大棚溫度自動控制系統(tǒng)設(shè)計

./.WORD格式整理..溫室大棚溫度PLC控制系統(tǒng)設(shè)計摘要溫室,是用來栽培植物的設(shè)施,它能改變植物的生長環(huán)境,避免外界四季變化和惡劣氣候?qū)ψ魑锷L的不利影響,為植物生長創(chuàng)造適宜的條件。隨著科學(xué)技術(shù)的迅速發(fā)展,農(nóng)業(yè)應(yīng)用技術(shù)越來越受到重視,特別是溫室大棚已經(jīng)成為高效農(nóng)業(yè)的一個重要組成部分。如何利用科學(xué)技術(shù)有效地控制溫室內(nèi)的各種環(huán)境因數(shù),以提高溫室大棚環(huán)境的控制效果,已成為目前我國溫室業(yè)研究的重點課題之一。這對我國溫室產(chǎn)業(yè)的發(fā)展有著不可估量的重要意義。本文主要介紹了基于西門子公司S7-200系列的可編程控制器〔PLC和MCGS組態(tài)軟件的溫室大棚溫度PLC控制系統(tǒng)設(shè)計方案。該研究中,將采用溫度傳感器、光照傳感器、CO2濃度傳感器對溫室中各項環(huán)境指標(biāo)進(jìn)行檢測,并將測量值送入PLC中,由PLC將其與設(shè)定值進(jìn)行比較,再發(fā)出相應(yīng)的指令驅(qū)動執(zhí)行設(shè)備來調(diào)節(jié)溫室內(nèi)的環(huán)境參數(shù),從而實現(xiàn)溫室的智能化、自動化控制。在此基礎(chǔ)上,采用MCGS組態(tài)軟件完成了控制系統(tǒng)的組態(tài)設(shè)計,實現(xiàn)了動態(tài)演示、過程監(jiān)測、數(shù)據(jù)記錄、曲線顯示等功能,從而實現(xiàn)了控制系統(tǒng)操作的人性化和過程的可視化,為溫室大棚的發(fā)展提供了新的方向。關(guān)鍵詞：溫室,環(huán)境,控制,可編程控制器,組態(tài).目錄TOC\o"1-2"\h\z\u摘要2第一章緒論11.1課題概述11.2國內(nèi)外研究現(xiàn)狀21.3研究內(nèi)容4第二章PLC概述62.1PLC簡介62.2PLC控制系統(tǒng)設(shè)計的基本原則及步驟10第三章控制系統(tǒng)的總體設(shè)計方案133.1系統(tǒng)的設(shè)計任務(wù)133.2系統(tǒng)的控制方案133.3系統(tǒng)的工作原理14第四章控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計154.1電氣控制系統(tǒng)設(shè)計154.2PLC硬件電路的設(shè)計194.3PLC的硬件配置21第五章控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計265.1PLC程序設(shè)計的方法265.2編程軟件STEP7-Micro/WIN概述265.3控制系統(tǒng)的程序設(shè)計275.4控制程序的仿真與調(diào)試34第六章組態(tài)畫面的設(shè)計方案366.1組態(tài)軟件概述366.2溫室大棚控制系統(tǒng)的組態(tài)設(shè)計38結(jié)論45致謝47參考文獻(xiàn)48.第一章緒論1.1課題概述1.1.1課題簡介溫室又稱暖房,是用來栽培植物的設(shè)施。溫室的作用是用來改變植物的生長環(huán)境,避免外界四季變化和惡劣氣候?qū)ψ魑锷L的不利影響,為植物生長創(chuàng)造適宜的條件。溫室環(huán)境指的是作物在地面上的生長空間,它是由光照、溫度、濕度、二氧化碳濃度等因素構(gòu)成的。溫室控制主要是通過控制溫室內(nèi)的溫度、濕度、通風(fēng)與光照,使得它可以在冬季或其他不適宜植物露地生長的季節(jié)栽培植物,從而達(dá)到對農(nóng)作物調(diào)節(jié)產(chǎn)期、促進(jìn)生長發(fā)育、防治病蟲害及提高產(chǎn)量的目的?，F(xiàn)代化溫室中具有控制溫濕度、光照等條件的設(shè)備,并采用電腦進(jìn)行自動控制,以此創(chuàng)造植物生長所需的最佳環(huán)境條件。1.1.2研究目的及意義我國的設(shè)施園藝絕大部分用于蔬菜生產(chǎn)。80年代以來,溫室、大棚蔬菜的種植面積連年增加。目前的栽培設(shè)施中,有國家標(biāo)準(zhǔn)的裝配式鋼管塑料大棚和玻璃溫室僅占設(shè)施栽培面積的少部分,大多數(shù)的農(nóng)村仍然采用自行建造的簡單低廉的竹木大小棚,只能起到一定的保溫作用,根本談不上對溫光水氣養(yǎng)分等環(huán)境條件的調(diào)控,抗自然環(huán)境的能力極差。即使那些數(shù)量不多的裝配式塑料大棚和玻璃溫室也缺乏配套的調(diào)控設(shè)備和儀器,僅僅依靠經(jīng)驗和單因子定性調(diào)控,所以,我國設(shè)施栽培的智能化程度非常低。除此之外,我國設(shè)施農(nóng)業(yè)目前還存在著諸如土地利用率低、盲目引進(jìn)溫室、設(shè)施結(jié)構(gòu)不合理、能源浪費嚴(yán)重、運營管理費用高、管理技術(shù)水平低、勞動生產(chǎn)率低及單位面積產(chǎn)量低等諸多問題。中國農(nóng)業(yè)想要發(fā)展,就必須走現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)這條道路。隨著國民經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展,農(nóng)業(yè)的研究和應(yīng)用技術(shù)越來越受到重視,特別是溫室大棚已經(jīng)成為高效農(nóng)業(yè)的一個重要組成部分。現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的重要一環(huán)就是對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)環(huán)境的一些重要參數(shù)進(jìn)行檢測和控制。在實際的農(nóng)業(yè)種植中,溫室環(huán)境與生物的生長、發(fā)育、能量交換等有著密切的關(guān)系。作為實現(xiàn)溫室生產(chǎn)管理自動化、科學(xué)化的基本保證,環(huán)境測控可通過對監(jiān)測數(shù)據(jù)的分析,并結(jié)合作物生長發(fā)育規(guī)律,從而控制環(huán)境條件,使作物達(dá)到優(yōu)質(zhì)、高產(chǎn)、高效的栽培目的。實際上生產(chǎn)生活中,以蔬菜大棚為代表的現(xiàn)代農(nóng)業(yè)設(shè)施在現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中發(fā)揮著巨大的作用。目前,雖然國外的溫室設(shè)施己經(jīng)發(fā)展到比較完備的程度,并形成了一定的標(biāo)準(zhǔn),但是價格非常昂貴,缺乏與我國氣候特點相適應(yīng)的測控軟件。而當(dāng)今國內(nèi)大多數(shù)對大棚溫度、濕度、二氧化碳含量的檢測與控制都采用人工管理,這樣不可避免的有測控精度低、勞動強(qiáng)度大及由于測控不及時等弊端,容易造成不可彌補的損失,結(jié)果不但大大增加了成本,浪費了人力資源,而且很難達(dá)到預(yù)期的效果。因此,為了實現(xiàn)高效農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的科學(xué)化并提高農(nóng)業(yè)研究的準(zhǔn)確性,推動我國農(nóng)業(yè)的發(fā)展,必須大力發(fā)展農(nóng)業(yè)設(shè)施與相應(yīng)的農(nóng)業(yè)工程,科學(xué)合理地調(diào)節(jié)大棚內(nèi)溫度、濕度以及二氧化碳的含量,使大棚內(nèi)形成有利于蔬菜、水果生長的環(huán)境?，F(xiàn)階段隨著蔬菜大棚的迅速增多,人們對其性能要求也越來越高,特別是為了提高生產(chǎn)效率,對大棚的自動化程度要求也越來越高。隨著社會的進(jìn)步和科學(xué)的發(fā)展,我國設(shè)施農(nóng)業(yè)將向著地域化、節(jié)能化、專業(yè)化發(fā)展,向著高科技、自動化、機(jī)械化、規(guī)?；?、產(chǎn)業(yè)化的工廠型農(nóng)業(yè)發(fā)展,為社會提供更加豐富的無污染、安全、優(yōu)質(zhì)的綠色健康食品。所以,進(jìn)行溫室大棚溫度PLC控制系統(tǒng)的研究設(shè)計具有重要的現(xiàn)實意義。本課題通過對PLC可編程控制器、組態(tài)軟件、傳感器、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的學(xué)習(xí)與研究,完成了利用西門子PLC與PC機(jī)構(gòu)組成溫室大棚溫度監(jiān)控系統(tǒng)。1.2國內(nèi)外研究現(xiàn)狀1.2.1國內(nèi)研究現(xiàn)狀我國現(xiàn)代溫室技術(shù)起步較晚,80年代以來,政府大力發(fā)展以塑料大棚、節(jié)能日光溫室為主的設(shè)施農(nóng)業(yè),促進(jìn)了農(nóng)村經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和緩和了蔬菜季節(jié)性短缺矛盾。其中能充分利用太陽光熱資源、節(jié)約燃煤、減少環(huán)境污染的日光溫室為我國所特有。1997年我國日光溫室面積已超過近16.7萬公頃。