[社会学]论文4

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1、 基于PLC植物温室控制系统的研究与设计（论文）共40页 课 题：基于PLC植物温室控制系统的研究与设计 专 业：电气自动化技术 班 级：电气0821班 学 号：08395052119 姓 名：许前彪 指导老师: 聂 毅 职 称： 教授 成绩评分： 基于PLC植物温室控制系统的研究与设计 湖南工业大学电气与信息工程学院 电气0821班许前彪 内容摘要： 讨论了在植物温室控制系统中引入PLC技术构成分布式控制系统的方法,详细介绍了系统的特点、组成、硬件设计、实时动态监控系统及通信问题。分布式的控制结构,使各子系统相对独立,管理与控制功能分开,易于实现群控化管理,提高了系统的可靠性,且易于扩展。该

2、系统实现了室内温湿度的自动测量和调节 ,还有光照与二氧化碳浓度的控制与调节，大大降低了操作人员的劳动强度，系统成本低廉,性能稳定,通用性好,符合中国国情,具有广泛的应用前景。 关键词： 植物温室 PLC技术 传感器 自动控制 Title PLC based control system for greenhouse plants Research and Design Hunan university of technology of Electricaland Information Engineering Electric 0821 Class xuqianbiao Abstract：Gr

3、eenhouse plants are discussed in the introduction of PLC control systems technology approach constitutes a distributed control system, detailing the characteristics of the system, components, hardware design, real-time dynamic monitoring system and communication problems. Distributed control structu

4、re, so that relatively independent subsystems, management and control functions to separate management group control is easy to implement and improve the system reliability and easy expansion. The system realizes automatic measurement of indoor temperature and humidity and adjust, as well as light a

5、nd carbon dioxide concentration in the control and regulation, greatly reducing the operators labor intensity, low system cost, performance, stability, common good, in line with Chinas national conditions, broadly Application prospectsKey words: greenhouse control plants;PLC technology;Automatic con

6、trol;Sensors 一、引 言 1.研究背景我国的设施园艺绝大部分用于蔬菜生产。年代以来，温室、大棚蔬菜的种植面积连年增加。目前的栽培设施中，有国家标准的装配式钢管塑料大棚和玻璃温室仅占设施栽培面积的少部分，大多数的农村仍然采用自行建造的简单低廉的竹木大小棚，只能起到一定的保温作用，根本谈不上对温光水气养分等环境条件的调控，抗自然环境的能力极差。即使那些数量不多的装配式塑料大棚和玻璃温室也缺乏配套的调控设备和仪器，主要依靠经验和单因子定性调控，设施栽培的智能化程度非常低。我国设施农业的发展，以超时令、反季节生产的设施园艺作物的发展为主，且发展迅猛。1997年设施园艺作物栽培面积达86.7

7、万公顷，较80年代初期的栽培面积增长了128 倍，人均设施蔬菜占有量19961997年为33公斤，较19801981年人均设施蔬菜占有量增长了近164倍。2001年，我国设施园艺面积将突破100万公顷，全国设施蔬菜人均占有量将达到40公斤。塑料大棚、中棚及日光温室为我国主要的设施结构类型。其中能充分利用太阳光热资源、节约燃煤、减少环境污染的日光温室为我国所特有。1997年我国日光温室面 积已超过近16.7万公顷。由农业部联合有关部门试验推广的新一代节能型日光温室,每年每亩可节约燃煤约20吨。采用单层薄膜或双层冲气薄膜、PC板、玻璃为覆盖材料 的大型现代化连栋温室，具有土地利用率高、环境控制自动

8、化程度高和便于机械化操作等特点，自1995年以来，呈现出迅猛发展之势，目前全国共有大型温室面积200 公顷，其中自日本、荷兰、以色列、美国等国家引进的温室面积达140公顷。我国设施农业目前还存在着诸如土地利用率低、盲目引进温室、设施结构不合理、能源浪费严重、运营管理费用高、管理技术水平低、劳动生产率低及单位面积产量低 等诸多问题，但随着社会的进步和科学的发展，我国设施农业的发展将向着地域化、节能化、专业化发展，向着高科技、自动化、机械化、规模化、产业化的工厂型农业 发展，为社会提供更加丰富的无污染、安全、优质的绿色健康食品。 2.研究的目的及意义温室的作用是用来改变植物的生长环境 ,避免外界四

