基于plc智能大棚溫室控制的系統(tǒng)設(shè)計(jì)

基于plc智能大棚溫室控制的系統(tǒng)設(shè)計(jì)摘要：隨著全球工業(yè)的快速發(fā)展，農(nóng)業(yè)溫室大棚的智能控制已經(jīng)成為我國農(nóng)業(yè)的第一大發(fā)展目標(biāo)。溫室內(nèi)部絕大多數(shù)環(huán)境要素均實(shí)現(xiàn)了計(jì)算機(jī)化，此外，各類監(jiān)測傳感器配置完備，例如，能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測溫室內(nèi)外部環(huán)境的溫濕度、二氧化碳濃度、光照等數(shù)值，使得各級執(zhí)行部門順利實(shí)施自動(dòng)控制。目前，國內(nèi)溫室已經(jīng)在溫濕度、二氧化碳濃度等方面配備完整相應(yīng)的設(shè)備、設(shè)施，本文基于PLC設(shè)計(jì)智能大棚溫室控制的系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)全方位的實(shí)時(shí)智能監(jiān)控，為作物快速生長營造最優(yōu)的環(huán)境。關(guān)鍵詞；溫室大棚；智能控制；PLC前言隨著全球工業(yè)的快速發(fā)展，農(nóng)業(yè)溫室大棚的智能控制已經(jīng)成為我國農(nóng)業(yè)的第一大發(fā)展目標(biāo)。但是，在完全控制外界環(huán)境因素來對改變溫室內(nèi)的溫度、濕度還是比較困難的，這其中有很大的原因是因?yàn)檫@些總是需要人為的控制，不能完全的脫離人為控制。而且我們每個(gè)環(huán)境因素對農(nóng)作物的生長都非常重要，而且更要準(zhǔn)確無誤的對溫室內(nèi)的各個(gè)環(huán)境參數(shù)非常敏感?，F(xiàn)如今，我國新型溫室內(nèi)設(shè)已經(jīng)趨向于完善化，并且具備相對應(yīng)的約束標(biāo)準(zhǔn)。溫室內(nèi)部絕大多數(shù)環(huán)境要素均實(shí)現(xiàn)了計(jì)算機(jī)化，此外，各類監(jiān)測傳感器配置完備，例如，能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測溫室內(nèi)外部環(huán)境的溫濕度、二氧化碳濃度、光照等數(shù)值，使得各級執(zhí)行部門順利實(shí)施自動(dòng)控制。計(jì)算機(jī)控制并非單一性、獨(dú)立性的數(shù)字化系統(tǒng)，而是以系統(tǒng)為依托的人工智能化監(jiān)測控制。與此同時(shí)，目前，部分國家在基于自動(dòng)化技術(shù)的基礎(chǔ)上，向著無人化、全自動(dòng)化的方向摸索。在目前的農(nóng)作物種植設(shè)施中，大部分農(nóng)村地區(qū)仍在使用自建竹棚。這種簡單的竹棚只能起到一定的保溫隔熱效果，更不用說合理充分的利用溫度和濕度，而且抵御自然環(huán)境的能力相對較差，面對突如其來的氣象災(zāi)害也無能為力。即便對于玻璃、塑料這一類的大棚，同樣在控制、監(jiān)測上或多或少缺少配套性的專業(yè)設(shè)備、器件，因此，國內(nèi)農(nóng)業(yè)在現(xiàn)代智能化方面的建設(shè)力度仍舊不足。我國農(nóng)業(yè)發(fā)展未來勢必要沿著現(xiàn)代化的路徑發(fā)展。伴隨著國家經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，目前，國內(nèi)農(nóng)業(yè)尤其是溫室方面的研究普遍受到社會(huì)各界關(guān)注，由于在現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)高效生產(chǎn)體系內(nèi)，溫室所發(fā)揮的作用已日漸顯著，已經(jīng)成為其中不可分割的重點(diǎn)組分之一?，F(xiàn)代農(nóng)業(yè)核心點(diǎn)就是實(shí)時(shí)監(jiān)測、控制環(huán)境方面影響作物生長的各項(xiàng)要素指標(biāo)，通過深度解析動(dòng)態(tài)監(jiān)測到的溫室環(huán)境數(shù)據(jù)，聯(lián)系作物生長特征，控制關(guān)鍵環(huán)境要素，這是建設(shè)自動(dòng)化溫室的必要保障，智能化的生產(chǎn)模式能夠驅(qū)使作物實(shí)現(xiàn)高效化、高產(chǎn)量的目標(biāo)。所以，目前針對溫室研發(fā)設(shè)計(jì)專項(xiàng)PLC監(jiān)控系統(tǒng)極具應(yīng)用價(jià)值。