基于plc的智能温室控制系统的设计毕业论文

基于plc的智能温室控制系统的设计毕业论文内容摘要：

附近。 随着季节的变化，以及随作物的生长阶段的变化，各时间段所需 要的温度也是变化的，这时可以通过修改设定温度值来调整温室的温度 控制目标。 控制方案 本系统采用自动与手动互相切换控制两种方式来实现对温室的自动 控制 ，提高设备运行的可靠性。 在运行的时候可以通过按钮对这两种控 制方式进行切换。 手动控制模式 手动控制简单可靠，由继电器、接触器、按钮、限位开关等电气元 器件组成。 自动控制模式 我们采用计算机自动控制模式，通过传感器对环境因子进行监测， 并对其设定上限和下限值，当检测到某一值超过设定值，便发出信号自 动对驱动设备进行开启和关闭，从而使温室环境因子控制在设定的范围 内。 其运行成本较低，可以大大节约劳动力，降低劳动者的劳动强度。 系统的硬件组成 为了实现智能温室的环境监控，本设计建立了温室环境控制 参数的 长时间在线计算机自动控制系统。 实现了温室内温度、湿度、 C02 浓度、 光照强度等参数的长期监测。 并可根据智能温室温湿度的需求，对天窗、 侧窗、降温湿风扇、风机、湿帘、内外遮阳网等设备自动控制。 采用计 算机作为上位机安装有组态王 监控软件，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设置与远程监控。 为了确保系统的可靠性，温室设备的控制采用手动 /自动切换方一式，即在 某些特殊情况下系统可以切换成手动，使用灵活力一便。 系统的硬件结构 图如下图 3 一 2 所示 : 信息采集系统的设计 温度采样电路设计 对于智能温室环境控制而言，温度参 数是监测控制系统输入的最基本的变量 之一。 温度传感变送器是具有在恶劣环境 中长期使用而保持精度不变的少数几类 传感器中的一种，目前常用的温度传感器 有热电偶传感器、热敏 电阻传感器及集成电路 (固态 )型传感器。 在各种 温度传感器中，热敏电阻和集成温度传感器均可满足要求。 本系统温度 控制的范围为 10“ C 一 SOOC (1)温度传感器的选择 温度传感器的种类很多，根据温室使用条件，选择恰当的传感器类 型才能保证测量的准确可靠，并同时达到增加使用寿命和降低成本的目的。 根据温室温度控制的特点， 本系统中温度传感器选用 AD59O 集成温度传感器如图 3 一 6。 该温 度传感器具有线性好、精度适中、 灵敏度高、体积小、使用方便等 优点，得到广泛应用。 集成温度传感器的输出形式 分为电压输出和电流 输出两种。 我们选用电压输出型的灵敏度一 般为 IOmV/K。 温度 O“ C 时输出 为 O，温度 25“ C 时输出。 它的主要特性参数如下 : (2)温度检测电路的设计 温度检测电路如图 3 一 7 所示，其中运算放大器 Al 被接成电压跟随器 形式，以增加信号的输入阻抗。 而运放 AZ 的作用是把绝对温标转换成摄 氏温标，给 AZ 的同相输入端输 入一个恒定的电压，然后将此电压放大到。 这样， A!’一歹 AZ 输出端之问的电压即为转换成的摄氏温 t/J、。 湿度采样电路设计 (1)湿度传感器的选择 湿度信号的传递必须靠水对湿敏元件直接接触来完成，因此湿敏元 件只能直接暴露于待测环境中，而不能密封。 目前己有几十种湿敏器件， 按感湿材料来分，大致有四类 :电解质、半导体陶 瓷、高分子和其它。 本 系统需要检测温室内空气的相对湿度，它是绝对湿度和饱和湿度之比。 