溫室大棚內(nèi)設(shè)計(jì)

I緒論1.1概述傳統(tǒng)的溫室的意思是能防寒還有加溫和透光的設(shè)施，能給冬天或寒冷的地方培養(yǎng)喜歡溫暖的植物的房間。智能溫室也就是自動(dòng)化溫室是有計(jì)算機(jī)控制的能移動(dòng)的天窗、避陽(yáng)系統(tǒng)、存溫系統(tǒng)、提溫系統(tǒng)等自動(dòng)化的一些設(shè)施?，F(xiàn)在我們都知道農(nóng)業(yè)溫室已經(jīng)是一種高科技了，所以現(xiàn)在的智能溫控比較常見(jiàn)的是由三個(gè)部分組成的，有中央計(jì)算機(jī)，控制系統(tǒng)和信號(hào)采集系統(tǒng)?，F(xiàn)在這部分主要介紹的是智能溫控系統(tǒng)。我們本次研究的是名為智能溫室的一種控制系統(tǒng)，但是要知道的是，它是最近幾年才逐漸發(fā)展起來(lái)的，不是一蹴而就的，過(guò)程雖艱辛，但是現(xiàn)在它也是一種相對(duì)成熟的技術(shù)了，它能夠高效節(jié)約農(nóng)業(yè)資源。而且還是以光照的基礎(chǔ)上完成的，這種控制系統(tǒng)它不是獨(dú)立就能完成工作的，它需要配合電腦的自動(dòng)控制的還有智能傳感器等等，而現(xiàn)在它已經(jīng)是一種高精尖的技術(shù)了。從九幾年開(kāi)始，我國(guó)技術(shù)人員學(xué)習(xí)西方國(guó)家的高科技溫室技術(shù)上，配合我國(guó)的環(huán)境研發(fā)出了適應(yīng)我們國(guó)家的農(nóng)業(yè)環(huán)境的溫控系統(tǒng)。1.2研究背景1.2.1國(guó)外狀況現(xiàn)在的很多發(fā)達(dá)國(guó)家比如US、Netherlands等國(guó)家正在努力發(fā)展集約化的溫室，溫室里面的Water,humidity,light實(shí)現(xiàn)了PC控制，各方面都有一整套完整的體系。我們都知道計(jì)算機(jī)是由美國(guó)最先發(fā)明出來(lái)的，所以對(duì)于計(jì)算機(jī)方面的技術(shù)美國(guó)也比較成熟，而且美國(guó)也是把計(jì)算機(jī)應(yīng)用于溫室這方面技術(shù)最多的國(guó)家中的一個(gè)。美國(guó)發(fā)展的Facilitycultivation和IntegratedEnvironmentalControl技術(shù)非常先進(jìn)。環(huán)境控制PC首要的用就是用來(lái)監(jiān)測(cè)和掌控問(wèn)世的環(huán)境。以花房為例，溫室內(nèi)監(jiān)測(cè)項(xiàng)目包括：室溫、水的溫度、土壤的溫度、鍋爐的溫度、管道的溫度、相對(duì)空氣的濕度、窗戶(hù)的條件、水泵的條件、二氧化碳的濃度，EC調(diào)節(jié)槽和回油管值，pH調(diào)節(jié)槽和回油管值;除了在室內(nèi)的一些項(xiàng)目，在室外也有很多項(xiàng)目，這些項(xiàng)目有，大氣的溫度，風(fēng)向風(fēng)速，太陽(yáng)輻射等。溫室系統(tǒng)為種植者帶來(lái)了經(jīng)濟(jì)效益，決策水平變好，技術(shù)得工作量少了。給種植帶來(lái)了極大的便利。據(jù)調(diào)查，荷蘭在農(nóng)林業(yè)方面還是比較有名的，開(kāi)發(fā)溫控自動(dòng)化這方面他們從八十年代就開(kāi)始了。就現(xiàn)在說(shuō)，荷蘭智能玻璃溫室制造方面比較在行。荷蘭的玻璃溫室的面積相當(dāng)大，有一萬(wàn)二平米，達(dá)到了世界的四分之一還多。1.2.2國(guó)內(nèi)狀況中國(guó)的農(nóng)業(yè)的PC的應(yīng)用開(kāi)始于四十多年前，大概十年后被用來(lái)溫控和區(qū)域管理。又過(guò)了十年，大概九十年代初左右，我們國(guó)家開(kāi)發(fā)了溫控和管理的系統(tǒng)，而且還研究出了以windows為基礎(chǔ)的控制的一個(gè)軟件。上個(gè)世紀(jì)末，江蘇科技大學(xué)的毛漢平公司開(kāi)發(fā)了一套溫室軟硬件控制系統(tǒng)，可全面控制營(yíng)養(yǎng)液系統(tǒng)，溫度，光照，二氧化碳，施肥等。