基于plc的大棚溫濕度控制系統(tǒng)

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1、 摘 要 隨著人們的生產(chǎn)水平的不斷提高，對生活環(huán)境和生產(chǎn)環(huán)境的要求就顯得尤為重要，溫濕度的智能控制就顯得極為重要，因此溫濕度檢測系統(tǒng)就是現(xiàn)代生產(chǎn)生活中應(yīng)運而生的一種智能、快捷、方便可靠的檢測系統(tǒng)。在我們?nèi)粘Ｉ钪性S多的蔬果、花卉都是由溫室大棚培育而出，可是在現(xiàn)階段該如何利用自動檢測控制系統(tǒng)更有效的提高溫室大棚的調(diào)節(jié)精度和效率，這對我國農(nóng)業(yè)發(fā)展有著不可估量的重要意義。 本設(shè)計采用三菱FX2N系列的可編程控制器來實現(xiàn)自動化控制，溫室大棚中的溫度、濕度等環(huán)境因素在植物的生長中起重要的作用，在檢測時應(yīng)考慮到測量精度、方便設(shè)備連接與操作等問題。采用溫度傳感器和濕度傳感器測量，再將所測量的信

2、息反饋給PLC,由PLC將其與設(shè)定值做出比較，進(jìn)而發(fā)出相應(yīng)的指令調(diào)節(jié)溫室內(nèi)的溫度和濕度，使該系統(tǒng)能夠達(dá)到自動化控制的目的。 關(guān)鍵詞：plc梯形圖程序?qū)?49986419 目 錄 0 前言 1 1 系統(tǒng)設(shè)計任務(wù) 1 1.1課題研究背景及意義 1 1.2溫室大棚的主要結(jié)構(gòu)的概述 2 1.2.1溫室大棚的結(jié)構(gòu) 2 1.2.2溫度傳感器、濕度傳感器、檢測儀表 3 1.2.3電機(jī)部分 3 1.3系統(tǒng)工作流程概述 3 1.3.1對溫室大棚內(nèi)的溫度與濕度進(jìn)行調(diào)節(jié)、監(jiān)測 3 1.3.2系統(tǒng)流程 4 2 系統(tǒng)

3、硬件的選用 4 2.1PLC的選用 4 2.2變頻器的選用 5 2.2.1變頻器的作用及工作原理 5 2.2.1三菱FR-E540通用型變頻器 6 2.3 傳感器的選擇 6 2.3.1傳感器的選擇方法 6 2.3.2傳感器的型號及顯示儀表選擇 7 2.4環(huán)流風(fēng)機(jī) 13 2. 5 加熱及加濕系統(tǒng)的設(shè)計 - 13 -3 2.5.1 燃油熱風(fēng)機(jī)加熱系統(tǒng) 13 2.5.2微霧加濕機(jī) 14 3 主電路的回路設(shè)計 16 3.1電氣原理圖 16 3.2 環(huán)流風(fēng)機(jī)電路設(shè)計 17 3.2.1變頻器的使用 17 3.2.2環(huán)流風(fēng)機(jī)回路電路圖 18 3.3加濕電機(jī)電路設(shè)計 19

4、3.4風(fēng)門電機(jī)電路設(shè)計 19 3.5風(fēng)冷電機(jī)電路設(shè)計 20 3.6加熱風(fēng)機(jī)主回路設(shè)計 21 4 軟件程序設(shè)計 21 4.1PLC的I\O分配表 21 4.2PLC接線圖 23 4.3 主程序設(shè)計與分析 24 結(jié)束語 31 參考文獻(xiàn) 32 附錄A 33 II 0 前言 如今塑料大棚、日光大棚成為我國設(shè)施農(nóng)業(yè)結(jié)構(gòu)的主要組成。能夠充分利用陽光，可以減輕環(huán)境污染的等特點，隨著改革開放的加深，農(nóng)村勞動力系統(tǒng)的轉(zhuǎn)移，城市化進(jìn)程飛速的加快，農(nóng)業(yè)發(fā)展迎來一場新的農(nóng)業(yè)變革。從1995年開始我國大型溫室大棚的面積快速增加到目前已有約200公頃。溫室大棚的光利用率強(qiáng)，土地利用率高，越

5、冬保溫能力強(qiáng)，作物病蟲害的低等優(yōu)點。 設(shè)施農(nóng)業(yè)的大力發(fā)展為大棚實現(xiàn)大型現(xiàn)代化的發(fā)展提供了很好的機(jī)會，使其快速穩(wěn)定的發(fā)展，到目前為止，相當(dāng)大一部分的溫室大棚要靠種植者的經(jīng)驗為保障來完成，缺乏根本的科學(xué)性。這種管理方式缺少量化的指標(biāo)，精確度低。僅僅夠溫室大棚實施被動的調(diào)節(jié)而不能主動的使大棚內(nèi)的環(huán)境因素自我調(diào)節(jié)就無法發(fā)揮大棚的高效性，這對農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化進(jìn)程的發(fā)展是極大的影響。 根據(jù)溫室大棚溫濕度控制系統(tǒng)的發(fā)展形勢可將其分為三個階段：手動控制：這是溫室大棚發(fā)展的初級階段，技術(shù)落后，主要依靠長期從事農(nóng)業(yè)工作者的經(jīng)驗實施，也是該系統(tǒng)的執(zhí)行者。但生產(chǎn)的效率低，不適合推進(jìn)農(nóng)業(yè)的現(xiàn)代化進(jìn)程.自動控制：這是溫室大

6、棚農(nóng)業(yè)發(fā)展的另外一個階段，它需要種植者按照棚內(nèi)作物的生長情況設(shè)置目標(biāo)參數(shù)，從而控制系統(tǒng)把傳感器的實際輸出值進(jìn)行比較，達(dá)到調(diào)節(jié)環(huán)境因素的作用，這有利于大規(guī)模的生產(chǎn)，提高生產(chǎn)效率，缺點是難以介入植物生長的內(nèi)在規(guī)律。智能控制：這是最終階段，該技術(shù)主要建立在自動控制和生產(chǎn)實踐上，是總結(jié)和運用農(nóng)業(yè)領(lǐng)域知識及實驗數(shù)據(jù)建成的系統(tǒng)，該技術(shù)是在手動控制和自動控制技術(shù)之后發(fā)展而來的，會越來越先進(jìn)與成熟。 1 系統(tǒng)設(shè)計任務(wù) 1.1課題研究背景及意義 目前，我國絕大部分的溫室大棚都安裝了加溫、降溫、通風(fēng)和除濕等設(shè)備，但大部分是通過人工讓它工作，若是面積增大種植者的勞動強(qiáng)度就會成倍的增長，更別提對溫濕度的精確控制