通過深入研究傳感器、PLC在編程上的控制器，本課題在綜合運(yùn)用西門子PLC、計(jì)算機(jī)技術(shù)的基礎(chǔ)上，最終開發(fā)建成了這款智能化溫室監(jiān)控系統(tǒng)。隨著現(xiàn)代農(nóng)業(yè)控制的不斷發(fā)展，太陽能大棚和塑料大棚因其科技含量高、環(huán)境污染小、等特點(diǎn)受到許多國家的重視，逐漸成為我國設(shè)施結(jié)構(gòu)的主力軍?，F(xiàn)代溫室在我國的發(fā)展過程中，在引進(jìn)國外先進(jìn)技術(shù)的同時(shí)自主開發(fā)也同樣進(jìn)行，現(xiàn)代設(shè)施農(nóng)業(yè)的快速發(fā)展為現(xiàn)代溫室的發(fā)展起到了巨大的推動(dòng)作用。手動(dòng)控制:這是溫室技術(shù)發(fā)展的初級階段，我國的部分農(nóng)村處于這個(gè)階段，比較落后，長期工作在種植者的培養(yǎng)作為傳感器和致動(dòng)器的溫室系統(tǒng)本身溫室內(nèi)的溫度濕度和其他環(huán)境因素結(jié)合自己的經(jīng)驗(yàn)判斷,并改善其內(nèi)部環(huán)境,所有的工作都是手工做的,要求和低效的。自動(dòng)控制:在這個(gè)控制過程中還有很多的提升，一個(gè)階段的自動(dòng)控制對種植戶對作物生長有準(zhǔn)確的判斷，設(shè)置參數(shù)后，控制系統(tǒng)與傳感器的實(shí)際參數(shù)對作物和種植戶進(jìn)行預(yù)置參數(shù)比較，然后利用加熱溫度和加濕等過程的系統(tǒng)來調(diào)節(jié)溫室環(huán)境中的生長。產(chǎn)量和效率都有了很大的提高，但也有一些缺點(diǎn)，如作物生長條件的變化，系統(tǒng)不能通過人工調(diào)節(jié)再次調(diào)整?，F(xiàn)在我國的農(nóng)業(yè)溫室大棚還處在研究階段，并不能夠做到完全脫離人為控制。國內(nèi)的很多論文文獻(xiàn)和書籍都在對農(nóng)業(yè)溫室大棚有一定的了解。鞏師洋以遠(yuǎn)程操作為思路，開發(fā)設(shè)計(jì)出了農(nóng)業(yè)大棚遠(yuǎn)程操控實(shí)時(shí)監(jiān)測系統(tǒng)，并且提出該系統(tǒng)能自動(dòng)采集農(nóng)業(yè)大棚內(nèi)部各項(xiàng)環(huán)境要素變化數(shù)據(jù)：濕度、溫度、土壤的酸堿度、光照、二氧化碳濃度等，達(dá)到節(jié)約資源，提高效率的目的。核心功能涵蓋：智能補(bǔ)光、智能灌溉、自動(dòng)調(diào)節(jié)空氣條件、風(fēng)險(xiǎn)自控系統(tǒng)等。從韓毅的基于物聯(lián)網(wǎng)的農(nóng)業(yè)溫室設(shè)施中可以看出，根據(jù)溫室生產(chǎn)過程中需要調(diào)節(jié)各項(xiàng)環(huán)境參數(shù)的種類及特征，基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的支撐下，擬定系統(tǒng)整體控制預(yù)案。從軟硬件層面設(shè)計(jì)開發(fā)現(xiàn)場監(jiān)控系統(tǒng)，主要分為三大單元：自動(dòng)控制、致動(dòng)驅(qū)動(dòng)、數(shù)據(jù)監(jiān)測，從而實(shí)現(xiàn)溫室各時(shí)段信息數(shù)據(jù)采集的自控化。設(shè)計(jì)系統(tǒng)統(tǒng)一監(jiān)管平臺，設(shè)計(jì)程序涵蓋：人機(jī)交互界面、數(shù)據(jù)采集控制、數(shù)據(jù)庫等。深入研究溫室環(huán)境信息的預(yù)處理方案、自控手段，建成相對應(yīng)的系統(tǒng)監(jiān)控模型，從而科學(xué)、全面處理分析溫室內(nèi)的環(huán)境信息?；跍厥覍?shí)驗(yàn)平臺的基礎(chǔ)上，全面測驗(yàn)系統(tǒng)各方面的功能模塊，測試內(nèi)容主要分為兩部分：控制功能、系統(tǒng)組網(wǎng)。體現(xiàn)出該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的集中性，穩(wěn)定性。