(shí)施短路和過載保護(hù) FR1 FR5 為熱繼電器 對(duì)電機(jī) 加 熱器起過載保護(hù)的作用 KM1 KM9 為交流接觸器的主觸頭 用其實(shí)現(xiàn)電機(jī)的正反 轉(zhuǎn) 停止以及風(fēng)機(jī)等開 關(guān)設(shè)備的啟?？刂?4 1 2 系統(tǒng)控制電路設(shè)計(jì) 從系統(tǒng)主電路圖中 可以看出執(zhí)行機(jī)構(gòu)系統(tǒng)包括遮陽(yáng)簾 通風(fēng)扇 熱風(fēng)機(jī) 冷 風(fēng)機(jī) 加熱器 發(fā)光體和 CO2 添加器等部分 通常 溫室的執(zhí)行機(jī)構(gòu)可分為兩大類 15 一類是正反轉(zhuǎn)運(yùn)行電機(jī) 如通風(fēng)扇 遮陽(yáng)簾等 這些電機(jī)需要正轉(zhuǎn) 反轉(zhuǎn)和停止 必須有限位開關(guān) 另一類是開關(guān)控制設(shè)備 如風(fēng)機(jī) 水泵等 一 正反轉(zhuǎn)設(shè)備 通風(fēng)扇 遮陽(yáng)簾均屬于正反轉(zhuǎn)設(shè)備 其控制電路相似 現(xiàn)以遮陽(yáng)簾為例 做以 下介紹 1 遮陽(yáng)簾主電路 其電路中的熔斷器 FU2 起到過電流保護(hù)的作用 熱繼電器 FR2 則是電機(jī)的過載 保護(hù) 主要針對(duì)遮陽(yáng)簾由于外界原因打不開或關(guān)閉不了的情況 而 KM3 KM4 在電 路中起到控制電機(jī)正轉(zhuǎn)與反轉(zhuǎn)的功能 即遮陽(yáng)簾的拉開與關(guān)閉 圖 4 2 遮陽(yáng)簾主電路圖 2 遮陽(yáng)簾控制電路 16 圖 4 3 遮陽(yáng)簾控制電路原理圖 遮陽(yáng)簾控制電路原理圖如圖 4 3 所示 SB1 為手動(dòng) 自動(dòng)的切換開關(guān) SB2 為總啟 動(dòng)按鈕 SB3 為總停止按鈕 按下總啟動(dòng)按鈕 SB2 交流接觸器 KM10 的線圈得電 同時(shí) KM10 的常開觸點(diǎn)閉合 起自鎖作用 在手動(dòng)狀態(tài)下 SB4 為開簾 關(guān)簾切換 按鈕 當(dāng) SB4 切換至開簾模式 交流接觸器 KM3 的線圈得電 此時(shí)電機(jī)正轉(zhuǎn) 遮陽(yáng) 簾打開 當(dāng)遮陽(yáng)簾開啟到最大位置后觸碰到限位開關(guān) SQ1 其常閉觸點(diǎn)斷開 KM3 的線圈失電 電機(jī)停止轉(zhuǎn)動(dòng) 同理當(dāng) SB4 切換至關(guān)簾模式 遮陽(yáng)簾關(guān)閉 到關(guān)閉的 最大位置后 電機(jī)停轉(zhuǎn) 按下按鈕 SB3 KM10 的線圈失電 遮陽(yáng)簾停止動(dòng)作 用于 急停操作 在自動(dòng)狀態(tài)下 由 PLC 控制器實(shí)現(xiàn)控制 中間接觸器 KM3 的線圈得電 時(shí) 其常開觸點(diǎn)閉合 遮陽(yáng)簾開啟 中間接觸器 KM4 的線圈得電時(shí) 其常開觸點(diǎn)閉 合 遮陽(yáng)簾閉合 遮陽(yáng)簾等正反轉(zhuǎn)設(shè)備何時(shí)開啟或閉合由硬件 算法和程序共同決 定 在下面章節(jié)中將著重介紹 二 開 關(guān)設(shè)備 熱風(fēng)機(jī) 冷風(fēng)機(jī) 加熱器 發(fā)光體 CO2 添加器均屬于開 關(guān)設(shè)備 其控 制電路相似 現(xiàn)以熱風(fēng)機(jī)為例 做以下介紹 1 熱風(fēng)機(jī)主電路 風(fēng)機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)主要由電機(jī)的通斷來(lái)實(shí)現(xiàn) 