7、。結(jié)合發(fā)展現(xiàn)狀充分的發(fā)揮PLC控制的優(yōu)點，再綜合種植者的經(jīng)驗和溫濕度的精確自動的調(diào)節(jié)，對推進(jìn)溫室大棚的發(fā)展起到很大的作用。 溫室大棚主要的作用是為作物提供優(yōu)秀的成長環(huán)境，以避免四季氣候變化和惡劣的天氣環(huán)境。通常以采光和覆蓋式材料作為主要結(jié)構(gòu)材料，它能確保作物的健康成長從而提高產(chǎn)量。溫室大棚的溫濕度控制通過接受光電、溫度、濕度傳感器傳來的信號再經(jīng)過PLC的控制以及決策調(diào)劑各種環(huán)境因素而提供良好的生長環(huán)境。該系統(tǒng)在前人總結(jié)的原有基礎(chǔ)上，再結(jié)合農(nóng)業(yè)知識和各種實驗數(shù)據(jù)的收集，更精確的使用外部設(shè)備動作完成相應(yīng)的功能。在不同的季節(jié)都有不同的溫濕度的標(biāo)準(zhǔn)，根據(jù)外界的溫度變化大棚內(nèi)的溫度也會跟著降低或升高但

8、溫室里面是可能根據(jù)植物的生長環(huán)境條件來改變的，比如到了冬季溫度降低，而植物會因溫度的降低使植物生長得慢以及不生長，導(dǎo)致植物的產(chǎn)量下降，所以現(xiàn)在農(nóng)業(yè)方面也挺先進(jìn)的，有了控制植物的溫、濕、光照、二氧化碳、環(huán)境的溫、濕度，以及土壤養(yǎng)分、土壤溫度、土壤水分等農(nóng)業(yè)環(huán)境要素，根據(jù)溫室作物生長要求，自動控制、灌溉施肥等環(huán)境控制設(shè)備，自動調(diào)控溫室內(nèi)環(huán)境，達(dá)到適宜植物生長的范圍，為植物生長提供最佳環(huán)境。智能溫室控制系統(tǒng)可以使溫室運行于經(jīng)濟(jì)節(jié)能狀態(tài)，實現(xiàn)溫室的無人值守自動化運行，減輕人員勞動強(qiáng)度，降低溫室能耗和運行成本。 1.2溫室大棚的主要結(jié)構(gòu)的概述 1.2.1溫室大棚的結(jié)構(gòu) 跨度，目前各地生產(chǎn)中使用的溫

9、室大棚，大多數(shù)跨度(自溫室南部底腳起至北墻內(nèi)側(cè)的寬度)都是6-7m。事實證明，這樣的跨度，配之以一定的屋脊高度，可以保證南屋面(前坡)有極大的采光角度?？杀ＷC作物生長有較大的空間，又便于被蓋保溫，還便于選擇建筑材料，是比較適用的。如果跨度增大，高度無法再增加，南屋面角度變小，勢必采光不好。另外，揭蓋草苫困難，使保溫效果下降。并提高建材造價。從各地經(jīng)驗看來在北緯40以北或冬季嚴(yán)寒極限溫度在-20℃ 以下地區(qū)，宜選用6m跨的溫室，北緯40以南冬季不太嚴(yán)寒地區(qū)，宜選用7m跨溫室。(2)高度 溫室的高度主要是指屋脊的高度。它與跨度有一定關(guān)系，在跨度確定的情況下，高度增加，溫室角度也增加，從而提高采光效

10、果，進(jìn)而增加蓄熱量，彌補(bǔ)熱量損失的一面。6m跨的冬季溫室高度以2.7～2.8 m為宜，7m跨的溫室高度以 3.1 m為宜。（3)長度以50～60 m為宜，如果太短.不僅單位面積造價提高，兩邊山墻遮陰面也大，影響產(chǎn)量，如果再長，室內(nèi)溫度不 易控制一致，產(chǎn)品和生產(chǎn)資料運輸也不方便。(4)前屋面角度 其指前屋面與地平面的夾角。這個角度越大，前屋面與陽光的交角(投射角)越大，透過的光線也就越多。斜立式溫室這個角度在北緯400以南地區(qū)應(yīng)達(dá)到23℃或以上。拱圓形溫室在北緯40～42，拱底腳應(yīng)達(dá)到 50～60，拱的中段要達(dá)到20～30，上段要達(dá)到10，這樣有利于冬季采光。下圖為本課題的實物結(jié)構(gòu)圖1所示：

11、 圖1 溫室大棚結(jié)構(gòu)實物圖 1.2.2溫度傳感器、濕度傳感器、檢測儀表 溫度和濕度是農(nóng)作物生長的主要條件，是保證農(nóng)作物生長的需要的絕對適宜的溫度與濕度。從而使其達(dá)到最高的產(chǎn)量，溫度傳感器和濕度傳感器就是為了檢測溫室大棚內(nèi)的溫度與濕度從而與設(shè)定值相比較作出判斷。而監(jiān)視儀表則是直觀的體現(xiàn)出當(dāng)前的溫度值與濕度值。 1.2.3電機(jī)部分 本系統(tǒng)采用了五種不同功能的電機(jī)：環(huán)流風(fēng)機(jī)，它在整個植物生長的過程中全天候的工作，主要作用是將大棚內(nèi)的空氣形成對流，為每一個植物提供適宜的溫度和濕度。風(fēng)冷電機(jī)的主要作用是當(dāng)溫度超過設(shè)定值時進(jìn)行溫室內(nèi)散熱的作用，從而保證農(nóng)作物的生長在正常的溫度下生長。風(fēng)門電機(jī)主要

