基于plc的大棚溫濕度控制系統(tǒng)

1、摘 要隨著人們的生產(chǎn)水平的不斷提高，對(duì)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(cè)系統(tǒng)就是現(xiàn)代生產(chǎn)生活中應(yīng)運(yùn)而生的一種智能、快捷、方便可靠的檢測(cè)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(dòng)檢測(cè)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(duì)我國農(nóng)業(yè)發(fā)展有著不可估量的重要意義。 本設(shè)計(jì)采用三菱FX2N系列的可編程控制器來實(shí)現(xiàn)自動(dòng)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(cè)時(shí)應(yīng)考慮到測(cè)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(cè)量，再將所測(cè)量的信息反饋給PLC,由

2、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(dòng)化控制的目的。關(guān)鍵詞：plc梯形圖程序?qū)?49986419I目 錄0 前言11 系統(tǒng)設(shè)計(jì)任務(wù)11.1課題研究背景及意義11.2溫室大棚的主要結(jié)構(gòu)的概述21.2.1溫室大棚的結(jié)構(gòu)21.2.2溫度傳感器、濕度傳感器、檢測(cè)儀表31.2.3電機(jī)部分31.3系統(tǒng)工作流程概述31.3.1對(duì)溫室大棚內(nèi)的溫度與濕度進(jìn)行調(diào)節(jié)、監(jiān)測(cè)31.3.2系統(tǒng)流程42 系統(tǒng)硬件的選用42.1PLC的選用42.2變頻器的選用52.2.1變頻器的作用及工作原理52.2.1三菱FR-E540通用型變頻器62.3 傳感器的選擇62.3.1傳感器

3、的選擇方法62.3.2傳感器的型號(hào)及顯示儀表選擇72.4環(huán)流風(fēng)機(jī)132. 5 加熱及加濕系統(tǒng)的設(shè)計(jì)- 13 -32.5.1 燃油熱風(fēng)機(jī)加熱系統(tǒng)132.5.2微霧加濕機(jī)143 主電路的回路設(shè)計(jì)163.1電氣原理圖163.2 環(huán)流風(fēng)機(jī)電路設(shè)計(jì)173.2.1變頻器的使用173.2.2環(huán)流風(fēng)機(jī)回路電路圖183.3加濕電機(jī)電路設(shè)計(jì)193.4風(fēng)門電機(jī)電路設(shè)計(jì)193.5風(fēng)冷電機(jī)電路設(shè)計(jì)203.6加熱風(fēng)機(jī)主回路設(shè)計(jì)214 軟件程序設(shè)計(jì)214.1PLC的IO分配表214.2PLC接線圖234.3 主程序設(shè)計(jì)與分析24結(jié)束語31參考文獻(xiàn)32附錄A33II0 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

4、。能夠充分利用陽光，可以減輕環(huán)境污染的等特點(diǎn)，隨著改革開放的加深，農(nóng)村勞動(dòng)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(chǎng)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，越冬保溫能力強(qiáng)，作物病蟲害的低等優(yōu)點(diǎn)。設(shè)施農(nóng)業(yè)的大力發(fā)展為大棚實(shí)現(xiàn)大型現(xiàn)代化的發(fā)展提供了很好的機(jī)會(huì)，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(yàn)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(shí)施被動(dòng)的調(diào)節(jié)而不能主動(dòng)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(duì)農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化進(jìn)程的發(fā)展

5、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(shì)可將其分為三個(gè)階段：手動(dòng)控制：這是溫室大棚發(fā)展的初級(jí)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(yàn)實(shí)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(dòng)控制：這是溫室大棚農(nóng)業(yè)發(fā)展的另外一個(gè)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(shí)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(diǎn)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(dòng)控制和生產(chǎn)實(shí)踐上，是總結(jié)和運(yùn)用農(nóng)業(yè)領(lǐng)域知識(shí)及實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)建成的系統(tǒng)，該技術(shù)是在手動(dòng)控制和自動(dòng)控制技術(shù)之后發(fā)展而