由農(nóng)業(yè)部聯(lián)合有關(guān)部門試驗推廣的新一代節(jié)能型日光溫室,每年每畝可節(jié)約燃煤約20噸。隨后,以單層薄膜或雙層沖氣薄膜、PC板、玻璃為覆蓋材料的大型現(xiàn)代化連棟溫室,以其土地利用率高、環(huán)境控制自動化程度高和便于機(jī)械化操作等優(yōu)點,自1995年以來,便呈現(xiàn)出迅猛的發(fā)展之勢,目前全國共有大型溫室面積200公頃,其中自日本、荷蘭、以色列、美國等國家引進(jìn)的溫室面積達(dá)140公頃。最初,我國的現(xiàn)代溫室技術(shù)主要從國外引進(jìn),然而近幾年從國外引進(jìn)的溫室大部分經(jīng)營虧損,目前已處于停產(chǎn)狀態(tài)或僅僅利用其玻璃的外殼。隨著溫室面積的不斷增加,溫室建造的國產(chǎn)化問題越來越引起人們的重視。目前,現(xiàn)代化大型溫室的骨架和覆蓋材料國產(chǎn)化已經(jīng)基本不成問題,但其內(nèi)部的配套設(shè)施和計算機(jī)管理系統(tǒng)等現(xiàn)代化管理方法與先進(jìn)國家相比還有較大的差距,是今后要著力解決的問題。在溫室環(huán)境自動監(jiān)控中,各環(huán)境參數(shù)分別由各自的閉環(huán)系統(tǒng)控制,但由于這些受控參數(shù)常常相互影響,如光照增加,室溫相應(yīng)增加,溫度的升高,又造成溫室相對濕度降低,同時各系統(tǒng)間并不完全獨立,回路間相互耦合時可能導(dǎo)致系統(tǒng)不穩(wěn)而失控,這里可采用模糊控制方法,可較好地解決環(huán)境參數(shù)之間的相互影響。另外,以前在監(jiān)控系統(tǒng)的研制開發(fā)中,主要針對環(huán)境,而很少考慮農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程中的生物因素,沒有農(nóng)業(yè)專家的合作參與,很難對系統(tǒng)正確定位,其適應(yīng)性也差。所以,將農(nóng)業(yè)學(xué)科與工程學(xué)科結(jié)合起來,對果蔬生長的環(huán)境參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計,對于開發(fā)經(jīng)濟(jì)有效的溫室監(jiān)控軟件系統(tǒng)是非常重要的。近年來我國的溫室控制取得了長足的進(jìn)步,首先在溫室群控制方面,進(jìn)行了初步的探索和理論研究,其次在溫室控制中引入了人工智能和先進(jìn)的控制算法,如專家系統(tǒng)、遺傳算法、模糊控制等理論和控制策略。當(dāng)前溫室控制系統(tǒng)研究熱點己由簡單的DDC<直接數(shù)字控制>發(fā)展到分布式控制系統(tǒng),如DCS<分布式控制>、FCS<柔性控制>等網(wǎng)絡(luò)化的控制系統(tǒng)。目前,在相關(guān)行業(yè)己經(jīng)有網(wǎng)絡(luò)化測量和控制方面的研究,實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)化、分布式數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)取代傳統(tǒng)孤立的、信息閉塞的系統(tǒng),甚至跨越以太網(wǎng)或Internet進(jìn)行數(shù)據(jù)采集,實施遠(yuǎn)程控制。雖然國內(nèi)溫室規(guī)模有限,還沒有形成規(guī)模經(jīng)濟(jì),另外構(gòu)建的費用也較高,但從長遠(yuǎn)來看,溫室監(jiān)控系統(tǒng)分布式和網(wǎng)絡(luò)化將是一種必然的趨勢。現(xiàn)代溫室中常見的能自動控制的調(diào)控機(jī)構(gòu)有：頂部通風(fēng)窗、側(cè)面通風(fēng)窗、外遮陽簾幕、內(nèi)遮陽簾幕、軸流通風(fēng)機(jī)、降溫濕簾、人工補光燈、二氧化碳施肥器、加熱設(shè)備、噴霧系統(tǒng)及熏蒸設(shè)備?？刂破骶C合調(diào)節(jié)各個機(jī)構(gòu),使系統(tǒng)在運行中節(jié)約能源的同時保證室內(nèi)氣候滿足植物生長需求。使用的控制器可以有很多選擇,如單片機(jī)、工控機(jī)、PLC、通用PC機(jī)等。1.2.2國外研究現(xiàn)狀西方發(fā)達(dá)國家在現(xiàn)代溫室測控技術(shù)上起步比較早。1949年,借助于工程技術(shù)的發(fā)展,美國建成了第一個植物人工氣候室,開展了植物對自然環(huán)境的適應(yīng)性和抗御能力的基礎(chǔ)及應(yīng)用研究。20世紀(jì)60年代,生產(chǎn)型的高級溫室開始應(yīng)用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn),奧地利首先建成了番茄生產(chǎn)工廠,70年代后荷蘭、日本、美國、英國、以色列等國家的溫室園藝迅猛發(fā)展,溫室設(shè)施廣泛應(yīng)用于園藝作物生產(chǎn)、畜牧業(yè)和水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)。隨著計算機(jī)技術(shù)的進(jìn)步和智能控制理論的發(fā)展,近百年來,溫室大棚作為設(shè)施農(nóng)業(yè)的重要組成部分,其自動控制和管理技術(shù)不斷得以提高,在世界各地都得到了長足的發(fā)展。特別是二十世紀(jì)70年代電子技術(shù)的迅猛發(fā)展和微型計算機(jī)的出現(xiàn),更使溫室大棚環(huán)境控制技術(shù)產(chǎn)生了革命性的變化。80年代,隨著微型計算機(jī)日新月異的進(jìn)步和價格大幅度下降,以及對溫室控制要求的提高,以微機(jī)為核心的溫室綜合環(huán)境控制系統(tǒng),在歐美得到了長足的發(fā)展,并邁入了網(wǎng)絡(luò)化、智能化階段。目前,國外現(xiàn)代化溫室的內(nèi)部設(shè)施己經(jīng)發(fā)展到比較完備的程度,并形成了一定的標(biāo)準(zhǔn)。溫室內(nèi)的各環(huán)境因子大多由計算機(jī)集中控制,檢測傳感器也較為齊全,如溫室內(nèi)外的溫度、濕度、光照度、二氧化碳濃度、營養(yǎng)液濃度等,由傳感器的檢測基本上可以實現(xiàn)對各個執(zhí)行機(jī)構(gòu)的自動控制,如無級調(diào)節(jié)的天窗通風(fēng)系統(tǒng),濕簾與風(fēng)扇配套的降溫系統(tǒng),由熱水鍋爐或熱風(fēng)機(jī)組成的加溫系統(tǒng),可定時噴灌或滴灌的灌溉系統(tǒng),二氧化碳施肥系統(tǒng),以及適用于溫室作業(yè)的農(nóng)業(yè)機(jī)械等。計算機(jī)對這些系統(tǒng)的控制己經(jīng)不是簡單的、獨立的、靜態(tài)的直接數(shù)字控制,而是基于環(huán)境模型上的監(jiān)督控制,以及基于專家系統(tǒng)上的人工智能控制,一些國家在實現(xiàn)自動化的基礎(chǔ)上正在向著完全自動化、無人化的方向發(fā)展。1.3研究內(nèi)容可編程控制器<PLC>是集計算機(jī)技術(shù)、自動控制技術(shù)和通信技術(shù)為一體的新型自動控制裝置。其性能優(yōu)越,已被廣泛應(yīng)用于工業(yè)控制的各個領(lǐng)域,并已成為工業(yè)自動化的三大支柱<PLC、工業(yè)機(jī)器人、CAD/CAM>之一。PLC的應(yīng)用已成為一個世界潮流,在不久的將來PLC技術(shù)在我國將得到更全面的推廣和應(yīng)用。本論文研究的是PLC技術(shù)在溫室控制系統(tǒng)上的應(yīng)用。從整體上分析和研究了控制系統(tǒng)的電路設(shè)計、硬件設(shè)計、軟件設(shè)計,控制對象數(shù)學(xué)模型的建立、控制算法的選擇和參數(shù)的整定,人機(jī)界面的設(shè)計等。本次研究內(nèi)容為溫室大棚溫度PLC控制系統(tǒng)設(shè)計。溫室大棚的作用是改變植物的生長因子,從而避免四季的氣候變化和惡劣氣候?qū)χ参锷L的不良影響,為植物提供一個良好的生長環(huán)境。在植物的生長過程中,溫室中的溫度,光照,濕度,CO2濃度,土壤酸堿度等環(huán)境參數(shù)對植物的生長起著重要作用。本次研究采用可編程控制器PLC作為控制核心。通過傳感器檢測溫室中的環(huán)境參數(shù),經(jīng)變送轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)電流信號〔4～20mA后送入S7-200的模擬量輸入模塊EM235,PLC通過分析處理,輸出開關(guān)量,通過驅(qū)動電路控制通風(fēng)扇、遮陽簾、風(fēng)機(jī)等多種執(zhí)行機(jī)構(gòu)。第二章PLC概述2.1PLC簡介2.1.1PLC的產(chǎn)生和應(yīng)用1969年美國數(shù)字設(shè)備公司成功研制世界第一臺可編程序控制器PDP-14,并在GM公司的汽車自動裝配線上首次使用并獲得成功。1971年日本從美國引進(jìn)這項技術(shù),很快研制出第一臺可編程序控制器DSC-18。1973年西歐國家也研制出他們的第一臺可編程控制器。我國從1974年開始研制,1977年開始工業(yè)推廣應(yīng)用。進(jìn)入20世紀(jì)70年代,隨著電子技術(shù)的發(fā)展,尤其是PLC采用通訊微處理器之后,這種控制器功能得到更進(jìn)一步增強(qiáng)。