12、的作用是為農(nóng)作物提供新鮮的空氣從而達(dá)到控制溫室大棚內(nèi)的溫度以及濕度使其更適合農(nóng)作物的生長。加濕電機(jī)是為農(nóng)作物的生長提供適宜的濕度的關(guān)鍵部分，提高農(nóng)作物的成活率。在植物的生長中，需要在特定的時間對大棚內(nèi)的空氣進(jìn)行加溫，達(dá)到農(nóng)作物所需的溫度。在大棚中使用圓翼型熱鍍鋅散熱器進(jìn)行加熱。 1.3系統(tǒng)工作流程概述 1.3.1對溫室大棚內(nèi)的溫度與濕度進(jìn)行調(diào)節(jié)、監(jiān)測 對不同的農(nóng)作物生長所需的最適宜溫度也不盡相同如韭菜的最適生長溫度表1-1: 表1 韭菜最適生長溫度表 農(nóng)作物種類 生長周期 溫度（度) 濕度（%RH) 韭菜 20天 20～25 60～70 系統(tǒng)通過傳感器來檢

13、測溫度與濕度，同時對溫度進(jìn)行調(diào)節(jié)控制。濕度傳感器再該系統(tǒng)中主要控制大棚濕度，通過濕度傳感器的設(shè)定值與當(dāng)前溫室大棚內(nèi)的濕度相比較，來控制風(fēng)門電機(jī)和加濕電機(jī)的開啟，使溫室內(nèi)的濕度達(dá)到設(shè)定值。 1.3.2系統(tǒng)流程 在該系統(tǒng)中可以實現(xiàn)手動控制和自動控制兩種不同的控制要求。（1）手動控制：可以手動控制加濕電機(jī)、風(fēng)門電機(jī)的啟動和停止。（2）自動控制：溫室大棚的工作流程是在播種完成之后，按下啟動按鈕打開環(huán)流風(fēng)機(jī)為了讓環(huán)流，風(fēng)機(jī)一直處在最佳的運行速度，通過三菱FR-E540通用型變頻器來調(diào)速。當(dāng)剛開始啟動環(huán)流風(fēng)機(jī)時以最高速度運行，使大棚溫度快速達(dá)到20還有濕度達(dá)到60%RH時，環(huán)流風(fēng)機(jī)以低速運行，在后面每

14、隔三小時進(jìn)行換氣，環(huán)流風(fēng)機(jī)以中速運行。當(dāng)濕度低于60%RH時加濕電機(jī)開始工作，當(dāng)濕度高于60%RH時，加濕電機(jī)停止工作。當(dāng)溫度低于20時風(fēng)冷電機(jī)停止工作，加熱風(fēng)機(jī)開始工作。當(dāng)溫度超過20時，加熱風(fēng)機(jī)停止工作，風(fēng)冷電氣啟動開始散熱，是溫度達(dá)到設(shè)定值。該結(jié)構(gòu)線路簡單，工作穩(wěn)定可靠。當(dāng)在改變工藝流程時，便于線路的改造。方便對系統(tǒng)硬件進(jìn)行檢修與調(diào)試。 2 系統(tǒng)硬件的選用 2.1PLC的選用 PLC的特點：（1）通用性強(qiáng)，使用方便：PLC通過軟件實現(xiàn)控制，只需要改變軟件就可以實現(xiàn)不同的控制要求，方便快捷的適應(yīng)工藝條件的變化。同時由于PLC產(chǎn)品的系列化和模塊化可以組成滿足各種控制要求的控制系統(tǒng)，用戶

15、在硬件方面的設(shè)計工作只是確定PLC的硬件配置和I/O的外部接線。（2）功能強(qiáng)，適應(yīng)面廣：PLC不僅具有邏輯運算、計時、計數(shù)、順控等功能，而且還具有A/D、D/A的轉(zhuǎn)換，數(shù)值運算和數(shù)據(jù)處理等功能。因此，它既可以對開關(guān)量進(jìn)行控制，也可以對模擬量進(jìn)行控制還具有通信聯(lián)網(wǎng)的功能，可以與上位機(jī)和PLC之間構(gòu)成分布式控制系統(tǒng)。（3）可靠性高，抗干擾能力強(qiáng)：針對PLC“專為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而生的設(shè)計”的要求，PLC采取了一系列硬件和軟件的抗干擾措施，還采取屏蔽、濾波、隔離等抗干擾措施，在軟件方面設(shè)置了故障檢測與診斷程序，檢查判斷故障迅速方便。本系統(tǒng)所選用的PLC為三菱FX2N系列，其功能強(qiáng)大，使用簡單方便。三

16、菱FX2N系列PLC采用一體化箱體結(jié)構(gòu)，其基本單元將CPU、存儲器、I/O接口及電源等都集成在一個模塊內(nèi)，結(jié)構(gòu)緊湊，體積小巧，成本低，安裝方便。FX2N有多種特殊功能模塊，如模擬量I/O模塊、高速計數(shù)器模塊、脈沖輸出模塊、位置控制模塊、RS-232C/RS-422/RS-485串行通信模塊或功能擴(kuò)展板、模擬定時器擴(kuò)展板等。由于本次系統(tǒng)的輸入點用了14個，輸出點用了13個所以本系統(tǒng)所選用的是三菱FX2N-32MR型號的PLC。 圖2 三菱FX2N-32MR型PLC實物圖 2.2變頻器的選用 2.2.1變頻器的作用及工作原理 主電路是給異步電動機(jī)提供調(diào)壓調(diào)頻電源的電力變換部分，變頻器的