6、來的，會(huì)越來越先進(jìn)與成熟。1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)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(dòng)強(qiáng)度就會(huì)成倍的增長，更別提對(duì)溫濕度的精確控制。結(jié)合發(fā)展現(xiàn)狀充分的發(fā)揮PLC控制的優(yōu)點(diǎn)，再綜合種植者的經(jīng)驗(yàn)和溫濕度的精確自動(dòng)的調(diào)節(jié)，對(duì)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(hào)再經(jīng)過PLC的控制以及決策調(diào)劑各

7、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(shí)和各種實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的收集，更精確的使用外部設(shè)備動(dòng)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(huì)跟著降低或升高但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(huì)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(dòng)控制、灌溉施肥等環(huán)境控制設(shè)備，自動(dòng)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

8、供最佳環(huán)境。智能溫室控制系統(tǒng)可以使溫室運(yùn)行于經(jīng)濟(jì)節(jié)能狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)溫室的無人值守自動(dòng)化運(yùn)行，減輕人員勞動(dòng)強(qiáng)度，降低溫室能耗和運(yùn)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(shí)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(shì)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(jià)。從各地經(jīng)驗(yàn)看來在北緯40°以北或冬季

9、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2.72.8 m為宜，7m跨的溫室高度以 3.1 m為宜。（3)長度以5060 m為宜，如果太短.不僅單位面積造價(jià)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(yùn)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(gè)角度越大，前屋面與陽光的交角(投射角)越大，

10、透過的光線也就越多。斜立式溫室這個(gè)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(shí)物結(jié)構(gòu)圖1所示：圖1 溫室大棚結(jié)構(gòu)實(shí)物圖1.2.2溫度傳感器、濕度傳感器、檢測(cè)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(duì)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(cè)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

11、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(gè)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(duì)流，為每一個(gè)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(shí)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(shí)間對(duì)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(duì)溫室大

12、棚內(nèi)的溫度與濕度進(jìn)行調(diào)節(jié)、監(jiān)測(cè)對(duì)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20256070系統(tǒng)通過傳感器來檢測(cè)溫度與濕度，同時(shí)對(duì)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(shí)現(xiàn)手動(dòng)控制和自動(dòng)控制兩種不同的控制要求。（1）手動(dòng)控制：可以手動(dòng)控制加濕電機(jī)、風(fēng)門電機(jī)的啟動(dòng)和停止。（2）自動(dòng)控制：溫室大棚的工作流程是在播種完成之后，按下啟動(dòng)按鈕打

13、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(yùn)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(dòng)環(huán)流風(fēng)機(jī)時(shí)以最高速度運(yùn)行，使大棚溫度快速達(dá)到20°還有濕度達(dá)到60%RH時(shí)，環(huán)流風(fēng)機(jī)以低速運(yùn)行，在后面每隔三小時(shí)進(jìn)行換氣，環(huán)流風(fēng)機(jī)以中速運(yùn)行。當(dāng)濕度低于60%RH時(shí)加濕電機(jī)開始工作，當(dāng)濕度高于60%RH時(shí)，加濕電機(jī)停止工作。當(dāng)溫度低于20°時(shí)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(shí)，加熱風(fēng)機(jī)停止工作，風(fēng)冷電氣啟動(dòng)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(shí)，便于線路的改造。方便對(duì)系統(tǒng)硬件進(jìn)行檢修與調(diào)試。2 系統(tǒng)硬件的

14、選用2.1PLC的選用PLC的特點(diǎn)：（1）通用性強(qiáng)，使用方便：PLC通過軟件實(shí)現(xiàn)控制，只需要改變軟件就可以實(shí)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(shí)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)，用戶在硬件方面的設(shè)計(jì)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(yùn)算、計(jì)時(shí)、計(jì)數(shù)、順控等功能，而且還具有A/D、D/A的轉(zhuǎn)換，數(shù)值運(yùn)算和數(shù)據(jù)處理等功能。因此，它既可以對(duì)開關(guān)量進(jìn)行控制，也可以對(duì)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(duì)PLC“專為在工業(yè)環(huán)境