王卓林的溫室智能監(jiān)控系統(tǒng)開發(fā)側(cè)重研究溫室環(huán)境上的溫度監(jiān)控，此次設(shè)計(jì)重點(diǎn)工作則是開發(fā)設(shè)計(jì)溫度監(jiān)控系統(tǒng)，用于實(shí)時(shí)監(jiān)測溫室溫度條件變化，其應(yīng)具有以下主要內(nèi)容:（1）可以自行設(shè)定所要監(jiān)測的溫度值;（2）實(shí)際溫度與設(shè)定監(jiān)測的溫度相差在不同范圍內(nèi)做出不同①不大于1°C時(shí)，綠燈常亮;②不小于3°C時(shí)，紅燈常亮;③大于1°C且小于3"C時(shí)，綠燈閃爍。張海璐，武波，楊爽，駱敏，荊帥的智能溫室大棚控制系統(tǒng)中主要由圖像處理模塊、傳感器數(shù)據(jù)采集模塊、PLC控制模塊、觸摸屏模塊和執(zhí)行機(jī)構(gòu)模塊組成，來實(shí)現(xiàn)對溫室大棚中環(huán)境因子的監(jiān)測和控制。三菱PLC控制器主要實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)總體控制，包括傳感器數(shù)據(jù)信息采集、數(shù)據(jù)信息的處理、各種執(zhí)行機(jī)構(gòu)的運(yùn)行。傳感器數(shù)據(jù)采集和圖像處理決定了整個(gè)系統(tǒng)的檢測精度和控制精度。傳感器數(shù)據(jù)信息采集部分主要是對溫室的各個(gè)環(huán)境參數(shù)進(jìn)行測量。郭立帥、蘇禮、徐秀妮通過研究，開發(fā)設(shè)計(jì)出了這款溫室大棚分布式智能監(jiān)控系統(tǒng)，主要是由上位機(jī)、下位機(jī)兩大系統(tǒng)構(gòu)成，前者設(shè)在管理機(jī)房，主要部件：通信轉(zhuǎn)換卡、數(shù)據(jù)采集卡，功能模塊：數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)、處理分析、參數(shù)設(shè)置、數(shù)據(jù)管理(提示、存儲、查找等)、科學(xué)決策等。后者設(shè)在溫室現(xiàn)場的監(jiān)控系統(tǒng)內(nèi)，主要部件：各式傳感器、手動(dòng)控制器件、現(xiàn)場監(jiān)控器件、執(zhí)行機(jī)構(gòu)，主要功能就是采集各項(xiàng)環(huán)境數(shù)據(jù)：濕度、溫度、二氧化碳濃度、光照強(qiáng)度等，能夠自動(dòng)控制、實(shí)時(shí)監(jiān)控溫室內(nèi)各個(gè)設(shè)備的運(yùn)行。對上機(jī)位系統(tǒng)而言，能夠同時(shí)監(jiān)控、管控多個(gè)溫室，用戶可在管理機(jī)房內(nèi)獲悉溫室運(yùn)行各方面的數(shù)據(jù)變化狀況;現(xiàn)場控制器件彼此間的工作相互獨(dú)立,互不作用,換言之,如若某個(gè)域控制器或是其未能成功連接PC通信線路，將不會(huì)牽連其他域控制器的正常運(yùn)行受阻,確保整個(gè)系統(tǒng)足夠可靠、安全。所以，該系統(tǒng)具備安全性高、可靠度高、成本低廉、設(shè)備實(shí)效性強(qiáng)等方面的優(yōu)勢，將有助于實(shí)現(xiàn)溫室的集體化管控。施偉、李麗麗等人開發(fā)設(shè)計(jì)出了溫室大棚溫濕度智能化監(jiān)控系統(tǒng)，表明溫濕度控制需要具備實(shí)時(shí)性的要素，通過安設(shè)傳感器實(shí)時(shí)監(jiān)測各項(xiàng)數(shù)據(jù)并加以顯示。與此同時(shí)，監(jiān)控系統(tǒng)又可作為多點(diǎn)化的監(jiān)測系統(tǒng),則需在溫室內(nèi)各個(gè)位置處安設(shè)傳感器，并將其與總線對接,以此實(shí)現(xiàn)與上位機(jī)之間的數(shù)據(jù)傳輸。通常而言，其分為上、下兩個(gè)位機(jī)系統(tǒng)。前者旨在管理總控顯示，布置在溫室內(nèi)各位置處的二級下位機(jī)系統(tǒng)，將其與可拓展總線、RS-485對接。在實(shí)時(shí)性、可靠性、安全性等層面均對系統(tǒng)提出相對應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)，具體內(nèi)容:(1)實(shí)時(shí)采集大棚中的溫濕度數(shù)據(jù)，測量得出各點(diǎn)均勻分布的溫濕度曲線，單片機(jī)重復(fù)測試、上傳各點(diǎn)傳感器實(shí)時(shí)采集反饋回的這些數(shù)據(jù)。(2)參數(shù)超限警示。(3)通信系統(tǒng)需要足夠可靠，并且具備一定抗干擾的能力，還需具有實(shí)時(shí)性的優(yōu)點(diǎn)，對單片機(jī)通信而言，則應(yīng)具備遠(yuǎn)距離傳輸?shù)膹?qiáng)大功能，通信方式選用RS485。