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基于PLC的温室控制系统设计.doc
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基于PLC的温室控制系统设计.doc
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目 录
1 绪论..............................................................1
2 温室环境控制的设计方案............................................2
2.1 温室环境的特点及温度控制要求 ..................................2
2.2 温室温度调节工艺流程 ..........................................3
3 温室温度调节电气控制系统的原理及组成..............................3
3.1 控制原理 ......................................................3
3.2 控制系统的组成 ................................................4
4 传感器的选择......................................................5
4.1 温度传感器的选择 ..............................................5
4.2 介绍 HU-10S 温湿度模块的传感器工作原理和应用...................5
4.3 介绍 HU-10S 温湿度模块的传感器电气参数.........................5
4.4 风速传感器的选择 ..............................................6
4.5 PH100SX 风速风向传感器的介绍...................................6
4.6 PH100SX 风速风向传感器的主要技术指标...........................6
5 显示电路..........................................................7
6 PLC 类型的选择 ....................................................7
6.1 PLC 简介.......................................................7
6.2 硬件配置 PLC 的选择分配 ........................................9
6.2.1 PLC 的 I /O 分配...........................................9
6.2.2 功能指令应用 .............................................10
7 PLC 软件编程.....................................................11
7.1 软件流程 .....................................................11
7.2 编程的语言 ...................................................12
8 结论.............................................................14
致谢...............................................................15
参考文献...........................................................16
1
1 绪论
随着中国经济的发展和人民生活水平的逐步提高,科学种田就显的十分重要
了。由 PLC 控制的温室温度在设施农业方面的应用越来越重要,随着农业结构
调整的逐步深化,与之相配套的各种设备的研究与应用也不断发展,以可编程控
制器为核心的温室温度控制系统,正在被广泛的利用。由于其采用了灵活的编程
方式,具有适应恶劣环境,简单易懂,操作方便,维修简单,可靠性高等优点,
已经在设施农业中得到广泛应用,利于高效农业的发展。
特别是我国加入世贸组织后,我国的市场将向世界开放,我国的农业也将与
全世界竞争,科学种田显的十分重要了。所以采用 PLC 进行控制也势在必行了。
采用 PLC 的温度控制系统有以下几点目的和意义:
(1)PLC 温度控制系统解决了控制系统的参数设定问题,增强系统对不确定
因素的适应性,对温度达到很好的控制,让农作物长的更好,从而达到了提高农
作物产量的目的;
(2) PLC 温度控制系统更好的解决了在控制过程中温度超调和少调的问题,
提高了对温度的控制要求的准确度,从而减少了温度对农作物的影响,进而达到
增产的目的;
(3)PLC 控制系统控制方便,并且操作简单,便于农民学习,可以很广泛的
推广使用;
(4)PLC 的控制设计简单,便于应用。它在设计中不需要建立被控对象的精
确的数学模型,而是直接采用语言型控制规则,应用现场操作人员的程序直接完
成对电机的控制。这有利于模拟人工控制的过程和方法,增强控制系统的适应能
力,使之具有一定的智能水平。
结合我国的国情,开发成套、适用、可靠、先进的自动控制系统是我国今后
农业大棚发展的主要方向。在设施农业生产中,合理利用控制技术的关键是控制
