毕业设计论文-基于plc的温室大棚控制系统设计

毕业设计论文-基于plc的温室大棚控制系统设计内容摘要：

遮阳帘闭合。 图 遮阳帘控制电路原理图 S B2K M 10S B3K M 10K M 10 S B1手动S B4KM4S Q 1KM3KM3S Q 2KM4KM3S Q 1KM4M KM3S Q 2 KM4自动M 山东科技大学 泰山科技学院 学士学位论文 12 PLC 简介 PLC 的产生 和系统组成 1969 年美国数字设备公司研制出世界第一台 PLC，开创了工业控制新时代。 PLC 随着计算机和微电子技术的发展，由最初的 1 位机发展到 8 位机，并随着微处理器 CPU 和微型计算机技术在 PLC 中的应用，形成了现代意义上的 PLC。 目前， PLC 已经使用 16 位、 32 位高性能微处理器，并实现了多处理器多通道处理。 现在， PLC 已经非常成熟。 [1]， [46] PLC 实质上是一种工业控制计算机。 PLC 与计算机的组成很类似，不过 PLC 比一般的计算机具有更强的与工业过程相连接的借口，以及更好的适应控制要求的编程语言，从 PLC 硬件上看，它由 CPU、存储器、输入输出借口、电源等组成。 如下图 所示： 图 PLC控制系统示意图 PLC 的工作原理 PLC 的工作原理可用 16 个字来概括：循环扫描、顺序执行、集中输入、HL按钮选择开关限位开关电源输入模块C P U储存器电源部分编程计算机块模出输接触器电磁阀指示灯电源A C 22 0/ D C 24山东科技大学 泰山科技学院 学士学位论文 13 集中输出。 PLC 的工作过程可用下图 来表示： 图 PLC运行框图 电源 ON 内部处理 输入处理通信服务 更新时钟，特殊寄存器 CPU 运行方式 执行程序 输出处理 执行自诊断 PLC 正常 存放自诊断错误结果 致命错误 CPU 强制为 STOP STOP N Y Y N 山东科技大学 泰山科技学院 学士学位论文 14 控制系统设计的基本原则及步骤 了解了 PLC的指令系统和工作原理后，就可以将 PLC用于工程项目中。 PLC 的控制部分的设计可以参考以下的基本原则及步骤。 设计 PLC 控制系统的基本原则 在 PLC 系统的实际设计过程中，设计原则往往会涉及到很多方面，其中最基本的可以归纳为 4 点。 要充分的发挥 PLC 功能，最大限度的满足被控对象的设计要求，是设计原则中最重要的一条原则。 程序开发人员要到现场调研调查，要与现场人员和车间工作人员紧密结合，共同合作，解决重要问题和疑难问题。 PLC 控制系统基本原则之二就是保证 PLC 能够长期安全、可靠、稳定的运行。 、方便简单的使用与经济效益 在满足设计要求的前提下，要尽量的考虑经济效益，要注意以后的工程扩展，也要尽量使系统更简单，要拥有合理的布局，以方便以后的检查与维修。 适当的考虑 PLC 控制系统以后的系统改进和技术完善，所以在 PLC 选型上，其 I/O 点数要留有 25%左右的裕量，以适应以后的系统技术改进。 PLC 控制系统的设计步骤 在设计 PLC 系统时，首先要对 PLC 应用系统进行功能设计，根据系统所具备的功能和现场工艺的要求，明确系统所需的功能和必要的程序设计。 然后进行 PLC 应用系统功能的具体分析，从而得出 PLC 控制系统的结构和山东科技大学 泰山科技学院 学士学位论文 15 形式，输入 /输出信号的种类及数量，控制系统的规模和布局。 PLC 控制系统的设计为以下步骤和图 ： 图 PLC控制系统设计步骤 评估控制任务 PLC 型号的选择 控制柜设计及布线 程序设计 程序的检查与调试 模拟运行 PLC 安装 修改软、硬件 联机调试 是否满足要求 程序备份 投入使用 是否 山东科技大学 泰山科技学院 学士学位论文 16 、制定控制方案 详细分析被控对象的工艺过程及工作特点，提出被控对象对 PLC 控制系统的控制要求，确定控制方案，拟定设计任务书。 I／ O 设备 根据系统的控制要求，确定系统所需的全部输入设备（如：按纽 、位置开关、转换开关及各种传感器等）和输出设备（如：接触器、电磁阀、信号指示灯及其它执行器等），从而确定与 PLC 有关的输入 /输出设备，以确定 PLC 的 I/O 点数。 