智能溫室恒溫plc控制系統(tǒng)設(shè)計【畢業(yè)論文】

1、<p>　　本科畢業(yè)設(shè)計(論文)</p><p>　　論文題目 智能溫室恒溫PLC控制系統(tǒng)設(shè)計</p><p>　　(英文) Design of Constant greenhouse control</p><p>　　system based on PLC </p><p>　　所在學(xué)院 電子

2、信息學(xué)院 </p><p>　　專業(yè)班級 電氣工程及其自動化 </p><p>　　學(xué)生姓名 學(xué)號 </p><p>　　指導(dǎo)教師 職稱 </p><p>　　完成日期 年 月 日<

3、;/p><p><b>　　摘 要</b></p><p>　　恒溫控制系統(tǒng)由3 部分組成，一是信息采集及信號輸入部分它包括室內(nèi)溫度光照信息采集等，二是信息轉(zhuǎn)換與處理部分主要功能是將采集的信息轉(zhuǎn)化成電壓或電流輸入模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊再由該模塊將其轉(zhuǎn)換成PLC 可以識別的標(biāo)準(zhǔn)量信息進(jìn)行處理輸出決策的指令，三是輸出及控制部分系統(tǒng)，如控制風(fēng)速，遮陽系統(tǒng)等來達(dá)到溫室恒溫的目的。

4、 </p><p>　　本系統(tǒng)以PLC 為核心的溫室溫度控制系統(tǒng)闡述了溫室溫度調(diào)節(jié)的工藝流程,可編程控制器(PLC)性能可靠操作方便靈活功能性強(qiáng)穩(wěn)定性好，能夠?qū)崿F(xiàn)在惡劣環(huán)境下長時間不間斷地運轉(zhuǎn)編程簡單，維護(hù)也十分方便同時配有各類通訊接口與模塊處理可方便各級連接，很適合作控制溫室的主控制器，實踐證明, 該控制系統(tǒng)操作方便, 維修簡單,運行穩(wěn)定、可靠。</p><p>　　本文設(shè)計了以

5、S7—200可編程控制器控制的溫室溫度控制系統(tǒng)，闡述了溫室溫度控制系統(tǒng)的工作原理和組成，并結(jié)合實例說明其硬件組成和軟件編程．</p><p>　　關(guān)鍵詞：PLC; 溫室; 控制系統(tǒng); 溫度控制</p><p><b>　　Abstract</b></p><p>　　The constant temperature control syste

6、m consists of three parts, first, information acquisition and signal input part of it including the indoor temperature lighting information collection, information conversion and processing part of the main functions of

7、the collected information into voltage or current input analog to digital conversion module and then convert the module to the PLC can identify the amount of standard information to the output decision-making instruction

8、, output and control p</p><p>　　Described the greenhouse temperature control process for greenhouse temperature control system of the PLC as the core, programmable logic controller (PLC) reliable and easy to

9、 operate, flexible functionality and good stability can be achieved in the harsh environment for a long time uninterrupted simple programming of operation, maintenance is very convenient with various types of communicati

10、on interface module handles can be easily connected at all levels, very suitable for the host controller </p><p>　　Is designed to S7-200 programmable controller to control the greenhouse temperature control

11、system, described the working principle and composition of the greenhouse temperature control system, combined with examples of its hardware and software programming.</p><p>　　Key words: PLC; greenhouse; con

12、trol system; temperature control</p><p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　1 緒論1</b></p><p>　　1.1研究背景和意義1</p><p>　　1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀1</p><p>　　

13、1.3 主要研究內(nèi)容3</p><p>　　1.4 論文內(nèi)容概述3</p><p>　　2 恒溫溫室控制對象分析4</p><p>　　2.1恒溫室模型的結(jié)構(gòu)4</p><p><b>　　2.2控制面板5</b></p><p><b>　　2.3溫度控制5</b&g

14、t;</p><p>　　2.4遮陽板控制7</p><p>　　3 控制系統(tǒng)硬件設(shè)計8</p><p>　　3.1 控制系統(tǒng)組成8</p><p>　　3.2 PLC控制電路9</p><p>　　3.2.1 PLC選型10</p><p>　　3.2.2 PLC的I/O地址定義1

15、1</p><p>　　3.2.3 控制原理12</p><p>　　4 控制系統(tǒng)程序設(shè)計13</p><p>　　4.1 編程軟件介紹13</p><p>　　4.2 系統(tǒng)程序設(shè)計流程圖15</p><p>　　4.3 系統(tǒng)控制程序梯形圖15</p><p>　　5 控制系統(tǒng)測試結(jié)果

16、分析21</p><p>　　5.1控制器操作說明21</p><p><b>　　6 總結(jié)22</b></p><p><b>　　致 謝23</b></p><p><b>　　參考文獻(xiàn)24</b></p><p><b>　　