15、下應(yīng)用而生的設(shè)計(jì)”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(cè)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(chǔ)器、I/O接口及電源等都集成在一個(gè)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(jì)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(shí)器擴(kuò)展板等。由于本次系統(tǒng)的輸入點(diǎn)用了14個(gè)，輸出點(diǎn)用了13

16、個(gè)所以本系統(tǒng)所選用的是三菱FX2N-32MR型號(hào)的PLC。圖2 三菱FX2N-32MR型PLC實(shí)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(dòng)機(jī)提供調(diào)壓調(diào)頻電源的電力變換部分，變頻器的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(dòng)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(jì)配用動(dòng)力驅(qū)動(dòng)時(shí)，都留有一定的富余量。當(dāng)電機(jī)不能在滿負(fù)荷下

17、運(yùn)行時(shí)，除達(dá)到動(dòng)力驅(qū)動(dòng)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(fèi)。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門的截流過程中。當(dāng)使用變頻調(diào)速時(shí)，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(diǎn)：1 功率范圍： 0.47.5KW 2 用磁通矢量控制，實(shí)現(xiàn)1Hz運(yùn)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(shí)現(xiàn)更低噪音運(yùn)

18、行。7 可選擇FRPA0202簡易型面板或FRPU04CH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，實(shí)現(xiàn)1HZ運(yùn)行150%轉(zhuǎn)矩輸出，更低噪音運(yùn)行。由于它的價(jià)格相對(duì)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(shí)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(cè)量對(duì)象與環(huán)境確定傳感器的類型：進(jìn)行測(cè)量工作時(shí)，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?yàn)榧词故侨y(cè)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(cè)量的特點(diǎn)和使用環(huán)境應(yīng)考慮以下幾點(diǎn):

19、（1)量程的大??；（2)被測(cè)環(huán)境對(duì)傳感器體積的要求；（3）是接觸式還是非接觸式的；（4）所測(cè)得信號(hào)的發(fā)出方法。在考慮完上述問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(shí)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(cè)量的無關(guān)外界信號(hào)也容易被采集，從而影響被測(cè)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(duì)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(cè)量的范圍，需要在允許的條件下保持信號(hào)的采集才不會(huì)失真。從實(shí)際上來說傳感器的響應(yīng)特性會(huì)有一定的時(shí)間延誤，理論上是希望越短越好，可以使得測(cè)量范圍變大。由于傳感器結(jié)構(gòu)特點(diǎn)的影響

20、，機(jī)械性誤差比較大所以應(yīng)選擇的傳感器可測(cè)信號(hào)率比較低。在動(dòng)態(tài)測(cè)量時(shí)，應(yīng)按照信號(hào)的特點(diǎn)的響應(yīng)，以免誤差過大。根據(jù)傳感器的精度：測(cè)量的精度是傳感器的非常重要的一個(gè)指標(biāo)，因?yàn)樗P(guān)系到整個(gè)測(cè)量系統(tǒng)對(duì)測(cè)量數(shù)據(jù)的精確度，因此，精度越高的傳感器價(jià)格也都非常的昂貴。所以只要選擇對(duì)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(cè)量值，要選擇精度等級(jí)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(shí)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(duì)環(huán)境具有較強(qiáng)的適應(yīng)能力，選擇傳感器之前，應(yīng)對(duì)其使用的環(huán)境做出調(diào)查以及評(píng)估，并選擇與其環(huán)境匹配的傳感

21、器。2.3.2傳感器的型號(hào)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，它的測(cè)量范圍是-200400。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(shí)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(cè)溫范圍-200400探頭長度:5cm/10cm15cm/20cm電阻變化:0.3851/引線接法三線式接線方式:接線叉?zhèn)鞲衅骷?PT（鉑）探頭直徑:5mm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(shí)間：<30s供電：