9、季变化和恶劣气候对作物生长的不利影响 ,为植物生长创造适宜的良好条件。温室一般以采光和覆盖材料作为主要结构材料 ,它可以在冬季或其他不适宜植物露地生长的季节栽培植物 ,从而达到对农作物调节产期、促进生长发育、防治病虫害及提高产量的目的。温室环境指的是作物在地面上的生长空间 ,它是由光照、温度、湿度、二氧化碳浓度等因素构成的。温室控制主要是控制温室内的温度、湿度、通风与光照。虽然有些温室也安装有各种加热、加湿、通风和降温的设备 ,但其主要操作大多仍是由人工来完成的当温室面积较大或数量较多时 ,操作人员的劳动强度很大 ,而且也无法达到对温湿度的准确控制。本文介绍一种基于PLC和各种控制对象的传感器

10、的温室控制系统。该系统实现了室内温度、湿度、CO2浓度、光照强度的自动测量和调节 ,大大降低了操作人员的劳动强度。 二、温室市场现状与技术发展形势 2.1 温室产业的现状2.1.1发达国家温室产业的现状 设施农业历史久远，早在l516世纪，英格兰、荷兰、法国、日本等国家就开始建造简易的温室，栽培时令蔬菜或小水果。进入20世纪特别是50年代后，随着现代工业向农业的渗透和微电子技术的应用，设施农业在全球迅速崛起，特别是在美国、荷兰、日本等一些发达国家设施农业迅速发展，形成了一个强大的支柱产业。随着科学技术特别是信息技术、环境工程技术的迅速发展，现代工业向农业的渗透和现代工业技术，包括机械技术、工程

11、技术、电子技术、计算机管理技术、现代信息技术、生物技术的应用，设施农业不断向智能化方向发展。 早在20世纪80年代美国雨鸟公司、摩托罗拉等几家公司就合作开发了智能中央计算机灌溉控制系统，开始将计算机应用于温室控制和管理，此后温室计算机控制及管理技术便先是在发达国家得到广泛应用，后来各发展中国家也都纷纷引进、开发出适合自己的系统。20世纪90年代，美国开发的温室计算机控制与管理系统可以根据温室作物的特点和要求，对温室内光照、温度、水、气、肥等诸多因子进行自动调控，还可利用差温管理技术实现对花卉、果蔬等产品的开花和成熟期进行控制，以满足生产和市场的需要。目前，美国已将全球定位系统、电脑和遥感遥测等

12、高新技术应用于温室生产，有82的温室使用计算机进行控制，有67的农户使用计算机，其中27的农户还运用了网络技术。 以园艺业著称的荷兰从20世纪80年代以来就开始全面开发温室计算机自动控制系统，并不断开发模拟控制软件。到80年代中期，已有5 000多台计算机应用于温室，目前荷兰拥有玻璃温室12万多hm2，占世界的14以上，有85的温室种植者使用环境控制计算机，种植者只需从软件公司购买温室控制软件，从化学公司购买营养液后，即可按照不同作物的特点进行自动控制，从而满足作物生长发育的最适要求。目前，荷兰全国建有12万hm2现代化自动控制温室，在生产观叶园艺植物的现代化大型自控温室中，盆观植物均置放在栽

13、培床上，从基质搅拌、装钵、定植、栽培、施肥、灌溉、钵体移动全部实现机械运作，室内温度、光照、湿度、作物生长情况、环境等全部由计算机监控，在计算机智能化、温室环境调控方面也居世界领先地位。 英国的智能温室系统、西班牙和奥地利的遥控温室系统都是计算机控制与管理在温室中的成功应用。另外，德国已经把3S技术(地理信息系统GIS、全球定位系统GPS、遥感技术RS)应用于温室。与此同时，温室计算机控制和管理技术在亚洲同样得到了极大的发展。 日本在20世纪80年代中期应用于温室中的计算机就达到1 000多台，到1995年达6 000多台，目前农业生产部门中计算机的普及率高达92。日本还建造了世界上最为先进的