可以由一個(gè)繼電器來(lái)實(shí)現(xiàn)風(fēng)機(jī)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(lái)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 17 圖 4 4 熱風(fēng)機(jī)主電路圖 熱風(fēng)機(jī)控制電路 圖 4 5 熱風(fēng)機(jī)控制電路圖 熱風(fēng)機(jī)控制電路原理圖如圖 4 5 所示 SB1 為手動(dòng) 自動(dòng)的切換開關(guān) 按下按鈕 SB2 交流接觸器 KM10 的線圈得電 同時(shí) KM10 的常開觸點(diǎn)閉合 起自鎖作用 在手動(dòng)狀態(tài)下 SB6 為啟停旋鈕 將旋鈕 SB6 旋至啟動(dòng)狀態(tài) 此時(shí)熱風(fēng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn) 將 旋鈕 SB6 旋至停止?fàn)顟B(tài) 熱電機(jī)停止工作 在自動(dòng)狀態(tài)下 由 PLC 控制器實(shí)現(xiàn)控制 18 中間接觸器 KM5 得電時(shí) 其常開觸點(diǎn)閉合 熱風(fēng)機(jī)運(yùn)行 熱風(fēng)機(jī)等開 關(guān)設(shè)備的啟 停同樣由硬件 算法和程序共同決定 在下面章節(jié)中將作詳細(xì)介紹 4 2 PLC硬件電路的設(shè)計(jì) 4 2 1 PLC型號(hào)選擇 一 PLC 的 I O 點(diǎn)數(shù) 根據(jù)系統(tǒng)的控制要求 可確定系統(tǒng)所需的全部輸入設(shè)備 如 按紐 限位開關(guān) 單刀雙擲開關(guān)及各種傳感器等 和輸出設(shè)備 如 接觸器 電磁閥 信號(hào)指示燈及 其它執(zhí)行器等 從而確定與 PLC 有關(guān)的輸入 輸出設(shè)備 最終確定 PLC 的 I O 點(diǎn)數(shù) 為 14 個(gè)數(shù)字量輸入 10 個(gè)數(shù)字量輸出 3 個(gè)模擬量輸入 二 PLC 的選型 S7 系列可編程控制器包括 S7 200 系列 S7 300 系列和 S7 400 系列 其功能強(qiáng) 大 分別應(yīng)用于小型 中型和大型自動(dòng)化系統(tǒng) 本控制系統(tǒng)采用德國(guó)西門子 S7 200 PLC S7 200 系列 PLC 是西門子公司生產(chǎn)的一種小型整體式結(jié)構(gòu)可編程序控制器 S7 200 系列 PLC 廣泛應(yīng)用于集散自動(dòng)化系統(tǒng) 使用范圍覆蓋機(jī)床 機(jī)械 電力設(shè)施 民用設(shè)施 環(huán)境保護(hù)設(shè)備等自動(dòng)化控制領(lǐng)域 既可用于繼電器簡(jiǎn)單控制的更新?lián)Q代 又可實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的自動(dòng)化控制 因此 S7 200 系列具有極高的性能 價(jià)格比 S7 200 系列的 PLC 有 CPU221 CPU222 CPU224 CPU224XP CPU226 CPU226XM 等 6 種不同型號(hào) 其中 CPU226 集成 24 輸入 16 輸出共 40 個(gè)數(shù)字量 I O 點(diǎn) 可連接 7 個(gè)擴(kuò)展模塊 最 大擴(kuò)展至 248 路數(shù)字量 I O 點(diǎn)或 35 路模擬量 I O 點(diǎn) 具有 13K 字節(jié)程序和數(shù)據(jù)存 儲(chǔ)空間 6 個(gè)獨(dú)立的 30kHz 高速計(jì)數(shù)器 2 路獨(dú)立的 20kHz 高速脈沖輸出 具有 PID 控制器 2 個(gè) RS485 通訊 編程口 