17、附錄25</b></p><p><b>　　1 緒論</b></p><p>　　1.1研究背景和意義</p><p>　　溫室控制系統(tǒng)是一種以節(jié)約能源，提高產(chǎn)品質(zhì)量為目的的高效工業(yè)發(fā)展技術(shù)。溫室控制系統(tǒng)主要通過計算機(jī)控制和外部執(zhí)行機(jī)構(gòu)具體操作，創(chuàng)造一個獨立的認(rèn)為環(huán)境，提高產(chǎn)品質(zhì)量，降低浪費的大規(guī)模生產(chǎn)。目前溫室生產(chǎn)現(xiàn)場使用的是

18、溫室控制系統(tǒng)普遍為集中式控制，這種結(jié)構(gòu)中的現(xiàn)場設(shè)備和通信接口距離較遠(yuǎn)，系統(tǒng)的協(xié)調(diào)能力差，不能跟上溫室大型化的發(fā)展趨勢。本設(shè)計在吸取國內(nèi)外技術(shù)的基礎(chǔ)上，采用PLC主控器設(shè)計了溫室恒溫控制系統(tǒng)。</p><p>　　國際電工委員會（IEC）對PLC的定義是：“可編程序控制器是一種數(shù)字運算操作的電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計。它采用可編程序的存儲器，用來在其內(nèi)部存儲執(zhí)行邏輯運算、順序控制、定時、計數(shù)和算術(shù)運算等操

19、作的指令，并通過數(shù)字式或模擬式的輸入和輸出，控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過程?？删幊绦蚩刂破骷捌溆嘘P(guān)外圍設(shè)備，都應(yīng)按易于與工業(yè)控制系統(tǒng)連成一個整體、易于擴(kuò)充其功能的原則設(shè)計[1]。</p><p>　　設(shè)計內(nèi)容涉及到了許多的我們的專業(yè)課程，如傳感器與檢測技術(shù)、模擬電路技術(shù)和數(shù)字電路技術(shù)等。通過本次設(shè)計，可以進(jìn)一步鞏固自己所學(xué)的專業(yè)知識，并且可以鍛煉自己的實際動手能力以及將所學(xué)的理論與實踐結(jié)合起來的綜合應(yīng)用能力。通過查

20、詢和閱讀相關(guān)的中英文資料，不僅可以掌握所學(xué)課程以外的其他知識，而且可以提高自己查詢資料和解決問題的能力。通過對溫室恒溫控制系統(tǒng)的設(shè)計，不僅可以了解PLC主控制器的運行原理及其溫度檢測控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計方法和軟件編寫方法，同時也可以熟悉用Microsoft Visio繪制程序流程圖的操作方法。</p><p>　　1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀</p><p>　　1.國外溫室控制技術(shù)的研究現(xiàn)狀&l

21、t;/p><p>　　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，第一個植物人工氣候室由美國建成，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)、水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)和畜牧業(yè)。隨著計算機(jī)技術(shù)的進(jìn)步和智能控制

22、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，在世界各地都有長足的進(jìn)步。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。</p><p>　　目

23、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、二氧化碳濃度、光照度、風(fēng)速、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，如由熱水鍋爐或熱風(fēng)機(jī)組成的加溫系統(tǒng)，二氧化碳施肥系統(tǒng)，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)，可定時噴灌或滴灌的灌溉系統(tǒng)，以及適用于溫室作業(yè)的農(nóng)業(yè)機(jī)械等[2]。計算機(jī)對這些系

24、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，某些國家在實現(xiàn)自動化的基礎(chǔ)上正在向著完全自動化的方向發(fā)展。</p><p>　　2國內(nèi)溫室控制技術(shù)的研究現(xiàn)狀</p><p>　　我國溫室產(chǎn)業(yè)起步比較晚。自70年代末起，我國先后從美國、日本、荷蘭和保加利亞等國引進(jìn)了40套左右的現(xiàn)代化溫室成套設(shè)備。雖然這些溫室技術(shù)領(lǐng)先、設(shè)備先

25、進(jìn)，但在我國的使用過程中還存在較嚴(yán)重問題，主要有以下幾點:運行經(jīng)濟(jì)效益差，技術(shù)要求過高，引進(jìn)價格高，要求經(jīng)營者既要懂農(nóng)業(yè)技術(shù)，熟悉英文，還要掌握電腦操作和機(jī)械運營和維護(hù);運營模式?jīng)]有與中國的實際結(jié)合起來，不適合于我國的國情。所以，研究開發(fā)符合我國國情、產(chǎn)生明顯經(jīng)濟(jì)效益并適用于大范圍推廣應(yīng)用的自動控制溫室系統(tǒng)己經(jīng)迫在眉睫。正因為存在這么多的原因，我國的農(nóng)業(yè)工程技術(shù)人員在努力吸收發(fā)達(dá)國家高科技溫室生產(chǎn)技術(shù)的基礎(chǔ)上，進(jìn)行了溫室中濕度、溫度、光

26、照等單因子控制技術(shù)的研究，并逐步推出既適宜我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平又能滿足不同生態(tài)氣候條件要求的溫室控制系統(tǒng)。從控制器類型來劃分，主要有以下幾種溫室自動控制系統(tǒng):</p><p>　?。?）基于工業(yè)控制計算機(jī)的溫室自動控制系統(tǒng)。</p><p>　　（2）基于PLC的溫室自動控制系統(tǒng)[3]。例如用歐姆龍系列的COMPAQ計算機(jī)為上位機(jī)，CZOOHS作為下位機(jī)構(gòu)成溫室控制系統(tǒng)。采集的室外信號有風(fēng)速、