九五這個(gè)時(shí)間段，我國(guó)的科學(xué)技術(shù)方面的項(xiàng)目和國(guó)家自然科學(xué)的這個(gè)基金首次加入工廠(chǎng)化的農(nóng)業(yè)也就是我們知道的設(shè)施農(nóng)業(yè)的研究項(xiàng)目，加強(qiáng)了PC的研究。該項(xiàng)目的應(yīng)用研究。在“工廠(chǎng)高效農(nóng)業(yè)示范工程”工業(yè)項(xiàng)目中，直接建立了“智能多跨塑料溫室結(jié)構(gòu)與控制設(shè)施的優(yōu)化設(shè)計(jì)與實(shí)施”的主題。上世紀(jì)末，河北職業(yè)技術(shù)師范學(xué)院的嚴(yán)中文開(kāi)發(fā)了一種農(nóng)作物溫室溫濕度測(cè)量系統(tǒng)，可以實(shí)時(shí)測(cè)量和控制溫室內(nèi)的溫濕度。中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)的“山東省濟(jì)寧市大型苗圃溫室計(jì)算機(jī)集散控制系統(tǒng)”實(shí)現(xiàn)了計(jì)算機(jī)集散控制。1.3研究意義近些年來(lái)，你可以在平時(shí)生活中看到越來(lái)越多的溫室大棚被應(yīng)用于生活中，時(shí)光飛速，國(guó)家在發(fā)展，科技在進(jìn)步，我們的農(nóng)業(yè)技術(shù)越來(lái)越先進(jìn)，大棚控制系統(tǒng)也發(fā)展了起來(lái)。現(xiàn)在，自控系統(tǒng)正慢慢往智能化方向發(fā)展。溫室智能控制系統(tǒng)是一個(gè)管理智能系統(tǒng)。因?yàn)楸臼兰o(jì)的互聯(lián)網(wǎng)還有就是傳感器發(fā)展的比較快，慢慢的被用來(lái)用于蔬菜大棚了。主要監(jiān)測(cè)參數(shù)和指標(biāo)是：溫度，含水量，一方面，我們需要在計(jì)算機(jī)中輸入最適合植物生長(zhǎng)的環(huán)境參數(shù)。智能控制系統(tǒng)將信息技術(shù)與計(jì)算機(jī)相結(jié)合，應(yīng)用于農(nóng)業(yè)，實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)發(fā)展的轉(zhuǎn)型，也是未來(lái)農(nóng)業(yè)發(fā)展的具體方向。智能控制系統(tǒng)具有很強(qiáng)的應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)。首先是智能控制系統(tǒng)控制的精度和及時(shí)性。這個(gè)東西它能通過(guò)傳感器的數(shù)據(jù)就給你提供一些操作。及時(shí)應(yīng)對(duì)，給農(nóng)作物提供了一個(gè)良好的空間。目前，最常用的是浙江大學(xué)開(kāi)發(fā)的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)。該系統(tǒng)可以在遠(yuǎn)處通過(guò)計(jì)算機(jī)控制棚內(nèi)操作。它可以使操作員無(wú)論在何處都可以監(jiān)控整個(gè)溫室的狀況，并實(shí)現(xiàn)技術(shù)的優(yōu)勢(shì)。1.4我國(guó)溫室存在的主要問(wèn)題1）我國(guó)在技術(shù)方面還有很多不足，總體發(fā)展的水平比較低，農(nóng)業(yè)種植的一些設(shè)備開(kāi)始的時(shí)間較晚，基礎(chǔ)不太好，沒(méi)有進(jìn)行深入的工程研究。2）中國(guó)沒(méi)有基于溫室的控制系統(tǒng)，這降低了生產(chǎn)效率。溫控和溫測(cè)的現(xiàn)在的通信還沒(méi)有達(dá)到無(wú)線(xiàn)的水準(zhǔn)?，F(xiàn)有的通信方式使溫室內(nèi)的信號(hào)線(xiàn)和電源線(xiàn)復(fù)雜化，還使可靠性大大降低，增加了安裝和維護(hù)工作量，在人力方面的成本太高，農(nóng)業(yè)機(jī)器人沒(méi)法移動(dòng)，所以整體水平都比較落后。3）咱們的這個(gè)設(shè)施的水平總的來(lái)說(shuō)還是比較低的，有什么自然災(zāi)害啥的，一般都頂不住。沒(méi)有國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)和工廠(chǎng)系列產(chǎn)品，申請(qǐng)率僅占設(shè)施耕地面積的10％。農(nóng)民自己建造的大多數(shù)塑料溫室只能起到保溫作用。