具有 PPI 通訊協(xié)議 MPI 通訊協(xié)議和自由方式通 訊能力 此控制系統(tǒng)的 I O 點(diǎn)數(shù)為 14 輸入 9 輸出 在既能實(shí)現(xiàn)該系統(tǒng)控制要求 又 能滿足以后發(fā)展的前提下 選用的 S7 200 系列的 CPU226 4 2 2 PLC I O地址分配 根據(jù)系統(tǒng)的控制要求 控制系統(tǒng)的 I O 地址如下表分配 表 4 1 輸入端口分配表 序 輸入 信號(hào)名稱 備注 符號(hào) 19 號(hào) 口 I0 0 手動(dòng) 自動(dòng)切換 旋鈕 SB1 I0 1 總啟動(dòng) 按鈕 SB2 I0 2 總停止 按鈕 SB3 I0 3 遮陽(yáng)簾開限位 限位開關(guān) SQ1 I0 4 遮陽(yáng)簾關(guān)限位 限位開關(guān) SQ2 I0 5 遮陽(yáng)簾開簾 單刀雙擲開關(guān) SB4 I0 6 遮陽(yáng)簾關(guān)簾 單刀雙擲開關(guān) SB4 I0 7 通風(fēng)扇正轉(zhuǎn) 單刀雙擲開關(guān) SB5 I1 0 通風(fēng)扇反轉(zhuǎn) 單刀雙擲開關(guān) SB5 I1 1 熱風(fēng)機(jī)啟停 旋鈕 SB6 I1 2 冷風(fēng)機(jī)啟停 旋鈕 SB7 I1 3 加熱器啟停 旋鈕 SB8 I1 4 補(bǔ)光燈啟停 旋鈕 SB9 01 02 03 04 05 06 07 08 09 10 11 12 13 14 I1 5 CO2 添加器啟停 旋鈕 SB10 AIW 0 溫度傳感器 AIW 2 光照度傳感器 15 16 17 AIW 4 CO2 濃度傳感器 表 4 2 輸出端口分配表 序 號(hào) 輸出 口 控制信號(hào) 備注 符號(hào) Q0 0 通風(fēng)扇正轉(zhuǎn) 接觸器 KM1 Q0 1 通風(fēng)扇反轉(zhuǎn) 接觸器 KM2 Q0 2 遮陽(yáng)簾開簾 接觸器 KM3 Q0 3 遮陽(yáng)簾關(guān)簾 接觸器 KM4 Q0 4 熱風(fēng)機(jī) 接觸器 KM5 01 02 03 04 05 06 Q0 5 冷風(fēng)機(jī) 接觸器 KM6 20 Q0 6 加熱器 接觸器 KM7 Q0 7 補(bǔ)光燈 接觸器 KM8 Q1 0 CO2 添加器 接觸器 KM9 07 08 09 10 Q1 1 啟動(dòng)指示燈 接觸器 KM1 0 4 2 3 硬件接線圖設(shè)計(jì) 本次設(shè)計(jì)選用 S7 200 系列的 CPU226 硬件接線圖如圖 4 6 所示 圖 4 6 硬件接線圖 4 3 PLC的硬件配置 4 3 1 傳感器 一 溫度傳感器 根據(jù)溫室溫度控制的特點(diǎn) 本文的溫度傳感器可采用芬蘭維薩拉公司型號(hào)為 HMD40 的產(chǎn)品 該款傳感器具有測(cè)量精度高 易于安裝 響應(yīng)速度快 對(duì)環(huán)境要求 較低等特點(diǎn) 其外觀如圖 4 7 所示 21 圖 4 7 HMD40 型溫 濕度傳感變送器實(shí)物圖 該傳感器的主要性能指標(biāo)如下 1 溫度檢測(cè)范圍 10 60 測(cè)量精度 0 3 2 濕度檢測(cè)范圍 0 100 RH 測(cè)量精度 1 5 RH 3 工作電壓 10 28V DC 4 輸出信號(hào) 4 20mA 二 光照傳感器 光控用于控制遮陽(yáng)幕的啟閉 使作物得到合理的光照度并實(shí)現(xiàn)以下目的 免除 作物超過光飽合點(diǎn) 提高光合作用 實(shí)現(xiàn)對(duì)長(zhǎng)日照作物 中日照作物和短日照作物 的光照控制 光照度傳感器采用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 該傳感器采用先進(jìn)的電路模塊技術(shù)開發(fā)變送器 