17、主電路大體上可分為兩類：電壓型是將電壓源的直流變換為交流的變頻器，直流回路的濾波是電容。電流型是將電流源的直流變換為交流的變頻器，其直流回路濾波是電感。 它由三部分構(gòu)成，將工頻電源變換為直流功率的“整流器”，吸收在變流器和逆變器產(chǎn)生的電壓脈動的“平波回路變頻器節(jié)能主要表現(xiàn)在風(fēng)機(jī)、水泵的應(yīng)用上。為了保證生產(chǎn)的可靠性，各種生產(chǎn)機(jī)械在設(shè)計配用動力驅(qū)動時，都留有一定的富余量。當(dāng)電機(jī)不能在滿負(fù)荷下運行時，除達(dá)到動力驅(qū)動要求外，多余的力矩增加了有功功率的消耗，造成電能的浪費。風(fēng)機(jī)、泵類等設(shè)備傳統(tǒng)的調(diào)速方法是通過調(diào)節(jié)入口或出口的擋板、閥門開度來調(diào)節(jié)給風(fēng)量和給水量，使其輸入的功率大，且大量的能源消耗在擋板和閥

18、門的截流過程中。當(dāng)使用變頻調(diào)速時，如果流量要求減小，通過降低泵或風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速即可滿足要求。 2.2.1三菱FR-E540通用型變頻器 三菱FR-E540變頻器是屬于FR-E500系列，其體積小，性能高，主要功能有以下幾點： 1． 功率范圍： 0.4～7.5KW　 2． 用磁通矢量控制，實現(xiàn)1Hz運行150%轉(zhuǎn)矩輸出。 3． ID，15段速度等功能選擇。 4． 內(nèi)置RS485通信口。 6． 柔性PWM，實現(xiàn)更低噪音運行。 7． 可選擇FR－PA02－02簡易型面板或FR－PU04－CH型LCD顯示面板。0.4-7.5KW（3相380V，F(xiàn)R-E540系列）采用磁通矢量控制，

19、實現(xiàn)1HZ運行150%轉(zhuǎn)矩輸出，更低噪音運行。 由于它的價格相對來說比較低，所以三菱FR-E540通用型變頻器更適合本系統(tǒng)的控制要求，故應(yīng)選用 圖3 三菱FR-E540系列變頻器實物圖 2.3 傳感器的選擇 2.3.1傳感器的選擇方法 根據(jù)被測量對象與環(huán)境確定傳感器的類型：進(jìn)行測量工作時，首先要考慮到采用什么原理的傳感器，需要分析很多方面的因素才能確定，因為即使是去測量同一種物理量也有很多種原理的傳感器可以使用，所以根據(jù)被測量的特點和使用環(huán)境應(yīng)考慮以下幾點:（1)量程的大??；（2)被測環(huán)境對傳感器體積的要求；（3）是接觸式還是非接觸式的；（4）所測得信號的發(fā)出方法。在考慮完上述問

20、題后才能更合理的選用傳感器。 根據(jù)傳感器的靈敏度：通常在線性范圍內(nèi)，希望靈敏度越高越好，可是實際中我們應(yīng)該注意的是，隨著傳感器的靈敏度變高，與被測量的無關(guān)外界信號也容易被采集，從而影響被測量的精度，導(dǎo)致數(shù)據(jù)的可靠性下降，所以應(yīng)選擇靈敏度對系統(tǒng)合適的傳感器來使用。 根據(jù)頻率響應(yīng)性質(zhì)：傳感器的頻率響應(yīng)，決定了被測量的范圍，需要在允許的條件下保持信號的采集才不會失真。從實際上來說傳感器的響應(yīng)特性會有一定的時間延誤，理論上是希望越短越好，可以使得測量范圍變大。由于傳感器結(jié)構(gòu)特點的影響，機(jī)械性誤差比較大所以應(yīng)選擇的傳感器可測信號率比較低。在動態(tài)測量時，應(yīng)按照信號的特點的響應(yīng)，以免誤差過大。 根據(jù)傳

21、感器的精度：測量的精度是傳感器的非常重要的一個指標(biāo)，因為它關(guān)系到整個測量系統(tǒng)對測量數(shù)據(jù)的精確度，因此，精度越高的傳感器價格也都非常的昂貴。所以只要選擇對系統(tǒng)適合使用的傳感器就可以了，如果是為了定量分析，必須有精確的測量值，要選擇精度等級足夠的傳感器，也是特別重要的環(huán)節(jié)之一。 根據(jù)傳感器的穩(wěn)定性：傳感器在使用一定的時間后，其能力的保持不變得特性叫做穩(wěn)定性，所以通常具有良好穩(wěn)定性的傳感器都要對環(huán)境具有較強(qiáng)的適應(yīng)能力，選擇傳感器之前，應(yīng)對其使用的環(huán)境做出調(diào)查以及評估，并選擇與其環(huán)境匹配的傳感器。 2.3.2傳感器的型號及顯示儀表選擇 溫度傳感器：本系統(tǒng)選用的是PT100型電阻式溫度傳感器，它的

22、測量范圍是-200℃～400℃。PT100是一種以鉑為原材料制成的電阻式溫度傳感器，當(dāng)它的電阻值在0度時為100歐姆。其外形結(jié)構(gòu)如下圖4所示 圖4 PT100溫度傳感器 PT100溫度傳感器的主要技術(shù)參數(shù)如下表2。 表2 Pt100溫度傳感器的主要技術(shù)參數(shù)： 特性指標(biāo) 測溫范圍 -200～400℃ 探頭長度: 5cm/10cm 15cm/20cm 電阻變化: 0.3851Ω/℃ 引線接法 三線式 接線方式: 接線叉 傳感器件: PT（鉑） 探頭直徑: Φ5mm 引線長度: 通常2米，定制長度（專用引線） 允通電流： ≤5mA 熱響應(yīng)時

23、間： <30s 供電： 24VDC 輸出： 4～20mAD Pt100溫度傳感器的優(yōu)點： 具有抗振動、穩(wěn)定性好、準(zhǔn)確度高、耐高壓等優(yōu)點 PT100溫度傳感器三根芯線的接法主要是將PT100鉑電阻傳感器有三根引線，可以用A、B、C表示，按照規(guī)律為，A與B或C之間的阻值在常溫下為110歐左右，B與C之間為0歐，但從傳感器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)上看B與C是相通的。儀表上接傳感器的固定端子有三個，A線接在儀表上接傳感器的一個固定端子，B和C線位置是可以互相調(diào)換，但都需要接上。 PT100溫度傳感器采用三線式接法的原因為PT100溫度傳感器0℃時電阻值為100Ω，電阻變化率為0.3851Ω/℃