22、24VDC輸出：420mADPt100溫度傳感器的優(yōu)點(diǎn)：具有抗振動(dòng)、穩(wěn)定性好、準(zhǔn)確度高、耐高壓等優(yōu)點(diǎn)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(gè)，A線接在儀表上接傳感器的一個(gè)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?yàn)镻T100溫度傳感器0時(shí)電阻值為100，電阻變化率為0.3851/。由于其電阻值小，靈敏度高，所以引線的阻值不能忽略不計(jì)，工作原理如下

23、：PT100引出的三根導(dǎo)線截面積和長度均相同(即r1=r2=r3)，測(cè)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(gè)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(duì)測(cè)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(shí)，U=0。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

24、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(shí)，相應(yīng)的輸出繼電器S1動(dòng)作，當(dāng)溫室內(nèi)的溫度大于上限溫度值時(shí)，對(duì)應(yīng)的輸出繼電器S2動(dòng)作，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)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(cè)量精度±0.5%F.S±1digit冷端補(bǔ)償誤差±2測(cè)量數(shù)顯范圍-19999999工作環(huán)境050，相度濕度85%RH電源AC 220V±10% 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

25、情況下，韭菜在生長期間對(duì)濕度的要求在75%RH85%RH之間。檢測(cè)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(diǎn)：感濕性能好、靈敏度高、響應(yīng)速度快、測(cè)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(cè)量的。選擇集成濕度傳寬，有較好的一致性、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(hào)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(hào)濕度傳感器的主要參數(shù)如下表2-3所示：表4 WS-

26、01型號(hào)濕度傳感器的主要參數(shù)濕度范圍：10%RH85%RH濕度遲滯為±1.5%RH測(cè)量精度：±2F.S±1.0個(gè)字工作電壓：DC24V工作環(huán)境:2060 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(duì)應(yīng)濕度顯示控制儀表，在這里我選用的是CJLC-9007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?cè)O(shè)定的濕度下限值時(shí)，輸出繼電器S3動(dòng)作。當(dāng)濕度達(dá)到我們?cè)O(shè)定的濕度上限值時(shí)，輸出繼電器S4動(dòng)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

27、多種輸出控制方式，輸出多種繼電器輸出：觸點(diǎn)容量AC250V 7A（阻性負(fù)載）。 精度溫度測(cè)量精度±0.5%F·S±1.0個(gè)字。 濕度測(cè)量精度±2%F·S±1.0個(gè)字。 （4）報(bào)警繼電器輸出：觸點(diǎn)容量AC250V 7A（阻性負(fù)載）。 （5）供電 交流電： 110242VAC，50Hz 。 （6）外型尺寸外型尺寸：160mm（寬）×80mm（高）×48mm（深）開孔尺寸：152mm×76mm 。 （7）工作條件濕度：10%85%RH（無凝結(jié)） (8）保存條件溫度：-2060，避免日光直曬 。濕度傳感器與儀表的

28、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(yùn)動(dòng)，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(diǎn)在于整體集流器設(shè)計(jì)，外殼采用不銹鋼，整體集流器設(shè)計(jì)，整體防腐處理，使用壽命長達(dá)35年,風(fēng)量大，噪音低，扇葉微動(dòng)平衡處理可以使其高效的工作。四臺(tái)風(fēng)機(jī)采用并聯(lián)的連接方式。圖11 環(huán)流風(fēng)機(jī)實(shí)物圖2. 5 加熱及加濕系統(tǒng)的設(shè)計(jì)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(jì)算，能滿足供熱面積600m²左右的溫室，其

29、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(dòng)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)98100，環(huán)保節(jié)能設(shè)有火焰探測(cè)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31