27、溫度、濕度、光照、風(fēng)向、下雨，室內(nèi)信號有溫度、濕度、C02濃度。輸出信號控制的機(jī)構(gòu)有:通風(fēng)電機(jī)、加熱閥門、開窗電機(jī)、遮陽電機(jī)、壓水泵和噴淋泵</p><p>　?。?）基于單片機(jī)的溫室自動控制系統(tǒng)。</p><p>　　1.3 主要研究內(nèi)容</p><p>　　本文介紹恒溫控制系統(tǒng)的工作原理設(shè)計，結(jié)合系統(tǒng)特點設(shè)計一套基于S7—200PLC的溫度控制系統(tǒng)。主要研究內(nèi)容

28、如下：</p><p>　　分析恒溫控制系統(tǒng)的工藝流程，提出控制系統(tǒng)的總體設(shè)計方案。</p><p>　　采用PLC和檢測儀表完成系統(tǒng)硬件設(shè)計；編寫PLC控制程序，實現(xiàn)溫度采集與顯示。</p><p>　　掌握模擬量控制的程序編寫。</p><p>　　對方案的硬件和軟件部分的實現(xiàn)做相應(yīng)的說明。</p><p>　　1

29、.4 論文內(nèi)容概述</p><p>　　本論文第一部分講訴了本設(shè)計的研究背景及意義；第二部分對溫室恒溫系統(tǒng)控制對象的分析，溫度、光照、風(fēng)機(jī)對溫室的影響；第三部分對本系統(tǒng)的硬件進(jìn)行了選型和講訴；第四部分對編程軟件的介紹及對系統(tǒng)程序設(shè)計；第五部分對溫室模型進(jìn)行操作及結(jié)果分析。</p><p>　　2 恒溫室控制對象分析</p><p>　　本課題研究的恒溫室主要由溫度設(shè)

30、定、風(fēng)機(jī)變速、光照控制和上位機(jī)軟件控制等幾部分組成。 </p><p>　　2.1恒溫室模型的結(jié)構(gòu)</p><p>　　圖2-1 溫室模型結(jié)構(gòu)圖</p><p>　　智能

31、溫室控制實訓(xùn)模型主要由溫度設(shè)定、風(fēng)機(jī)變速、光照控制、加熱器控制和上位機(jī)軟件控制等幾部分組成[4]。溫室模型具有以下特點：</p><p>　　智能溫室控制實訓(xùn)模型，通過內(nèi)外部溫度檢測傳感器檢測的當(dāng)前溫度與設(shè)定溫度值進(jìn)行PID控制，對加熱器進(jìn)行溫度控制。</p><p>　　風(fēng)機(jī)實現(xiàn)高速、低速運行，模擬在不同環(huán)境下對通風(fēng)條件的要求。</p><p>　　光照檢測傳感器

32、對內(nèi)、外環(huán)境光照進(jìn)行檢測，進(jìn)而控制遮陽簾的動作，實現(xiàn)對光照的控制。</p><p>　　智能溫室控制實訓(xùn)模型的整個工作過程在上位機(jī)軟件（MCGS）中實時監(jiān)控，并能通過上位機(jī)軟件進(jìn)行控制。</p><p>　　智能溫室控制實訓(xùn)模型設(shè)置外部強(qiáng)制控制按鈕，模擬在手動控制模式下對溫室的控制操作。</p><p><b>　　2.2控制面板</b><

33、;/p><p>　　本系統(tǒng)采用自動與手動互相切換控制兩種方式來實現(xiàn)對溫室的自動控制，提高設(shè)備運行的可靠性。在運行時可通過按鈕對這兩種控制方式進(jìn)行切換。手動控制簡單可靠[5]，由繼電器、接觸器、按鈕、限位開關(guān)等電氣元器件組成。自動控制模式采用計算機(jī)自動控制，通過傳感器對環(huán)境因子進(jìn)行監(jiān)測，并對其設(shè)定上限和下限值，當(dāng)檢測到某一值超過設(shè)定值，便發(fā)出信號自動對驅(qū)動設(shè)備進(jìn)行開啟和關(guān)閉，從而使溫室環(huán)境因子控制在設(shè)定的范圍內(nèi)。其運行

34、成本低，可大大節(jié)約勞動力，降低勞動者的勞動強(qiáng)度。</p><p><b>　　2.3溫度控制</b></p><p>　　溫度是一個基本的物理量。自然界中的一切過程無不與溫度密切相關(guān)，它是工業(yè)生產(chǎn)過程中最普遍，最重要的工藝參數(shù)。溫度與多種工業(yè)產(chǎn)品的質(zhì)量、產(chǎn)量和能耗等指標(biāo)都有緊密是聯(lián)系，因此溫度測量在工業(yè)生產(chǎn)中占有及其重要的位置。</p><p>