調(diào)節(jié)環(huán)境因素，如溫度，濕度和光線(xiàn)。4）機(jī)械化的程度還是跟不上，控制的這個(gè)能力也不太好，大多數(shù)工作還得主要依靠人力，需要人們來(lái)親力親為。生產(chǎn)和管理還是需要有人的經(jīng)驗(yàn)還有就是單一因素的定性監(jiān)管。1.5溫室環(huán)境控制技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)1.智能化：軟件系統(tǒng)的研究和開(kāi)發(fā)將不斷得到改進(jìn)。其中，基于專(zhuān)家系統(tǒng)的智能管理系統(tǒng)取得了很多研究成果，應(yīng)用前景十分廣闊。2.網(wǎng)絡(luò)化：咱們這個(gè)網(wǎng)絡(luò)的通信技術(shù)的發(fā)展的速度很快。中國(guó)幅員遼闊，氣候復(fù)雜，勞動(dòng)力整體素質(zhì)較低。通過(guò)將網(wǎng)絡(luò)用于在線(xiàn)和離線(xiàn)服務(wù)，可以監(jiān)控和比較不同的區(qū)域，這不僅為管理帶來(lái)了極大的便利，而且提高了勞動(dòng)生產(chǎn)率。3.全方位的透徹的對(duì)環(huán)境的監(jiān)管：一般來(lái)說(shuō)的綜合環(huán)境監(jiān)管其實(shí)就是提高并穩(wěn)定農(nóng)作物產(chǎn)量，需要達(dá)成這么的一個(gè)目標(biāo)，而且還要保持各種和環(huán)境參數(shù)，就比如溫度、光照、濕度等，適合作物生長(zhǎng)的國(guó)家盡量少的使用環(huán)境調(diào)節(jié)裝置，節(jié)省人力物力還有時(shí)間，讓老百姓和農(nóng)民工快樂(lè)的工作。

第2章研究方案的設(shè)計(jì)2.1系統(tǒng)總體框圖圖2.1系統(tǒng)總體框圖2.2溫室大棚內(nèi)重要參數(shù)的調(diào)節(jié)與控制2.2.1溫度的調(diào)節(jié)與控制溫度是一個(gè)環(huán)境因素，相對(duì)比較容易的控制。溫室中的溫度控制和調(diào)節(jié)包括三種絕緣，加熱和冷卻。需調(diào)節(jié)溫度以維持能讓作物生長(zhǎng)的溫度。（1）絕緣，為了提高溫室的絕緣能力，經(jīng)常使用各種絕緣罩。具體方法是增加絕緣層覆蓋的層數(shù)，并使用具有良好絕熱性能的絕緣覆蓋材料，以改善設(shè)施的氣密性。（2）采暖，現(xiàn)在的單屋頂溫室都是燒爐子。最近這幾年，正在用鍋爐管道加熱。大型連棟溫室和花卉溫室基本上都是中央供暖，有些個(gè)別的用熱水或者是蒸汽加熱。（3）冷卻，冷卻保護(hù)設(shè)施的最簡(jiǎn)單方法是通風(fēng)。但是，溫度太高滿(mǎn)足不了作物的要求，須人工冷卻。冷卻包括遮陽(yáng)和冷卻方法，屋頂水冷卻方法，蒸發(fā)冷卻方法和強(qiáng)制通風(fēng)方法。遮陽(yáng)和冷卻方法是距離溫室屋頂40厘米處的一種懸掛式遮陽(yáng)屏，可有效冷卻溫室。房間里還有另一種懸掛式窗簾，冷卻效果比掛在室外還要糟糕;采用屋頂水冷方式時(shí)，必須考慮安裝成本，以消除玻璃表面的污垢污染問(wèn)題;蒸發(fā)冷卻方法允許空氣通過(guò)水的蒸發(fā)冷卻然后冷卻。進(jìn)入房間以達(dá)到降溫的目的。蒸發(fā)冷卻方法具有濕簾-風(fēng)扇冷卻方法，細(xì)霧冷卻方法和屋頂噴霧方法。2.2.2濕度的調(diào)節(jié)與控制空氣的相對(duì)濕度應(yīng)該和土壤的濕度進(jìn)行有效的調(diào)和，為了達(dá)成對(duì)溫室內(nèi)濕度的良好控制。濕控的一個(gè)范圍一般就0.6RH-0.8RH，精度為上下百分之五。一般經(jīng)常能用到的濕度的調(diào)節(jié)方法是除濕還有就是加濕。（1）先說(shuō)加濕，常見(jiàn)的有蒸汽加濕和噴水。噴水通過(guò)雙位或者多位控制來(lái)達(dá)到;蒸汽加濕由電極加濕器或蒸汽加濕器實(shí)現(xiàn)。（2）除濕，溫室除濕通常采用以下三種方法：加熱控制方法，吸附方法-化學(xué)除濕機(jī)和排水。在濕度調(diào)節(jié)系統(tǒng)中，溫室中的加濕和除濕是通過(guò)調(diào)節(jié)溫室中的組件來(lái)實(shí)現(xiàn)的，例如天窗，側(cè)窗，濕簾，風(fēng)扇等。