進(jìn)入20世紀(jì)80年代,隨著大規(guī)模和超大規(guī)模集成電路等微電子技術(shù)的迅猛發(fā)展,以16位和少數(shù)32位微處理器構(gòu)成的微機(jī)化PLC,使PLC的功能更加強(qiáng)大—工作速度快,體積減小,可靠性提高,成本下降,編程和故障檢測更為靈活,方便。目前,PLC在國內(nèi)外已廣泛應(yīng)用于鋼鐵、石油、化工、電力、建材、機(jī)械制造、汽車、輕紡、交通運輸、環(huán)保及文化娛樂等各個行業(yè)。2.1.2PLC的組成和工作原理一、PLC的組成PLC從組成形式上一般分為整體式和模塊式兩種,但在邏輯結(jié)構(gòu)上基本上相同。整體式PLC一般由CPU板、I/O板、顯示面板、內(nèi)存和電源等組成。模塊式PLC一般由CPU模塊、I/O模塊、內(nèi)存模塊、電源模塊、底板或機(jī)架等組成。無論哪種結(jié)構(gòu)類型的PLC,都屬于總線式的開放結(jié)構(gòu),其I/O能力可根據(jù)用戶需要進(jìn)行擴(kuò)展與組合。1、CPUCPU是PLC的核心,主要由運算器、控制器、寄存器及實現(xiàn)它們之間聯(lián)系的地址總線、數(shù)據(jù)總線及控制總線構(gòu)成,此外CPU單元還包括外圍芯片、總線接口及有關(guān)電路。它按PLC的系統(tǒng)程序賦予的功能接收并存貯用戶程序和數(shù)據(jù),用掃描的方式采集由現(xiàn)場輸入裝置送來的狀態(tài)或數(shù)據(jù),并存入規(guī)定的寄存器中,同時,診斷電源和PLC內(nèi)部電路的工作狀態(tài)和編程過程中的語法錯誤等。CPU主要用于存儲程序及數(shù)據(jù),是PLC不可缺少的組成單元,在很大程度上決定了PLC的整體性能。CPU速度和內(nèi)存容量是PLC的重要參數(shù),它們決定著PLC的工作速度,I/O數(shù)量及軟件容量等,因此限制著控制規(guī)模。I/O模塊輸入模塊和輸出模塊通常稱為I/O模塊或I/O單元。PLC的對外功能主要是通過各種I/O接口模塊與外界聯(lián)系來實現(xiàn)的。輸入模塊和輸出模塊是PLC與現(xiàn)場I/O裝置或設(shè)備之間的連接部件,起著PLC與外部設(shè)備之間傳遞信息的作用。I/O模塊集成了PLC的I/O電路,其輸入暫存器反映輸入信號狀態(tài),輸出點反映輸出鎖存器狀態(tài)。輸入模塊將電信號變換成數(shù)字信號進(jìn)入PLC系統(tǒng),輸出模塊相反。I/O分為開關(guān)量輸入〔DigitalInput,DI,開關(guān)量輸出〔DigitalOutput,DO,模擬量輸入〔AnalogInput,AI,模擬量輸出〔AnalogOutput,AO等模塊。開關(guān)量模塊按電壓水平分有220VAC、110VAC、24VDC等規(guī)格；按隔離方式分有繼電器輸出、晶閘管輸出和晶體管輸出等類型。模擬量模塊按信號類型分有電流型〔4-20mA、0-20mA、電壓型〔0-10V、0-5V、-10-10V等規(guī)格；按精度分有12位,14位,16位等規(guī)格。存儲器存儲器是具有記憶功能的半導(dǎo)體電路,分為系統(tǒng)程序存儲器和用戶存儲器。系統(tǒng)程序存儲器用以存放系統(tǒng)程序,包括管理程序、監(jiān)控程序以及對用戶程序做編譯處理的解釋編譯程序。由只讀存儲器、ROM組成。廠家使用的,內(nèi)容不可更改,斷電不消失。用戶存儲器：分為用戶程序存儲區(qū)和工作數(shù)據(jù)存儲區(qū)。由隨機(jī)存取存儲器〔RAM組成。用戶使用的。斷電內(nèi)容消失。常用高效的鋰電池作為后備電源,壽命一般為3～5年。編程器編程器的作用是用來供用戶進(jìn)行程序的輸入、編輯、調(diào)試和監(jiān)視的。編程器一般分為簡易型和智能型兩類。簡易型只能聯(lián)機(jī)編程,且往往需要將梯形圖轉(zhuǎn)化為機(jī)器語言助記符后才能送入。而智能型編程器〔又稱圖形編程器,不但可以連機(jī)編程,而且還可以脫機(jī)編程。操作方便且功能強(qiáng)大。4、電源PLC電源用于為PLC各模塊的集成電路提供工作電源。同時,有的還為輸入電路提供24V的工作電源。電源輸入類型有：交流電源〔220VAC或110VAC,直流電源〔常用的為24VDC。圖2-1PLC基本結(jié)構(gòu)圖二、可編程控制器的工作原理PLC的工作方式是循環(huán)掃描的方式。每一次掃描所用的時間稱為掃描周期或工作周期。CPU從第一條指令開始,按順序逐條地執(zhí)行用戶程序直到用戶程序結(jié)束,然后返回第一條指令開始新的一輪掃描。PLC就是這樣周而復(fù)始地重復(fù)上述循環(huán)掃描的。PLC工作的全過程可用圖2-2所示的運行框圖來表示。圖2-2可編程控制器運行框圖2.1.3PLC的分類及特點PLC分類方法有多種,按規(guī)?！布碔/O點數(shù)可分為大、中、小型,按結(jié)構(gòu)可分為整體式和組合式。在實際應(yīng)用中通常都按I/O點數(shù)來分類。I/O點數(shù)表明PLC的I/O端子數(shù)。一般來說,點數(shù)多的PLC功能較強(qiáng)。一、小型PLC小型PLC的I/O點數(shù)一般在256點以下,其特點是體積小、結(jié)構(gòu)緊湊,整個硬件融為一體,除了開關(guān)量I/O以外,還可以連接模擬量I/O以及其他各種特殊功能模塊。它能執(zhí)行包括邏輯運算、計時、計數(shù)、算術(shù)、運算數(shù)據(jù)處理和傳送通訊聯(lián)網(wǎng)以及各種應(yīng)用指令。二、中型PLC中型PLC采用模塊化結(jié)構(gòu),其I/O點數(shù)一般在256～1024點之間,I/O的處理方式除了采用一般PLC通用的掃描處理方式外,還能采用直接處理方式即在掃描用戶程序的過程中直接讀輸入刷新輸出,它能聯(lián)接各種特殊功能模塊,通訊聯(lián)網(wǎng)功能更強(qiáng),指令系統(tǒng)更豐富,內(nèi)存容量更大,掃描速度更快。三、大型PLC一般I/O點數(shù)在1024點以上的稱為大型PLC,大型PLC的軟硬件功能極強(qiáng),具有極強(qiáng)的自診斷功能、通訊聯(lián)網(wǎng)功能強(qiáng),有各種通訊聯(lián)網(wǎng)的模塊可以構(gòu)成三級通訊網(wǎng)實現(xiàn)工廠生產(chǎn)管理自動化。2.2PLC控制系統(tǒng)設(shè)計的基本原則及步驟理解PLC的基本工作原理和指令系統(tǒng)后,就可以把PLC應(yīng)用到實際的工程項目中。無論是用PLC組成集散控制系統(tǒng),還是獨立控制系統(tǒng),PLC控制部分的設(shè)計都可以參考如下所述的基本原則及步驟。2.2.1PLC控制系統(tǒng)設(shè)計的基本原則任何一種電氣控制系統(tǒng)都是為了實現(xiàn)被控對象<生產(chǎn)設(shè)備或生產(chǎn)過程>的工藝要求,以提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量。而在實際設(shè)計過程中,設(shè)計原則往往會涉及很多方面,其中最基本的設(shè)計原則可以歸納為4點。一、最大限度地滿足控制要求充分發(fā)揮PLC功能,最大限度地滿足被控對象的控制要求,是設(shè)計中最重要的一條原則。設(shè)計人員要深入現(xiàn)場進(jìn)行調(diào)查研究,收集資料。同時要注意和現(xiàn)場工程管理和技術(shù)人員及操作人員緊密配合,共同解決重點問題和疑難問題。二、保證系統(tǒng)的安全可靠保證PLC控制系統(tǒng)能夠長期安全、可靠、穩(wěn)定運行,是設(shè)計控制系統(tǒng)的重要原則。三、力求簡單、經(jīng)濟(jì)、使用與維修方便在滿足控制要求的前提下,一方面要注意不斷地擴(kuò)大工程的效益,另一方面也要注意不斷地降低工程的成本。不宜盲目追求自動化和高指標(biāo)。四、適應(yīng)發(fā)展的需要適當(dāng)考慮到今后控制系統(tǒng)發(fā)展和完善的需要,在選擇PLC的型號、I／O點數(shù)和存儲器容量等內(nèi)容時,應(yīng)留有適當(dāng)?shù)挠嗔?以利于系統(tǒng)的調(diào)整和擴(kuò)充。2.2.2PLC控制系統(tǒng)設(shè)計的步驟設(shè)計PLC應(yīng)用系統(tǒng)時,首先是進(jìn)行PLC應(yīng)用系統(tǒng)的功能設(shè)計,即根據(jù)被控對象的功能和工藝要求,明確系統(tǒng)必須要做的工作和因此必備的條件。然后是進(jìn)行PLC應(yīng)用系統(tǒng)的功能分析,即通過分析系統(tǒng)功能,提出PLC控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)形式,控制信號的種類、數(shù)量,系統(tǒng)的規(guī)模、布局。最后根據(jù)系統(tǒng)分析的結(jié)果,具體確定PLC的機(jī)型和系統(tǒng)的具體配置。PLC控制系統(tǒng)設(shè)計可以按以下步驟進(jìn)行：一、分析被控對象并提出控制要求、制定控制方案詳細(xì)分析被控對象的工藝過程及工作特點,了解被控對象機(jī)、電、液之間的配合,提出被控對象對PLC控制系統(tǒng)的控制要求,確定控制方案,擬定設(shè)計任務(wù)書。二、確定I／O設(shè)備根據(jù)系統(tǒng)的控制要求,確定系統(tǒng)所需的全部輸入設(shè)備〔如：按紐、位置開關(guān)、轉(zhuǎn)換開關(guān)及各種傳感器等和輸出設(shè)備〔如：接觸器、電磁閥、信號指示燈及其它執(zhí)行器等,從而確定與PLC有關(guān)的輸入/輸出設(shè)備,以確定PLC的I/O點數(shù)。