根据温室湿度控制的特点，本系统中湿度传感器选用 A1203 型湿度传感 器。 A1203 型湿度传感器属于电容型的高分子材料制成的湿敏元件。 它具 有线形度好、滞后性小、响应快以及能在较寒冷的环境中使用等优点， 其主要的特性参数为 : ①工作环境温度 :一 30OC 一 +80OC。 ②相对湿度测量范围 :O 一 100%RH。 ③测湿精度 :士 4%Rha。 (2)湿度检测电路 当环境湿度发生变化时，传感器的电容量也随着变化，这种变化反应到 由振荡 电路提供的正弦波信号，通过电压跟随器输出电压值。 光照度传感器 光控用于控制遮阳幕的启闭，使作物得到合理的光照度并实现以下 目的 :免除作物超过光饱合点，提高光合作用。 实现对长日照作物、中 同照作物和短日照作物的光照控制。 光照度传感器采用北京易盛泰和科技有限公司产品型号 Pol88 一 c 光 照度传感器，外形图如图 :〕一 10 所 示。 说明 :采用先进的电路模块技术开 山东大学硕士学位论文 发变送器，用于实现对环境光照度的测量，输出标准的电压及电流信号， 体积小，安装方便，线性度好，传输距离长，抗干扰能力强。 可广泛用 于环境、养殖、建筑、楼宇等的光照 度测量。 量程可调。 接线原理图见图 执行机构系统设计 从图 3 一 2 系统总体设计框图中，可以看出执行机构系统包括湿帘降 温系统，天窗、侧窗、风扇、内外遮阳网开闭系统、变频器驱动降温排 湿风扇系统等部分。 湿帘降温水循环系统 湿帘降温水循环系统的系统组成 :湿帘、湿帘水泵、风扇和附件。 通过利用水的蒸发原理实现降温的目的。 湿帘安装在温室的北端，风扇 安装在南端。 当需要降温时，启动风扇将室内的空气强制抛出，形 成负 压，同时湿帘水泵将水打到湿帘墙上，室外的空气因负压被吸入室内的 过程中，以一定的速度从湿帘的缝隙穿过，导致水分蒸发和降温，冷空 气流经温室，吸收室内热量后，经风扇排出，从而达到降温的目的。 (1)湿帘水泵 湿帘水泵采用玉门县兴龙电器厂生产的湿帘专业水泵，外壳采用塑 料，和金属结核具有重量轻，电机噪声小，经久耐用等特点。 电压 :三 相 38OV/SOHZ，功率。 (2)直排水湿膜加湿器 直排水湿膜加湿器结构图如图 3 一 13，其安装要求如下 : ①安装 Dmm 厚度直排水湿膜加湿器的空调机组，其表冷器后部预留 空段，空段长度以大与 (D+150)mm 为最佳。 ②安装 Dmm 厚度直排水湿膜加湿器的空调机组，其所安装加湿器的 底部一定要有接水盘，且接水盘内要预留放置加湿器的空间。 ③直排水湿膜加湿器安装时应垂直，左右倾斜角度不大于 5 度。 ④现场需提供 DN15 供水管和 22OV/50HZ 的电源三芯插座，水源和 电源均需引到距离加湿器电控箱安 装位置 米范围之内，且周围不得 有任何障碍物。 直排水湿膜加湿器工作原理 (图 3 一 14) 经过过滤的水通过管路送到加湿器顶部淋水器，水沿湿膜材料向下渗透的同时， 被湿膜材料吸收，形成均匀的水膜。 当干燥的空气通过湿膜材料时，水分子充分吸 收空气中的热量而汽化，蒸发，使空气的湿度增加，形成湿润的空气。 这一过程空 气的湿度增加，温度下降，但空气的焙值保持不变。 2 天窗、侧窗、风扇、内外遮阳网开闭系统 本系统的所有执行设备都是通过 PLC 控制输出执行，并且控制的设 备多数是电机。 下面以 PLC 控制天窗电机为例 (见图 3 一 15)来介绍执行机 构控制的原理。 其它主线路、控制线路原理图图见附 2。 