35、;　　2.3.1 溫度傳感器的組成與分類</p><p>　　溫度傳感器是最早開發(fā)，應(yīng)用最廣的一類傳感器。從l7世紀(jì)初伽利略發(fā)明溫度計開始，人們開始利用溫度進(jìn)行測量。真正把溫度變成電信號的傳感器是1821年由德國物理學(xué)家賽貝發(fā)明的， 這就是后來的熱電偶傳感器。五十年以后，另一位德國人西門子發(fā)明了鉑電阻溫度計[6]。在半導(dǎo)體技術(shù)的支持下，本世紀(jì)相繼開發(fā)了半導(dǎo)體熱電偶傳感器、PN結(jié)溫度傳感器和集成溫度傳感器。溫度傳感

36、器是檢測溫度的器件，其種類繁多，應(yīng)用廣泛， 發(fā)展快速。</p><p>　　按其材料組成溫度傳感器分熱電阻，鉑電阻，銅電阻，熱敏電阻器，熱電偶。其中最常用的有熱電阻和熱電偶兩類產(chǎn)品。</p><p>　　按照溫度傳感器輸出信號的模式，可大致劃分為三大類：數(shù)字式溫度傳感器、邏輯輸出溫度傳感器、模擬式溫度傳感器。</p><p>　　本設(shè)計中選用PT100溫度傳感器。鉑

37、電阻采用不銹鋼外殼封裝，內(nèi)部填充導(dǎo)熱材料和密封材料灌封而成，尺寸小巧，適用于精密儀器、恒溫設(shè)備、流體管道等溫度的測量，非常經(jīng)濟(jì)實用。鉑電阻溫度傳感器精度高，穩(wěn)定性好，應(yīng)用溫度范圍廣，是中低溫區(qū)（-200℃～400℃）最常用的一種溫度檢測器，不僅廣泛應(yīng)用于工業(yè)測溫，而且被制成各種標(biāo)準(zhǔn)溫度計。</p><p>　　它的阻值會隨著溫度的變化而變化[7]。PT后的100即表示它在0℃時阻值為100歐姆，在100℃時它的阻

38、值約為138.5歐姆。它的工業(yè)原理：當(dāng)PT100在0攝氏度的時候它的阻值為100歐姆，它的阻值會隨著溫度上升它的阻值是成勻速增長的。見下表2-1：</p><p>　　表2-1 PT100的分度表</p><p>　　溫度的監(jiān)控部分組成有溫度傳感器，變送器，信號隔離器。</p><p>　　溫度變送器是通過確認(rèn)阻值的不同計算出當(dāng)前的溫度，再根據(jù)熱電阻的量程變松輸出對

39、應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)信號值（4-20mA）即：</p><p>　　溫度的變化→熱電阻阻值變化→溫度變送器進(jìn)行計算→輸出4-20mA信號再通過確認(rèn)變送器輸出的電流大小就可以知道當(dāng)前的溫度值。</p><p>　　溫度的控制過程是將溫度檢測傳感器采集的內(nèi)、外部環(huán)境溫度與設(shè)定溫度值進(jìn)行比較，PLC模擬量模塊根據(jù)溫差值輸出模擬量來控制加熱器電壓從而控制加熱的快慢，根據(jù)溫差值給出風(fēng)機(jī)相應(yīng)信號來切換風(fēng)機(jī)的高速、

40、低速、停止三種運行模式。</p><p><b>　　2.4 遮陽板控制</b></p><p>　　光照傳感器是溫室自動控制的基礎(chǔ)元件，承擔(dān)著光照因素的檢測并將其轉(zhuǎn)換成電信號進(jìn)行控制的任務(wù)。</p><p>　　光照傳感器是利用光敏電阻的光電效應(yīng)進(jìn)行工作的。在黑暗的環(huán)境下光敏電阻的電阻值很大，導(dǎo)電性降低，受光線照射后，電阻值降低，導(dǎo)電性增強(qiáng)。

41、常用的光敏器件有光敏二極管和三極管[8]，作光照傳感器使用時，一般和一個電阻相串聯(lián)，介入到電橋電路中去，這種傳感器結(jié)構(gòu)簡單可靠，反應(yīng)快，精確比較高，光敏二極管的靈敏度比三級管的更高一些。</p><p>　　光照測量采用光電池實現(xiàn)，測量范圍0-100光照單位，測量精度為士3光照單位。</p><p>　　光照控制主要是是根據(jù)溫差值及內(nèi)外光照信號來控制遮陽網(wǎng)的動作。</p>&

42、lt;p>　　作物的生長不僅取決于氣候條件，更依賴于控制氣候的設(shè)施條件，在溫室內(nèi)，溫室自身是一種控制氣候的系統(tǒng)，它防止作物受到極端氣候如暴風(fēng)、高溫、低濕的損害。但如果沒有附加的設(shè)施，溫室的控制效果達(dá)不到最佳。在一個控制水平較高的溫室中，幾乎所有的氣候參數(shù)都可以得到控制。其中，光照強(qiáng)度、濕度、溫度和二氧化氮濃度的控制必不可少。在現(xiàn)代大型溫室中，遮陽板保溫幕由于可能影響上述所有氣候參數(shù)，已成為溫室中重要的環(huán)境調(diào)節(jié)系統(tǒng)[9]。</