14、植物工厂，采用完全封闭生产、人工补充光照，全部由计算机控制。日本的甜瓜农场应用一种新型的智能计算机系统，对7个温室群进行管理，实现最佳控制。近年来日本还研制了一种遥感温室环境控制系统，将分散的温度群与计算机控制中心连接，从而实现更大范围的温室自动化管理。 以色列用光热资源的优势和节水灌溉技术，主要生产花卉和高档蔬菜，采用大型塑料温室，在作物附近都安装了传感器以测定水、肥状况，利用办公室里的中心计算机通过田间的控制器收集和储存全天温室内部和外部的温度和湿度数据，通过程序进行数据分析，并可通过引入新数据来改变操作程序，很方便地遥控灌溉和施肥，系统还可自动控制卷帘、热屏遮阴系统、加热系统以及灌溉区的

15、流量控制系统，精确可靠，节省人力，原本资源匮乏的以色列现已成为沙漠上的蔬菜出口国。2.1.2 国内温室产业的现状及存在的问题 我国温室发展现状如下： 1.日光温室和塑料大棚。设施园艺生产，特别是日光温室蔬菜生产是近20年来我国农业种植中效益最大的产业。目前我国设施园艺面积已达300多万hm2，总面积占世界首位。其中日光温室面积约60余万hm2，占温室和大棚等大型设施总面积的50%以上，北方地区约占整个温室大棚面积的80%以上。设施蔬菜面积占设施园艺总面积的95%以上，设施蔬菜生产总量已超亿吨。我国北方地区的日光温室经过对其建筑结构、环境调控技术和栽培技术等方面的不断改进，初步形成了具有中国特色

16、的设施园艺生产体系节能型日光温室配套栽培技术。在40N的高寒地区可实现冬季不加温生产蔬菜，基本消除了冬春蔬菜淡季，该技术在中国北方地区得到广泛应用，南方地区则大力推广塑料大棚和遮阳网栽培，解决了夏季防雨降温的问题。 2.近年来，我国设施园艺工程的总体水平有了明显提高。设施类型以塑料大棚和日光温室为主，逐步向大型化、多样化方向发展。地方各级政府将设施园艺工程作为发展现代农业的切入点，纷纷建立了现代化高效农业示范园区。据专家分析，在我国300多万hm2的设施园艺生产中，代表设施园艺最高水平的大型连栋温室在我国仅有400多hm2，仅占总面积的0.013%左右。随着我国现代温室产业的快速发展，在温室产

17、业的运营中暴露出了一些问题:1.科技含量低。中国的设施园艺无论是在温室设施本身还是在栽培管理方面，大多数设施结构简单，栽培管理以传统的经验为主，距离数量化和指标化的要求还有相当大的差距。中国温室市场上目前使用的不少产品，在高品质领域主要以国外产品为主。遮阴网的生产上以瑞典、以色列的高品质产品为主，温室环境控制系统领域上国内的产品同样与国外有相当大的差距，而且国内现有的一些科研成果与真正地推广应用之间还有一段差距。2.环境调控技术与设备落后，缺乏理论基础与量化指标。由于绝大多数园艺设施类型过于简易，因此对环境的调节和控制十分有限。张福墁教授认为，塑料大棚往常在遇到灾害性天气时受损，无法生产。即使

18、在正常天气，大部分塑料大棚所能进行的环境调控手段也仅限于通风和避风。日光温室遇到寒流或连阴(雪)天，光照不足失去热源和光源时，室内光照、温度、湿度都会出现不适合植物生长的逆境，轻则减产，重则绝收(如从2008年1月10开始的长达1月之久的连续降雪天气)，造成不同程度的经济损失。3.缺乏与我国相适应的温室优化控制软件。目前，我国引进温室的控制系统大多运行费用过高，而自行研制的控制系统又缺乏相应的优化软件，多数仍使用单因子开关量进行环境因子的调节。而实际上温室内的光照、气温、地温、湿度及CO2浓度等环境要素是在彼此关联着的环境中对作物的生长产生影响的，而且环境要素的时间变化和空间变化都很复杂，当改