24、。由于其電阻值小，靈敏度高，所以引線的阻值不能忽略不計，工作原理如下： PT100引出的三根導(dǎo)線截面積和長度均相同(即r1=r2=r3)，測量鉑電阻的電路通常是不平衡電橋，鉑電阻作為電橋的一個橋臂電阻，將導(dǎo)線一根(r1)接到電橋的電源端，其余兩根(r2、r3)分別接到鉑電阻所在的橋臂及與其相鄰的橋臂上，這樣兩橋臂都引入了相同阻值的引線電阻，電橋處在平衡的狀態(tài)，引線線電阻的變化對測量結(jié)果沒有任何影響。三線式接法原理圖如圖5所示。 圖5 三線接法原理圖 當(dāng)R1 X (Rx + r1 + r3)=R2 X (Rpt100 + r2 + r1)，當(dāng)電橋平衡時，U=0。

25、溫度顯示及控制：在溫室大棚里的溫度須配有相應(yīng)的溫度顯示控制儀表才能直觀的顯示出來，本系統(tǒng)所選用的是XMOB智能型溫度顯示器，它可以調(diào)節(jié)上限溫度值和下限溫度值。當(dāng)室內(nèi)溫度大于下限溫度值時，相應(yīng)的輸出繼電器S1動作，當(dāng)溫室內(nèi)的溫度大于上限溫度值時，對應(yīng)的輸出繼電器S2動作，從而實現(xiàn)對溫度的控制作用。 圖6 XMOB智能型溫度顯示器 其主要的技術(shù)參數(shù)是如下表2-2所示： 表3 XMOB智能型溫度顯示器技術(shù)參數(shù) 輸出類型 繼電器輸出 測量精度 0.5%F.S1digit 冷端補(bǔ)償誤差 ≤2℃ 測量數(shù)顯范圍 -1999∽9999 工作環(huán)境

26、 0∽50℃，相度濕度≤85%RH 電源 AC 220V10% 50HZ/60HZ 功耗 ≤4VA 熱電阻與儀表的接線圖如下： 圖 7熱電阻與儀表接線圖 濕度傳感器的選用：在通常情況下，韭菜在生長期間對濕度的要求在75%RH～85%RH之間。檢測空氣濕度的方法很多，氣原理是根據(jù)空氣中的水分與某種物質(zhì)之間所引起的變化，間接的獲得該物質(zhì)的吸水率。電容式、電阻式和濕敏元件分別是根據(jù)高分子材料吸濕后介電常感器考慮到以下幾點：感濕性能好、靈敏度高、響應(yīng)速度快、測量范圍數(shù)、電阻率和體積隨之發(fā)生變化而進(jìn)行濕度測量的。選擇集成濕度傳寬，有較好的

27、一致性、可重復(fù)性，線性度好、濕滯小較高的穩(wěn)定性和可靠性，有較強(qiáng)的抗污染能力、使用壽命長。所以本系統(tǒng)選用的是余姚WS-01型號的濕度傳感器如下圖2-7所示 圖8余姚WS-01型濕度傳感器 WS-01型號濕度傳感器的主要參數(shù)如下表2-3所示： 表4 WS-01型號濕度傳感器的主要參數(shù) 濕度范圍： 10%RH～85%RH濕度遲滯為1.5%RH 測量精度： 2％F.S1.0個字 工作電壓： DC24V 工作環(huán)境: 20℃～60℃ 相濕度≤85%RH 濕度顯示及控制：想要控制溫室內(nèi)的濕度，我們必須要配有想對應(yīng)濕度顯示控制儀表，在這里我選用的是CJLC-900

28、7系列的智能液晶顯示控制儀表，其可調(diào)節(jié)其濕度，當(dāng)濕度達(dá)到我們設(shè)定的濕度下限值時，輸出繼電器S3動作。當(dāng)濕度達(dá)到我們設(shè)定的濕度上限值時，輸出繼電器S4動作。 圖9 CJLC-9007濕度顯示儀表 CJLC-9007系列智能液晶顯示控制儀表的主要參數(shù)如下： （1）輸入雙PT100 。 （2）輸出支持多種輸出控制方式，輸出多種繼電器輸出：觸點容量AC250V 7A（阻性負(fù)載）。 精度溫度測量精度0.5%FS1.0個字。 濕度測量精度2%FS1.0個字。 （4）報警繼電器輸出：觸點容量AC250V 7A（阻性負(fù)載）。 （5）供電 交流電： 110～242VAC，5

29、0Hz 。 （6）外型尺寸外型尺寸：160mm（寬）80mm（高）48mm（深）開孔尺寸：152mm76mm 。 （7）工作條件濕度：10%～85%RH（無凝結(jié)） (8）保存條件溫度：-20～60℃，避免日光直曬 。 濕度傳感器與儀表的接線圖: 圖 10濕度傳感器與儀表接線圖 2.4環(huán)流風(fēng)機(jī) 在溫室大棚的內(nèi)部安裝環(huán)流風(fēng)機(jī)可以讓棚內(nèi)的空氣流通形成有序的運動，確?？諝赓|(zhì)量的均勻和穩(wěn)定。如圖11所示，適宜高密度種植的溫室大棚。環(huán)流風(fēng)機(jī)的特點在于整體集流器設(shè)計，外殼采用不銹鋼，整體集流器設(shè)計，整體防腐處理，使用壽命長達(dá)3～5年,風(fēng)量大，噪音低，扇葉微動平衡處理可以

30、使其高效的工作。四臺風(fēng)機(jī)采用并聯(lián)的連接方式。 圖11 環(huán)流風(fēng)機(jī)實物圖 2. 5 加熱及加濕系統(tǒng)的設(shè)計 2.5.1 燃油熱風(fēng)機(jī)加熱系統(tǒng) 系統(tǒng)選用北京盛芳園有限公司生產(chǎn)的KR80-100型燃油熱風(fēng)機(jī)，額定發(fā)熱量為92880kcal/h,經(jīng)計算，能滿足供熱面積600m左右的溫室，其結(jié)構(gòu)示意圖如下圖12所示: 圖12 KR80-100型燃油熱風(fēng)機(jī)機(jī)構(gòu)示意圖 設(shè)備由風(fēng)機(jī)、高效換熱器、燃燒器及自動控制系統(tǒng)組成。風(fēng)機(jī)采用FZL型軸流風(fēng)機(jī)，風(fēng)量大，風(fēng)壓高，噪聲低，可采用風(fēng)管送風(fēng)，熱風(fēng)傳輸距離長，采暖區(qū)溫度更均勻。換熱器采用圓環(huán)柱筒型煙、空氣夾套式的結(jié)構(gòu)，換熱器材料全部用不銹鋼，換熱面積