三、選擇PLCPLC選擇包括對PLC的機(jī)型、容量、I/O模塊、電源等的選擇。四、分配I/O點并設(shè)計PLC外圍硬件線路1、分配I/O點：畫出PLC的I/O點與輸入/輸出設(shè)備的連接圖或?qū)?yīng)關(guān)系表。2、PLC外圍硬件線路：畫出系統(tǒng)其它部分的電氣線路圖,包括主電路和未進(jìn)入PLC的控制電路等。由PLC的I/O連接圖和PLC外圍電氣線路圖組成系統(tǒng)的電氣原理圖。到此為止系統(tǒng)的硬件電氣線路已經(jīng)確定。五、程序設(shè)計1、程序設(shè)計：〔1控制程序；〔2初始化程序；〔3檢測、故障診斷和顯示等程序；〔4保護(hù)和連鎖程序。2、模擬調(diào)試：根據(jù)產(chǎn)生現(xiàn)場信號的方式不同,模擬調(diào)試有硬件模擬法和軟件模擬法兩種形式。六、硬件實施1、設(shè)計控制柜和操作臺等部分的電器布置圖及安裝接線圖；2、設(shè)計系統(tǒng)各部分之間的電氣互連圖；3、根據(jù)施工圖紙進(jìn)行現(xiàn)場接線,并進(jìn)行詳細(xì)檢查。七、聯(lián)機(jī)調(diào)試聯(lián)機(jī)調(diào)試是將通過模擬調(diào)試的程序進(jìn)一步進(jìn)行在線統(tǒng)調(diào)。聯(lián)機(jī)調(diào)試過程應(yīng)循序漸進(jìn),從PLC只連接輸入設(shè)備、再連接輸出設(shè)備、再接上實際負(fù)載等逐步進(jìn)行調(diào)試。如不符合要求,則對硬件和程序作調(diào)整。通常只需修改部份程序即可。全部調(diào)試完畢后,交付試運行。經(jīng)過一段時間運行,如果工作正常、程序不需要修改,應(yīng)將程序固化到EPROM中,以防程序丟失。八、整理和編寫技術(shù)文件技術(shù)文件包括設(shè)計說明書、硬件原理圖、安裝接線圖、電氣元件明細(xì)表、PLC程序以及使用說明書等。圖2-3PLC控制系統(tǒng)設(shè)計步驟第三章控制系統(tǒng)的總體設(shè)計方案3.1系統(tǒng)的設(shè)計任務(wù)溫室大棚的作用是調(diào)節(jié)植物生長的環(huán)境因素,從而避免四季的氣候變化和惡劣氣候?qū)χ参锷L的不良影響,為植物提供一個良好的生長環(huán)境,促進(jìn)植物的生長發(fā)育,防止病蟲害,以達(dá)到增加產(chǎn)量的目的。溫室中的溫度、光照、濕度、CO2濃度、土壤酸堿度等因素對植物的生長起著重要作用。本設(shè)計的主要控制對象為溫室中的溫度、光照和二氧化碳濃度,應(yīng)用溫度傳感器、光照度傳感器和二氧化碳濃度傳感器對各環(huán)境因子進(jìn)行檢測。溫度的調(diào)節(jié)主要通過通風(fēng)窗、加熱器的動作來進(jìn)行解決,光照度主要通過發(fā)光體和遮陽簾來調(diào)節(jié),CO2濃度主要通過CO2添加器進(jìn)行補償。本溫室控制系統(tǒng)就是依據(jù)室內(nèi)外裝設(shè)的溫度傳感器、光照傳感器、CO2傳感器等采集或觀測的溫室內(nèi)的溫度、光照強(qiáng)度、CO2濃度等環(huán)境參數(shù)信息,通過控制設(shè)備對溫室通風(fēng)窗、加熱器、發(fā)光體、遮陽簾、CO2添加器等執(zhí)行機(jī)構(gòu)的控制,對溫室環(huán)境環(huán)境因素進(jìn)行調(diào)節(jié)控制以達(dá)到栽培作物生長發(fā)育的需要,為作物生長發(fā)育提供最適宜的生態(tài)環(huán)境,以大幅度提高作物的產(chǎn)量和品質(zhì)。3.2系統(tǒng)的控制方案在溫室大棚中,上述控制任務(wù)的實現(xiàn)需要有一套完善的硬、軟件溫室系統(tǒng)進(jìn)行控制。該溫室大棚控制系統(tǒng)以PLC為控制中心,采用傳感器對溫室溫度、光照、二氧化碳濃度等環(huán)境因素進(jìn)行測量,并將結(jié)果送到PLC中。由PLC對結(jié)果進(jìn)行處理,然后調(diào)控各設(shè)備對環(huán)境因子進(jìn)行補嘗?？紤]到實際生產(chǎn)生活中的安全性與可靠性,本控制系統(tǒng)設(shè)有手動、自動兩種工作模式,自動方式是指周期性地進(jìn)行PLC控制的方式；而手動方式則是指在出現(xiàn)應(yīng)急情況等一些突發(fā)事件時,通過手動操作控制執(zhí)行器件的工作。自動工作中,如果被檢測量溫度高于設(shè)定值,PLC就會發(fā)出相應(yīng)的指令控制開啟通風(fēng)窗和冷風(fēng)機(jī)；如果測量值與設(shè)定值相等,則關(guān)閉通風(fēng)窗和冷風(fēng)機(jī)；如果測量值低于設(shè)定值,則打開加熱器和熱風(fēng)機(jī)對溫室進(jìn)行加溫。當(dāng)溫室的光照低于設(shè)定值時,系統(tǒng)打開遮陽簾或開啟發(fā)光體；當(dāng)溫室的光照高于設(shè)定值時,系統(tǒng)關(guān)閉遮陽簾或發(fā)光體。當(dāng)溫室的二氧化碳濃度低于設(shè)定值,系統(tǒng)開啟二氧化碳添加器。通過溫度,光照和二氧化碳濃度的設(shè)定與調(diào)節(jié)達(dá)到適應(yīng)不同植物生長的需求,從而廣泛應(yīng)用到實際中。本設(shè)計的特點是成本低廉,節(jié)約資源,提高產(chǎn)量,實現(xiàn)經(jīng)濟(jì)價值最大化。該溫室控制系統(tǒng)的總體框圖如下所示。圖3-1系統(tǒng)總體框圖3.3系統(tǒng)的工作原理該溫室大棚控制系統(tǒng)由PLC系統(tǒng)、傳感器系統(tǒng)、執(zhí)行部件等幾個部分組成。該溫室控制系統(tǒng)以PLC為控制中心,通過溫度傳感器、光照傳感器、二氧化碳濃度傳感器采集溫室中環(huán)境因子的有關(guān)參數(shù),經(jīng)變送轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)電流信號〔4~20mA后經(jīng)由S7-200的模擬量輸入模塊EM235送入PLC控制器,PLC再通過PID控制算法將采集的參數(shù)與已設(shè)定的值進(jìn)行分析處理,輸出開關(guān)量,對執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行控制。在此系統(tǒng)中還可以通過串口的形式與PC機(jī)相連,從而實現(xiàn)實時數(shù)據(jù)的管理與存儲,為以后植物生長的研究帶來寶貴資料。第四章控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計在掌握了PLC的硬件構(gòu)成、工作原理、指令系統(tǒng)以及編程環(huán)境后,就可以以PLC作為主要控制器來構(gòu)造PLC控制系統(tǒng)。PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計主要包括硬件設(shè)計和軟件設(shè)計兩部分。本章主要從硬件設(shè)計角度進(jìn)行溫室控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計方案,本章節(jié)主要介紹了該項目的電氣控制系統(tǒng)設(shè)計、PLC硬件電路及外部配置設(shè)計。4.1電氣控制系統(tǒng)設(shè)計4.1.1系統(tǒng)主電路設(shè)計圖4-1系統(tǒng)主電路圖系統(tǒng)的主電路如圖所示,其中通風(fēng)扇電機(jī)、遮陽簾電機(jī)〔遮陽簾風(fēng)機(jī)配有限位開關(guān)除功率有所不同之外,需通過電機(jī)正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)和停止來完成相應(yīng)機(jī)構(gòu)的開啟與閉合,因此它們的工作主電路相似。熱風(fēng)機(jī)、冷風(fēng)機(jī)、加熱器、發(fā)光體、CO2添加器則屬于開/關(guān)設(shè)備。QK為刀開關(guān),用于控制整個主電路的啟停；FU1～FU7為熔斷器,分別對各個分線路實施短路和過載保護(hù)；FR1～FR5為熱繼電器,對電機(jī)、加熱器起過載保護(hù)的作用。KM1～KM9為交流接觸器的主觸頭,用其實現(xiàn)電機(jī)的正反轉(zhuǎn)、停止以及風(fēng)機(jī)等開/關(guān)設(shè)備的啟?？刂?。4.1.2系統(tǒng)控制電路設(shè)計從系統(tǒng)主電路圖中,可以看出執(zhí)行機(jī)構(gòu)系統(tǒng)包括遮陽簾、通風(fēng)扇、熱風(fēng)機(jī)、冷風(fēng)機(jī)、加熱器、發(fā)光體和CO2添加器等部分。通常,溫室的執(zhí)行機(jī)構(gòu)可分為兩大類:一類是正反轉(zhuǎn)運行電機(jī),如通風(fēng)扇、遮陽簾等,這些電機(jī)需要正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)和停止,必須有限位開關(guān)；另一類是開關(guān)控制設(shè)備,如風(fēng)機(jī)、水泵等。一、正反轉(zhuǎn)設(shè)備通風(fēng)扇、遮陽簾均屬于正反轉(zhuǎn)設(shè)備,其控制電路相似,現(xiàn)以遮陽簾為例,做以下介紹。