43、p><p>　　遮陽板的主要功能是：抗紫外線，遮陽，降溫。</p><p>　　3 控制系統(tǒng)硬件設(shè)計</p><p>　　3.1 控制系統(tǒng)組成</p><p>　　1 傳感器 ： 溫度傳感器用于溫室溫度參數(shù)的測量．該參數(shù)是控制系統(tǒng)編程的核心參數(shù)，同樣光敏傳感器用于室溫光度參數(shù)的測量</p><p>　　2 模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊：

44、 用于溫度、光度參數(shù)的標(biāo)準(zhǔn)化，為PLC輸入適合標(biāo)準(zhǔn)量程的信號，幫助完成溫室環(huán)境參數(shù)的采集</p><p>　　3 PLC主控制器： 進(jìn)行行環(huán)境參數(shù)的采樣，執(zhí)行用戶的程序，運行結(jié)果輸出到各執(zhí)行機(jī)構(gòu)，完成控制</p><p>　　4 執(zhí)行設(shè)配： 加熱元件用于溫室的升溫，排風(fēng)扇用于溫室的降溫，遮陽板用于溫室的保溫 </p><p>　　5 電源模塊： 用于提供

45、各單位的電力</p><p><b>　　詳見圖3-1</b></p><p><b>　　圖3-1</b></p><p>　　3.2 PLC控制電路</p><p>　　SIMATIC S7-200系列PLC適用于各行各業(yè)，各種場合中的監(jiān)測、檢測及控制的自動化。S7-200系列的強(qiáng)大功能使其無論

46、在獨立運行中，或相連成網(wǎng)絡(luò)皆能實現(xiàn)復(fù)雜控制功能。因此S7-200系列具有極高的性能/價格比。</p><p>　　S7-200系列出色表現(xiàn)在以下幾個方面： </p><p><b>　　易于掌握</b></p><p><b>　　極豐富的指令集</b></p><p><b>　　便捷的

47、操作</b></p><p>　　豐富的內(nèi)置集成功能 </p><p><b>　　實時特性 </b></p><p><b>　　極高的可靠性</b></p><p><b>　　強(qiáng)勁的通訊能力</b></p><p><b>　

48、　豐富的擴(kuò)展模塊</b></p><p>　　3.2.1 PLC選型</p><p>　　合理選擇PLC對于提高PLC控制系統(tǒng)的性價比起著重要的作用。PLC的選擇應(yīng)該包括機(jī)型的選擇、I/O模塊的選擇、容量的選擇、電源模塊的選擇等幾個方面。</p><p>　　在恒溫控制系統(tǒng)中，經(jīng)過調(diào)研、分析，選擇了西門子公司生產(chǎn)的S7—200系列PLC作為系統(tǒng)的控制器。

49、S7—200系列PLC是SIEMENS公司推出的一種整體式小型可編程控制器。S7—200系列PLC包含了一個單獨的S7—200CPU和各種可選的擴(kuò)展模塊，可以十分方便的組成不同規(guī)模的控制器。其控制規(guī)?？梢詮膸c到幾百點。S7—200PLC可以方便的組成PLC—PLC網(wǎng)絡(luò)和微機(jī)—PLC網(wǎng)絡(luò)，從而完成規(guī)模更大的工程。因此本人選用的是德國SIEMENS公司的S7—200型號的可編程控制器產(chǎn)品。</p><p>　　S7

50、—200的STEP—Micro/WIN32編程軟件可以方便地在Windows環(huán)境下隊PLC編程、調(diào)試、監(jiān)控、使得PLC的編程更加方便、快捷[10]。即S7—200可以完美地滿足各種小規(guī)?？刂葡到y(tǒng)的要求。</p><p>　　目前S7—200系列PLC主要有CPU221、CPU222、CPU224和CPU226四種，四種CPU的外部結(jié)構(gòu)大體相同。</p><p>　　CPU221集成6輸入/

51、4輸出共10個數(shù)字量I/O點。無I/O擴(kuò)展能力。6K字節(jié)程序和數(shù)據(jù)存儲空間。4個獨立的30kHz高速計數(shù)器，2路獨立的20kHz高速脈沖輸出。1個RS485通訊/編程口，具有PPT通訊協(xié)議、MPT通訊協(xié)議和自由方式通訊能力。非常適合于小點數(shù)控制的微型控制器。</p><p>　　CPU222集成8輸入/6輸出14個數(shù)字量I/O點?？蛇B接2個擴(kuò)展模塊。6K字節(jié)程序和數(shù)據(jù)存儲空間。4個獨立的30kHz高速計數(shù)器，2路

52、獨立的20kHz高速脈沖輸出。1個RS485通訊/編程口，具有PPT通訊協(xié)議、MPI通訊協(xié)議和自由方式通訊能力。非常適合于小點數(shù)控制的微型控制器。</p><p>　　CPU224集成14輸入/10輸出共24個數(shù)字量I/O點?？蛇B接7個擴(kuò)展模塊，最大擴(kuò)展至168路數(shù)字量I/O點或35路模擬量I/O點。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。