19、变某一环境因子时常会把其他环境因子变到一个不适宜的水平上。因此，结合温室内的物理模型、作物的生长模型和温室生产的经济模型，开发出一套与我国温室生产现状相适应的环境控制优化软件是非常重要和十分迫切的。4.中国的温室建设上盲目性很大。大量的项目在相应的配套设备、人才不到位的情况下，盲目地从国外引进高新技术，盲目地低水平仿制国外产品。温室种植管理上，产品种植前经过市场考察的很少，往往造成产品积压，带来不应有的损失。相关的种植管理方面的研究距离理论化、科学化、系统化地指导生产实践还有不少差距。温室企业在产品的售后配套服务方面尚不够完善，企业的品牌意识、诚信意识不够，相当温室控制软件的研究上与国外企业相

20、比有相当大的差距。2.2国外温室控制技术的研究现状 国外温室栽培的起源以罗马为最早。罗马的哲学家塞内卡(Seneca，公元前3年至公元69年)记载了应用云母片作覆盖物生产早熟黄瓜。20世纪70年代以来，西方发达国家在设施农业上的投入和补贴较多，设施农业发展迅速。目前，全世界设施农业面积已达400余万hm2。荷兰、日本、以色列、美国、加拿大等国是设施农业十分发达的国家，其设施设备标准化、种苗技术及规范化栽培技术、植物保护及采后加工商品化技术、新型覆盖材料开发与应用技术、设施环境综合调控及农业机械化技术水平等都具有较高的水平，居世界领先地位。自20世纪70年代以来，国外设施农业发达国家在温室环境配

21、套工程技术方面也进行了大量研究，并取得了一些技术成果。以荷兰为代表的欧美国家设施园艺规模大、自动化程度高、生产效率高，设施农业主体没备温室内的光、水、气、肥等均实现了智能化控制；以色列的现代化温室可根据作物对环境的不同要求，通过计算机对内部环境进行自动监测和调控，实现温室作物全天候、周年性的高效生产；美国、日本等国还推出了代表当今世界最先进水平的全封闭式生产体系，即应用人工补充光照、采用网络通讯技术和视频技术进行温室环境的远程控制与诊断、由机械人或机械手进行移栽作业的“植物工厂”，大大提高了劳动生产率和产品产出率。2.2.1国内温室控制技术的研究现状我国温室产业起步比较晚。自70年代末起，我国

22、先后从日本、美国、荷兰和保加利亚等国引进了40套左右的现代化温室成套设备。虽然这些温室技术领先、设备先进，但在我国的使用过程中还存在较严重问题，主要有以下几点:引进价格高，运行经济效益差;技术要求过高，要求经营者既要懂农业技术，熟悉英文，还要掌握电脑操作和机械运营和维护;运营模式没有与中国的实际结合起来，不适合于我国的气候特征。所以，研究开发符合我国国情、产生明显经济效益并适用于大范围推广应用的自动控制温室系统己经迫在眉睫。基于以上的种种原因，我国的农业工程技术人员在吸收发达国家高科技温室生产技术的基础上，进行了温室中温度、湿度、光照等单因子控制技术的研究，并逐步推出既适宜我国经济发展水平又能

23、满足不同生态气候条件要求的温室控制系统。 三、系统总方案的研究与设计3.1 植物温室系统重要参数的调节与控制3.1.1温度的调节与控制温室内温度的调节和控制包括保温、加温和降温3种。温度调控要求达到能维持适宜于作物生育的设定温度。温度的空间分布均匀，时间变化平缓。（1）保温，为了提高大棚的保温能力，常采用各种保温覆盖。具体方法就是增加保温覆盖的层数，采用隔热性能好的保温覆盖材料，以提高设施的气密性。（2）加温，我国传统的单屋面温室，大多采用炉灶煤火加温，近年来也有采用锅炉水暖加温或地热水暖加温的。大型连栋温室和花卉温室，则多采用集中供暖方式的水暖加温，也有部分采用热水或蒸汽转换成热风的采暖方式