1、遮陽簾主電路其電路中的熔斷器FU2起到過電流保護(hù)的作用,熱繼電器FR2則是電機(jī)的過載保護(hù),主要針對遮陽簾由于外界原因打不開或關(guān)閉不了的情況。而KM3、KM4在電路中起到控制電機(jī)正轉(zhuǎn)與反轉(zhuǎn)的功能,即遮陽簾的拉開與關(guān)閉。圖4-2遮陽簾主電路圖2、遮陽簾控制電路圖4-3遮陽簾控制電路原理圖遮陽簾控制電路原理圖如圖4-3所示,SB1為手動/自動的切換開關(guān),SB2為總啟動按鈕,SB3為總停止按鈕。按下總啟動按鈕SB2,交流接觸器KM10的線圈得電,同時KM10的常開觸點閉合,起自鎖作用。在手動狀態(tài)下,SB4為開簾、關(guān)簾切換按鈕,當(dāng)SB4切換至開簾模式,交流接觸器KM3的線圈得電,此時電機(jī)正轉(zhuǎn),遮陽簾打開,當(dāng)遮陽簾開啟到最大位置后觸碰到限位開關(guān)SQ1,其常閉觸點斷開,KM3的線圈失電,電機(jī)停止轉(zhuǎn)動；同理當(dāng)SB4切換至關(guān)簾模式,遮陽簾關(guān)閉,到關(guān)閉的最大位置后,電機(jī)停轉(zhuǎn)；按下按鈕SB3,KM10的線圈失電,遮陽簾停止動作,用于急停操作。在自動狀態(tài)下,由PLC控制器實現(xiàn)控制,中間接觸器KM3的線圈得電時,其常開觸點閉合,遮陽簾開啟；中間接觸器KM4的線圈得電時,其常開觸點閉合,遮陽簾閉合。遮陽簾等正反轉(zhuǎn)設(shè)備何時開啟或閉合由硬件、算法和程序共同決定,在下面章節(jié)中將著重介紹。二、開/關(guān)設(shè)備熱風(fēng)機(jī)、冷風(fēng)機(jī)、加熱器、發(fā)光體、CO2添加器均屬于開/關(guān)設(shè)備,其控制電路相似,現(xiàn)以熱風(fēng)機(jī)為例,做以下介紹。熱風(fēng)機(jī)主電路風(fēng)機(jī)的運轉(zhuǎn)主要由電機(jī)的通斷來實現(xiàn),可以由一個繼電器來實現(xiàn)風(fēng)機(jī)的控制,在電路中必須加有短路保護(hù)、過流保護(hù)、過載保護(hù),而這些可以由熱繼電器、熔斷器來實現(xiàn)電路中的保護(hù)。由以上要求可以設(shè)計如下的電路：圖4-4熱風(fēng)機(jī)主電路圖熱風(fēng)機(jī)控制電路圖4-5熱風(fēng)機(jī)控制電路圖熱風(fēng)機(jī)控制電路原理圖如圖4-5所示,SB1為手動/自動的切換開關(guān)。按下按鈕SB2,交流接觸器KM10的線圈得電,同時KM10的常開觸點閉合,起自鎖作用。在手動狀態(tài)下,SB6為啟停旋鈕。將旋鈕SB6旋至啟動狀態(tài),此時熱風(fēng)機(jī)運轉(zhuǎn)；將旋鈕SB6旋至停止?fàn)顟B(tài),熱電機(jī)停止工作。在自動狀態(tài)下,由PLC控制器實現(xiàn)控制,中間接觸器KM5得電時,其常開觸點閉合,熱風(fēng)機(jī)運行。熱風(fēng)機(jī)等開/關(guān)設(shè)備的啟停同樣由硬件、算法和程序共同決定,在下面章節(jié)中將作詳細(xì)介紹。4.2PLC硬件電路的設(shè)計4.2.1PLC型號選擇一、PLC的I/O點數(shù)根據(jù)系統(tǒng)的控制要求,可確定系統(tǒng)所需的全部輸入設(shè)備〔如：按紐、限位開關(guān)、單刀雙擲開關(guān)及各種傳感器等和輸出設(shè)備〔如：接觸器、電磁閥、信號指示燈及其它執(zhí)行器等,從而確定與PLC有關(guān)的輸入/輸出設(shè)備,最終確定PLC的I/O點數(shù)為14個數(shù)字量輸入,10個數(shù)字量輸出,3個模擬量輸入。二、PLC的選型S7系列可編程控制器包括S7-200系列、S7-300系列和S7-400系列。其功能強(qiáng)大,分別應(yīng)用于小型、中型和大型自動化系統(tǒng)。本控制系統(tǒng)采用德國西門子S7-200PLC。S7-200系列PLC是西門子公司生產(chǎn)的一種小型整體式結(jié)構(gòu)可編程序控制器。S7-200系列PLC廣泛應(yīng)用于集散自動化系統(tǒng),使用范圍覆蓋機(jī)床、機(jī)械、電力設(shè)施、民用設(shè)施、環(huán)境保護(hù)設(shè)備等自動化控制領(lǐng)域,既可用于繼電器簡單控制的更新?lián)Q代,又可實現(xiàn)復(fù)雜的自動化控制。因此S7-200系列具有極高的性能/價格比。S7-200系列的PLC有CPU221、CPU222、CPU224、CPU224XP、CPU226、CPU226XM等6種不同型號。其中CPU226集成24輸入/16輸出共40個數(shù)字量I/O點,可連接7個擴(kuò)展模塊,最大擴(kuò)展至248路數(shù)字量I/O點或35路模擬量I/O點,具有13K字節(jié)程序和數(shù)據(jù)存儲空間,6個獨立的30kHz高速計數(shù)器,2路獨立的20kHz高速脈沖輸出,具有PID控制器,2個RS485通訊/編程口,具有PPI通訊協(xié)議、MPI通訊協(xié)議和自由方式通訊能力。此控制系統(tǒng)的I/O點數(shù)為14輸入9輸出,在既能實現(xiàn)該系統(tǒng)控制要求,又能滿足以后發(fā)展的前提下,選用的S7-200系列的CPU226。4.2.2PLCI/O地址分配根據(jù)系統(tǒng)的控制要求,控制系統(tǒng)的I/O地址如下表分配。表4-1輸入端口分配表序號輸入口信號名稱備注符號0102030405060708091011121314I0.0手動/自動切換旋鈕SB1I0.1總啟動按鈕SB2I0.2總停止按鈕SB3I0.3遮陽簾開限位限位開關(guān)SQ1I0.4遮陽簾關(guān)限位限位開關(guān)SQ2I0.5遮陽簾開簾單刀雙擲開關(guān)SB4I0.6遮陽簾關(guān)簾單刀雙擲開關(guān)SB4I0.7通風(fēng)扇正轉(zhuǎn)單刀雙擲開關(guān)SB5I1.0通風(fēng)扇反轉(zhuǎn)單刀雙擲開關(guān)SB5I1.1熱風(fēng)機(jī)啟停旋鈕SB6I1.2冷風(fēng)機(jī)啟停旋鈕SB7I1.3加熱器啟停旋鈕SB8I1.4補光燈啟停旋鈕SB9I1.5CO2添加器啟停旋鈕SB10151617AIW0溫度傳感器AIW2光照度傳感器AIW4CO2濃度傳感器表4-2輸出端口分配表序號輸出口控制信號備注符號01020304050607080910Q0.0通風(fēng)扇正轉(zhuǎn)接觸器KM1Q0.1通風(fēng)扇反轉(zhuǎn)接觸器KM2Q0.2遮陽簾開簾接觸器KM3Q0.3遮陽簾關(guān)簾接觸器KM4Q0.4熱風(fēng)機(jī)接觸器KM5Q0.5冷風(fēng)機(jī)接觸器KM6Q0.6加熱器接觸器KM7Q0.7補光燈接觸器KM8Q1.0CO2添加器接觸器KM9Q1.1啟動指示燈接觸器KM104.2.3硬件接線圖設(shè)計本次設(shè)計選用S7-200系列的CPU226,硬件接線圖如圖4-6所示。圖4-6硬件接線圖4.3PLC的硬件配置4.3.1傳感器一、溫度傳感器根據(jù)溫室溫度控制的特點,本文的溫度傳感器可采用芬蘭維薩拉公司型號為HMD40的產(chǎn)品,該款傳感器具有測量精度高,易于安裝、響應(yīng)速度快,對環(huán)境要求較低等特點,其外觀如圖4-7所示。圖4-7HMD40型溫/濕度傳感變送器實物圖該傳感器的主要性能指標(biāo)如下：1、溫度檢測范圍：-10～60℃；測量精度：±0.3%℃；2、濕度檢測范圍：0～100%RH；測量精度：±1.5%RH；3、工作電壓：10～28VDC；4、輸出信號：4～20mA。二、光照傳感器光控用于控制遮陽幕的啟閉,使作物得到合理的光照度并實現(xiàn)以下目的：免除作物超過光飽合點,提高光合作用；實現(xiàn)對長日照作物、中日照作物和短日照作物的光照控制。光照度傳感器采用北京易盛泰和科技有限公司產(chǎn)品型號Poi88-c光照度傳感器。該傳感器采用先進(jìn)的電路模塊技術(shù)開發(fā)變送器,用于實現(xiàn)對環(huán)境光照度的測量,輸出標(biāo)準(zhǔn)的電壓及電流信號,體積小,安裝方便,線性度好,傳輸距離長,抗干擾能力強(qiáng)。可廣泛用于環(huán)境、養(yǎng)殖、建筑、樓字等的光照度測量,量程可調(diào)。1、量程：O-200K1UX、O-20K10X、0—2000可選；2、供電電壓：24VDC／12VDC；3、輸出信號：20—4mA,10V—OV可選；4、精度：±2％。三、CO2濃度傳感器二氧化碳控制實時監(jiān)測C02的含量,當(dāng)C02的含量低于一定值時打開C02儲氣罐或C02發(fā)生器以增施氣肥。C02傳感器選用弗加羅公司生產(chǎn)TGS4160二氧化碳傳感器,該傳感器是固態(tài)電化學(xué)型氣體敏感元件。這種二氧化碳傳感器除具有體積小、壽命長、選擇性和穩(wěn)定性好等特點外,同時還具有耐高濕低溫的特性,可廣泛用于自動通風(fēng)換氣系統(tǒng)或是C02氣體的長期監(jiān)測等應(yīng)用場合。TGS4160傳感器的主要技術(shù)參數(shù)如下：1、測量范圍：0～5000ppm；2、使用壽命：2000天；3、內(nèi)部熱敏電阻<補償用>：100kQ±5％：4、使用溫度：一10～+50℃5、使用濕度5～95％RH。4.3.2EM235模擬量輸入/輸出模塊在控制系統(tǒng)中,傳感器將檢測到的溫度轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)電壓或電流信號,系統(tǒng)需要配置模擬量輸入模塊,將電壓或電流信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號再送入PLC中進(jìn)行處理。