基于plc的大棚温度自动控制系统设计.docx

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1、基于P1C的大棚温度自动控制系统设计摘要大棚温度自动控制系统是一种为作物提供最好环境、避免各种棚内外环境变化对其影响的控制系统。该系统采用FX2N系列P1C作为下位机，PC机作为上位机，采用三菱D-720通用变频器,采用温度、湿度、光照传感器采集现场信号，这些模拟量经P1C转化为数字信号，把转化来的数据与设定值比较,P1C经处理后给出相应的控制信号使环流风机、遮阴帘、微雾加湿机等设备动作，大棚温度就能实现自动控制。这种技术不但实现了生产自动化，而且非常适合规模化生产，劳动生产率也得到了相应的提高，通过种植者对设定值的改变，可以实现对大棚内温度的自动调节。关键词：大棚，温度控制，P1CTheAu

2、tomaticGreenhouseTemperatureContro1SystemBasedonP1CAbstractThesystemisawaytoprovidingthebestconditionstop1antsandpromotingthemgrowthverywe11,avoidingthebadweatherandeffectofseasonsoutsidetheshed.ThissystemusesFX2NseriesP1CasthenextmachineandPCasuppermachine,usingtheMitsubishiD-720genera1frequencyMan

3、ager.Thesensoroftemperature,humidityand1ightco11ectingscenesigna1,thesesimu1ationvo1umesareturnedintodigita1signa1byP1C,thencomparedwiththesettingva1ue.At1ast,theP1Cdisposesofthem,thencontortswithwindmachine,coveringYincurtain.Accordingtotheactua1measuredva1ueofeachsensorandtheva1uedeterminedinadvan

4、ceaboutgreenhouseenvironmenta1factors.Thissystemcansuitab1efortheautomationandmassproduction,the1aboringproductivityhasbeenincreasingbyawidemarginthroughchangingthetargetva1ueofgreenhouseenvironment,andwecancontro1thegreenhousetemperatureautomatica11y.Keywords:greenhouse,temperaturecontro1,P1C第一章绪论1

5、1.1 大棚温度控制系统发展背景及现状11.2 大棚温度控制系统研究目的及意义2第二章系统概述32.1 系统设计任务32.2 系统技术介绍32.2.1 传感技术32.2.2 P1C42.2.3 上位机52.3 系统工作原理52.4 小结7第三章硬件部分设计83.1 环境调控系统83.2 传感器的选择103.3 系统硬件接线图123.3.1 系统主电路设计123.3.2 系统其他部分电路设计143.3.3 P1C部分电路设计153.4 小结16第四章软件设计174.1 P1C的I/O分布图174.2 系统程序184.2.1 系统温度P1D调节程序184.2.2 系统主程序184.3 小结19第五

6、章结论20参考文献21谢辞22第一章绪论1.1大棚温度控制系统发展背景及现状如今塑料大棚、日光温室逐渐成为我国设施结构的主要结构类型。其能够充分利用阳光、节约燃煤、减轻环境污染等特点。1997年我国的日光温室面积快速增加至16.7万公顷。农业联合部推广的新一代节能型的日光温室，可以节约大量的煤资源，每年没亩能节约燃煤约20吨W。越来越先进的现代化温室大棚采用的覆盖材料也越来越先进，比如PC板。从1995年开始我国大型温室大棚面积迅速增加，截至目前已有约200公顷，一些发达国家也发现了现代化温室大棚土地利用率高、便于机械化操作等优点也大力发展面积也不断增加。设施农业的发展为大棚实现大型现代化、温

7、室的发展进程提供很好的机会，使其能够快速发展。但是到目前为止，有相当一部分的大棚、温室还要靠种植者的经验来完成，缺乏根本的科学性。这种管理方式缺乏量化的指标，精确度很差，仅仅能够被动的调节温度等，而不能主动的是大棚内的环境因子自动的改变，这就不能发挥大棚的高产特性。由此可知，大棚温度的自动控制对设施农业甚至我国农业现代化的进程都有很大的影响。根据国内外大棚控制技术的发展形势，其发展阶段可以分为三个：（1）手动控制：这是大棚环境控制发展的初级阶段，其技术相当落后。传感器也是长期从事农业生产的种植者，其也是该系统的执行者。他们作为该控制技术的核心，在对大棚内外各环境因子和作物情况的基础上结合自己丰

8、富的经验，手动改变大棚内的环境。但其生产效率低，不适合农业现代化的进程，且要求种植者有较高的生产素质。（2）自动控制：这是大棚控制技术发展的另一阶段，它需要种植者根据棚内作物的生长状况提前设置好作物所需的目标参数，然后控制系统把传感器的实际输出值与预先设置好的目标参数进行比较，从而去控制各环境因子的调节过程，进一步完成各种加热、降温等。该控制技术使生产自动化，利于大规模生产，大大提高的生产效率。改变预先设置的目标值可以使棚内的环境因子得到自动的调节，但该控制不能适应作物生长状况的突变，难以介入作物生长的内在规律。但是目前我国有相当一部分的自主开发的现代化温室以及引进的国外设备都运用该控制。（3

9、）智能化控制：这是大棚控制发展到目前为止为最高阶段，该技术建立在自动控制和生产实践的基础上，是总结和运用各种农业领域知识、技术和实验数据建成的专家系统，通过建立最适宜作物生长的数学模型，开发出一种适合个各种作物生长的专家控制技术。该技术是在手动、自动、自动化控制发展之后发展起来的，也会越来越先进，越来越完备。截至到目前,我国对于该系统的研究技术还是比较落后，以基本的P1D控制为主。它仅仅能够满足常见的温度系统，在一些复杂、时变情况下难以使用，基本都由有经验的工人现场来调试。目前，我国的设施农业土地利用率低、盲目引进温室、管理技术水平低、劳动生产率低、能源浪费严重。但是随着科技发展和社会的全面进