24、。本系统采用热水或蒸汽转换成热风的采暖方式（3）降温，保护设施内降温最简单的途径是通风，但在温度过高，依靠自然通风不能满足作物生育要求时，必须进行人工降温。降温包括遮光降温法、屋面流水降温法、蒸发冷却法及强制通风法。遮光降温法是一种在室外与温室屋顶部相距40cm处张挂遮光幕，对温室降温很有效。另一种在室内挂遮光幕，降温效果比挂在室外差；屋面流水降温法采用时须考虑安装成本，清除玻璃表面的水垢污染问题；蒸发冷却法使空气先经过水的蒸发冷却降温后再送入室内，达到降温目的。蒸发冷却法有湿帘风机降温法、细雾降温法、屋顶喷雾法。本系统采用风机降温法。3.1.2湿度的调节与控制常用的湿度调节方式是加湿和去湿。

25、（1）加湿，一般常用的方法是水喷雾法和蒸汽加湿。水喷雾法采用双位或多位控制来实现；蒸汽加湿则采用电极加湿器或浇蒸加湿器实现。（2）去湿，在温室中去湿常用以下三种方式：加热控制法、吸附法-化学除湿器、排湿换气。在湿度的调节系统中，温室内的加湿和去湿则由温室内的调节部件完成，这些部件有天窗、侧窗、湿帘、风机等。而本系统采用加湿器加湿，吸附法-化学除湿器除湿的方法。3.1.3温度、湿度之间的耦合温度与湿度之间有一定的耦合关系，对一个因子的控制常会带来另一个因子的变化。在冬季温室环境控制中，默认为温度控制优先的原则，在温度条件满足后，再来满足湿度条件。如温度过低、湿度过大的情况下，以加温为主导，只有当

26、温度上升到一定值后，才能通风降湿，另一方面，温度提高本身可以使相对湿度降低。在夏季降温加湿的过程中，采用以湿度优先的原则。在温室内光照强度调节中通常选用改变温室大棚的硬件环境方法，人工调节大棚外部设施的方法来改变温室内的光照强度。调节方法一般有以下四种：（1）改善设施的透光率；（2）应用反光幕；（3）人工补光；（4）遮光。本系统光，用补光钠灯。3.1.5二氧化碳含量的调节与控制 大气中二氧化碳平均浓度一般为0.03%，变幅较小。在冬春设施蔬菜生产中，为了保温，设施经常处于密闭状态，缺少内外气体交换，二氧化碳浓度变幅较大，中午设施内由于光合作用，二氧化碳浓度下降，接近甚至低于补偿点，二氧化碳处于

27、亏缺状态应当及时的补充二氧化碳。补充二氧化碳的方法很多，常用的主要有三种：（1）燃烧法；（2）化学反应法（目前在我国的设施栽培中运用较多）；（3）施用颗粒有机生物气肥法。3.2系统总体方案的设计根据作物生长所需要的环境模型制定环境设施输出方案是温室环境控制的关键技术。为避免控制方案过于复杂，本设计选择最重要的环境因子如温室内空气温度、湿度、光照、CO2浓度作为基本的监测和控制项目。 四、系统硬件研究与设计 根据课题要求，以及对植物温室自动控制系统功能分析，可以设计出该系统的控制系统的硬件框图，如图所示：温度检测湿度检测光照强度检测CO2浓度检测系统启动 系统停止 左遮阳帘限位右遮阳帘限位 西门

28、子 S7-200 CUP226 变频器遮阳电机正转接触器遮阳电机反转接触器散热风机加湿器CO2发生器补光钠灯 加热风机电动角执行器侧窗电机正转接触器侧窗电机反转接触器 图一 、 系统硬件框图4.1 PLC主机 选择西门子S7-200系列PLC作为温室控制系统的控制主机。在西门子S7-200系列PLC中有CPU221、CPU222、CPU224、CPU226、CPU226XM等之分。此温室控制系统总有五个数字量输入，四个模拟量输入，选择CPU226作为其主机。 表3.1 S7-200系列PLC中CPU22X的基本单元型号输入点输出点可带扩展模块数S7-200CPU221640S7-200CPU2