31、大，排煙非常溫度低，熱效率極高。燃燒器采用意大利RIELLO公司的產(chǎn)品，燃燒效率達(dá)98％～100％，環(huán)保節(jié)能設(shè)有火焰探測的裝置，燃燒可靠。 2.5.2微霧加濕機(jī) 本系統(tǒng)采用北京瀚寧空氣技術(shù)有限公司生產(chǎn)的高壓微霧加濕機(jī)，該產(chǎn)品將精濾得來的自來水加大壓力至7MPa，再從高壓水管傳送到噴嘴，經(jīng)過超微細(xì)的噴頭霧化后以3～10微米的微霧噴射到整個空間，使溫室大棚達(dá)到增濕的效果，加濕器具有效率高、省電、噪音小等特點，噴頭及水霧分配器無動力易損部件，耐磨損，噴霧均勻。微霧加濕器的加濕量為60～300kg/h，可滿足加濕面積在600m左右的溫室需要。 圖13 微霧加濕機(jī) 3 主電路的回路設(shè)計 3

32、.1電氣原理圖 qq749986419，可獲取電子圖及程序 3.2 環(huán)流風(fēng)機(jī)電路設(shè)計 在本系統(tǒng)中，環(huán)流風(fēng)機(jī)時整個溫室大棚的重要部分，它在植物的生長周期中不斷的工作，主要是將大棚內(nèi)的空氣形成對流，使植物在適宜的溫度和濕度下生長。由于在植物生長期間需要對環(huán)流風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速進(jìn)行調(diào)節(jié)，在這里我們通過變頻器來實現(xiàn)環(huán)流風(fēng)機(jī)的調(diào)速，當(dāng)開始啟動環(huán)流風(fēng)機(jī)時，以最高轉(zhuǎn)速運行，也就是1120轉(zhuǎn)/分鐘，使大棚內(nèi)的溫度、濕度快速攪拌均勻，達(dá)到我們設(shè)定的溫度和濕度，當(dāng)溫度和濕度達(dá)到預(yù)設(shè)值時，大風(fēng)電機(jī)低速運行，轉(zhuǎn)速為280轉(zhuǎn)/分鐘。在后面每三個小時的換氣中，大風(fēng)電機(jī)以中速運行，轉(zhuǎn)速為700轉(zhuǎn)/分鐘。 3.2.1變頻器的

33、使用 在本系統(tǒng)中變頻器所用到的端子為： L1、L2、L3：連接工頻電源，為電源輸入端。 U、V、W：變頻器輸出，接三相籠式電機(jī)。 STF：正轉(zhuǎn)啟動，STF信號ON時便正轉(zhuǎn)，處于OFF時停止。 RH、RM、RL：信號組合，用來選擇多段速度。 SP：信號公共輸入端子。 RUN：變頻器運行輸出端子。 SE：集電極開路輸出公共端，RUN、FU的公共端子。 ABC:為異常輸出端，當(dāng)出現(xiàn)異常時變頻器停止工作。 控制端子的使用如下圖所示: 圖15 變頻器的控制端子 SD為公共端，STF控制電機(jī)正轉(zhuǎn)，STR控制電機(jī)反轉(zhuǎn)，RL為環(huán)流風(fēng)機(jī)以280n/min運行，RM為環(huán)流風(fēng)機(jī)以700n/m

34、in運行，RH為環(huán)流風(fēng)機(jī)以1120n/min運行。 變頻器使用參數(shù)設(shè)置:因為本系統(tǒng)所使用的都是普通的三相電機(jī)，所以對其內(nèi)部的參數(shù)設(shè)置比較簡單，大多數(shù)是默認(rèn)值，只需對以下參數(shù)進(jìn)行設(shè)置。 Pr.4→40 設(shè)置高速頻率為40HZ Pr.5→25 設(shè)置中速頻率為25HZ Pr.6→10 設(shè)置低速頻率為10HZ Pr.7→1 設(shè)置加速時間為2S Pr.8→1 設(shè)置減速時間為2S Pr.9→5 電子過流保護(hù) Pr.71→0 設(shè)置適用電機(jī)為合適標(biāo)準(zhǔn)電機(jī)的熱特性 Pr.79→2 操作模式選擇 Pr.83→380 電機(jī)額定電壓 Pr.84→50 電機(jī)額定頻率 AC端為變頻器異常

35、輸出端 3.2.2環(huán)流風(fēng)機(jī)回路電路圖 根據(jù)系統(tǒng)需要，M為環(huán)流風(fēng)機(jī)，電機(jī)功率為4KW，額定電流為8A。QF2保護(hù)整個主回路的作用，起到過載和短路的保護(hù)。在此選用10A的空氣開關(guān)型號是德西力CDB6S1P10A。接觸器KM1的型號為CJ20-10A，當(dāng)KM1線圈得電時，KM1主觸頭閉合，驅(qū)動環(huán)流風(fēng)機(jī)運行。電路圖如下圖16所示。 圖16 大風(fēng)電機(jī)主回路電路 3.3加濕電機(jī)電路設(shè)計 加濕電機(jī)在系統(tǒng)中主要為植物正常生長提供適宜濕度，本系統(tǒng)中采用的是由北京瀚寧空氣技術(shù)有限公司生產(chǎn)的高壓微霧加濕機(jī)，加濕主機(jī)采用高壓陶瓷柱塞泵，壓力大硬度強(qiáng)。接觸器KM2的型號為CJ20-10A，當(dāng)接