10、步，这些问题也会被逐渐解决，逐步向专业化发展，朝着自动化农业型发展，从而为社会大众提供更加丰富可口、安全、优质的绿色健康食品。1.2大棚温度控制系统研究目的及意义虽然目前我国绝大部分的大棚都安装了加热、降温和通风设备，但是大多是通过人工使其动作，一旦大棚面积很大种植者的劳动强度就会很大，更不用说实现对温度的精确控制了。该系统结合目前国内外的发展现状，充分发挥P1C的控制优点在结合种植者种植经验的基础上实现对温度的精确自动调节，该温度自控控制系统实现了大棚作物生产的自动化，为推动规模化生产和劳动生产率的提高都起到了很好的促进作用。改变设定目标值就能自动地进行大棚内环境因子的调节。对于推进我国农业

11、现代化起到很大作用。第二章系统概述该系统下位控制由FX2N系歹IJP1C完成，上位机为PC机，变频器采用三菱D720通用变频器,由温度、光电、湿度等传感器采集现场信号，P1e将传感器采集到的有关的环境参数转化为数字信号，然后把这些数值与给定值比较，经过控制计算给出相应的控制信号使环流风机、遮阴帘、微雾加湿机等设备动作，实现大棚温度的自动控制。软件部分主要是实现对各传感器所测环境因子值的处理，其中包括一些算术逻辑运算，然后通过与设定值的对比，发出相应的信号完成对各种硬件设备的控制，软件部分可以称作系统的“大脑”，而硬件部分则可以称作系统的“神经”和“肢体”。2.1 系统设计任务大棚的作用是为作物

12、提供最佳的生长环境，避免一年四季气候变化和恶劣天气一般大棚以采光和覆盖材料作为主要的结构材料，它能够确保作物在冬季或其他恶劣环境下健康的生长，从而起到提高产量的作用。大棚温度控制通过接受光照、温度、湿度传感器传来的信号，经过PC机和P1C的控制和决策调节各种环境因子从而为其提供良好的生活环境。目前国内的大部分的大棚都是通过这种自动控制，这种控制方式对作物生长情况的改变难以作出及时的反应，不能紧密跟踪作物生长的内在规律。该系统在原有温度自动控制和生产者生产经验的基础上，通过一定的对农业领域知识、技术和各种实验数据的收集，更精确及时的使外部设备动作完成相应的加热降温和通风，及时为作物提供更适宜的生

13、长环境，达到高产高效的目的。2.2 系统技术介绍2.2.1 传感技术电量一般是指物理学中的电学量，如电流、电阻、电容、电感等；非电量则是指除电量之外的一些参数，如压力、流量、质量、温度等。能实现非电量到于此相对应的电量转换的技术称为传感技术，其核心器件为传感器。2.2.2 P1CP1C（可编程序控制器）由CPU模块、I/O模块和编程器构成P1C。P1C的特殊功能由特殊模块完成。输入模块完成对信号的接收和输入，输出模块实现对继电器等执行装置的控制。P1C特点如下：编程方法简单易学、功能强、性能价格比高、硬件配套齐全，用户使用方便，适用性强，可靠性高，抗干扰能力强，系统的设计、安装、调试工作量少，

14、维修工作量小，维修方便，体积小，能耗低。P1C的工作原理：P1C有两种基本的工作模式，即运行模式与停止模式。P1C采用“顺序扫描，不断循环”的工作方式，一次循环可以分为五个阶段：内部处理、通信服务、输入处理、程序执行和输出处理。扫描过程如下图：图21P1C扫描过程P1C一旦工作首先开始扫描，对输入信号进行集中采集，对输出信号进行集中刷新。每当刷新输入时，输入端口就关闭，在执行程序时，即使有新状态到达输入端，也不能被读入。下一扫描周期时才被读入。2.2.3 上位机计算机集散控制系统中有上位机的概念。在该控制系统中，计算机的级别是不一样的，下位机是与现场设备直接发生关系的计算机，控制下位机或给下位

15、机提出新任务的称为“上位机”。集散控制系统越复杂，计算机的级别就越多，这样的话可能还会有级别更高的计算机对上位机进行控制或者下达命令。2.3 系统工作原理该系统由P1C,温度、光照、湿度传感器，还有一些环流风机、遮阴帘、微雾加湿机等设备组成。该系统工作原理如下图：该系统首先通过各传感器检测大棚内外的环境信号，然后将这些模拟量转换为电压信号，经过运算放大器组成的信号处理电路转化成系统需要的电压信号。温度传感器得分输出的电流正比与温度，而且响应速度快、线性度好和高阻抗电流输出，能够适应长距离传输，可以把-555的温度转换为14V的电压；湿度传感器能将相对湿度转换成相应的电流输出信号。然后P1C将传

16、感器采集来的信号通过A/D转换成数字信号，通过存储器将这些数据暂时存储起来然后和设定值比较，经过一定的控制算法后给出相应的控制信号对执行机构包括风机、遮阴帘和加温热设备动作。该系统还可以通过通信接口将数据送至上位机PC机，完成数据管理、智能决策等更为强大的功能，且可以进行数据的显示、编辑、储存和打印。系统正常工作时，P1C通过传感器来测量大棚内的温度，然后与预先设定的目标值进行比较，如果测量值超出了设定范围的上下限值，P1C就会输出指令，从而使相应的硬件设备动作；如果测量值在范围值之内，P1C就会响应，使相应设备停止运转。系统的工作流程见图：2.4 图24系统工作流程图2.5 小结本章一开始介绍了大棚温度控制系统应