2.2.3溫度、濕度之間的耦合假如此時(shí)溫度過(guò)于低了，與此同時(shí)濕度也很高，這個(gè)時(shí)候首要就是加熱。想通風(fēng)和除濕的話(huà)，就必須要提高溫度，這步才能進(jìn)行。在一個(gè)就是，溫度高了本身就能降低濕度。在夏季降溫加濕過(guò)程中，采用濕度優(yōu)先原則。當(dāng)濕度太小時(shí)，蒸發(fā)和冷卻加濕裝置打開(kāi)。如果溫度太高了而且需要激活蒸發(fā)冷卻執(zhí)行器的時(shí)候，須先檢測(cè)相對(duì)濕度。往下降到某一個(gè)范圍，才可以打開(kāi)蒸發(fā)裝置。2.1.4光照的調(diào)節(jié)與控制在溫室光強(qiáng)度調(diào)節(jié)中，改變溫室的硬件環(huán)境方法通常用于手動(dòng)調(diào)節(jié)溫室的外部設(shè)施以改變溫室中的光強(qiáng)度。一般有4種調(diào)整的方法：（1）提升設(shè)施的透光率;（2）啟用反光屏;（3）人力手動(dòng)填充光;（4）陰影。2.2.5二氧化碳含量的調(diào)節(jié)與控制大氣中二氧化碳的平均濃度通常為0.03％，振幅小。在冬季和春季設(shè)施蔬菜生產(chǎn)中，為了保暖，設(shè)施通常處于關(guān)閉狀態(tài)，缺乏內(nèi)部和外部氣體交換，并且二氧化碳的濃度相對(duì)較大。出于一個(gè)光合作用的原因，二氧化碳的濃度可以看見(jiàn)有一點(diǎn)點(diǎn)變少，離補(bǔ)償點(diǎn)很近了，而且二氧化碳正在處于損失的一個(gè)狀態(tài)。所以應(yīng)該及時(shí)的補(bǔ)充二氧化碳。填補(bǔ)二氧化碳有幾種方法。主要有三種：（1）燃燒方法;（2）化學(xué)反應(yīng)方法（目前在中國(guó)的設(shè)施種植中使用）;（3）應(yīng)用顆粒有機(jī)沼液肥法。2.3溫室環(huán)境的特點(diǎn)由于溫室中環(huán)境方面的因素有許多，它是一個(gè)多因素的，具有一定影響力的，不是線(xiàn)性的，時(shí)間延遲的復(fù)雜系統(tǒng)，例如：（1）相互影響：溫室中有許多環(huán)境因素，它們之間有影響。例如，溫室中的溫度升高，并且必須相應(yīng)地降低濕度。溫室的通風(fēng)和冷卻也會(huì)影響二氧化碳的濃度。因此，溫室環(huán)境是相互影響的;（2）非線(xiàn)性：溫室中的環(huán)境因素都不穩(wěn)定，溫室或多或少受到外界的影響。另外就是，溫室里邊的作物的化學(xué)變化也能影響環(huán)境，所以環(huán)境因素是非線(xiàn)性的;（3）延遲：當(dāng)我們調(diào)節(jié)溫室環(huán)境時(shí)，每個(gè)環(huán)境都可以瞬間改變。這需要一個(gè)過(guò)程，并且在傳感器收集數(shù)據(jù)之后，它將其發(fā)送到相應(yīng)的控制器，并且控制器處理數(shù)據(jù)以判斷數(shù)據(jù)。失控調(diào)整也需要一個(gè)過(guò)程。通常在溫室中改變某種環(huán)境因素是一種緩慢擴(kuò)散的現(xiàn)象。（4）親和力：溫室系統(tǒng)有許許多多的環(huán)境因素。它們不是相互獨(dú)立的。每個(gè)因子的控制過(guò)程彼此耦合。我們調(diào)節(jié)其中一個(gè)變量的時(shí)候，會(huì)影響其他變量的相應(yīng)變化。所以，一共大體上就分為四個(gè)特征，溫室系統(tǒng)非常復(fù)雜多樣同時(shí)還有就是環(huán)境也影響。溫控不能是靜止的，得根據(jù)不同的作物進(jìn)行相應(yīng)的改動(dòng)。在溫控制的時(shí)候，我們只需要確保溫室內(nèi)部溫度控制在一定的間隔內(nèi)。絕對(duì)不需要精確控制溫度或其他環(huán)境因素。2.4溫室的控制對(duì)象農(nóng)作物的生長(zhǎng)影響它的原因有2個(gè)，（1）作物自己的遺傳特征，也就是品種。如果作物的遺傳特性你想改的話(huà)，你需要大量的人力財(cái)力，且形成轉(zhuǎn)基因食品。（2）再一個(gè)就是作物生長(zhǎng)的地方。溫室里面是一個(gè)科學(xué)技術(shù)的小生態(tài)。借助于此，通過(guò)調(diào)節(jié)智能溫室中的環(huán)境因素，實(shí)現(xiàn)了農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的實(shí)際改善。2.4.1溫度作物影響作物的化學(xué)變化。