36、觸器KM2主觸頭閉合時，加濕電機(jī)M2運行。下圖16為加濕電機(jī)主回路。 圖17加濕風(fēng)機(jī)主回路電路 3.4風(fēng)門電機(jī)電路設(shè)計 在植物生長的過程中需要吸入大量的二氧化碳，并排出氧氣，為了讓植物更好的生長，每隔一段時間就會啟動風(fēng)門電機(jī)通風(fēng)，使外界的新鮮空氣進(jìn)入，所以風(fēng)門控制系統(tǒng)主要的作用是為植物提供新鮮的空氣。M3為風(fēng)門電機(jī)，電機(jī)功率為1.1KW，電機(jī)的額定電流應(yīng)為2.5A，供電電壓為交流380V。在此系統(tǒng)中通過KM3來控制風(fēng)門電機(jī)，交流接觸器KM3的型號為CJT1-5A，QF4在整個主回路中起到短路保護(hù)的作用，型號為正泰DZ15-40/C10。下圖18為風(fēng)門電機(jī)的主回路。 圖18風(fēng)

37、門電機(jī)主回路電路 3.5風(fēng)冷電機(jī)電路設(shè)計 在整個植物生長的過程中，植物的呼吸可使溫度升高，溫度超過最高溫度時風(fēng)冷電機(jī)運轉(zhuǎn)。根據(jù)系統(tǒng)需要，M4為冷風(fēng)機(jī)的電機(jī)，風(fēng)冷電機(jī)的功率為1.5KW，額定電流為3A。交流接觸器為KM4的產(chǎn)品型號為CJT1-5A，當(dāng)KM4線圈得電時，KM4主觸頭閉合，驅(qū)動風(fēng)冷電機(jī)運行。QF5為低壓斷路器型號為正泰DZ15-40/C10。下圖19為風(fēng)冷電機(jī)的主回路。 圖19風(fēng)冷電機(jī)主回路電路 3.6加熱風(fēng)機(jī)主回路設(shè)計 在整個的植物生長程中溫度是非常重要的因素，本系統(tǒng)中采用的是燃油熱風(fēng)機(jī)加熱系統(tǒng)，風(fēng)機(jī)采用FZL型軸流風(fēng)機(jī)，風(fēng)流大、風(fēng)壓高、噪音小。根據(jù)系統(tǒng)需

38、要，交流接觸器KM5的型號為CJT1-5A，當(dāng)KM5線圈得電時，KM5主觸頭閉合，驅(qū)動風(fēng)冷電機(jī)運行。下圖20為加熱風(fēng)機(jī)的主回路。 圖20 加熱風(fēng)機(jī)主回路電路 4 軟件程序設(shè)計 一個合理系統(tǒng)功能的實現(xiàn)不單單只有硬件部分，也應(yīng)該有與硬件相連的軟件部分，這對系統(tǒng)的設(shè)計也是非常重要的。軟件的主要功能是完成對信息量的邏輯運算，然后對硬件部分發(fā)出相對應(yīng)工作的指令讓其動作。上述的硬件的系統(tǒng)并不是完善的，因為只有軟件與硬件相互搭配使用才能使得系統(tǒng)得到完善并使其充分的發(fā)揮出相對應(yīng)的功能。 4.1PLC的I\O分配表 PLC的I\O分配圖可以最直觀的體現(xiàn)出在系統(tǒng)中的控制裝置的分配動作，本系統(tǒng)

39、采用的FX2N-32MR型號的PLC是作為核心控制部件來使用，所以應(yīng)該合理的搭配它的各項指標(biāo)。其I\O分配圖如下表所示： 表5 PLC的I\O分配表 輸入 輸出 元件代號 輸入繼電器 作用 元件代號 輸出繼電器 作用 SA X0 手/自動切換 RH Y0 高速運行 SB1 X1 環(huán)流風(fēng)機(jī)啟動 RM Y1 中速運行 SB2 X2 開始啟動按鈕 RL Y2 低速運行 SB3 X3 加濕電機(jī)啟動 STF Y3 電機(jī)正轉(zhuǎn) SB4 X4 風(fēng)門電機(jī)啟動 KM1 Y4 大風(fēng)電機(jī)運行 SB5 X5 風(fēng)冷電機(jī)啟動 KM

40、2 Y5 加濕電機(jī)運行 SB6 X6 加熱風(fēng)機(jī)啟動 KM3 Y6 風(fēng)門電機(jī)運行 SB7 X7 暫停按鈕 KM4 Y7 風(fēng)冷電機(jī)運行 SB10 X10 停止按鈕 KM5 Y10 加熱風(fēng)機(jī)運行 S1 X11 溫度上限值輸入 HL1 Y11 溫度指示燈 S2 X12 溫度下限值輸入 HL2 Y12 濕度指示燈 S3 X13 濕度上限值輸入 HA1 Y13 暫停警鈴 S4 X14 濕度下限值輸入 HA2 Y14 變頻器異常 警鈴 S5 X15 變頻器異常輸入

41、4.2PLC接線圖 PLC接線圖就是PLC的硬件接線圖，就是將PLC的輸入、輸出端與控制系統(tǒng)中的按鈕、開關(guān)、指示燈以及其它輸入、輸出設(shè)備連線圖畫出來。與其它控制電路圖一樣，只不過PLC作為其中的一器件而已。可以直觀的對PLC和外部器件的連接方式。如下圖： 圖21 FX2N-32MR 接線圖 4.3 主程序設(shè)計與分析 暫停程序： 按下暫停按鈕X1一次后T16得電，0.5秒T15得電C31開始計數(shù)由此循環(huán)當(dāng)C32計數(shù)達(dá)到30次時M50動作。也就是在按下X1推遲30分鐘后，警報鈴聲響，當(dāng)再次按下暫停按鈕警鈴不響，系統(tǒng)繼續(xù)工作。 手/