温度的调节,以适量的温度,既能满足作物对温度的需要,又可以控制其湿度,
这也是发展现代温室大棚的目标,达到适时、适量、按需控制温度,按照作物生
长过程对水、肥、药、环境等的需要,开发适合不同温室大棚作物需要的设备,
以满足农业发展的需求。国内市场上应用的温室控制关键设备,基本上都是引进
国外的产品,而且需求量呈上升趋势。引进的设备价格昂贵,有些产品也不适合
我们的国情。按我国目前的经济发展水平,大规模的 PLC 的温室控制的发展十分
重要,当务之急是吸收国外同类型温室成套设备的开发和研制,替代进口产品,
是我们今后重要而紧迫的任务。
目前,我国现代设施温度控制系统中采用的先进的设备几乎都是从发达的欧
美国家引进,系统成本较高。因此,国内急需价格低廉、自动化程度较高的室内
2
控制系统。本课题研究的目是就是针对我国控制系统自动化程度低的问题,尤其
是温室内控制技术不足的问题,根据国内农业发展的实际需要,借助于高水平的
自动化控制设施,研究开发一套用于现代温度自动控制系统。该系统能够结合先
进的 PLC 技术,利用先进的工业控制设备可编程序控制器,实现在温度控制中,
根据不同的自然条件,自动控制室内的温度,最终实现室内温度的自动控制。
2 温室环境控制的设计方案
2.1 温室环境的特点及温度控制要求
当今世界,科学技术迅猛发展,新技术在各个领域得到了广泛应用,这促使
了现代化设施农业的高速发展。目前,大棚设施农业的发展已成为现代农业发展
中的热点之一。设施农业是利用围护结构设施,把一定的空间与外界环境隔离开
来,形成一个半封闭式系统,在充分利用自然环境条件的基础上,改善或创造更
佳的环境气候,为植物生长提供良好的环境条件,从而进行更有效的生产。以现
代温室等人工设施为代表设的室内温度控制系统正在朝着自动化、智能化与网络
化方面最新的发展。这就要求我们更多的了解温室环境的特点及温度控制要求,
进而对温度达到很好的控制目的。
温室环境的突出特点表现为:一方面具有封闭性,另一方面又具有开放性。
它的封闭性是指:温室提供了一个适合作物生长的独立于外界自然环境的微环境;
它的开放性是指:这种微环境的独立是相对的,它会受到外界许多因素(如自然
的光照、温度、湿度等)的影响。因此与之相关的温室室内温度的调节控制是一
个复杂的过程,而实现这一调节控制的电气系统必须满足及时性、灵活性等要求。
因而,在农业中,温度控制在农作物的生长过程中是很重要的一种控制。温
度控制系统一般具有大惯性、大延时的特点。在 PLC 的控制中,温度系统的数
学模型难以确切建立,通常现场对温度控制,常用有位式调节器和控制器等。位
式调节器作为一种温度控制的仪表,具有一些无法消除的缺陷,当温室内大于给
定值时不加电压,会导致超调大,常有控制精度差或出现失控;模拟式或数字式
都有较好的控制效果,但工作条件在大范围内变化时,控制 PID 器的参数难以
确定,使控制器不能总是处于控制的最佳状态,而且在控制过程中将发生大的超
调。
随着科学技术的不断发展,各厂家推出了适 PLC 于各类过程控制的智能专
用模块,采用 PLC 的控制不仅对被控对象参数变化适应性强,而且在对象模型
结构发生较大改变时,也能获得较好的控制效果。
传统的控制大都很难达到这一目的,以 PLC 为核心的温室温度控制系统,
采用逻辑编程的控制方式,都很好地满足了这些要求。此监控系统能将数据汇总
3
显示、记录,自动形成数据库,并实现了温室调控设备的自动控制。这种温室温
度控制系统给用户带来了极大的方便。
2.2 温室温度调节工艺流程
目前先进的大型温室温度控制系统能实现根据外界环境的温度、湿度、二氧
化碳浓度、光照以及风速、风向、雨量等气候因素来控制温室内的温度、湿度、
通风、光照等因素,创造出适合作物生长的环境。在这种控制中,被控量之间存
在着强的相互耦合关系,某个被控量的改变,会影响到其他被控制量的变化。例
如,若要增加室内的湿度,就会引起温度的降低。同样,温度的升高,也会使室
内的湿度发生变化。系统运行中的室外气象参数与温室结构、环境越限保护报警
控制。温室控制系统一旦投入运行,传感系统即给出一系列参数值如:室外温度、
湿度、光强、雨量、风向、风速,室内温度、湿度、光强、风速等等。整个温室
有环境的监控,建立了环境参数的一长期在线计算机自动监控系统,实现了温室
内外温度、湿度、光照长期监测,以及根据温室环境的要求对加热系统、窗控系
统、通风系统等进行控制。
温室的温度调节设备主要有天窗、侧窗、风机—湿帘系统、遮阳幕等,它的
温度调节主要是通过控制上述这些设备的开、关而实现。通过这些设备的开和关,
很好的保温和放热的过程,从而使温室内的温度升高和降低。
温室内温度调节的升温和降温这两个过程的控制过程.一般情况下,升温是通
过温室覆盖材料的良好采光,形成“温室效应”,积聚热量,并保持温室的密封
性而实现;降温是通过遮光,同时打开天窗、侧窗或运行风机—湿帘系统,将温
室内的热量散失到外面空气中去而实现,打开天窗、侧窗称为自然通风降温,运
行风机—湿帘系统称为强制通风降温。 在运行风机—湿帘系统降温时,必须关
闭天窗、非水帘侧窗等自然通风设施,否则会形成室内外空气流动的“短路”,
起不到湿帘降温的应有效果,即强制通风降温与自然通风降温不能同时运行。此
监控系统能将数据汇总显示、记录,自动形成数据库,并实现了温室调控设备的
自动控制。温室温度控制系统给用户带来了极大的方便。
3 温室温度调节电气控制系统的原理及组成
3.1 控制原理
在现代设施农业中,由于科学技术农业的产生和发展,可以不再采用传统的
种植方法向,而是可以采用 PLC 控制技术直接控制室内的温度,这种方法能够更
高效、科学的进行控制。借助于这种方法,栽种者可以根据农作物对温度的需要,
种植各种农作物,以及更有效的培育作物。因此,现代控制系统可以直接控制完
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