在這里我們選擇西門子的EM235模擬量輸入/輸出模塊。一、EM235模擬量輸入/輸出模塊簡介EM235模塊是組合強(qiáng)功率精密線性電流互感器、意法半導(dǎo)體〔ST單片集成變送器ASIC芯片于一體的新一代交流電流隔離變送器模塊,它可以直接將被測主回路交流電流轉(zhuǎn)換成按線性比例輸出的DC4～20mA〔通過250Ω電阻轉(zhuǎn)換DC1～5V或通過500Ω電阻轉(zhuǎn)換DC2～10V標(biāo)準(zhǔn)信號,連續(xù)輸送到接收裝置。EM235模塊具有4路模擬量輸入/1路模擬量輸出。EM235需要直流24V的工作電源。它利用DIP開關(guān)設(shè)置輸入信號的量程。表4-3所示為如何用DIP開關(guān)設(shè)置EM235模塊。通過開關(guān)1～6可選擇模擬量輸入范圍。DIP開關(guān)SW6決定模擬量輸入的單雙極性,當(dāng)SW6為ON時,模擬量輸入為單極性輸入,SW6為OFF時,模擬量輸入為雙極性輸入,SW4和SW5決定輸入模擬量的增益選擇,而SW1,SW2,SW3共同決定了模擬量的衰減選擇。所有的輸入設(shè)置成相同的模擬量輸入范圍。表中,ON為接通,OFF為斷開。表4-3EM235選擇模擬量輸入范圍和分辨率的開關(guān)表單極性滿量程輸入分辨率SW1SW2SW3SW4SW5SW6ONOFFOFFONOFFON0到50mV12.5μVOFFONOFFONOFFON0到100mV25μVONOFFOFFOFFONON0到500mV125uAOFFONOFFOFFONON0到1V250μVONOFFOFFOFFOFFON0到5V1.25mVONOFFOFFOFFOFFON0到20mA5μAOFFONOFFOFFOFFON0到10V2.5mV根據(jù)溫室控制系統(tǒng)中的控制模塊,經(jīng)由傳感器測得的溫度、光照度、CO2的測量值均為單極性,選擇0到10V的量程,故設(shè)置DIP開關(guān)為010001。二、EM235模擬量輸入輸出模塊的使用EM235模擬量輸入輸出混合模塊輸入信號整定的步驟：在模塊脫離電源的條件下,通過DIP開關(guān)選擇需要的輸入范圍。2、接通CPU及模塊電源,并使模塊穩(wěn)定15分鐘。3、用一個電壓源或電流源,給模塊輸入一個零值信號。4、調(diào)節(jié)偏置電位器,使模擬量輸入寄存器的讀數(shù)為零或所需要的數(shù)值。5、將一個滿刻度的信號加到模塊輸入端,調(diào)節(jié)增益電位器,直到讀數(shù)為32000,或所需要的數(shù)值。經(jīng)上述調(diào)整后,若輸入最大值為0～10V的模擬量信號,則對應(yīng)的數(shù)字量結(jié)果應(yīng)為32000或所需數(shù)字,其關(guān)系如圖所示。圖4-8EM235轉(zhuǎn)換曲線三、EM235模塊模擬量I/O接線示意圖如圖所示為EM235模塊模擬量I/O接線示意圖。24VDC電源正極接入模塊左下方L+端子,負(fù)極接入M端子。EM235模塊的上部端子排為標(biāo)注A、B、C、D的四路模擬量輸入接口,可分別接入標(biāo)準(zhǔn)電壓、電流信號。為電壓輸入時,如A口所示,電壓信號正極接入A+端,負(fù)極接入A-端,RA端懸空。為電流輸入時,如B口所示,須將RB與B+短接,然后與電流信號輸出端相連,電流信號輸入端則接入B-借口。若4個接口未能全部使用,如C口所示,未用的接口要將C+與C-端用短路子短接,以免受到外部干擾。下部端子為一路模擬量輸出端的3個接線端子MO、VO、IO,其中MO為數(shù)字接地接口,VO為電壓輸輸出接口,IO為電流輸出接口。若為電壓負(fù)載,則將負(fù)載接入MO、VO接口,若為電流負(fù)載則接入MO、IO接口。圖4-5EM235接線圖第五章控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計主要包括硬件設(shè)計和軟件設(shè)計兩部分。本章節(jié)在硬件設(shè)計的基礎(chǔ)上,詳細(xì)介紹本項目的軟件設(shè)計,主要包括軟件設(shè)計的基本步驟、方法、編程軟件STEP7-Micro/WIN的介紹以及本項目的程序設(shè)計。5.1PLC程序設(shè)計的方法PLC程序設(shè)計常用的方法主要有經(jīng)驗設(shè)計法、電路轉(zhuǎn)換梯形圖法、邏輯設(shè)計法、順序控制設(shè)計法等。一、經(jīng)驗設(shè)計法：即根據(jù)前人總結(jié)的典型控制電路程序,再按照設(shè)計中被對象的具體要求,把典型程序進(jìn)行重新組合,而且需要反復(fù)調(diào)試和修改,得到現(xiàn)在系統(tǒng)所需要的梯形圖,有時僅僅這些還不能滿足要求,還需要增加中間環(huán)節(jié),才能得出符合要求的系統(tǒng)。這種方法沒有一定的規(guī)律可遵循,設(shè)計所用的時間和設(shè)計質(zhì)量與設(shè)計者的經(jīng)驗有很大的關(guān)系,故稱為經(jīng)驗設(shè)計法。二、繼電器控制電路轉(zhuǎn)換為梯形圖法：用PLC的外部硬件接線和梯形圖軟件來實現(xiàn)繼電器控制系統(tǒng)的功能。三、順序控制設(shè)計法：根據(jù)功能流程圖,以步為核心,從起始步開始一步一步地設(shè)計下去,直至完成。此法的關(guān)鍵是畫出功能流程圖。四、邏輯設(shè)計法：通過中間量把輸入和輸出聯(lián)系起來。實際上就找到輸出和輸入的關(guān)系,完成設(shè)計任務(wù)。本次設(shè)計采用的就是經(jīng)驗設(shè)計法。5.2編程軟件STEP7-Micro/WIN概述STEP7-Micro/WIN32編程軟件是基于Windows的應(yīng)用軟件,由西門子公司專為S7-200系列可編程控制器設(shè)計開發(fā),它功能強(qiáng)大,既可用于開發(fā)用戶程序,又可以實時監(jiān)控用戶程序的執(zhí)行狀態(tài)。編程軟件的具體功能如下?？梢杂锰菪螆D、語句表和功能塊圖編程。可以進(jìn)行符號編程,通過符號表分配符號和絕對地址,即對編程元件定義符號名稱,增加程序的可讀性,并可打印輸出。支持三角函數(shù),開方,對數(shù)運算功能。具有易于使用的組態(tài)向?qū)??？捎糜贑PU硬件配置?？梢詫TEP7-Micro/WIN正在處理的程序與所連接的PLC中的程序進(jìn)行比較。5.3控制系統(tǒng)的程序設(shè)計5.3.1程序的設(shè)計思路本控制系統(tǒng)設(shè)有手動、自動兩種工作模式,自動模式為正常運行狀態(tài),手動模式用于應(yīng)對一些突發(fā)情況。在自動工作模式下,PLC運行時,將傳感器對溫室溫度、光照、二氧化碳濃度等環(huán)境因素進(jìn)行檢測的測量值與溫室控制系統(tǒng)的設(shè)定值進(jìn)行比較,如果溫度的檢測量高于設(shè)定值,PLC就會發(fā)出相應(yīng)的指令控制冷風(fēng)機(jī)的開啟和通風(fēng)扇正轉(zhuǎn)〔將溫室中的空氣排向外界；如果測量值低于設(shè)定值,則打開加熱器和熱風(fēng)機(jī),對溫室進(jìn)行加溫,并使通風(fēng)扇反轉(zhuǎn)〔將外界的空氣引入溫室。當(dāng)溫室的光照低于設(shè)定值時,系統(tǒng)打開遮陽簾和補光燈；當(dāng)溫室的光照高于設(shè)定值時,系統(tǒng)關(guān)閉遮陽簾。當(dāng)溫室的二氧化碳濃度低于設(shè)定值,系統(tǒng)開啟二氧化碳調(diào)節(jié)閥。如果溫室中的測量值與設(shè)定值相等,則關(guān)閉關(guān)閉相應(yīng)設(shè)備,保持溫室中的環(huán)境參數(shù)。5.3.2控制程序流程圖溫度控制流程圖溫室大棚的溫度控制流程圖如圖5-1所示。圖5-1溫度控制流程圖二、光照控制流程圖溫室大棚的光照控制流程圖如圖5-2所示。圖5-2光照控制流程圖CO2濃度控制流程圖溫室大棚的CO2濃度控制流程圖如圖5-3所示。圖5-3CO2濃度控制流程圖5.3.3控制程序設(shè)計及分析一、自動/手動切換I0.0為自動/手動切換,I0.1為總啟動,當(dāng)I0.1=1時,Q1.1得電,啟動燈亮,I0.2為總停止,當(dāng)I0.0=1,I0.1=1時,中間繼電器M0.0得電,系統(tǒng)的運行方式為自動模式；當(dāng)I0.0=0,I0.1=1時,中間繼電器M0.1得電,系統(tǒng)的運行方式為手動模式。二、溫度控制當(dāng)中間繼電器M0.0得電時,系統(tǒng)的運行方式為自動模式。在自動情況下,溫度傳感器將測得的模擬量通過模擬量輸入模塊EM235送入PLC中,通過整數(shù)比較指令,將溫度傳感器檢測到的測量值A(chǔ)IW0與設(shè)定值"25度"進(jìn)行比較,當(dāng)AIW0>25時,中間繼電器M0.2得電,啟動降溫設(shè)備；當(dāng)AIW0<25時,中間繼電器M0.3得電,啟動升溫設(shè)備。當(dāng)中間繼電器M0.1得電時,系統(tǒng)的運行方式為手動模式?？赏ㄟ^控制相應(yīng)的按鈕——通風(fēng)扇正轉(zhuǎn)I0.7、通風(fēng)扇反轉(zhuǎn)I1.0、熱風(fēng)機(jī)I1.1、冷風(fēng)機(jī)I1.2、加熱器I1.3,進(jìn)行溫室大棚溫度的手動控制。