(4)系統(tǒng)技術(shù)參數(shù)設(shè)置:監(jiān)測溫度范圍設(shè)在-20~+100℃之間;監(jiān)測溫度精度設(shè)定為+0.1;監(jiān)測濕度范圍設(shè)在0—100%之間;監(jiān)測濕度精度設(shè)定為+2.5。本文主要研究溫室技術(shù)、PLC技術(shù)的聯(lián)結(jié)性應(yīng)用。開發(fā)設(shè)計(jì)溫室監(jiān)控系統(tǒng)的線路、軟硬件、人機(jī)界面等內(nèi)容。本文旨在研究設(shè)計(jì)為溫室服務(wù)的專業(yè)PLC監(jiān)控系統(tǒng)。溫室旨在轉(zhuǎn)變農(nóng)作物生長的原始環(huán)境，防止自然惡劣天氣對農(nóng)作物造成的損害，為其健康生長打造最佳環(huán)境。溫室作物生長的過程中，濕度、溫度、二氧化碳濃度等多項(xiàng)要素均對其健康生長發(fā)揮關(guān)鍵性的作用。本文基于PLC技術(shù)的基礎(chǔ)上，借由傳感器監(jiān)測溫室中的各項(xiàng)環(huán)境數(shù)據(jù)，將這部分?jǐn)?shù)據(jù)轉(zhuǎn)變成為電流信號，隨后，將其錄入S7-200的模塊EM231中。經(jīng)過分析處理，輸出開關(guān)量通過驅(qū)動(dòng)電路控制水泵、烘干機(jī)、通風(fēng)機(jī)、熱風(fēng)機(jī)等各種執(zhí)行器。進(jìn)而實(shí)現(xiàn)溫室的智能控制。

1.系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案1.1控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)目標(biāo)本控制系統(tǒng)講述的是農(nóng)業(yè)溫室大棚內(nèi)需要適宜的環(huán)境參數(shù)來促進(jìn)農(nóng)作物的生長，比如溫度、濕度、光強(qiáng)、CO2濃度等。但是，本文關(guān)鍵點(diǎn)仍是溫濕度，溫濕度也是本文研究的重點(diǎn)關(guān)注對象，并設(shè)置溫濕度的上下限來給作物生長的一個(gè)范圍。再與所設(shè)定的值進(jìn)行比較，然后調(diào)節(jié)。溫度的調(diào)節(jié)主要靠熱風(fēng)機(jī)和通風(fēng)機(jī)進(jìn)行調(diào)節(jié)；濕度的調(diào)節(jié)主要靠水泵和干燥機(jī)進(jìn)行調(diào)控。本系統(tǒng)主要借由溫濕度傳感器實(shí)現(xiàn)溫室中溫濕度數(shù)據(jù)變動(dòng)的實(shí)時(shí)監(jiān)測，并將其上傳，然后通過PLC控制系統(tǒng)來控制大棚內(nèi)的水泵、干燥機(jī)、通風(fēng)機(jī)、熱風(fēng)機(jī)一系列的硬件措施，對大棚內(nèi)的環(huán)境因子進(jìn)行控制，來促使大棚內(nèi)的農(nóng)作物以合適的環(huán)境生長。1.2控制方案在農(nóng)業(yè)溫室大棚中，需要一套完善的溫度濕度控制系統(tǒng)來達(dá)到上述任務(wù)。然而本控制系統(tǒng)以PLC為控制核心，采用傳感器傳遞信息并轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘柦o硬件措施來控制溫室中的環(huán)境參數(shù)。為能充分保證生產(chǎn)現(xiàn)實(shí)中的安全性、可靠性，設(shè)計(jì)手自一體操作模式。手動(dòng)模式就是需要人為的根據(jù)大棚內(nèi)的溫濕度的變化進(jìn)行手動(dòng)打開各個(gè)執(zhí)行設(shè)備，一般遇到緊急突發(fā)情況才會(huì)使用手動(dòng)模式。然而自動(dòng)模式是根據(jù)溫室內(nèi)環(huán)境參數(shù)的變化通過傳感器來感知適宜的溫濕度，達(dá)到溫度下限后溫度下限報(bào)警燈亮起，會(huì)自動(dòng)打開熱風(fēng)機(jī)來提高溫度；達(dá)到上限后會(huì),溫度上限報(bào)警燈會(huì)亮起，然后打開通風(fēng)機(jī)來降低溫度。濕度的控制也是如此，濕度達(dá)到下限后濕度下限報(bào)警燈會(huì)亮起，然后水泵打開輸入水來提高濕度；濕度達(dá)到上限時(shí)候，濕度上限報(bào)警燈會(huì)亮起，干燥機(jī)啟動(dòng)。本課題因?yàn)闆]有聯(lián)機(jī)仿真，所以還需要手動(dòng)輸入數(shù)值才可以與預(yù)設(shè)數(shù)值加以對比，進(jìn)而評斷能否調(diào)整環(huán)境條件。