PLC PLC 选择包括对 PLC 的机型、容量、 I/O 模块 的数量 、 I/O 模块余量、电源等的选择。 I/O 点并设计 PLC 外围硬件线路 分配 I/O 点：画出 PLC 的 I/O 点与输入 /输出设备的连接图或对应关系表； PLC 外围硬件线路：画出系统其它部分的电气线路图，包括主电路和未进入 PLC 的控制电路等 ； 由 PLC 的 I/O 连接图和 PLC 外围电气线路图组成系统的电气原理图。 （ 1）控制程序；（ 2）初始化程序；（ 3）检测、故障诊断和显示等程序；（ 4）保护和连锁程序。 设计控制柜和操作台等部分的电器布置图及安装接线图；设计系统各部分之间的电气互连图；根据施工图纸进行现场接线，并进行详细检查。 技术文件包括设计说明书、硬件原理图、安装接线图、电气元件明细表、 PLC 程序以及使用说明书等。 山东科技大学 泰山科技学院 学士学位论文 17 硬件电路设计 型号的选择 I/O 点数 根据温室大棚控制系统的控制要求，可以确定全部的输入设备和输出设备，从而可以确定 PLC 有关的输入输出设备，进而可以确定 PLC 的 I/O点数，本控制系统所需的 PLC 的 I/O 点数为 14 个数字量输入， 3 个模拟量输入， 10 个数字量输出。 PLC 的型号 西门子 PLCS7 系列 PLC 包括 S7200 系列、 S7300 系列、 S7400 系列。 其功能非常强大，按其功能又分为小型、中型、大型 PLC。 根据本系统 控制要求，选择 S7200 系列的 PLC。 由以上分析得此系统所需 I/O 点数 为 14 输入、 10 输出。 根据 PLC 硬件设计要求，应留出约 25%的空余点数，以方便以后的系统改造升级。 CPU224 的 I/O 点数虽然也为 14 输入、 10 输出，但是不能留出 I/O 点数裕量，不方便以后的升级改造，所以选择拥有 I/O 点数为 24 输入、 16 输出的CPU226，以方便以后系统的升级优化。 CPU226 相对功能强大，可以连接7 个扩展模块，最大可扩展至 248 个数字量 I/O 点或 35 个模拟量 I/O 点，具有 13K 的储存空间。 传感器的选型 根据温室温度控制的 要求 ，本文的温度传感器采用芬兰维萨拉公司型号为 HMD40 的产品，该款传感器 不仅 测量精度高，易于安装、响应速度快，对环境要求较低 ， 还具可靠性好、良好的长期稳定性、滞后小、不宜受灰尘、化学气体等环境因素的影响等特点。 其外观如下图 所示： 山东科技大学 泰山科技学院 学士学位论文 18 图 HMD40 型温度传感器实物图 该传感器的主要性能指标如下： 1． 温度检测范围： 10～ 60℃ ；测量精度： 177。 %℃ 2． 工作电压： 10～ 28V DC； 3． 输出信号： 4～ 20mA。 光控用于控制遮阳幕的 开关 ，使作物得到合理的光照并实现以下目的：免除作物超过光饱合 点，提高光合作用；实现对长日照作物、中日照作物和短日照作物的光照控制。 光照度传感器 可以 采用北京易盛泰和科技有限公司产品型号 Poi88c 光照度传感器。 该传感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 ， 量程可调。 ： O200Klx、 O20Klx、 0— 2020lx 可选 ： 24VDC／ 12VDC ： 420mA， 010V 可选 山东科技大学 泰山科技学院 学士学位论文 19 ： 177。 2 % 二氧化碳控制实时监测 C02 的含量，当 C02 的含量低于 设 定值时打开C02 储气罐或 C02 发生器以增施气肥。 C02 传感器选用弗加罗公司生产TGS4160 二氧化碳传感器，该传感器 为 固态电化学型气体敏感元件。 这种二氧化碳传感器除具有体积小、寿命长、选择性和稳定性好等特点外，同时还具有耐高湿低温的特性，可广泛用于自动通风换气系统或是 C02 气体的长期监测等应用场合。 