在溫室大棚的溫度控制過程中,自動模式下,當(dāng)溫度傳感器測量的溫度值高于設(shè)定的溫度值時,中間繼電器M0.2得電,通風(fēng)扇正轉(zhuǎn),將溫室中的熱空氣排入外界,與外界交換空氣；手動模式下,將控制通風(fēng)扇正反轉(zhuǎn)的單刀雙擲開關(guān)撥至"通風(fēng)扇正轉(zhuǎn)",中間繼電器M0.4得電,通風(fēng)扇正轉(zhuǎn)。在溫室大棚的溫度控制過程中,手動模式下,當(dāng)溫度傳感器測量的溫度值低于設(shè)定的溫度值時,中間繼電器M0.3得電,通風(fēng)扇正轉(zhuǎn),將外界的空氣引入溫室,與外界交換空氣；手動模式下,將控制通風(fēng)扇正反轉(zhuǎn)的單刀雙擲開關(guān)撥至"通風(fēng)扇反轉(zhuǎn)",中間繼電器M0.5得電,通風(fēng)扇反轉(zhuǎn)。在溫室大棚的溫度控制過程中,手動模式下,當(dāng)溫度傳感器測量的溫度值低于設(shè)定的溫度值時,中間繼電器M0.3得電,熱風(fēng)機(jī)啟動；手動模式下,按下熱風(fēng)機(jī)啟動按鈕,中間繼電器M0.6得電,熱風(fēng)機(jī)啟動。在溫室大棚的溫度控制過程中,自動模式下,當(dāng)溫度傳感器測量的溫度值高于設(shè)定的溫度值時,中間繼電器M0.2得電,冷風(fēng)機(jī)啟動；手動模式下,按下冷風(fēng)機(jī)啟動按鈕,中間繼電器M0.7得電,冷風(fēng)機(jī)啟動。在溫室大棚的溫度控制過程中,手動模式下,當(dāng)溫度傳感器測量的溫度值低于設(shè)定的溫度值時,中間繼電器M0.3得電,加熱器啟動；手動模式下,按下加熱器啟動按鈕,中間繼電器M1.0得電,加熱器啟動。三、光照控制當(dāng)中間繼電器M0.0得電時,系統(tǒng)的運行方式為自動模式。在自動情況下,光照傳感器將測得的模擬量通過模擬量輸入模塊EM235送入PLC中,通過整數(shù)比較指令,將溫度傳感器檢測到的測量值A(chǔ)IW2與設(shè)定值"20"進(jìn)行比較,當(dāng)AIW0>20時,中間繼電器M2.0得電,啟動補光設(shè)備；當(dāng)AIW2<20時,中間繼電器M2.1得電,啟動補光設(shè)備。當(dāng)中間繼電器M0.1得電時,系統(tǒng)的運行方式為手動模式?？赏ㄟ^控制相應(yīng)的按鈕——遮陽簾開簾I0.5、遮陽簾關(guān)簾I0.6、補光燈I1.4,進(jìn)行溫室大棚光照強(qiáng)度的手動控制。在溫室大棚的光照控制過程中,自動模式下,當(dāng)光照傳感器測量的光照強(qiáng)度低于設(shè)定的光照值時,中間繼電器M2.1得電,遮陽簾開簾補光；手動模式下,將控制遮陽簾開關(guān)簾的單刀雙擲開關(guān)撥至"遮陽簾開簾",中間繼電器M2.2得電,遮陽簾開簾補光。在溫室大棚的光照控制過程中,自動模式下,當(dāng)光照傳感器測量的光照強(qiáng)度高于設(shè)定的光照值時,中間繼電器M2.0得電,遮陽簾關(guān)簾遮光；手動模式下,將控制遮陽簾開關(guān)簾的單刀雙擲開關(guān)撥至"遮陽簾關(guān)簾",中間繼電器M2.3得電,遮陽簾關(guān)簾遮光。在溫室大棚的光照控制過程中,自動模式下,當(dāng)光照傳感器測量的光照強(qiáng)度低于設(shè)定的光照值時,中間繼電器M2.1得電,補光燈開啟補光；手動模式下,按下補光燈的啟停按鈕,中間繼電器M2.4得電,補光燈開啟補光。四、CO2濃度控制當(dāng)中間繼電器M0.0得電時,系統(tǒng)的運行方式為自動模式。在自動情況下,CO2濃度傳感器將測得的模擬量通過模擬量輸入模塊EM235送入PLC中,通過整數(shù)比較指令,將CO2濃度傳感器檢測到的測量值A(chǔ)IW4與設(shè)定值"1000"進(jìn)行比較,當(dāng)AIW4<1000時,中間繼電器M3.0得電,添加溫室中的CO2。當(dāng)中間繼電器M0.1得電時,系統(tǒng)的運行方式為手動模式?？赏ㄟ^控制CO2調(diào)節(jié)閥I1.5,進(jìn)行溫室大棚CO2濃度的手動控制。在溫室大棚的CO2濃度控制過程中,自動模式下,當(dāng)CO2濃度傳感器測量的濃度低于設(shè)定的濃度時,中間繼電器M3.0得電,打開CO2調(diào)節(jié)閥添加CO2；手動模式下,按下CO2添加器的啟停按鈕,中間繼電器M3.1得電,打開CO2調(diào)節(jié)閥添加CO2。5.4控制程序的仿真與調(diào)試5.4.1仿真軟件簡介在本次設(shè)計中,利用S7-200仿真軟件V3.0漢化版進(jìn)行控制程序的仿真與調(diào)試。該仿真軟件可以仿真大量的S7-200指令〔除部分指令如順序控制指令、循環(huán)指令、高速計數(shù)器指令和通訊指令等尚無法支持外,可支持常用的位觸點指令、定時器指令、計數(shù)器指令、比較指令、邏輯運算指令和大部分的數(shù)學(xué)運算指令等。該仿真軟件還提供了數(shù)字信號輸入開關(guān)、兩個模擬電位器和LED輸出顯示,仿真軟件同時還支持對TD-200文本顯示器的仿真,在實驗條件尚不具備的情況下,完全可以作為學(xué)習(xí)S7-200的一個輔助工具。5.4.2控制程序的仿真與調(diào)試本部分主要介紹了溫室大棚控制系統(tǒng)的軟件調(diào)試過程,通過仿真與調(diào)試檢驗其是否符合設(shè)計初衷,能否達(dá)到相應(yīng)的指標(biāo)?？刂瞥绦虻姆抡娌襟E如下：一、準(zhǔn)備工作仿真軟件不提供源程序的編輯功能,因此必須和STEP7Micro/Win程序編輯軟件配合使用,即在STEP7Micro/Win中編輯好源程序后,然后加載到仿真程序中執(zhí)行。1、在STEP7Micro/Win中編輯好梯形圖2、利用File|Export命令將梯形圖程序?qū)С鰹閿U(kuò)展名為awl的文件,3、如果程序中需要數(shù)據(jù)塊,需要將數(shù)據(jù)塊導(dǎo)出為txt文件。二、程序仿真1、打開S7-200仿真軟件,選擇CPU型號：CPU226,EM235,載入程序；2、單擊"RUN"鍵,綠色運行燈亮,按要求操作輸入點,觀測輸出點的情況,發(fā)現(xiàn)相應(yīng)的點綠色燈亮：3、模擬仿真結(jié)果與控制要求完全一致,程序仿真成功。圖5-4控制程序仿真圖第六章組態(tài)畫面的設(shè)計方案6.1組態(tài)軟件概述6.1.1組態(tài)的定義MCGS<MonitorandControlGeneratedSystem>是一套基于Windows平臺的,用于快速構(gòu)造和生成上位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的組態(tài)軟件系統(tǒng),可運行于MicrosoftWindows95/98/Me/NT/2000等操作系統(tǒng)。MCGS為用戶提供了解決實際工程問題的完整方案和開發(fā)平臺,能夠完成現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集、實時和歷史數(shù)據(jù)處理、報警和安全機(jī)制、流程控制、動畫顯示、趨勢曲線和報表輸出以及企業(yè)監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)等功能。使用MCGS,用戶無須具備計算機(jī)編程的知識,就可以在短時間內(nèi)輕而易舉地完成一個運行穩(wěn)定,功能成熟,維護(hù)量小并且具備專業(yè)水準(zhǔn)的計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的開發(fā)工作。MCGS具有操作簡便、可視性好、可維護(hù)性強(qiáng)、高性能、高可靠性等突出特點,已成功應(yīng)用于石油化工、鋼鐵行業(yè)、電力系統(tǒng)、水處理、環(huán)境監(jiān)測、機(jī)械制造、交通運輸、能源原材料、農(nóng)業(yè)自動化、航空航天等領(lǐng)域,經(jīng)過各種現(xiàn)場的長期實際運行,系統(tǒng)穩(wěn)定可靠。6.1.2組態(tài)軟件的系統(tǒng)構(gòu)成<1>MCGS組態(tài)軟件的整體結(jié)構(gòu)MCGS軟件系統(tǒng)包括組態(tài)環(huán)境和運行環(huán)境兩個部分。組態(tài)環(huán)境相當(dāng)于一套完整的工具軟件,幫助用戶設(shè)計和構(gòu)造自己的應(yīng)用系統(tǒng)。運行環(huán)境則按照組態(tài)環(huán)境中構(gòu)造的組態(tài)工程,以用戶指定的方式運行,并進(jìn)行各種處理,完成用戶組態(tài)設(shè)計的目標(biāo)和功能。MCGS組態(tài)軟件由"MCGS組態(tài)環(huán)境"和"MCGS運行環(huán)境"兩個系統(tǒng)組成。兩部分互相獨立,又緊密相關(guān)。<2>MCGS組態(tài)軟件五大組成部分MCGS組態(tài)軟件所建立的工程由主控窗口、設(shè)備窗口、用戶窗口、實時數(shù)據(jù)庫和運行策略五部分構(gòu)成,如圖7-1所示,每一部分分別進(jìn)行組態(tài)操作,完成不同的工作,具有不同的特性。1、主控窗口：是工程的主窗口或主框架。在主控窗口中可以放置一個設(shè)備窗口和多個用戶窗口,負(fù)責(zé)調(diào)度和管理這些窗口的打開或關(guān)閉。主要的組態(tài)操作包括：定義工程的名稱,編制工程菜單,設(shè)計封面圖形,確定自動啟動的窗口,設(shè)定動畫刷新周期,指定數(shù)據(jù)庫存盤文件名稱及存盤時間等。2、設(shè)備窗口：是連接和驅(qū)動外部設(shè)備的工作環(huán)境。