用于實(shí)現(xiàn)對(duì)環(huán)境光照度的測(cè)量 輸 出標(biāo)準(zhǔn)的電壓及電流信號(hào) 體積小 安裝方便 線性度好 傳輸距離長(zhǎng) 抗干擾能 力強(qiáng) 可廣泛用于環(huán)境 養(yǎng)殖 建筑 樓字等的光照度測(cè)量 量程可調(diào) 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 三 CO2 濃度傳感器 二氧化碳控制實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè) C02 的含量 當(dāng) C02 的含量低于一定值時(shí)打開 C02 儲(chǔ)氣 罐或 C02 發(fā)生器以增施氣肥 22 C02 傳感器選用弗加羅公司生產(chǎn) TGS4160 二氧化碳傳感器 該傳感器是固態(tài)電 化學(xué)型氣體敏感元件 這種二氧化碳傳感器除具有體積小 壽命長(zhǎng) 選擇性 和穩(wěn)定性好等特點(diǎn)外 同時(shí)還具有耐高濕低溫的特性 可廣泛用于自動(dòng)通風(fēng)換 氣系統(tǒng)或是 C02 氣體的長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)等應(yīng)用場(chǎng)合 TGS4160 傳感器的主要技術(shù)參數(shù)如下 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 100k Q 5 4 使用溫度 一 10 50 5 使用濕度 5 95 RH 4 3 2 EM235模擬量輸入 輸出模塊 在控制系統(tǒng)中 傳感器將檢測(cè)到的溫度轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)電壓或電流信號(hào) 系統(tǒng)需要 配置模擬量輸入模塊 將電壓或電流信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)再送入 PLC 中進(jìn)行處理 在這里我們選擇西門子的 EM235 模擬量輸入 輸出模塊 一 EM235 模擬量輸入 輸出模塊簡(jiǎn)介 EM 235 模塊是組合強(qiáng)功率精密線性電流互感器 意法半導(dǎo)體 ST 單片集成變 送器 ASIC 芯片于一體的新一代交流電流隔離變送器模塊 它可以直接將被測(cè)主回路 交流電流轉(zhuǎn)換成按線性比例輸出的 DC4 20mA 通過 250 電阻轉(zhuǎn)換 DC 1 5V 或 通過 500 電阻轉(zhuǎn)換 DC2 10V 標(biāo)準(zhǔn)信號(hào) 連續(xù)輸送到接收裝置 EM235 模塊具 有 4 路模擬量輸入 1 路模擬量輸出 EM235 需要直流 24V 的工作電源 它利用 DIP 開關(guān)設(shè)置輸入信號(hào)的量程 表 4 3 所示為如何用 DIP 開關(guān)設(shè)置 EM 235 模塊 通過開 關(guān) 1 6 可選擇模擬量輸入范圍 DIP 開關(guān) SW6 決定模擬量輸入的單雙極性 當(dāng) SW6 為 ON 時(shí) 模擬量輸入為單極性輸入 SW6 為 OFF 時(shí) 模擬量輸入為雙極性輸 入 SW4 和 SW5 決定輸入模擬量的增益選擇 而 SW1 SW2 SW3 共同決定了模 擬量的衰減選擇 所有的輸入設(shè)置成相同的模擬量輸入范圍 表中 ON 為接通 OFF 為斷開 表 4 3 EM 235 選擇模擬量輸入范圍和分辨率的開關(guān)表 單極性 SW1 SW2 SW3 SW4 SW5 SW6 滿量程輸入 分辨率 23 ON OFF OFF ON OFF ON 0 到 50mV 12 5 V OFF ON OFF ON OFF ON 0 到 100mV 25 V ON OFF OFF OFF ON ON 0 到 500mV 