控制回路 :SAI 自动 /手动选择继电器触点，当手自动开关扳到自动 状态时， IKCA 通电，表示开窗。 ZKCA 接通时，表示关窗。 SAI 是三位自 复位的开关，当手自动开关扳到手动状态时， IKCA 和 ZKCA 保持常开状 态， 按 SBI 时是开窗状态时， KMI 交流接触器接通、 KMZ 交流接触器断开 : 按 SBZ 时是开窗状态时， KMZ 交流接触器接通、 KMI 交流接触器断开。 KM 工 和 KMZ 互锁， SQI 为天窗开到位限位开关， SQZ 为天窗关到位限位开关， FRI 为主回路热保护继电器常闭触电， XJ 为系统急停开关。 IKCA 和 ZKCA 是 PLC 控制中间继电器 KI 和 KZ 的触点，实现 PLC 控制天窗的开关。 由以上说明，我们可以看出，天窗电机手动工作时由手动开关控制， 自动工作时由尸 LC 控制。 并且有互锁、限位、热保护和工作指示的功能。 变频器驱动降温排 湿风扇的设计 目前，在国内外温室的降温排湿风扇基本采用传统的开一关控制方 式，即风扇以恒速间歇式运行。 基于变频技术的风扇变风量通风技术可 以为温室通风量优化运行和节能性运行创造条件，因此采用了变频器驱 动排湿风扇设计。 (1)变频器容量的选择 由于该排湿风扇容量为 60OW，并且连续运转，所需变频器容量的计 算公式 : (2)变频器的参数设置 ①上限频率因为风机的机械特性具有二次方律特性，所以，当转 速超过额定转速时，阻转矩将增大很多，容易使电动机和变频器处于过 载状态，因此，上限频率九不应超过额定频率九。 ②下限频率从特性或工作状况来说，风机对下限频率人没有要求， 但转速太低时，风量太小，在多数情况下无实际意义。 一般可预置为人多 ZOHz。 ③加、减速时 间风机的惯性很大，加速时间过短，容易产生过电 流。 减速时间过短，容易引起过电压。 一般风机起动和停止的次数很少， 起动和停止时间不会影响正常生产。 所以加、减速时间可以设置长些， 具体时间可根据风机的容量大小而定。 通常是风机容量越大，加、减速 时间设置越长。 ④加、减速方式风机在低速时阻转矩很小，随着转速的增高，阻 转矩增大得很快。 反之，在停机开始时，由于惯性的原因，转速下降较 慢。 所以，加、减速方式以半 S 方式比较适宜。 ⑤回避频率风机在较高速运行时，由于阻转矩较大，容易在某一 转速下发生机械谐振。 遇到机械谐振 时，极易造成机械事故或设备损坏， 因此必须考虑设置回避频率。 可采用试验的方法进行预置，即反复缓慢 山东大学硕士学位论文 地在设定的频率范围内进行调节，观察产生谐振的频率范围，然后进行 回避频率设置。 ⑥起动前的直流制动为保证电动机在零速状态下起动，许多变频器 具有“起动前的直流制动”功能设置。 这是因为风机在停机后，其风叶 常常因自然风而处于反转状态，这时让风机起动，则电动机处于反接制 动状态，会产生很大的冲击电流。 为避免此类情况出现，要进行“起动 前的直流制动”功能设置。 第四章系统的软件设计 温室控制系统 pLC 软件的设计 控制系统软件设计要求 根据基本要求和技术要求列出以下几点 : (l)防止接点误动作 :可利用自锁电路加以解决。 (2)系统自诊断功能 :PLC 本身具有此项功能。 (3)风机控制 :温室设有一组风机，能同时启动与停止，当 的温度超出预定值时，受 PLC 的控制先是 4 个侧窗自动打开，延 后风机启动，再延时 5 秒后湿帘水泵启动，从而使温室的温度降低 (4)侧窗控制 :温室中设有 4 个侧窗，侧窗受电机控制，通过 限位的设定。