29、22862个扩展模块S7-200CPU22424107个扩展模块S7-200CPU224XP24167个扩展模块S7-200CPU22624167个扩展模块4.2模拟量输入/输出扩展模块 在植物温室控制系统中，有是个模拟量的输入，两个模拟量的输出。因此，需要采用模拟量输入/输出扩展模块。在西门子S7-200系列的PLC中有专门的模拟量输入/输出扩展模块EM235，因此，选用EM235模块进行模拟量输入输出扩展模块。 EM235扩展模块具有以下特性：（1） 实际中，4路模拟量差分输入，1路模拟量输出。（2） 输入范围，单极性电压为010V，05V；双极性电压为正负5V，正负2.5V；电流为020

30、mA。（3） 输入阻抗不小于10M（4） 12位A/D转换器。（5） 最大输入电压为30V DC。（6） 最大输入电流为32mA。（7） 输出稳定时间，电压为100us，电流为2ms。（8） 输出驱动能力，电压输出最小为5000，电流输出最大为500.（9） 输出分辨率，电压为12位；电流11位。（10） 功耗为2W4.3启动按钮 启动按钮是用来启动温室控制系统，一旦按下启动按钮，植物温室控制系统就上电准备开始工作。启动按钮可以直接输入到PLC CUP的输入端口上。4.4停止按钮 停止按钮是用来停止温室控制系统的，一旦按下停止按钮，植物温室控制系统就不再工作。停止按钮可以直接输入到PLC CU

31、P的输入端口上。4.5左端点限位开关 左端点限位开关是用来指示遮阳帘的左移动幅度，当遮阳帘的限位机构接触到左端点限位开关时，PLC控制遮阳帘的执行电机停止转动，即遮阳帘停止。左端点限位开关可以直接输入到PLC CUP 的输入端口上。4.6右端点限位开关 右端点限位开关是用来指示遮阳帘的右移动幅度，当遮阳帘的限位机构接触到左端点限位开关时，PLC控制遮阳帘的执行电机停止转动，即遮阳帘停止。右端点限位开关可以直接输入到PLC CUP 的输入端口上。4.7 所需传感器的介绍4.7.1温度传感器温度传感器是用来检测植物温室系统的温度，在植物温室控制系统中，需要对室内的温度进行控制与调节，而温度传感器对

32、室内温度检测后，送入到PLC之中。这样，使得PLC对温度控制形成了一个闭环系统，使得控制更加精确。温度传感器输出一个模拟量，因此，需要PLC系统中的模拟量输入A/D扩展模块，来采集温度传感器的信息，从而得到温度的信息。本系统采用温度传感器的型号为AD590温度传感器，AD590是美国模拟器件公司的电流输出型温度传感器，供电电压范围为330V，输出电流223A（-50）423A（+150），灵敏度为1A/。4.7.2 湿度传感器 湿度传感器是用来检测植物温室系统的湿度，在植物温室控制系统中，要对室内的湿度进行控制与调节，而温度传感器通过检测室内是湿度后，送入PLC中。这样，使得PLC对室内湿度控

33、制形成了一个闭环系统，使得控制变得更加精确。湿度传感器输出是一个模拟量，因此，需要PLC系统中的模拟量输入A/D扩展模块，来采集湿度传感器的信息，从而获得湿度的信息。4.7.3 光电传感器 光电传感器是用来检测植物温室系统的光照强度，在植物温室控制系统之中，要对室内的光照进行控制与调节，而光电传感器通过检测光照强度后，送入到PLC中。这样，使得PLC对温室系统系统的光照进行控制并形成一个闭环系统，使得控制变得更加精确。光电传感器输出是一个模拟量，因此，需要PLC系统中的模拟量输入A/D扩展模块，来采集光电传感器的信息，从而来获取光照强度的信息。4.7.4 CO2传感器CO2传感器是用来检测植物