125uA OFF ON OFF OFF ON ON 0 到 1V 250 V ON OFF OFF OFF OFF ON 0 到 5V 1 25mV ON OFF OFF OFF OFF ON 0 到 20mA 5 A OFF ON OFF OFF OFF ON 0 到 10V 2 5mV 根據(jù)溫室控制系統(tǒng)中的控制模塊 經(jīng)由傳感器測(cè)得的溫度 光照度 CO2 的測(cè) 量值均為單極性 選擇 0 到 10V 的量程 故設(shè)置 DIP 開關(guān)為 010001 二 EM235 模擬量輸入輸出模塊的使用 EM235 模擬量輸入輸出混合模塊輸入信號(hào)整定的步驟 1 在模塊脫離電源的條件下 通過 DIP 開關(guān)選擇需要的輸入范圍 2 接通 CPU 及模塊電源 并使模塊穩(wěn)定 15 分鐘 3 用一個(gè)電壓源或電流源 給模塊輸入一個(gè)零值信號(hào) 4 調(diào)節(jié)偏置電位器 使模擬量輸入寄存器的讀數(shù)為零或所需要的數(shù)值 5 將一個(gè)滿刻度的信號(hào)加到模塊輸入端 調(diào)節(jié)增益電位器 直到讀數(shù)為 32000 或所需要的數(shù)值 經(jīng)上述調(diào)整后 若輸入最大值為 0 10V 的模擬量信號(hào) 則對(duì)應(yīng)的數(shù)字量結(jié)果 應(yīng)為 32000 或所需數(shù)字 其關(guān)系如圖所示 圖 4 8 EM235 轉(zhuǎn)換曲線 三 EM235 模塊模擬量 I O 接線示意圖 如圖所示為 EM235 模塊模擬量 I O 接線示意圖 24V DC 電源正極接入模塊左 下方 L 端子 負(fù)極接入 M 端子 EM235 模塊的上部端子排為標(biāo)注 A B C D 的 24 四路模擬量輸入接口 可分別接入標(biāo)準(zhǔn)電壓 電流信號(hào) 為電壓輸入時(shí) 如 A 口所 示 電壓信號(hào)正極接入 A 端 負(fù)極接入 A 端 RA 端懸空 為電流輸入時(shí) 如 B 口 所示 須將 RB 與 B 短接 然后與電流信號(hào)輸出端相連 電流信號(hào)輸入端則接入 B 借口 若 4 個(gè)接口未能全部使用 如 C 口所示 未用的接口要將 C 與 C 端用短路 子短接 以免受到外部干擾 下部端子為一路模擬量輸出端的 3 個(gè)接線端子 MO VO IO 其中 MO 為數(shù)字接地接口 VO 為電壓輸輸出接口 IO 為電流輸出 接口 若為電壓負(fù)載 則將負(fù)載接入 MO VO 接口 若為電流負(fù)載則接入 MO IO 接口 圖 4 5 EM235 接線圖 25 第五章 控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì) PLC 控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)主要包括硬件設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì)兩部分 本章節(jié)在硬件設(shè)計(jì) 的基礎(chǔ)上 詳細(xì)介紹本項(xiàng)目的軟件設(shè)計(jì) 主要包括軟件設(shè)計(jì)的基本步驟 方法 編 程軟件 STEP7 Micro WIN 的介紹以及本項(xiàng)目的程序設(shè)計(jì) 5 1 PLC程序設(shè)計(jì)的方法 PLC 程序設(shè)計(jì)常用的方法主要有經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)法 電路轉(zhuǎn)換梯形圖法 邏輯設(shè)計(jì)法 順序控制設(shè)計(jì)法等 一 經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)法 即根據(jù)前人總結(jié)的典型控制電路程序 