每種作物都有自己獨(dú)特的溫度要求，具有最佳溫度和最高和最低溫度。當(dāng)作物處于極端溫度時(shí)，盡管它們能夠存活，但它們的生長(zhǎng)和發(fā)育受到很大影響；作物長(zhǎng)得好還長(zhǎng)得快必須得在最好的溫度下才能達(dá)成。通過(guò)調(diào)節(jié)溫度可以提升產(chǎn)量。更常見(jiàn)的溫度控制設(shè)備包括加熱設(shè)備和通風(fēng)扇。這個(gè)時(shí)候，如果需要得知溫室內(nèi)的溫度而且還要收集最能和溫度比較的數(shù)值，應(yīng)安裝溫度傳感器，然后，與此同時(shí)，為了啟動(dòng)控制的設(shè)備和溫度，需要執(zhí)行對(duì)應(yīng)的升降操作。2.4.2濕度如果進(jìn)行更詳細(xì)的分析，同一作物對(duì)其生命周期不同階段和一天中不同時(shí)間的空氣濕度有不同的要求。鑒于不同類(lèi)型作物的不同特點(diǎn)溫室內(nèi)的溫室，溫室控制系統(tǒng)應(yīng)控制溫室，以保持相應(yīng)的濕度環(huán)境，以確保當(dāng)前作物的快速健康生長(zhǎng)。同時(shí)，濕度調(diào)節(jié)與溫度調(diào)節(jié)之間存在一定的耦合關(guān)系。其中一個(gè)因素往往會(huì)帶來(lái)另一個(gè)因素變化，影響更大。應(yīng)該充分考慮好它們耦合應(yīng)在溫室的環(huán)境中進(jìn)行控制。2.4.3光照強(qiáng)度陽(yáng)光對(duì)作物的生長(zhǎng)至關(guān)重要。陽(yáng)光是作物光合作用的一個(gè)非常重要的條件，它也是控制作物光周期的一個(gè)因素。足夠的光可以促進(jìn)光合作用，使作物合成更多的有機(jī)物，提高作物產(chǎn)量和質(zhì)量。如果光線(xiàn)不足或光照強(qiáng)度太大，會(huì)嚴(yán)重影響作物的正常光合作用，也會(huì)減少葉片的同化，導(dǎo)致植物脆弱，引起病蟲(chóng)害，導(dǎo)致花果落葉，產(chǎn)量低質(zhì)量差。在溫室中，內(nèi)部光強(qiáng)度與外部光強(qiáng)度顯著相關(guān)，但室內(nèi)光強(qiáng)度顯著低于室外。當(dāng)溫室中的光強(qiáng)度不滿(mǎn)足作物的生長(zhǎng)要求時(shí)，需要填充光來(lái)填充光。2.4.4二氧化碳農(nóng)作物進(jìn)行光合作用離不開(kāi)二氧化碳，植物合成有機(jī)物的過(guò)程就是光合作用的過(guò)程。二氧化碳提供了碳源。但是，如果二氧化碳不夠或者太多的話(huà)對(duì)農(nóng)作物的生長(zhǎng)產(chǎn)生不利的影響，使產(chǎn)量降低。二氧化碳濃度的一定量的增加可以促進(jìn)作物的物候期并增加作物的有機(jī)質(zhì)含量。大多數(shù)作物的產(chǎn)量隨著二氧化碳水平的增加而增加，并且還會(huì)影響某些作物的蛋白質(zhì)，氨基酸和淀粉含量。同時(shí)，足夠的二氧化碳可以保證作物苗期的質(zhì)量，促進(jìn)其快速生長(zhǎng)，抑制或減少疾病的發(fā)生。2.4.5土壤含水量土壤中總有一定的空隙，水和空氣占據(jù)了空隙。當(dāng)水分含量太小時(shí)，植物吸收的根系水不足，植物的蒸騰導(dǎo)致植物失去大量的水，從而導(dǎo)致植物失水和萎..同時(shí)，當(dāng)土壤缺水時(shí)，土壤壓實(shí)和裂縫會(huì)導(dǎo)致植物根系破裂，直接導(dǎo)致植物死亡。植物無(wú)氧呼吸會(huì)產(chǎn)生酒精，是它們的根部被破壞掉，有可能會(huì)導(dǎo)致植物的死亡。2.5控制系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)方案2.5.1系統(tǒng)的設(shè)計(jì)任務(wù)植物的生長(zhǎng)，離不開(kāi)各種各樣的因素，溫室系統(tǒng)就是調(diào)節(jié)這各種各樣的環(huán)境因素的，防止天氣惡劣等對(duì)植物的生長(zhǎng)產(chǎn)生不良影響，給它們提供了相當(dāng)可觀的生長(zhǎng)環(huán)境，防止蟲(chóng)子侵害杜絕了這一隱患，產(chǎn)量便能逐年增長(zhǎng)。溫室Temperature,Light,Humidity,CarbonDioxideConcentration,SoilpHValue等因素在植物生長(zhǎng)中起重要作用。