整體的系統(tǒng)圍繞PLC為中心，根據(jù)外在環(huán)境的因素PLC發(fā)出相應(yīng)的指令給各個(gè)執(zhí)行設(shè)備，然后做出相應(yīng)的反應(yīng)。整體思路的結(jié)構(gòu)圖如圖1.1所示：圖1.1整體思路的結(jié)構(gòu)圖如圖控制系統(tǒng)的架構(gòu)圖可見圖1.2所示:圖1.2控制系統(tǒng)的架構(gòu)圖2.控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)PLC控制系統(tǒng)主要涵蓋軟件、硬件兩大組分。本章則是基于硬件視角闡述硬件控制系統(tǒng)的開發(fā)預(yù)案。2.1系統(tǒng)的硬件組成農(nóng)業(yè)溫室大棚主體電路可見下圖。四個(gè)電路設(shè)計(jì)邏輯基本一致，均是借由電機(jī)實(shí)現(xiàn)開啟、暫停等操作。通風(fēng)機(jī)電機(jī)其中一個(gè)接地，L7接口接L1，L9接L2接口，L11接口接到L3；其余水泵，熱風(fēng)機(jī)，干燥機(jī)的接口與通風(fēng)機(jī)相同都接在L1,L2,L3接口。如圖2.1所示：圖2.1農(nóng)業(yè)溫室大棚主體電路2.2PLC簡介2.2.1PLC的產(chǎn)生和系統(tǒng)組成1969年美國數(shù)字設(shè)備公司研制成功第一臺可編程序邏輯控制器，自此之后，工業(yè)控制步入嶄新發(fā)展階段。伴隨著計(jì)算機(jī)、微電子技術(shù)日漸趨于成熟化，PLC也從起初的1位機(jī)，發(fā)展至目前的8位機(jī)，自從微處理器CPU、微型計(jì)算機(jī)技術(shù)誕生后，其在PLC內(nèi)得到普遍使用，還具備了數(shù)據(jù)運(yùn)算、定時(shí)、計(jì)數(shù)等功能。PLC經(jīng)過多年的發(fā)展，已經(jīng)在各方面得到了廣泛的突破，轉(zhuǎn)型為面向過程系統(tǒng)的重要工具。PLC在本質(zhì)上隸屬于工業(yè)控制計(jì)算機(jī)的范疇。相比普通的計(jì)算機(jī)而言，PLC具備能與工業(yè)過程直接對接的強(qiáng)大端口，及其良好適配于控制條件的編程語言，根據(jù)PLC硬件配置，主要部件囊括：輸入、輸出的接口，存儲器件、CPU、電源等。如圖2.2所示：圖2.2系統(tǒng)組成2.2.2PLC的工作原理PLC的工作原理為：循環(huán)掃描、順序執(zhí)行、集中輸入、集中輸出。在系統(tǒng)程序的管理下，通過運(yùn)行應(yīng)用程序，對控制要求進(jìn)行處理判斷，并通過執(zhí)行用戶程序來實(shí)現(xiàn)控制任務(wù)。2.3PLC硬件電路設(shè)計(jì)2.3.1PLC型號的選擇對于西門子S7版本，其囊括許多類別的PLC:200、300、400、1200、1500等等，每個(gè)種類都有若干個(gè)型號。按其功能又可以分為小型、中型、大型PLC。根據(jù)本控制系統(tǒng)的要求，應(yīng)選擇S7-200系列的PLC。2.3.2PLCI/O地址分配表根據(jù)本控制系統(tǒng)的要求，I/O地址分配表如表：表2.1外部I/O配置名稱接口輸入自動(dòng)模式I0.0手動(dòng)模式I0.1手動(dòng)通風(fēng)機(jī)I0.2手動(dòng)噴淋水泵I0.3手動(dòng)熱風(fēng)機(jī)I0.4手動(dòng)干燥機(jī)I0.5A點(diǎn)溫度AIW0B點(diǎn)溫度AIW2A點(diǎn)濕度AIW4B點(diǎn)濕度AIW6自動(dòng)運(yùn)行燈Q0.0手動(dòng)運(yùn)行燈Q0.1輸出通風(fēng)機(jī)Q0.2噴淋水泵Q0.3熱風(fēng)機(jī)Q0.4干燥機(jī)Q0.5溫度高報(bào)警Q0.6溫度低報(bào)警Q0.7濕度高報(bào)警Q1.0濕度低報(bào)警Q1.12.3.3PLC接線圖本文涉及系統(tǒng)使用S7-200版本的CPU226，及其模擬變量傳輸模塊EM231，硬件線路布置可見下圖2.3所示：圖2.3硬件線路布置圖3.控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)3.1程序設(shè)計(jì)思路該系統(tǒng)主要分為兩類操作模式：手動(dòng)、自動(dòng)。在系統(tǒng)運(yùn)行正常的過程中，倘若出現(xiàn)突發(fā)性的事件將會(huì)自動(dòng)從自動(dòng)模式轉(zhuǎn)變?yōu)槭謩?dòng)模式。