42、自動轉(zhuǎn)換程序： 手/自動切換，正常運行時X0為OFF，手動是為ON，在正常運行時此段程序不執(zhí)行。當(dāng)X0閉合時為自動運行模式，X0斷開是為手動運行模式。 環(huán)流風(fēng)機(jī)、加濕電機(jī)運行程序： 按下環(huán)流風(fēng)機(jī)啟動按鈕X1，C30<>K1時，X1常開觸頭閉合，M0得電，M0常開觸頭閉合，M1線圈得電環(huán)流風(fēng)機(jī)以40HZ運行，按下開始啟動按鈕X2后，C30<>k1且濕度低于下限值時，加濕電機(jī)和M3濕度指示燈工作。當(dāng)X14常開觸點閉合時且濕度高于上限值時M4風(fēng)門電機(jī)工作。 生長周期20天定時程： X2為啟動開始按鈕當(dāng)按下后，M14閉合同時T1開始工作當(dāng)計數(shù)器C0計數(shù)

43、60次后為一分鐘工作時間，當(dāng)計數(shù)器C1計數(shù)60次后為一小時工作時間，當(dāng)計數(shù)器C2計數(shù)60次后為天工作時間，當(dāng)計數(shù)器C3計數(shù)20次后為此段程序執(zhí)行20天定時階段程序。 大棚內(nèi)溫度、風(fēng)冷電機(jī)、加熱風(fēng)機(jī)、大風(fēng)電機(jī)控制程序： 當(dāng)C3<>K20且C30C<>K1時M10得電，線圈閉合，X11為溫度上限，X12為溫度下限。 當(dāng)X12閉合時M11得電，當(dāng)X11和X12同時閉合時M12得電且M10以及M13不得電。大棚內(nèi)對溫度值的控制，濕度的控制、風(fēng)冷電機(jī)的控制、加熱風(fēng)機(jī)的控制、大風(fēng)電機(jī)的轉(zhuǎn)速控制。 大棚內(nèi)換氣程序： 當(dāng)按下按鈕X2后C30<>K1時，輔助繼電器

44、M51得電，常開觸點M51閉合且M8013發(fā)出脈沖信號，C22開始計數(shù)，當(dāng)C22計數(shù)60次后，此處計時為60秒，計數(shù)結(jié)束后C22置位，常開觸點C22閉合，C23開始工作，當(dāng)C23計數(shù)60次后，計數(shù)結(jié)束后C23置位，C24開始工作，在此階段共三小時。（此階段為換氣階段）。 系統(tǒng)換氣延時程序： 當(dāng)C24常開觸頭閉合，M45得電，M45常開觸頭閉合，計時器T14開始計時5秒，M46同時開始工作。三小時延時時間到，風(fēng)門電機(jī)工作換氣。工作五秒鐘后停止工作。再循環(huán)延時三小時，從而控制風(fēng)門電機(jī)工作換氣工作五秒鐘。 加濕電機(jī)手動程序： 按下X3（加濕電機(jī)手動控制按鈕）按鈕，X3常開觸頭閉合，Y

45、5加濕電機(jī)運行。 風(fēng)門電機(jī)手動程序： 按下X4（風(fēng)門電機(jī)手動控制按鈕）按鈕，X4常開觸頭閉合，Y6風(fēng)門電機(jī)運行。 風(fēng)冷電機(jī)手動控制程序： 按下X5（風(fēng)冷電機(jī)手動控制按鈕）按鈕，X5常開觸頭閉合，Y7風(fēng)冷電機(jī)運行 加熱風(fēng)機(jī)加熱手動控制程序： 按下X6（加熱風(fēng)機(jī)加熱手動控制按鈕）按鈕，X6常開觸頭閉合，Y10加熱風(fēng)機(jī)工作。 變頻器異常工作程序： 當(dāng)變頻器異常數(shù)據(jù)輸入時X15動作，X15常開觸頭閉合，變頻器出現(xiàn)異常輸出，Y14報警鈴響起，此時異常報警工作。 結(jié)束語 畢業(yè)論文是本科學(xué)習(xí)階段一次非常難得的

46、理論與實際相結(jié)合的機(jī)會，通過這次完整的給溫室大棚的溫濕度控制系統(tǒng)做出畢業(yè)設(shè)計，我擺脫了單純的理論知識的學(xué)習(xí)狀態(tài)，以及實際設(shè)計的結(jié)合鍛煉了我的綜合運用所學(xué)的專業(yè)基礎(chǔ)知識，解決實際工程問題的能力，同時也提高我查閱文獻(xiàn)資料、設(shè)計規(guī)范以及電腦制圖等其他專業(yè)能力水平，而且通過對整體的掌控，以及對細(xì)節(jié)的斟酌處理，都使我的能力得到了鍛煉，經(jīng)驗得到了豐富，并且意志品質(zhì)力，抗壓能力及耐力也都得到了不同程度的提升。這是我們都希望看到的也正是我們進(jìn)行畢業(yè)設(shè)計的目的所在。 畢業(yè)設(shè)計內(nèi)容繁多，雖然過程相當(dāng)繁瑣但我收獲的知識卻相當(dāng)豐富。各種系統(tǒng)的適用條件，各種設(shè)備的選用標(biāo)準(zhǔn)，各種管道的安裝方式，我都是隨著設(shè)計的不斷深入

47、而不斷熟悉并學(xué)會應(yīng)用的。和老師的溝通交流更使我從經(jīng)濟(jì)的角度對設(shè)計有了更新的認(rèn)知，也對自己提出了更高的要求。 參考文獻(xiàn) 1.張劍峰.節(jié)能型日光溫室環(huán)境因子的物理模型及其評價[D].南京：南京農(nóng)業(yè)大學(xué).2003 2.劉慧，劉毅.溫室技術(shù)發(fā)展方向[J]林業(yè)機(jī)械與土木設(shè)備。2004（3） 3.傅志剛.溫室溫濕度自動控制系統(tǒng)[J]建材技術(shù)與應(yīng)用，2005（8）：5-7 4.魯志康。以PLC為核心的自動監(jiān)測系統(tǒng)的設(shè)計方法[J]紹興文理學(xué)院學(xué)報1999，（05) 5.李紅光.可編程控制器編程的幾個誤區(qū)[J].常州

48、信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報,2003,(02) 6.高勤.可編程控制器的原理及應(yīng)用.北京：電子工業(yè)出版社，2006.7 7.郁漢琪.電器控制與可編程序控制器應(yīng)用技術(shù).東南大學(xué)出版社，2003 附錄A - 32 -