再按照設(shè)計(jì)中被對(duì)象 的具體要求 把典型程序進(jìn)行重新組合 而且需要反復(fù)調(diào)試和修改 得到現(xiàn)在系統(tǒng) 所需要的梯形圖 有時(shí)僅僅這些還不能滿足要求 還需要增加中間環(huán)節(jié) 才能得出 符合要求的系統(tǒng) 這種方法沒有一定的規(guī)律可遵循 設(shè)計(jì)所用的時(shí)間和設(shè)計(jì)質(zhì)量與 設(shè)計(jì)者的經(jīng)驗(yàn)有很大的關(guān)系 故稱為經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)法 二 繼電器控制電路轉(zhuǎn)換為梯形圖法 用 PLC 的外部硬件接線和梯形圖軟件來(lái) 實(shí)現(xiàn)繼電器控制系統(tǒng)的功能 三 順序控制設(shè)計(jì)法 根據(jù)功能流程圖 以步為核心 從起始步開始一步一步 地設(shè)計(jì)下去 直至完成 此法的關(guān)鍵是畫出功能流程圖 四 邏輯設(shè)計(jì)法 通過中間量把輸入和輸出聯(lián)系起來(lái) 實(shí)際上就找到輸出和輸 入的關(guān)系 完成設(shè)計(jì)任務(wù) 本次設(shè)計(jì)采用的就是經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)法 5 2 編程軟件 STEP 7 Micro WIN概述 STEP7 Micro WIN32 編程軟件是基于 Windows 的應(yīng)用軟件 由西門子公司專 為 S7 200 系列可編程控制器設(shè)計(jì)開發(fā) 它功能強(qiáng)大 既可用于開發(fā)用戶程序 又可 以實(shí)時(shí)監(jiān)控用戶程序的執(zhí)行狀態(tài) 編程軟件的具體功能如下 1 可以用梯形圖 語(yǔ)句表和功能塊圖編程 26 2 可以進(jìn)行符號(hào)編程 通過符號(hào)表分配符號(hào)和絕對(duì)地址 即對(duì)編程元件定義符 號(hào)名稱 增加程序的可讀性 并可打印輸出 3 支持三角函數(shù) 開方 對(duì)數(shù)運(yùn)算功能 4 具有易于使用的組態(tài)向?qū)?5 可用于 CPU 硬件配置 6 可以將 STEP 7 Micro WIN 正在處理的程序與所連接的 PLC 中的程序進(jìn)行比 較 5 3 控制系統(tǒng)的程序設(shè)計(jì) 5 3 1 程序的設(shè)計(jì)思路 本控制系統(tǒng)設(shè)有手動(dòng) 自動(dòng)兩種工作模式 自動(dòng)模式為正常運(yùn)行狀態(tài) 手動(dòng)模 式用于應(yīng)對(duì)一些突發(fā)情況 在自動(dòng)工作模式下 PLC 運(yùn)行時(shí) 將傳感器對(duì)溫室溫度 光照 二氧化碳濃度等環(huán)境因素進(jìn)行檢測(cè)的測(cè)量值與溫室控制系統(tǒng)的設(shè)定值進(jìn)行比 較 如果溫度的檢測(cè)量高于設(shè)定值 PLC 就會(huì)發(fā)出相應(yīng)的指令控制冷風(fēng)機(jī)的開啟和 通風(fēng)扇正轉(zhuǎn) 將溫室中的空氣排向外界 如果測(cè)量值低于設(shè)定值 則打開加熱器 和熱風(fēng)機(jī) 對(duì)溫室進(jìn)行加溫 并使通風(fēng)扇反轉(zhuǎn) 將外界的空氣引入溫室 當(dāng)溫室 的光照低于設(shè)定值時(shí) 系統(tǒng)打開遮陽(yáng)簾和補(bǔ)光燈 當(dāng)溫室的光照高于設(shè)定值時(shí) 系 統(tǒng)關(guān)閉遮陽(yáng)簾 當(dāng)溫室的二氧化碳濃度低于設(shè)定值 系統(tǒng)開啟二氧化碳調(diào)節(jié)閥 如 果溫室中的測(cè)量值與設(shè)定值相等 