在自動(dòng)模式工作狀態(tài)下，PLC運(yùn)行時(shí)，傳感器會(huì)對大棚內(nèi)的溫度、濕度進(jìn)行檢測，然后與設(shè)定的值作比較。而大棚內(nèi)的溫濕度檢測裝置都會(huì)有一個(gè)上下限的范圍，當(dāng)溫度的檢測值高于溫度上限時(shí)，溫度上限報(bào)警燈會(huì)亮起，PLC就會(huì)發(fā)出指令控制打開通風(fēng)機(jī)來降低溫度；如果溫度的檢測值低于溫度下限時(shí)，同樣溫度下限報(bào)警燈會(huì)亮起，然后PLC會(huì)發(fā)出相應(yīng)的指令控制熱風(fēng)機(jī)打開來提高溫度。濕度的控制系統(tǒng)也是同樣的控制原理，當(dāng)濕度的檢測值高于濕度設(shè)置的上限時(shí)，濕度上限的報(bào)警燈會(huì)亮起，PLC會(huì)發(fā)出指令打開干燥機(jī)來使大棚里的濕度降低；如果濕度低于濕度的下限時(shí)，濕度下限報(bào)警燈會(huì)亮起，然后PLC發(fā)出指令打開水泵來給大棚輸送水量使?jié)穸忍岣?。具體程序流程如圖3.1：圖3.1程序流程圖3.2程序設(shè)計(jì)圖剛開始對程序進(jìn)行初始化，在網(wǎng)絡(luò)1的空白處安置一個(gè)常開觸SMO.1，在手動(dòng)模式下設(shè)置了四個(gè)上下限值的報(bào)警值，這樣保證在突發(fā)情況下時(shí)手動(dòng)模式能夠正常運(yùn)行。如圖3.2所示：圖3.2程序設(shè)計(jì)圖（1）在網(wǎng)絡(luò)2的空白處放置一個(gè)常開觸點(diǎn)I0.0，然后又放置了一個(gè)常閉的觸點(diǎn)I0.1來確保程序能夠正常運(yùn)行；點(diǎn)擊自動(dòng)模式I0.0，此時(shí)自動(dòng)運(yùn)行燈通電，驅(qū)動(dòng)Q0.0運(yùn)行指示燈，代表此時(shí)處于自動(dòng)模式運(yùn)行狀態(tài)，程序設(shè)計(jì)如圖3.3所示：圖3.3程序設(shè)計(jì)圖（2）當(dāng)常閉觸點(diǎn)自動(dòng)運(yùn)行燈Q0.0啟動(dòng)時(shí)，自動(dòng)運(yùn)行燈會(huì)熄滅，這時(shí)Q0.1通電，手動(dòng)模式就會(huì)被打開。如圖3.4所示：圖3.4程序設(shè)計(jì)圖（3）在網(wǎng)絡(luò)4中，當(dāng)自動(dòng)運(yùn)行燈Q0.0供電，觸點(diǎn)Q0.0關(guān)閉時(shí)，PLC讀取實(shí)時(shí)溫度AIW0，并將測量到的A點(diǎn)溫度經(jīng)過量程轉(zhuǎn)換后發(fā)送到VW40的存儲地址。將B點(diǎn)測得的溫度轉(zhuǎn)換后發(fā)送到VW42的存儲地址。然后將溫室內(nèi)A點(diǎn)測得的濕度值寫入地址VW44;當(dāng)Q0.0供電，Q0.0關(guān)閉時(shí)，PLC讀取實(shí)時(shí)濕度，將B點(diǎn)的濕度值轉(zhuǎn)換為范圍后，發(fā)送給VW46的存儲地址。程序設(shè)計(jì)如圖3.5所示:圖3.5程序設(shè)計(jì)圖（4）網(wǎng)絡(luò)5、網(wǎng)絡(luò)6中在自動(dòng)模式下，分別求取平均溫度和平均濕度經(jīng)過轉(zhuǎn)換分別送入到VW20和VW30中。其如圖3.6所示：圖3.6程序設(shè)計(jì)圖（5）在系統(tǒng)啟動(dòng)的情況下，將測量到的溫度值將溫度的上限設(shè)定值相比較，如果此時(shí)測量值大于上限值，則溫度高上限報(bào)警燈會(huì)亮起。程序設(shè)計(jì)如圖3.7所示:圖3.7程序設(shè)計(jì)圖（6）當(dāng)溫度高上限報(bào)警燈亮起后，倘若溫度繼續(xù)上升，則Q0.2就會(huì)閉合，通風(fēng)機(jī)打開，來讓溫室內(nèi)的溫度不超過上限溫度以促使作物生長。如圖3.8所示：圖3.8程序設(shè)計(jì)圖（7）在溫度控制系統(tǒng)運(yùn)行中，將測量到的溫度值將溫度的下限設(shè)定值相比較，如果此時(shí)測量值小于下限值，則溫度低下限報(bào)警燈會(huì)亮起。程序如圖3.9所示：圖3.9程序設(shè)計(jì)圖（8）當(dāng)溫度下限報(bào)警燈亮起后，倘若溫度繼續(xù)下降，則Q0.4就會(huì)閉合，熱風(fēng)機(jī)就會(huì)打開。來提到溫度來使溫室內(nèi)保持作物合適的生長溫度。程序設(shè)計(jì)圖如圖3.10所示：圖3.10程序設(shè)計(jì)圖（9）農(nóng)業(yè)溫室大棚內(nèi)的溫度控制有著很詳細(xì)的控制過程，溫度的變化實(shí)時(shí)的被檢測，一旦超過上下限溫度，溫室內(nèi)的溫度控制系統(tǒng)就會(huì)作用來使溫室內(nèi)的作物始終以合適的溫度生長。