這個(gè)設(shè)計(jì)就是在說(shuō)對(duì)光、溫度和二氧化碳濃度的控制。溫度傳感器，光傳感器和二氧化碳傳感器用于檢測(cè)各種環(huán)境因素。調(diào)節(jié)溫度主要靠通風(fēng)窗和加熱器。照度主要由照明劑和遮陽(yáng)板調(diào)節(jié)，二氧化碳濃度主要由二氧化碳加法器補(bǔ)償。溫控系統(tǒng)需要在環(huán)境因素的基礎(chǔ)上進(jìn)行，比如溫度，濕度，光強(qiáng)度，二氧化碳濃度和土壤水分，如溫傳器，濕傳器，照度傳感器，二氧化碳傳感器，和土壤濕度傳感器。通過(guò)控制天窗，側(cè)窗，遮陽(yáng)網(wǎng)，通風(fēng)機(jī)，濕簾窗，熱風(fēng)機(jī)，空氣冷卻器，加熱器，補(bǔ)光燈，二氧化碳加料器，噴霧和滴灌泵在溫室中的控制，環(huán)境因素調(diào)整和控制溫室環(huán)境，以滿(mǎn)足栽培作物的生長(zhǎng)發(fā)育需要，為作物生長(zhǎng)發(fā)育提供最合適的生態(tài)環(huán)境，大大提高作物的產(chǎn)量和質(zhì)量。2.5.2系統(tǒng)的控制方案在溫室中，實(shí)現(xiàn)上述控制任務(wù)需要一套完整的硬件和軟件溫室系統(tǒng)來(lái)進(jìn)行控制。將PLC用作溫室大棚系統(tǒng)的控制中心，讓傳感器測(cè)量溫室溫度、光照、溫度和二氧化碳濃度然后將結(jié)果發(fā)給PLC。結(jié)果由PLC處理，然后調(diào)整每個(gè)設(shè)備以補(bǔ)償環(huán)境因素?？刂葡到y(tǒng)的工作模式有2種：手動(dòng)和自動(dòng)。自動(dòng)是指定期PLC控制;而手動(dòng)是緊急情況。在某些緊急情況下，設(shè)備的操作由手動(dòng)操作控制。在自動(dòng)運(yùn)行中，如果系統(tǒng)檢測(cè)的溫度很高，比設(shè)定的還高，PLC就會(huì)發(fā)出命令，天窗，側(cè)窗，風(fēng)扇，冷水機(jī)組都被打開(kāi)了;如果測(cè)量值等于設(shè)定值，則保持現(xiàn)狀;如果測(cè)量如果該值低于設(shè)定值，請(qǐng)關(guān)閉天窗和側(cè)窗并打開(kāi)熱空氣加熱器進(jìn)行加熱。如果檢測(cè)到的濕度已經(jīng)大于設(shè)定的值，PLC發(fā)出命令，天窗，側(cè)窗，加熱器被打開(kāi);如果測(cè)量值等于設(shè)定值，則保持現(xiàn)狀;如果測(cè)量值低于設(shè)定值，請(qǐng)關(guān)閉天窗和側(cè)窗以打開(kāi)濕簾進(jìn)行加濕。當(dāng)溫室光線(xiàn)低于設(shè)定值時(shí)，系統(tǒng)打開(kāi)遮陽(yáng)板或打開(kāi)補(bǔ)光燈;溫室里面的光線(xiàn)比設(shè)定的值高了的時(shí)候，遮陽(yáng)板被關(guān)閉以此來(lái)補(bǔ)光。當(dāng)溫室中的土壤水分低于設(shè)定值時(shí)，系統(tǒng)啟動(dòng)噴霧和滴灌泵。通過(guò)設(shè)定和調(diào)節(jié)溫度，濕度，光照，二氧化碳濃度和土壤濕度，在實(shí)踐中廣泛應(yīng)用，以滿(mǎn)足不同植物生長(zhǎng)的需要。該設(shè)計(jì)具有低成本，節(jié)省資源，增加產(chǎn)量和最大經(jīng)濟(jì)價(jià)值的特點(diǎn)。2.5.3系統(tǒng)的工作原理由多個(gè)部件組成溫室控制的系統(tǒng)，例如PLC系統(tǒng)，傳感器系統(tǒng)和執(zhí)行組件。PLC為溫室的控制系統(tǒng)的控制中心，由溫傳器、照明的傳感器還有二氧化碳的濃度的傳感器搜集相關(guān)數(shù)據(jù)，把它轉(zhuǎn)成標(biāo)準(zhǔn)的電流信號(hào)（4到20毫安）。然后通過(guò)S7-300傳輸它們。輸入模塊SM331被發(fā)送到PLC控制器，PLC通過(guò)PID控制算法分析處理收集的參數(shù)和設(shè)定值，并輸出開(kāi)關(guān)量來(lái)控制執(zhí)行器。在該系統(tǒng)中，它還可以通過(guò)串口連接到PC，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)管理和存儲(chǔ)，為未來(lái)的植物生長(zhǎng)研究帶來(lái)有價(jià)值的信息。