53、1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。I/O端子排可很容易地整體拆卸。是具有較強(qiáng)控制能力的控制器。</p><p>　　CPU226集成24輸入/16輸出共40個數(shù)字量I/O點?？蛇B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。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

54、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。I/O端子排可很容易地整體拆卸。用于較高要求的控制系統(tǒng)，具有更多的輸入/輸出點，更強(qiáng)的模塊擴(kuò)展能力，更快的運行速度和功能更強(qiáng)的內(nèi)部集成特殊功能，可完全適應(yīng)于一些復(fù)雜的中小型控制系統(tǒng)。</p><p>　　為了使系統(tǒng)設(shè)計的盡量簡單、方便、使用，根據(jù)本系統(tǒng)控制對象的一些需求、性能指標(biāo)、本設(shè)計選用CPU224。</p><

55、p>　　3.2.2 PLC的I/O地址定義</p><p><b>　　端口分配及功能表</b></p><p>　　3.2.3 控制原理</p><p>　　PLC控制器通過傳感器進(jìn)行環(huán)境參數(shù)采集，并通過程序(設(shè)定的各種邏輯關(guān)系)對采集到的各參數(shù)與設(shè)定的控制目標(biāo)進(jìn)行比較判斷，判斷結(jié)果通過可編成控制器的輸出繼電器轉(zhuǎn)化為對執(zhí)行設(shè)備的控制，從

56、而實現(xiàn)溫室溫度的自動控制．</p><p>　　4 控制系統(tǒng)程序設(shè)計</p><p>　　4.1 編程軟件介紹</p><p>　　STEP7—Micro/Win32的基本功能是協(xié)助用戶完成開發(fā)應(yīng)用軟件的任務(wù)，例如創(chuàng)建用戶程序、修改和編輯原有的用戶程序，編輯過程中編輯器具有簡單語法檢查功能。同時它還有一些工具性的功能，例如用戶程序的文檔管理和加密等。此外，還可直接用

57、軟件設(shè)置PLC的工作方式、參數(shù)和運行監(jiān)控等。其界面如下圖4-1：</p><p>　　圖4-1 STEP7-Micro/Win32編程界面</p><p>　　程序編輯過程中的語法檢查功能可以提前避免一些語法和數(shù)據(jù)類型方面的錯誤。梯形圖中的錯誤處的下方自動加紅色曲線，語句表中錯誤行前有紅色叉，且錯誤處的下方加紅色曲線。</p><p>　　軟件功能的實現(xiàn)可以在聯(lián)機(jī)

58、工作方式（在線方式）下進(jìn)行，部分功能的實現(xiàn)也可以在離線工作方式下進(jìn)行。 </p><p>　　聯(lián)機(jī)方式：有編程軟件的計算機(jī)與PLC連接，此時允許兩者之間做直接通信。</p><p>　　離線方式：有編程軟件的計算機(jī)與PLC斷開連接，此時能完成大部分基本功能。如編程、編譯和調(diào)式程序系統(tǒng)組態(tài)等[11]。</p><p>　　兩者的主要區(qū)別是：聯(lián)機(jī)方式下可直接針對相連的P

59、LC進(jìn)行操作，如上裝和下載用戶程序和組態(tài)數(shù)據(jù)等；而離線方式下不直接與PLC聯(lián)系，所有程序和參數(shù)都暫時存在磁盤上，等聯(lián)機(jī)后在下載到PLC中。局部變量表進(jìn)行的系統(tǒng)組態(tài)。</p><p>　　使用S7—200編程軟件，可以進(jìn)行許多參數(shù)的設(shè)置和系統(tǒng)配置，如通信組態(tài)、設(shè)置數(shù)字量輸入濾波、設(shè)置脈沖捕捉、輸出表配置和定義存儲器保持范圍等?？蓞⒖季幊淌謨浴?lt;/p><p>　　STEP7—Micro/Wi

60、n32編程軟件提供了一系列工具，可使用戶直接在軟件環(huán)境下調(diào)試并監(jiān)視用戶程序的執(zhí)行。</p><p>　　選擇單次或多次掃描來監(jiān)視用戶程序，可以指定主機(jī)以有限的掃描次數(shù)執(zhí)行用戶程序。通過選擇主機(jī)掃描次數(shù)，當(dāng)過程變量改變時，可以監(jiān)視用戶程序的執(zhí)行。</p><p>　　STEP7的編程語言有：梯形邏輯（LAD）、語句表（STL）和功能塊圖（FBD）三種編程語言。語句表（STL）是編程語言的文本

61、表達(dá)方式。與機(jī)器碼相似，CPU執(zhí)行程序時按每一條指令一步一步地執(zhí)行。LAD是編程語言的圖形表達(dá)式。它的指令語法與一個繼電器梯形邏輯圖相似，當(dāng)電信號通過各個觸點復(fù)合元件以及輸出線圈時，梯形圖可讓你追蹤電信號在電源示意線間的流動。FBD也是編程語言的圖形表達(dá)式，使用與布爾代數(shù)相似的邏輯框來表達(dá)邏輯。</p><p>　　硬件診斷：它能提供可編程控制器狀態(tài)的概況。在這個概況中可以顯示符號，用來指示每個模板是否正?；蛴泄?/p>