溫度控制流程圖如圖3.11所示：圖3.11溫度控制流程圖基于系統(tǒng)正常運(yùn)行的情形下，將監(jiān)測濕度數(shù)據(jù)與預(yù)期設(shè)定數(shù)值進(jìn)行對比分析，倘若實(shí)際測量數(shù)值超出預(yù)期限度，濕度報(bào)警燈Q1.0就會(huì)閉合，濕度報(bào)警燈亮起；倘若實(shí)際測量數(shù)值低于濕度下限濕度報(bào)警燈Q1.1閉合，濕度低報(bào)警燈就會(huì)亮起。程序設(shè)計(jì)如圖3.12所示：圖3.12程序設(shè)計(jì)圖（10）當(dāng)檢測到的濕度超過我們設(shè)置的實(shí)際濕度，濕度高報(bào)警燈會(huì)亮，倘若濕度檢測的數(shù)據(jù)一直還是超過預(yù)期，PLC會(huì)發(fā)出指令作用到干燥機(jī)降低溫室內(nèi)的濕度。程序設(shè)計(jì)圖如圖3.13所示：圖3.13程序設(shè)計(jì)圖（11）當(dāng)檢測到的濕度低于我們設(shè)置的實(shí)際濕度，濕度低報(bào)警燈會(huì)亮，倘若濕度檢測的數(shù)據(jù)一直還是低于設(shè)定值，PLC會(huì)發(fā)出指令作用到水泵提高溫室內(nèi)的濕度。程序設(shè)計(jì)圖如圖3.14所示：圖3.14程序設(shè)計(jì)圖（12）農(nóng)業(yè)溫室大棚內(nèi)的濕度控制有著很嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目刂七^程，濕度的變化也會(huì)被實(shí)時(shí)檢測，一旦超過濕度的上下限，溫室內(nèi)的濕度控制系統(tǒng)就會(huì)作用來使溫室內(nèi)的作物始終以合適的濕度生長。濕度控制流程圖如圖3.14所示：圖3.15濕度控制流程圖如圖

4.仿真軟件模擬設(shè)計(jì)4.1編程軟件STEP7-MICRO/WIN概述對于Step7-Micro/Win32軟件，其是基于Windows軟件的前提下，通過應(yīng)用西門子S7-200版本的可編程控制器開發(fā)而成，不但具備支持用戶程序的開發(fā)功能，還能全面監(jiān)控用戶程序的當(dāng)前運(yùn)行狀態(tài)，編程軟件各方面的功能如下所述：1.編程操作支持使用語句表、梯形圖、函數(shù)圖。2.編程操作支持符號，借由符號表將各項(xiàng)符號、絕對地址加以配置，換言之，就是為各個(gè)編程組件取名，確保整個(gè)程序可讀，并打印出來3支持三角函數(shù)，開方，對數(shù)運(yùn)算功能4.具備操作簡便的組態(tài)向?qū)?.支持配置CPU硬件6能把STEP7-Micro/WIN處理進(jìn)程中的這些程序，將其與對接的PLC程序加以對比分析。4.2組態(tài)軟件的設(shè)計(jì)過程4.2.1組態(tài)軟件概況監(jiān)控系統(tǒng)必須配備有健全的上位機(jī)，上位機(jī)將計(jì)算機(jī)、操作員二者有效對接起來，以便兩者實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)上的高效傳輸，確保系統(tǒng)結(jié)果足夠準(zhǔn)確，提升操作人員工作的實(shí)效性。通常而言，工業(yè)控制的上位機(jī)普遍采用組態(tài)軟件，這類軟件易于上手，精度較高，功能齊備，可供編程人員在線操作，實(shí)時(shí)監(jiān)測系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)。傳統(tǒng)編程人員實(shí)操的過程中，必須人工登錄人機(jī)界面，操作復(fù)雜，中間環(huán)節(jié)繁雜，工作實(shí)效性低，自組態(tài)軟件誕生后，這些問題迎刃而解，因?yàn)榫邆湟话闩渲茫脩裟軌蚋鶕?jù)自身意愿搭建所需要的上位機(jī)。4.2.2組態(tài)軟件的選擇組態(tài)軟件使用MCGS嵌入式7.7版本，北京昆侖通用州數(shù)位軟件開發(fā)設(shè)計(jì)高端人才歷經(jīng)一年多的研發(fā)，才開發(fā)設(shè)計(jì)出這款軟件。該軟件內(nèi)部的硬件設(shè)備，能夠快速、便捷開發(fā)各類應(yīng)用在數(shù)據(jù)分析、過程控制、數(shù)據(jù)采集等方面的設(shè)備。此外，其兼容昆侖全部系列的硬件設(shè)備。4.2.3組態(tài)動(dòng)畫設(shè)計(jì)調(diào)試和運(yùn)行1.