第3章硬件設(shè)計(jì)3.1控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)掌握了PLC的硬件配置，工作原理，指令系統(tǒng)和編程環(huán)境，PLC可作為主控制器構(gòu)建PLC控制系統(tǒng)。PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)主要就是硬件設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì)。本章主要介紹硬件角度的溫度控制系統(tǒng)硬件，此章主要介紹電控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)，硬件設(shè)定和外部電路項(xiàng)目設(shè)計(jì)。3.1.1電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)（1）系統(tǒng)主電路設(shè)計(jì)圖3.1.1（1）系統(tǒng)主電路圖上圖是該系統(tǒng)的主電路圖。天窗，側(cè)窗，遮陽(yáng)網(wǎng)，通風(fēng)設(shè)備（天窗，側(cè)窗，帶限位開(kāi)關(guān)的遮陽(yáng)網(wǎng)）除了功率不同外需要向前通過(guò)電機(jī)。，反向和停止完成相應(yīng)機(jī)構(gòu)的開(kāi)啟和關(guān)閉，因此它們的主要工作電路是相似的。濕簾窗，熱風(fēng)扇，空氣冷卻器，加熱器，補(bǔ)光燈，二氧化碳加法器，噴霧泵和滴灌泵都是開(kāi)/關(guān)裝置。QK：刀開(kāi)關(guān)，啟?？刂乒δ?；FU：保險(xiǎn)絲，它的功能是整個(gè)電路采用短路和過(guò)載保護(hù)；FR1至FR9是熱繼電器，用作電機(jī)和加熱器的過(guò)載保護(hù)。KM1~KM15是交流接觸器的主觸頭，用于實(shí)現(xiàn)電機(jī)的正反轉(zhuǎn)和風(fēng)扇開(kāi)/關(guān)裝置的啟停控制。（2）系統(tǒng)控制電路設(shè)計(jì)從系統(tǒng)的主電路圖可以看出，執(zhí)行器系統(tǒng)包括：天窗，側(cè)窗，遮陽(yáng)網(wǎng)，通風(fēng)機(jī)，濕簾窗，熱風(fēng)機(jī)，空氣冷卻器，加熱器，補(bǔ)光燈，二氧化碳加法器和噴霧器，滴灌泵等。溫室執(zhí)行器分為：一個(gè)是正反轉(zhuǎn)電機(jī)，像天窗，側(cè)窗，遮陽(yáng)網(wǎng)這些等等。這些電機(jī)需要前進(jìn)，后退和停止，并且必須有限制開(kāi)關(guān);類(lèi)別是開(kāi)關(guān)控制裝置，例如：通風(fēng)機(jī)，濕簾窗，熱風(fēng)扇，空氣冷卻器，加熱器，補(bǔ)給燈，二氧化碳加法器，以及噴霧和滴灌泵。正反轉(zhuǎn)設(shè)備天窗，側(cè)窗，遮陽(yáng)網(wǎng)和通風(fēng)設(shè)備均為正負(fù)設(shè)備，其控制電路類(lèi)似?，F(xiàn)以陰影網(wǎng)為例進(jìn)行介紹。、遮陽(yáng)網(wǎng)主電路主電路中的保險(xiǎn)絲FU用作過(guò)電流保護(hù)，熱繼電器FR3是電動(dòng)機(jī)的過(guò)載保護(hù)，主要用于由于外部原因不能打開(kāi)或關(guān)閉遮陽(yáng)板的情況。KM5和KM6用于控制電路中電機(jī)的正向和反向旋轉(zhuǎn)，就是遮陽(yáng)網(wǎng)的打開(kāi)和關(guān)閉。如圖3.1.1（2）①所示。圖3.1.1（2）①遮陽(yáng)網(wǎng)主電路圖、遮陽(yáng)網(wǎng)控制電路圖3.1.1（2）②遮陽(yáng)網(wǎng)控制電路原理圖遮陽(yáng)控制電路的原理如圖3.1.1（2）②所示。電控箱配有自動(dòng)手動(dòng)開(kāi)關(guān)旋鈕SA3。當(dāng)它旋轉(zhuǎn)到自動(dòng)位置時(shí)，PLC會(huì)智能控制。