30、0微米的微霧噴射到整個(gè)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(diǎn)，噴頭及水霧分配器無動(dòng)力易損部件，耐磨損，噴霧均勻。微霧加濕器的加濕量為60300kg/h，可滿足加濕面積在600m²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(jì)3.1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(jì)在本系統(tǒng)中，環(huán)流風(fēng)機(jī)時(shí)整個(gè)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(duì)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(duì)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(shí)現(xiàn)環(huán)流風(fēng)機(jī)的調(diào)速，當(dāng)開始啟動(dòng)環(huán)流風(fēng)

31、機(jī)時(shí)，以最高轉(zhuǎn)速運(yùn)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?cè)O(shè)定的溫度和濕度，當(dāng)溫度和濕度達(dá)到預(yù)設(shè)值時(shí)，大風(fēng)電機(jī)低速運(yùn)行，轉(zhuǎn)速為280轉(zhuǎn)/分鐘。在后面每三個(gè)小時(shí)的換氣中，大風(fēng)電機(jī)以中速運(yùn)行，轉(zhuǎn)速為700轉(zhuǎn)/分鐘。3.2.1變頻器的使用在本系統(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(dòng)，STF信號(hào)ON時(shí)便正轉(zhuǎn)，處于OFF時(shí)停止。RH、RM、RL：信號(hào)組合，用來選擇多段速度。SP：信號(hào)公共輸入端子。RUN：變頻器運(yùn)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

32、異常輸出端，當(dāng)出現(xiàn)異常時(shí)變頻器停止工作?？刂贫俗拥氖褂萌缦聢D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(yùn)行，RM為環(huán)流風(fēng)機(jī)以700n/min運(yùn)行，RH為環(huán)流風(fēng)機(jī)以1120n/min運(yùn)行。變頻器使用參數(shù)設(shè)置:因?yàn)楸鞠到y(tǒng)所使用的都是普通的三相電機(jī)，所以對(duì)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(duì)以下參數(shù)進(jìn)行設(shè)置。Pr.440 設(shè)置高速頻率為40HZPr.525 設(shè)置中速頻率為25HZPr.610 設(shè)置低速頻率為10HZPr.71 設(shè)置加速時(shí)間為2SPr.81 設(shè)置減速時(shí)間為2SPr.95 電子過流保護(hù)Pr.710 設(shè)置

33、適用電機(jī)為合適標(biāo)準(zhǔn)電機(jī)的熱特性Pr.792 操作模式選擇Pr.83380 電機(jī)額定電壓 Pr.8450 電機(jī)額定頻率AC端為變頻器異常輸出端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(gè)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(hào)是德西力CDB6S1P10A。接觸器KM1的型號(hào)為CJ20-10A，當(dāng)KM1線圈得電時(shí)，KM1主觸頭閉合，驅(qū)動(dòng)環(huán)流風(fēng)機(jī)運(yùn)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(jì)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

34、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(hào)為CJ20-10A，當(dāng)接觸器KM2主觸頭閉合時(shí)，加濕電機(jī)M2運(yùn)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(jì)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(shí)間就會(huì)啟動(dòng)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(hào)為CJT1-5A，QF4在整個(gè)主回路中起到短路保護(hù)的作用，

35、型號(hào)為正泰DZ15-40/C10。下圖18為風(fēng)門電機(jī)的主回路。圖18風(fēng)門電機(jī)主回路電路3.5風(fēng)冷電機(jī)電路設(shè)計(jì)在整個(gè)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(shí)風(fēng)冷電機(jī)運(yùn)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(hào)為CJT1-5A，當(dāng)KM4線圈得電時(shí)，KM4主觸頭閉合，驅(qū)動(dòng)風(fēng)冷電機(jī)運(yùn)行。QF5為低壓斷路器型號(hào)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(jì)在整個(gè)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)，