34、温室系统的二氧化碳浓度，在植物温室控制系统中，是对温室内的二氧化碳浓度进行控制与调节，而二氧化碳传感器通过对二氧化碳浓度的检测，送到PLC中。这样，使得温室系统的二氧化钛浓度控制形成一个闭环系统，控制精度更加精确。CO2传感器输出是一个模拟量，因此，需要PLC系统中的模拟量输入A/D扩展模块，用来采集CO2传感器的信息，获得二氧化碳的浓度信息。4.8部分执行元件介绍4.8.1 CO2发生器 当系统的所需二氧化碳浓度过低时，启动二氧化碳发生器，用来控制植物温室控制系统的CO2的浓度，来达到植物所需要的二氧化碳浓度。可以直接接到PLC主机的输出端来控制。 本系统采用型号为ZR1000型二氧化碳发生

35、器。4.8.2补光钠灯 当温室内的光照强度过低时，采用补光钠灯来给温室里面的植物进行补光，保证植物能够正常的进行光合作用。 可以直接接到PLC主机的输出端口来控制。 本系统采用飞利浦高压钠灯，其规格为：SON-T Agro 400W4.8.3加湿器 用来控制室内的湿度，当温室系统中室内湿度低于设定值时，启动加湿器，增加室内湿度，达到所需湿度值。可以直接接到PLC主机的输出端来控制。4.8.4电动角执行器电动角执行器是用来调节热风温度的，其根据植物温室控制系统的工作情况，以及温度传感器检测到的当前温度信息。由于需要连续地调节热风温度，因此需要PLC扩展模拟量输出来控制电动角执行器，在系统中，采用

36、西门子S7-200系统的PLC专门的模拟量D/A输出扩展模块，来实现对电动角执行器的连续输出控制，以达到对温度的连续调节的效果。4.8.5变频器 在植物温室控制系统中，需要对遮阳帘电机的速度进行有效的调节与控制，而遮阳帘电机的动力装置是一三相异步电机，这样就需要变频器来实现对三相异步电机的转速的有效控制。PLC通过变频器来控制三相异步电动机的转动，变频器实物图： 图二、西门子变频器实物图PLC通过变频器来控制三相异步电动机的转动，变频器的一般结构框图如下所示 西门子 变频器电源模拟量输入三相电输入三相变频输出 直流 电源 AC380V 制动电阻 PLC 三相异步电机 图三、 变频器的一般结构图

37、4.9 PLC所提供的24V直流稳压电源的电路CW7824814 T V1V4 三端集成稳压器 U1220 24 R1 C1 C2 C3 2200uf 0.3uf 0.01uf R2 U0 变压部分 整流部分 滤波部分 稳压部分 图四、24V直流稳压电源电路原理图该电路主要由四个部分组成，分别是：变压电路、整流电路、滤波电路、稳压电路。A. 变压电路：是将给定的交流电压220v降压成所需要的电压大小值。B.整流电路：将变压器副边输出交流电压整流成直流电压，一般采用桥上整流电路，用四个二极管组成。C.滤波电路：一般采用电容滤波，滤掉部分交流电压，减少电路的纹波电压。D.稳压电路：一般采用三段集成

38、稳压器来稳压输出，保证输出电压的正确性。4.10系统各电机的主电路 M2 M1 QS1 QS2 FU1 FU2 FU3 FU4 KM1 KM2 KM3 KM4 FR1 FR2 遮阳帘电机正反转主电路 侧窗电机正反转主电路 U V W U V W M4 M3 QS4 QS3 KM6 KM5 FR3 FR4 加热风机主电路 散热风机主电路 图五、各电机主电路图4.11在上述详细分析的基础上，对西门子S7-200系列PLC CPU224系统资源的分配如表所示 表3.1 I/O端子分配表序号名称地址编号表示符号说明 输入信号（数字量）1启动按钮I0.0SB1启动系统2停止按钮I0.1SB2停止系统3左

39、限位开关I0.2SQ1控制遮阳电机左运动4右限位开关I0.3SQ2控制遮阳电机右运动 输入信号（模拟量）5温度传感器AIW0T1检测温室温度6湿度传感器AIW2T2检测温室湿度7CO2传感器AIW4T3检测温室CO2浓度8光电传感器AIW6T4检测温室光照强度输出信号（数字量）1遮阳帘电机正转接触器Q0.0KM1控制电机正转2遮阳帘电机反转接触器Q0.1KM2控制电机反转3侧窗电机正转接触器Q0.2KM3控制窗机正转4侧窗电机反转接触器Q0.3KM4控制窗机反转5散热风机Q0.4KM5降低室温6加热风机Q0.5KM6升高室温7加湿器Q0.6KM7调节温室湿度8CO2发生器Q0.7KM8调节温室