其外观如下图 所示： 图 TGS4160 二氧化碳传感器实物图 TGS4160 传感器的主要技术参数如下： ： 30050,000ppm CO2浓度有高灵敏度 TGS4160 对湿度依赖性极低，长寿命 ： 10～ +50℃ 模拟量输入模块 EM235 EM235 的简介 传感器采集信息后，将信息转化成标准的电压或电流信号 ， PLC 硬件设计则需要模拟量输入模块，将电压或电流信号转化为数字量再输入 PLC山东科技大学 泰山科技学院 学士学位论文 20 中进行处理。 由于本控制系统需要 3 个模拟量输入，所以选择 EM235 模拟量输入模块。 模拟量输入模块 EM235 可以直接将被测主回路交流电流转化成按线性比例 输出 420mA 直流电流的标准信号，连续输送到接收装置。 该模块需要DC24V 的工作电源，具有 4 模拟量输入和 1 模拟量输出，利用 DIP 开关来设置输入信号的量程。 下表 说明如何通过 DIP 开关设置 EM235 模块的输入量程的范围。 表 EM235 模拟量输入范围和分辨率的开关表 单极性 满量程输入 分辨率 SW1 SW2 SW3 SW4 SW5 SW6 ON OFF OFF ON OFF ON 050mV OFF ON OFF ON OFF ON 0100mV 25181。 V ON OFF OFF OFF ON ON 0500mV 125181。 V OFF ON OFF OFF ON ON 01V 250181。 V ON OFF OFF OFF OFF ON 05V ON OFF OFF OFF OFF ON 020mA 5181。 A OFF ON OFF OFF OFF ON 010V 如上表所示，通过开关 SW1SW6 可以选择模拟量输入范围。 SW6 决定模拟量输入的单双极性，当 SW6 为 ON 时，模拟量输入为单极性，当 SW6为 OFF 时，模拟量输入为双极性。 SW4 和 SW5 为增益开关， SW SW2和 SW3 为衰减开关。 该标中， ON 是闭合， OFF 是断开， EM235 只在电源接通时读取开关设置。 温室大棚中的传感器测量的温度、光照度、二氧化碳浓度的测量值均为单极性，所以选择 020mA 的量程 和 05V 量程。 EM235 的使用说明 山东科技大学 泰山科技学院 学士学位论文 21 校准输入时，其步骤如下。 （ 1）切断模块电源，选择需要的输入范围。 （ 2）接通 CPU 和模块电源，使其通电稳定 15 分钟。 （ 3）用一个变送器、一个电压源或一个电流源，将零值信号加到一个输入端。 （ 4）读取适当的输入通道在 CPU 中的测量值。 （ 5） 调节偏置电位计，直到读数为零，或所需要的数据数字值。 （ 6）将一个满刻度值信号接到输入端子中的一个，读出送到 CPU 的值。 （ 7）调节增益电位计，直到读数为 32020，或所需的数字数据值。 （ 8）必要时，重复偏置和增益校准过程。 经上述步骤调整后，若输入 020mA 的模拟量信号，则对应的数字量结果 032020 或设定的所需数字数据值。 EM235 接线说明 24V DC 电源正极接入模块左下方 L+端子，负极接入 M 端子。 EM235模块的上部端子排为标注 A、 B、 C、 D 的四路模拟量输入接口，可分别接入标准电压电流信号。 为电压输入时， 以 A 端为例， 电压信号 正极 接入 A+端，负极接入 A端， RA 端悬空。 为电流输入时，以 B 端为例，须将 RB与 B+短接，然后与电流信号输出端相连，电流信号输入端则接入 B接口。 若 4 个接口未能全部使用，以 C 端口为例，未用的接口要将 C+与 C端子短接，以免受到外部干扰。 下部端子为一路模拟量输出端的 3 个接线端子MO、 VO、 IO，其中 MO 为数字接地接口， VO 为电压输出接口， IO 为电流输出接口。 若为电压负载，则将负载接入 MO、 VO 接口，若为电流负载，则接入 MO、 IO 接口。 PLC I/O 地址分配表 山东科技大学 泰山科技学院 学士学位论文 22 根据系。