电气自动化 基于plc的智能温室控制系统设计

摘要

随着全球工业的快速发展，农业温室大棚的智能控制已经成为我国农业的第一大发展目标。温室内部绝大多数环境要素均实现了计算机化，此外，各类监测传感器配置完备，例如，能够实时监测温室内外部环境的温湿度、二氧化碳浓度、光照等数值，使得各级执行部门顺利实施自动控制。目前，国内温室已经在温湿度、二氧化碳浓度等方面配备完整相应的设备、设施。本文基于PLC设计智能大棚温室控制的系统，实现全方位的实时智能监控，为作物快速生长营造最优的环境。

关键词；温室大棚；智能控制；PLC

系统总体设计方案

1 控制系统设计目标
本控制系统讲述的是农业温室大棚内需要适宜的环境参数来促进农作物的生长，比如温度、湿度、光强、CO2浓度等。但是，本文关键点仍是温湿度，温湿度也是本文研究的重点关注对象，并设置温湿度的上下限来给作物生长的一个范围。再与所设定的值进行比较，然后调节。温度的调节主要靠热风机和通风机进行调节；湿度的调节主要靠水泵和干燥机进行调控。
本系统主要借由温湿度传感器实现温室中温湿度数据变动的实时监测，并将其上传，然后通过PLC控制系统来控制大棚内的水泵、干燥机、通风机、热风机一系列的硬件措施，对大棚内的环境因子进行控制，来促使大棚内的农作物以合适的环境生长。
2 控制方案
在农业温室大棚中，需要一套完善的温度湿度控制系统来达到上述任务。然而本控制系统以PLC为控制核心，采用传感器传递信息并转变为电信号给硬件措施来控制温室中的环境参数。
为能充分保证生产现实中的安全性、可靠性，设计手自一体操作模式。手动模式就是需要人为的根据大棚内的温湿度的变化进行手动打开各个执行设备，一般遇到紧急突发情况才会使用手动模式。然而自动模式是根据温室内环境参数的变化通过传感器来感知适宜的温湿度，达到温度下限后温度下限报警灯亮起，会自动打开热风机来提高温度；达到上限后会,温度上限报警灯会亮起，然后打开通风机来降低温度。湿度的控制也是如此，湿度达到下限后湿度下限报警灯会亮起，然后水泵打开输入水来提高湿度；湿度达到上限时候，湿度上限报警灯会亮起，干燥机启动。本课题因为没有联机仿真，所以还需要手动输入数值才可以与预设数值加以对比，进而评断能否调整环境条件。
整体的系统围绕PLC为中心，根据外在环境的因素PLC发出相应的指令给各个执行设备，然后做出相应的反应。整体思路的结构图如图1所示：

图1 整体思路的结构图如图
控制系统的架构图可见图2所示:

图2 控制系统的架构图

控制系统的硬件设计

PLC控制系统主要涵盖软件、硬件两大组分。本章则是基于硬件视角阐述硬件控制系统的开发预案。
1 系统的硬件组成
农业温室大棚主体电路可见下图。四个电路设计逻辑基本一致，均是借由电机实现开启、暂停等操作。通风机电机其中一个接地，L7接口接L1，L9接L2接口，L11接口接到L3；其余水泵，热风机，干燥机的接口与通风机相同都接在L1,L2,L3接口。如图1所示：

图1 农业温室大棚主体电路

控制系统软件设计

1 程序设计思路
该系统主要分为两类操作模式：手动、自动。在系统运行正常的过程中，倘若出现突发性的事件将会自动从自动模式转变为手动模式。
在自动模式工作状态下，PLC运行时，传感器会对大棚内的温度、湿度进行检测，然后与设定的值作比较。而大棚内的温湿度检测装置都会有一个上下限的范围，当温度的检测值高于温度上限时，温度上限报警灯会亮起，PLC就会发出指令控制打开通风机来降低温度；如果温度的检测值低于温度下限时，同样温度下限报警灯会亮起，然后PLC会发出相应的指令控制热风机打开来提高温度。湿度的控制系统也是同样的控制原理，当湿度的检测值高于湿度设置的上限时，湿度上限的报警灯会亮起，PLC会发出指令打开干燥机来使大棚里的湿度降低；如果湿度低于湿度的下限时，湿度下限报警灯会亮起，然后PLC发出指令打开水泵来给大棚输送水量使湿度提高。具体程序流程如图1：

图1程序流程图
2 程序设计图
刚开始对程序进行初始化，在网络1的空白处安置一个常开触SMO.1，在手动模式下设置了四个上下限值的报警值，这样保证在突发情况下时手动模式能够正常运行。如图2所示：

图2 程序设计图（1）

总 结

在历经此次毕设后，加深了我对个别专业课程的理解程度，与此同时，在本次系统开发设计的环节中，使我进一步了解了PLC技术，整合以往所掌握的专业知识、技术，对其他领域产生更多好奇，也将驱使我进行下一步的研究工作。
本文主要开发设计基于PLC技术的温室大棚实时控制系统，设计分为软件、硬件两大内容，通过MCGS组态软件实时监测温室大棚中环境参数的变化，全面提升温室环境管控能力，彰显现代农业温室大棚的实效性，能够分散、集中管控温室中的环境条件。尽管此次设计实现温室大棚在控制上的大部分功能，然而，仍旧存在许多有待研发的内容，具体分为以下几点：
1.提升系统的可靠度：分离系统管理、直接控制二者，每个子系统均做到彼此独立，各自完成所对应的功能，倘若系统运行过程中的某个环节出现问题，也并不会影响各个子系统的正常运行2.建成群控化的管理模式：能够集中管理、控制同一区域的多个大棚。
3.提升系统的延伸性：伴随着现代化农业的高速发展，需要控制、监测的节点日渐增多，能够在结构、功能等方面实现灵活延伸。
4.增大经济效益：接下来要向成本低廉的方向考虑，在削减成本的同时，还可实现产量增收、质量提升的预期成效。

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