在本窗口內(nèi)配置數(shù)據(jù)采集與控制輸出設(shè)備,注冊設(shè)備驅(qū)動程序,定義連接與驅(qū)動設(shè)備用的數(shù)據(jù)變量。3、用戶窗口：本窗口主要用于設(shè)置工程中人機(jī)交互的界面,諸如：生成各種動畫顯示畫面、報警輸出、數(shù)據(jù)與曲線圖表等。4、實時數(shù)據(jù)庫：是工程各個部分的數(shù)據(jù)交換與處理中心,它將MCGS工程的各個部分連接成有機(jī)的整體。在本窗口內(nèi)定義不同類型和名稱的變量,作為數(shù)據(jù)采集、處理、輸出控制、動畫連接及設(shè)備驅(qū)動的對象。5、運行策略：本窗口主要完成工程運行流程的控制。包括編寫控制程序〔if…then腳本程序,選用各種功能構(gòu)件,如：數(shù)據(jù)提取、歷史曲線、定時器、配方操作、多媒體輸出等。圖7-1MCGS組態(tài)軟件五大部分6.1.3組態(tài)軟件的功能和特點與國內(nèi)外同類產(chǎn)品相比,MCGS組態(tài)軟件具有以下特點：一、全中文、可視化、面向窗口的組態(tài)開發(fā)界面,符合中國人的使用習(xí)慣和要求,真正的32位程序,可運行于MicrosoftWindows95/98/Me/NT/2000等多種操作系統(tǒng)。二、龐大的標(biāo)準(zhǔn)圖形庫、完備的繪圖工具集以及豐富的多媒體支持,使您能夠快速地開發(fā)出集圖像、聲音、動畫等于一體的漂亮、生動的工程畫面。三、全新的ActiveX動畫構(gòu)件,包括存盤數(shù)據(jù)處理、條件曲線、計劃曲線、相對曲線、通用棒圖等,使您能夠更方便、更靈活地處理、顯示生產(chǎn)數(shù)據(jù)。四、支持目前絕大多數(shù)硬件設(shè)備,同時可以方便地定制各種設(shè)備驅(qū)動；此外,獨特的組態(tài)環(huán)境調(diào)試功能與靈活的設(shè)備操作命令相結(jié)合,使硬件設(shè)備與軟件系統(tǒng)間的配合天衣無縫。五、簡單易學(xué)的類Basic腳本語言與豐富的MCGS策略構(gòu)件,使您能夠輕而易舉地開發(fā)出復(fù)雜的流程控制系統(tǒng)。六、強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理功能,能夠?qū)I(yè)現(xiàn)場產(chǎn)生的數(shù)據(jù)以各種方式進(jìn)行統(tǒng)計處理,使您能夠在第一時間獲得有關(guān)現(xiàn)場情況的第一手?jǐn)?shù)據(jù)。七、方便的報警設(shè)置、豐富的報警類型、報警存貯與應(yīng)答、實時打印報警報表以及靈活的報警處理函數(shù),使您能夠方便、及時、準(zhǔn)確地捕捉到任何報警信息。八、提供了WWW瀏覽功能,能夠方便地實現(xiàn)生產(chǎn)現(xiàn)場控制與企業(yè)管理的集成。在整個企業(yè)范圍內(nèi),只使用IE瀏覽器就可以在任意一臺計算機(jī)上方便地瀏覽到與生產(chǎn)現(xiàn)場一致的動畫畫面,實時和歷史的生產(chǎn)信息,包括歷史趨勢,生產(chǎn)報表等等,并提供完善的用戶權(quán)限控制。6.2溫室大棚控制系統(tǒng)的組態(tài)設(shè)計6.2.1新建工程進(jìn)入MCGS組態(tài)環(huán)境,新建工程"溫室大棚控制系統(tǒng)",如圖7-2所示。圖6-2新建工程6.2.2定義變量在MCGS中,變量也叫數(shù)據(jù)對象。定義變量之前先對變量進(jìn)行分配。變量分配即數(shù)據(jù)對象定義前需要對系統(tǒng)進(jìn)行分析,確定需要的變量。本系統(tǒng)需要17個變量,見表7-1。表6-1溫室大棚控制系統(tǒng)變量分配表變量名類型初值注釋啟動按鈕開關(guān)型0溫室大棚啟動信號,1有效復(fù)位按鈕開關(guān)型0溫室大棚復(fù)位信號,1有效溫度數(shù)值型0溫度傳感器測定值光照數(shù)值型0光照傳感器測定值CO2濃度數(shù)值型0CO2傳感器測定值通風(fēng)扇開關(guān)型01有效熱風(fēng)機(jī)開關(guān)型01有效冷風(fēng)機(jī)開關(guān)型01有效加熱器開關(guān)型01有效通風(fēng)扇正轉(zhuǎn)指示燈開關(guān)型01有效通風(fēng)扇反轉(zhuǎn)指示燈開關(guān)型01有效遮陽簾開關(guān)型01有效遮陽簾開簾指示燈開關(guān)型01有效遮陽簾關(guān)簾指示燈開關(guān)型01有效補光燈開關(guān)型01有效CO2調(diào)節(jié)閥開關(guān)型01有效進(jìn)入"實時數(shù)據(jù)庫"窗口頁定義變量,定義結(jié)果如圖圖6-3所示。圖6-3實時數(shù)據(jù)庫6.2.3設(shè)計畫面畫面的設(shè)計分為畫面建立、畫面編輯、動畫連接三個步驟。通過上述步驟,建立的"溫室大棚控制系統(tǒng)"畫面如圖6-4所示。圖6-4組態(tài)畫面6.2.4編寫程序該溫室控制系統(tǒng)的控制要求如下：按下啟動按鈕,系統(tǒng)將傳感器對溫室溫度、光照、二氧化碳濃度等環(huán)境因素進(jìn)行檢測的測量值與溫室控制系統(tǒng)的設(shè)定值進(jìn)行比較,如果溫度的檢測量高于設(shè)定值,PLC就會發(fā)出相應(yīng)的指令控制冷風(fēng)機(jī)的開啟和通風(fēng)扇正轉(zhuǎn)〔將溫室中的空氣排向外界；如果測量值低于設(shè)定值,則打開加熱器和熱風(fēng)機(jī),對溫室進(jìn)行加溫,并使通風(fēng)扇反轉(zhuǎn)〔將外界的空氣引入溫室。當(dāng)溫室的光照低于設(shè)定值時,系統(tǒng)打開遮陽簾和補光燈；當(dāng)溫室的光照高于設(shè)定值時,系統(tǒng)關(guān)閉遮陽簾。當(dāng)溫室的二氧化碳濃度低于設(shè)定值,系統(tǒng)開啟二氧化碳調(diào)節(jié)閥。如果溫室中的測量值與設(shè)定值相等,則關(guān)閉關(guān)閉相應(yīng)設(shè)備,保持溫室中的環(huán)境參數(shù)。上述功能可以通過編寫控制程序來實現(xiàn)。在MCGS中編寫控制程序采用策略組態(tài)的形式。所謂運行策略,可以簡單地理解為系統(tǒng)運行與控制的思想和方法。MCGS提供了許多"策略構(gòu)件",如定時器、計數(shù)器、腳本程序等供系統(tǒng)設(shè)計人員使用。正如畫面設(shè)計是對MCGS提供的圖形對象進(jìn)行組態(tài)一樣,編程就是根據(jù)系統(tǒng)的需要,對這些策略構(gòu)件案進(jìn)行組態(tài)。該溫室大棚控制系統(tǒng)的腳本程序清單如下：'**********************復(fù)位控制***************************IF復(fù)位按鈕=1THEN通風(fēng)扇=0通風(fēng)扇正轉(zhuǎn)指示燈=0通風(fēng)扇反轉(zhuǎn)指示燈=0遮陽簾=0遮陽簾開簾指示燈=0遮陽簾關(guān)簾指示燈=0冷風(fēng)機(jī)=0熱風(fēng)機(jī)=0加熱器=0CO2調(diào)節(jié)閥=0補光燈=0ENDIF'**********************溫度控制***************************IF啟動按鈕=1THENIF溫度<20THEN熱風(fēng)機(jī)=1加熱器=1通風(fēng)扇=1通風(fēng)扇正轉(zhuǎn)指示燈=1冷風(fēng)機(jī)=0溫度=溫度+0.5ENDIFIF溫度>25THEN熱風(fēng)機(jī)=0加熱器=0通風(fēng)扇=1通風(fēng)扇反轉(zhuǎn)指示燈=1冷風(fēng)機(jī)=1溫度=溫度-0.5ENDIFIF溫度>=20AND溫度<=25THEN熱風(fēng)機(jī)=0冷風(fēng)機(jī)=0加熱器=0通風(fēng)扇=0通風(fēng)扇正轉(zhuǎn)指示燈=0通風(fēng)扇反轉(zhuǎn)指示燈=0ENDIF'****************光照控制*******************IF光照<15THEN遮陽簾=1遮陽簾開簾指示燈=1補光燈=1光照=光照+0.5ENDIFIF光照>25THEN遮陽簾=0遮陽簾關(guān)簾指示燈=1補光燈=0光照=光照-0.5ENDIFIF光照>=15AND光照<=25THEN遮陽簾開簾指示燈=0遮陽簾關(guān)簾指示燈=0補光燈=0ENDIF'**************CO2濃度控制*****************IFCO2濃度<1000THENCO2調(diào)節(jié)閥=1CO2濃度=CO2濃度+20ELSECO2調(diào)節(jié)閥=0ENDIFENDIF6.2.5運行調(diào)試在MCGS中,進(jìn)入"運行環(huán)境",如圖6-5所示,通過點擊畫面上的控制按鈕,觀察溫室大棚控制系統(tǒng)的運行情況是否與設(shè)計要求一致。在運行調(diào)試的過程中,通過不斷地改進(jìn)完善使得系統(tǒng)的運行情況與設(shè)計要求完全一致。圖6-5運行畫面6.2.6報表輸出所謂數(shù)據(jù)報表就是根據(jù)實際需要以一定格式將統(tǒng)計分析后的數(shù)據(jù)記錄顯示出來,常用報表有實時數(shù)據(jù)報表和歷史數(shù)據(jù)報表。數(shù)據(jù)報表在工控系統(tǒng)中是必不可少的一部分,是對生產(chǎn)過程中系統(tǒng)監(jiān)控對象狀