則關(guān)閉關(guān)閉相應(yīng)設(shè)備 保持溫室中的環(huán)境參數(shù) 5 3 2 控制程序流程圖 1 溫度控制流程圖 溫室大棚的溫度控制流程圖如圖 5 1 所示 27 圖 5 1 溫度控制流程圖 二 光照控制流程圖 溫室大棚的光照控制流程圖如圖 5 2 所示 圖 5 2 光照控制流程圖 2 CO 2 濃度控制流程圖 溫室大棚的 CO2濃度控制流程圖如圖 5 3 所示 28 圖 5 3 CO2 濃度控制流程圖 5 3 3 控制程序設(shè)計(jì)及分析 一 自動(dòng) 手動(dòng)切換 I0 0 為自動(dòng) 手動(dòng)切換 I0 1 為總啟動(dòng) 當(dāng) I0 1 1 時(shí) Q1 1 得電 啟動(dòng)燈亮 I0 2 為總停止 當(dāng) I0 0 1 I0 1 1 時(shí) 中間繼電器 M0 0 得電 系統(tǒng)的運(yùn)行方式為自 動(dòng)模式 當(dāng) I0 0 0 I0 1 1 時(shí) 中間繼電器 M0 1 得電 系統(tǒng)的運(yùn)行方式為手動(dòng)模式 二 溫度控制 29 當(dāng)中間繼電器 M0 0 得電時(shí) 系統(tǒng)的運(yùn)行方式為自動(dòng)模式 在自動(dòng)情況下 溫度 傳感器將測(cè)得的模擬量通過模擬量輸入模塊 EM235 送入 PLC 中 通過整數(shù)比較指令 將溫度傳感器檢測(cè)到的測(cè)量值 AIW0 與設(shè)定值 25 度 進(jìn)行比較 當(dāng) AIW0 25 時(shí) 中 間繼電器 M0 2 得電 啟動(dòng)降溫設(shè)備 當(dāng) AIW020 時(shí) 中間繼電器 M2 0 得電 啟動(dòng)補(bǔ)光設(shè)備 當(dāng) AIW2 20 時(shí) 中間繼電器 M2 1 得電 啟 動(dòng)補(bǔ)光設(shè)備 當(dāng)中間繼電器 M0 1 得電時(shí) 系統(tǒng)的運(yùn)行方式為手動(dòng)模式 可通過控制相應(yīng)的按 鈕 遮陽(yáng)簾開簾 I0 5 遮陽(yáng)簾關(guān)簾 I0 6 補(bǔ)光燈 I1 4 進(jìn)行溫室大棚光照強(qiáng)度的手 動(dòng)控制 在溫室大棚的光照控制過程中 自動(dòng)模式下 當(dāng)光照傳感器測(cè)量的光照強(qiáng)度低 于設(shè)定的光照值時(shí) 中間繼電器 M2 1 得電 遮陽(yáng)簾開簾補(bǔ)光 手動(dòng)模式下 將控制 32 遮陽(yáng)簾開關(guān)簾的單刀雙擲開關(guān)撥至 遮陽(yáng)簾開簾 中間繼電器 M2 2 得電 遮陽(yáng)簾開 簾補(bǔ)光 在溫室大棚的光照控制過程中 自動(dòng)模式下 當(dāng)光照傳感器測(cè)量的光照強(qiáng)度高 于設(shè)定的光照值時(shí) 中間繼電器 M2 0 得電 遮陽(yáng)簾關(guān)簾遮光 手動(dòng)模式下 將控制 遮陽(yáng)簾開關(guān)簾的單刀雙擲開關(guān)撥至 遮陽(yáng)簾關(guān)簾 中間繼電器 M2 3 得電 遮陽(yáng)簾關(guān) 簾遮光 在溫室大棚的光照控制過程中 自動(dòng)模式下 當(dāng)光照傳感器測(cè)量的光照強(qiáng)度低 于設(shè)定的光照值時(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 四 CO 2 濃度控制 當(dāng)中間繼電器 M0 0 得電時(shí) 系統(tǒng)的運(yùn)行方式為自動(dòng)模式 在自動(dòng)情況下 CO2 濃度傳感器將測(cè)得的模擬量通過模擬量輸入模塊 EM235 送入 PLC 中 通過整數(shù)比較 指令 將 CO2 濃度傳感器檢測(cè)到的測(cè)量值 AIW4 