62、障。用來顯示模塊的概況信息，顯示中央和分布式I/O站的模塊信息，顯示來自診斷緩存區(qū)的報文及顯示CPU,MPI的性能數(shù)據(jù)，雙擊故障模塊就可顯示有關(guān)故障的詳細(xì)信息。系統(tǒng)硬件安裝完后，首先應(yīng)在操作系統(tǒng)的控制面板SET PG/PC中進(jìn)行協(xié)議選擇和通信設(shè)置，講系統(tǒng)硬件組態(tài)信息輸入工控機(jī)?？赏ㄟ^組態(tài)故障診斷對話框檢測組態(tài)和設(shè)置是否存在硬件組態(tài)錯誤，總線是否有通信故障等問題。網(wǎng)絡(luò)通信正常情況下，可看到系統(tǒng)的所有站點，系統(tǒng)是否存在硬件沖突等問題。<

63、;/p><p>　　4.2 系統(tǒng)程序設(shè)計流程圖</p><p>　　本溫度控制系統(tǒng)的系統(tǒng)程序設(shè)計流程圖，溫度控制系統(tǒng)采用溫度傳感器采集溫度數(shù)據(jù)，再由模數(shù)轉(zhuǎn)換器將溫度轉(zhuǎn)化為PLC可以處理的數(shù)據(jù)。通過提前設(shè)定一個溫度值，系統(tǒng)對溫差的反應(yīng)自動調(diào)節(jié)溫室的溫度，若采集溫度比設(shè)定溫度高，則系統(tǒng)控制風(fēng)扇，遮陽板等原件降溫，若采集溫度比設(shè)定溫度低，則系統(tǒng)控制加熱元件，遮陽板等元件升溫。</p>

64、<p><b>　　系統(tǒng)控制程序梯形圖</b></p><p>　　在工業(yè)生產(chǎn)過程控制中，模擬量PID（由比例、積分、微分構(gòu)成的閉合回路）調(diào)節(jié)是常用的一種控制方法。運行PID控制指令[12]，S7-200將根據(jù)參數(shù)表4-1中的輸入測量值、控制設(shè)定值及PID參數(shù)，進(jìn)行PID運算，求得輸出控制值.</p><p>　　典型的PID算法包括三項：比例項、積分項和

65、微分項。即：</p><p>　　輸出=比例項+積分項+微分項</p><p>　　計算機(jī)在周期性地采樣并離散化后進(jìn)行PID運算，算法如下：</p><p>　　Mn=Kc×（SPn-PVn）+Kc×（Ts/Ti）×（SPn-PVn）+Mx+Kc×</p><p>　?。═d/Ts）×（PVn

66、-1-PVn）</p><p>　　PID控制回路的參數(shù)表4-1</p><p><b>　　以下是指令編程圖：</b></p><p><b>　　符號表</b></p><p><b>　　續(xù)上圖</b></p><p><b>　　續(xù)上圖

67、</b></p><p>　　5 控制系統(tǒng)測試結(jié)果分析</p><p>　　5.1控制器操作說明</p><p>　　檢查實訓(xùn)設(shè)備中器材及調(diào)試程序。</p><p>　　按照I/O端口分配表或接線圖完成PLC與實訓(xùn)模塊之間的接線，認(rèn)真檢查，確保正確無誤。</p><p>　　打開示例程序或用戶自己編寫的控制

68、程序，進(jìn)行編譯，有錯誤時根據(jù)提示信息修改，直至無誤，用PC/PPI通訊編程電纜連接計算機(jī)串口與PLC通訊口，打開PLC主機(jī)電源開關(guān)，下載程序至PLC中，下載完畢后將PLC的“RUN/STOP”開關(guān)撥至“RUN”狀態(tài)。</p><p>　　運行程序，打開上位機(jī)軟件（MCGS），在組態(tài)界面中設(shè)置溫度處輸入溫度設(shè)定值（此溫度必須大于室外溫度）或者在程序->狀態(tài)表中VW64寫入溫度設(shè)定值，加熱罐開始加熱，室內(nèi)溫度開

69、始上升，可在組態(tài)中讀取當(dāng)前室內(nèi)溫度和室外溫度，且可觀測室內(nèi)外溫度變化曲線。</p><p>　　系統(tǒng)初始默認(rèn)設(shè)定溫度為25℃，用戶可根據(jù)需要在上位機(jī)軟件畫面中進(jìn)行設(shè)定（設(shè)定范圍為20℃～50℃）。</p><p>　　當(dāng)設(shè)定溫度小于室內(nèi)溫度，且溫差大于5℃時，風(fēng)機(jī)高速運轉(zhuǎn)，溫差大于2℃小于5℃時，風(fēng)機(jī)低速運轉(zhuǎn)，遮陽簾關(guān)閉抵擋光線照射；當(dāng)設(shè)定溫度大于室內(nèi)溫度，遮陽簾打開接受光線照射，加熱罐加