40、CO2浓度9补光钠灯Q1.0KM9调节温室光照10遮阳帘电机变频器Q1.1KM10控制遮阳帘电机输出信号（模拟量）11电动角执行器AQW2EC控制风机热风温度 4.12 温度内存地址分配与PID指令回路表 4.12.1 内存地址分配 表3.2 内存地址分配 地址说明VD0实际温度存放VD4设定温度存放VD30实际温度的存放4.12.2 PID指令回路表 表3.3 内存地址分配地址名称说明VD100过程变量（PVn）必须在0.01.0之间VD104给定值（SPn）必须在0.01.0之间VD108输出值（Mn）必须在0.01.0之间VD112增益（Kc比例常数，可正可负VD116采样时间（Ts）单

41、位为s，必须是正数VD120采样时间（Ti）单位为min，必须是正数VD124微分时间（Td）单位为min，必须是正数VD128积分项前值（MX）必须在0.01.0之间VD132过程变量前值（PVn-1）必须在0.01.0之间4.13根据硬件框图以及PLC系统的I/O分配情况，植物温室控制系统西门子S7-200CPU226PLC控制部分的硬件接线图如下图所示。I0.0 Q0.0I0.1 Q0.1I0.2I0.3 Q0.2COM 西门子 Q0.3 S7-200 CPU226 Q0.4 Q0.5 Q0.6 Q0.7 Q1.0 L+ Q1.1M COM SB1 启动按钮 VD1 遮阳电机正转接触器

42、SB2 停止按钮 KM1 VD2 SQ1左限位开关 KM2 遮阳电机反转接触器 VD3 SQ2 右限位开关 KM3 侧窗电机正转接触器 VD4 KM4 侧窗电机反转接触器 VD5 KM5 加热风机接触器 VD6 KM6 VD7 散热风机接触器 KM7 加湿器接触器 VD8 KM8 CO2发生器接触器 VD9 补光钠灯接触器 KM9+24V VD10 变频器接触器 KM10 220V ACT1T2T3T4AIW0 模拟量扩展模块AIW2 235AIW4 AQW2AIW6 EC加热设备 +24V 图六、系统硬件接线图系统硬件接线图中，采用续流二极管VD来保护接触器或者可以用阻容结构与接触器并联来保

43、护。主要参数如下表：五、系统的软件研究与设计5.1植物温室控制系统软件设计如以下几个部分，即一个主程序和四个子程序，四个子程序分别是：温度控制子程序、湿度控制子程序、二氧化碳控制子程序、光照强度控制子程序。下面是个程序软件设计介绍： （1） 主程序部分： 按下启动按钮，温室系统上电，准备开始工作。 若按下停止按钮，则系统停止。（2） 温度控制子程序： 检测温室室内温度，根据温度传感器检测到的室内温度来控制与调节电动角执行器和散热风机，若室内温度与设定的温度值在允许误差范围内相等，则不调节电动角执行器和启动散热风机，保持温度；若室内温度高于设定值，则启动散热风机，降低室内温度；若室内温度低于设定

44、值的温度，则调节电动角执行器，提高加热风机的热风温度。（3） 湿度控制子程序： 检测温室室内的湿度，根据湿度传感器检测到的室内的湿度来控制与调节加湿器的启动、风机的启动。若湿度是在误差允许范围内，保持湿度；若室内湿度低于设定值，启动加湿器，提高室内的湿度；若室内湿度高于设定值，启动风机，降低室内湿度。（4） CO2控制子程序： 检测室内的CO2浓度，根据CO2传感器检测到室内的二氧化碳浓度来控制与调节CO2发生器。若室内的二氧化碳浓度在设定值允许误差范围内，则保持室内二氧化碳浓度不变；若检测到的二氧化碳浓度低于设定值，则调节CO2发生器，提高室内二氧化碳浓度；若高于设定值，则启动风机，通风室内，降低室内二氧化碳浓度。（