36、風(fēng)流大、風(fēng)壓高、噪音小。根據(jù)系統(tǒng)需要，交流接觸器KM5的型號(hào)為CJT1-5A，當(dāng)KM5線圈得電時(shí)，KM5主觸頭閉合，驅(qū)動(dòng)風(fēng)冷電機(jī)運(yùn)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(jì)一個(gè)合理系統(tǒng)功能的實(shí)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(duì)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)也是非常重要的。軟件的主要功能是完成對(duì)信息量的邏輯運(yùn)算，然后對(duì)硬件部分發(fā)出相對(duì)應(yīng)工作的指令讓其動(dòng)作。上述的硬件的系統(tǒng)并不是完善的，因?yàn)橹挥熊浖c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(duì)應(yīng)的功能。4.1PLC的IO分配表PLC的IO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(dòng)作，本系統(tǒng)采

37、用的FX2N-32MR型號(hào)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(xiàng)指標(biāo)。其IO分配圖如下表所示：表5 PLC的IO分配表輸入輸出元件代號(hào)輸入繼電器作用元件代號(hào)輸出繼電器作用SAX0手/自動(dòng)切換RHY0高速運(yùn)行SB1X1環(huán)流風(fēng)機(jī)啟動(dòng)RMY1中速運(yùn)行SB2X2開始啟動(dòng)按鈕RLY2低速運(yùn)行SB3X3加濕電機(jī)啟動(dòng)STFY3電機(jī)正轉(zhuǎn)SB4X4風(fēng)門電機(jī)啟動(dòng)KM1Y4大風(fēng)電機(jī)運(yùn)行SB5X5風(fēng)冷電機(jī)啟動(dòng)KM2Y5加濕電機(jī)運(yùn)行SB6X6加熱風(fēng)機(jī)啟動(dòng)KM3Y6風(fēng)門電機(jī)運(yùn)行SB7X7暫停按鈕KM4Y7風(fēng)冷電機(jī)運(yùn)行SB10X10停止按鈕KM5Y10加熱風(fēng)機(jī)運(yùn)行S1X11溫度上限值輸入HL1Y11溫

38、度指示燈S2X12溫度下限值輸入HL2Y12濕度指示燈S3X13濕度上限值輸入HA1Y13暫停警鈴S4X14濕度下限值輸入HA2Y14變頻器異常 警鈴S5X15變頻器異常輸入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?？梢灾庇^的對(duì)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(jì)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(jì)數(shù)由此循環(huán)當(dāng)C32計(jì)數(shù)達(dá)到30次時(shí)M50動(dòng)

39、作。也就是在按下X1推遲30分鐘后，警報(bào)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/自動(dòng)轉(zhuǎn)換程序：手/自動(dòng)切換，正常運(yùn)行時(shí)X0為OFF，手動(dòng)是為ON，在正常運(yùn)行時(shí)此段程序不執(zhí)行。當(dāng)X0閉合時(shí)為自動(dòng)運(yùn)行模式，X0斷開是為手動(dòng)運(yùn)行模式。環(huán)流風(fēng)機(jī)、加濕電機(jī)運(yùn)行程序：按下環(huán)流風(fēng)機(jī)啟動(dòng)按鈕X1，C30<>K1時(shí)，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(yùn)行，按下開始啟動(dòng)按鈕X2后，C30<>k1且濕度低于下限值時(shí)，加濕電機(jī)和M3濕度指示燈工作。當(dāng)X14常開觸點(diǎn)閉合時(shí)且濕度高于上限值時(shí)M4風(fēng)門電機(jī)工作。生長周期20天定時(shí)程：X2為啟動(dòng)開始按鈕當(dāng)按下后，M14閉合同時(shí)T1開始工作當(dāng)計(jì)數(shù)器C0計(jì)數(shù)60次后為一分鐘工作時(shí)間，當(dāng)計(jì)數(shù)器C1計(jì)數(shù)60次后為一小時(shí)工作時(shí)間，當(dāng)計(jì)數(shù)器C2計(jì)數(shù)60次后為天工作時(shí)間，當(dāng)計(jì)數(shù)器C3計(jì)數(shù)20次后為此段程序執(zhí)行20天定時(shí)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(shí)M10得電，線圈閉合，X11為溫度上限，