70、熱。</p><p>　　手動執(zhí)行遮光、受光、通風(fēng)、照明、加熱。</p><p>　　手動加熱時，加熱溫度到達(dá)40℃時，報警指示燈以1Hz的頻率閃爍進(jìn)行報警，并停止加熱；當(dāng)溫度低于40℃時，溫度報警指示燈熄滅，加熱器開始加熱</p><p><b>　　6 總結(jié)</b></p><p>　　本文的目的是針對溫室設(shè)計一個溫

71、度控制系統(tǒng)，溫度是工業(yè)產(chǎn)業(yè)中常用的控制對象之一，溫度控制的好壞直接影響產(chǎn)品的質(zhì)量好壞。因而溫度控制具有廣泛的實際應(yīng)用價值和應(yīng)用前景。本文通過編程，在PLC上實現(xiàn)了溫室恒溫控制，即充分利用了PLC控制系統(tǒng)可靠性高、抗干擾能力強(qiáng)的特點，又提高了控制系統(tǒng)的智能化程度，具有成本低，控制效果好的優(yōu)點，其應(yīng)用前景廣闊。</p><p>　　在課題研究中，總結(jié)了一下幾點：</p><p>　　系統(tǒng)整體設(shè)

72、計。設(shè)計出了合理可行的總體方案，以實現(xiàn)系統(tǒng)整體功能;</p><p>　　西門子S7—200PLC功能強(qiáng)、處理速度快、模塊化結(jié)構(gòu)易于擴(kuò)展，被廣泛的用于自動化控制系統(tǒng)中；其相應(yīng)開發(fā)軟件STEP7采用模塊化編程方法，提供多種編程語言，豐富的功能磨壞，能實現(xiàn)較為復(fù)雜的功能和算法。為溫度控制的設(shè)計提供了良好的軟硬件平臺。</p><p>　　PLC恒溫控制系統(tǒng)在硬件要求上相對簡單，使系統(tǒng)簡化、經(jīng)濟(jì)

73、、編程也相對簡單。</p><p>　　軟件設(shè)計。繪制了主程序，梯形圖。</p><p>　　硬件設(shè)計。使用Visio軟件畫好了系統(tǒng)的硬件原理圖。</p><p>　　但是由于時間有限以及本人知識、經(jīng)驗不足，設(shè)計中還存在許多可以改進(jìn)的地方：PID控制器的控制參數(shù)還可以選擇的更加合理，以溫度控制的效果更好；軟件方面可以編寫出具體的程序，從而使溫室恒溫控制系統(tǒng)的設(shè)計更加

74、完整，也有利于鍛煉自己的編程能力。</p><p>　　本次的設(shè)計中涉及到的知識，涵蓋了大學(xué)里所學(xué)的許多課程內(nèi)容，包括PLC技術(shù)、自動控制原理、電力電子技術(shù)、傳感器與檢測技術(shù)等等。通過本次設(shè)計中，不僅我在本科四年里所學(xué)到的知識得到了綜合的應(yīng)用，而且我還學(xué)會了發(fā)現(xiàn)問題、分析問題和處理問題的方法，這些可以說為我今后的工作、學(xué)習(xí)都打下了十分堅實的基礎(chǔ)。有待在以后的工作學(xué)習(xí)中不斷進(jìn)步。</p><p&

75、gt;<b>　　致 謝</b></p><p>　　在論文完成之際，我要向所有在我撰寫此學(xué)位論文期間給予大力支持和無私幫助的老師和同學(xué)表示深深地感謝！</p><p>　　首先，我要由衷的感謝我的指導(dǎo)老師—洪教授！在我撰寫本論文的整個過程中，我自始至終都得到了洪老師的悉心指導(dǎo)。無論是從論文選題、資料收集，還是到原理圖繪制、程序編寫，都傾注了洪老師的心血。由于是第一

76、次獨立承擔(dān)系統(tǒng)設(shè)計和論文撰寫，又限于自己知識有限和經(jīng)驗不足，因此在畢業(yè)設(shè)計的過程中遇到了不少的困難。但是在洪老師詳盡的講解和耐心的指導(dǎo)之下，這些困難最終都得到了順利的解決。所以，我發(fā)自內(nèi)心的感謝洪老師在各方面所給予我的關(guān)心和教導(dǎo)！洪老師廣博的學(xué)識、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)作風(fēng)和誨人不倦的教育情懷，使我終生受益，并激勵我在未來的人生路上勇往直前！</p><p>　　此外，我還要感謝我們組的其他同學(xué)。他們在我撰寫本次學(xué)位論文期間

77、給予了大力的幫助，并提出了許多寶貴的建議。</p><p>　　我感覺自己是幸運的，能夠遇到這么多的良師益友。與你們在一起的生活經(jīng)歷，必將成為我人生中最美好的回憶和最寶貴的財富！</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[1] 胡壽松.自動控制原理（第五版）[M].北京：科學(xué)出版社,2007.</p>&

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