打開MCGS組態(tài)環(huán)境軟件會(huì)出現(xiàn)圖4.1所示：圖4.1MCGS組態(tài)環(huán)境軟件2.點(diǎn)擊左上角“文件”按鈕，再點(diǎn)擊“打開工程”按鈕以后，把溫室大棚仿真文件導(dǎo)入進(jìn)去，如圖4.2所示：圖4.2導(dǎo)入步驟3.再點(diǎn)擊“文件”按鈕，點(diǎn)擊“進(jìn)入運(yùn)行環(huán)境”后得圖4.3。圖4.3運(yùn)行圖4.點(diǎn)擊界面上的“工程下載”按鍵得到圖5-4；表示工程文件已經(jīng)下載完成，并顯示0個(gè)錯(cuò)誤，0個(gè)警告。圖4.4工程下載此時(shí)調(diào)試階段結(jié)束。4.3仿真動(dòng)畫模擬1.啟動(dòng)運(yùn)行后會(huì)有一個(gè)環(huán)境模擬動(dòng)畫，本次設(shè)計(jì)的溫室大棚組態(tài)監(jiān)控畫面中涉及到通風(fēng)機(jī)、熱風(fēng)機(jī)、干燥機(jī)、水泵的開啟和關(guān)閉，因此要有相應(yīng)的動(dòng)畫功能，在畫面中放置三個(gè)風(fēng)扇當(dāng)作通風(fēng)機(jī)、熱風(fēng)機(jī)和干燥機(jī)，并有四個(gè)條形的控制溫度、濕度的滑行按鈕可以拖拉的，分為手動(dòng)和自動(dòng)兩種模式，點(diǎn)擊“手動(dòng)”按鈕，就會(huì)切換到手動(dòng)模式操作，手動(dòng)運(yùn)行燈就會(huì)亮起。動(dòng)畫設(shè)置如圖4.5所示：圖4.5仿真動(dòng)畫點(diǎn)擊“手動(dòng)”按鈕，就會(huì)切換到手動(dòng)模式操作，手動(dòng)運(yùn)行燈就會(huì)亮起。動(dòng)畫設(shè)置如圖4.6所示： 圖4.6仿真動(dòng)畫當(dāng)拖拉溫度1到溫度上限時(shí)，溫度高報(bào)警燈就會(huì)亮，繼續(xù)超過上限溫度后會(huì)打開通風(fēng)機(jī)降低溫度。如圖4.7所示：圖4.7仿真動(dòng)畫當(dāng)?shù)綔囟认孪迺r(shí)，溫度低報(bào)警燈就會(huì)亮，繼續(xù)低于溫度下限后會(huì)打開熱風(fēng)機(jī)來提高溫度，達(dá)到預(yù)期值。動(dòng)畫設(shè)置如圖4.8所示：圖4.8仿真動(dòng)畫當(dāng)拖拉濕度1到濕度上限時(shí)，濕度高報(bào)警燈就會(huì)亮，繼續(xù)超過上限濕度后會(huì)打開干燥機(jī)降低濕度。如圖4.9所示：圖4.9 仿真動(dòng)畫當(dāng)?shù)綕穸认孪迺r(shí)，濕度低報(bào)警燈就會(huì)亮，繼續(xù)低于濕度下限后會(huì)打開水泵來提高濕度。動(dòng)畫設(shè)置如圖4.10所示：圖4.10 仿真動(dòng)畫

總結(jié)在歷經(jīng)此次畢設(shè)后，加深了我對個(gè)別專業(yè)課程的理解程度，與此同時(shí)，在本次系統(tǒng)開發(fā)設(shè)計(jì)的環(huán)節(jié)中，使我進(jìn)一步了解了PLC技術(shù)，整合以往所掌握的專業(yè)知識、技術(shù)，對其他領(lǐng)域產(chǎn)生更多好奇，也將驅(qū)使我進(jìn)行下一步的研究工作。本文主要開發(fā)設(shè)計(jì)基于PLC技術(shù)的溫室大棚實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)，設(shè)計(jì)分為軟件、硬件兩大內(nèi)容，通過MCGS組態(tài)軟件實(shí)時(shí)監(jiān)測溫室大棚中環(huán)境參數(shù)的變化，全面提升溫室環(huán)境管控能力，彰顯現(xiàn)代農(nóng)業(yè)溫室大棚的實(shí)效性，能夠分散、集中管控溫室中的環(huán)境條件。盡管此次設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)溫室大棚在控制上的大部分功能，然而，仍舊存在許多有待研發(fā)的內(nèi)容，具體分為以下幾點(diǎn)：1.提升系統(tǒng)的可靠度：分離系統(tǒng)管理、直接控制二者，每個(gè)子系統(tǒng)均做到彼此獨(dú)立，各自完成所對應(yīng)的功能，倘若系統(tǒng)運(yùn)行過程中的某個(gè)環(huán)節(jié)出現(xiàn)問題，也并不會(huì)影響各個(gè)子系統(tǒng)的正常運(yùn)行2.建成群控化的管理模式：能夠集中管理、控制同一區(qū)域的多個(gè)大棚。3.提升系統(tǒng)的延伸性：伴隨著現(xiàn)代化農(nóng)