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 33 當(dāng)中間繼電器 M0 1 得電時(shí) 系統(tǒng)的運(yùn)行方式為手動(dòng)模式 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 在溫室大棚的 CO2 濃度控制過程中 自動(dòng)模式下 當(dāng) CO2 濃度傳感器測(cè)量的濃 度低于設(shè)定的濃度時(shí) 中間繼電器 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 中間繼電器 M3 1 得電 打開 CO2 調(diào)節(jié)閥添加 CO2 5 4 控制程序的仿真與調(diào)試 5 4 1 仿真軟件簡(jiǎn)介 在本次設(shè)計(jì)中 利用 S7 200 仿真軟件 V3 0 漢化版進(jìn)行控制程序的仿真與調(diào)試 該仿真軟件可以仿真大量的 S7 200 指令 除部分指令如順序控制指令 循環(huán)指 令 高速計(jì)數(shù)器指令和通訊指令等尚無(wú)法支持外 可支持常用的位觸點(diǎn)指令 定時(shí) 器指令 計(jì)數(shù)器指令 比較指令 邏輯運(yùn)算指令和大部分的數(shù)學(xué)運(yùn)算指令等 該 仿真軟件還提供了數(shù)字信號(hào)輸入開關(guān) 兩個(gè)模擬電位器和 LED 輸出顯示 仿真軟件 同時(shí)還支持對(duì) TD 200 文本顯示器的仿真 在實(shí)驗(yàn)條件尚不具備的情況下 完全可以 作為學(xué)習(xí) S7 200 的一個(gè)輔助工具 5 4 2 控制程序的仿真與調(diào)試 本部分主要介紹了溫室大棚控制系統(tǒng)的軟件調(diào)試過程 通過仿真與調(diào)試檢驗(yàn)其 是否符合設(shè)計(jì)初衷 能否達(dá)到相應(yīng)的指標(biāo) 控制程序的仿真步驟如下 一 準(zhǔn)備工作 34 仿真軟件不提供源程序的編輯功能 因此必須和 STEP7 Micro Win 程序編輯軟 件配合使用 即在 STEP7 Micro Win 中編輯好源程序后 然后加載到仿真程序中執(zhí) 行 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 二 程序仿真 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 綠色運(yùn)行燈亮 按要求操作輸入點(diǎn) 觀測(cè)輸出點(diǎn)的情況 發(fā)現(xiàn)相應(yīng)的點(diǎn)綠色燈亮 3 模擬仿真結(jié)果與控制要求完全一致 程序仿真成功 圖 5 4 控制程序仿真圖 35 第六章 組態(tài)畫面的設(shè)計(jì)方案 6 1 組態(tài)軟件概述 6 1 1 組態(tài)的定義 MCGS Monitor and Control Generated System 是一套基于 Windows 平臺(tái)的 用 于快速構(gòu)造和生成上位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的組態(tài)軟件系統(tǒng) 可運(yùn)行于 Microsoft Windows95 98 Me NT 2000 等操作系統(tǒng) MCGS 為用戶提供了解決實(shí)際工程問題的完整方案和開發(fā)平臺(tái) 能夠完成現(xiàn)場(chǎng) 數(shù)據(jù)采集 實(shí)時(shí)和歷史數(shù)據(jù)處理 報(bào)警和安全機(jī)制 流程控制 動(dòng)畫顯示 趨勢(shì)曲 線和報(bào)表輸出以及企業(yè)監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)等功能 使用 M