用手轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，它被按鈕手動(dòng)控制，例如：當(dāng)按鈕SB8打開(kāi)時(shí)，交流接觸器KM5工作，電機(jī)開(kāi)始向前運(yùn)行，遮陽(yáng)網(wǎng)打開(kāi)，當(dāng)預(yù)調(diào)節(jié)最大值時(shí)達(dá)到度，行程開(kāi)關(guān)SQ5動(dòng)作，電機(jī)停止，遮陽(yáng)網(wǎng)停止，開(kāi)啟按鈕SB9，交流接觸器KM6工作，電機(jī)開(kāi)始反轉(zhuǎn)運(yùn)行，遮陽(yáng)網(wǎng)關(guān)閉，并在預(yù)調(diào)整時(shí)達(dá)到最大程度，行程開(kāi)關(guān)SQ6啟動(dòng)，電機(jī)停止，遮陽(yáng)網(wǎng)停止。當(dāng)陽(yáng)極和負(fù)極反轉(zhuǎn)設(shè)備（如遮陽(yáng)板）打開(kāi)或關(guān)閉時(shí)，由硬件，算法和程序決定，這將在以下章節(jié)中重點(diǎn)介紹。開(kāi)/關(guān)設(shè)備濕簾窗，熱風(fēng)扇，空氣冷卻器，加熱器，補(bǔ)給燈，二氧化碳加法器，噴霧和滴灌泵都是開(kāi)關(guān)設(shè)備的一部分，控制電路類(lèi)似?，F(xiàn)以冷風(fēng)機(jī)組為例，做以下操作。、冷風(fēng)機(jī)主電路冷風(fēng)機(jī)的運(yùn)行主要通過(guò)電動(dòng)機(jī)的接通和斷開(kāi)來(lái)實(shí)現(xiàn)。風(fēng)扇的控制可以通過(guò)繼電器實(shí)現(xiàn)。必須在電路中增加短路保護(hù)，過(guò)流保護(hù)和過(guò)載保護(hù)，這些可通過(guò)熱繼電器和保險(xiǎn)絲實(shí)現(xiàn)。電路保護(hù)?？筛鶕?jù)上述要求設(shè)計(jì)以下電路，如圖3.1.2所示。圖3.1.2冷風(fēng)機(jī)主電路圖、冷風(fēng)機(jī)控制電路圖3.1.3冷風(fēng)機(jī)控制電路圖將冷風(fēng)機(jī)的控制電路的原理圖如圖3.1.3所示。手動(dòng)、自動(dòng)開(kāi)關(guān)為SA7。在手動(dòng)狀態(tài)下，交流接觸器KM13的線(xiàn)圈通電，此時(shí)冷卻風(fēng)扇正在運(yùn)行。自動(dòng)的時(shí)候，PLC控制器控制。當(dāng)中間接觸器KM13通電時(shí)，其常開(kāi)觸點(diǎn)閉合，冷卻風(fēng)扇運(yùn)轉(zhuǎn)。3.2PLC硬件電路的設(shè)計(jì)3.2.1PLC型號(hào)選擇PLC的I/O點(diǎn)數(shù)我們知道系統(tǒng)控制的要求，因此系統(tǒng)需要的所有輸入設(shè)備像旋鈕、按鈕和各種傳感器這些還有就是輸出的設(shè)備像接觸器、信號(hào)指示器和其他執(zhí)行器都行。確定與PLC相關(guān)的輸入或輸出設(shè)備，最后將PLC的I/O點(diǎn)確定為24個(gè)數(shù)字輸入，16個(gè)數(shù)字輸出和5個(gè)模擬輸入。PLC的選擇S7系列可編程控制器包括S7-200系列，S7-300系列和S7-400系列。它能應(yīng)用于大中小型的自動(dòng)化系統(tǒng)?？刂葡到y(tǒng)應(yīng)基于S7-300PLC。S7-300系列PLC是西門(mén)子公司生產(chǎn)的模擬中小型可編程控制器。S7-300系列PLC廣泛應(yīng)用于分布式自動(dòng)化系統(tǒng)。其使用范圍涵蓋自動(dòng)化控制領(lǐng)域。

（1）S7-300模塊機(jī)架，西門(mén)子有5種導(dǎo)軌。如表3.2.1所示：表3.2.1S7-300導(dǎo)軌規(guī)格導(dǎo)軌長(zhǎng)度產(chǎn)品訂貨號(hào)160mm6ES7390-1AB60-0AA0482mm6ES7390-1AE80-0AA0530mm6ES7390-1AF30-0AA0830mm6ES7390-1AJ30-0AA0（2）電源模塊（PS）將電源電壓轉(zhuǎn)換為DC24V，為24VDC、CPU負(fù)載電路提供直流電源。輸出電流為3A，5A，10A。正常：綠色LED指示燈亮起過(guò)載：綠色LED指示燈閃爍短路：綠色LED燈暗電壓波動(dòng)范圍：5％（3）CPU模塊每種CPU具有其不同的性能。（4）信號(hào)模塊（SM）數(shù)字輸入模塊：24VDC，120/230VAC數(shù)字輸出模塊：24VDC，繼電器模擬輸入模塊：電壓，電流，電阻，熱電偶模擬輸出模塊：電壓，電流（5）功能模塊(FM)這個(gè)就是有時(shí)間要求和大存儲(chǔ)容量方面的要求的話(huà)的過(guò)程信號(hào)的一個(gè)處理任務(wù)?！び?jì)數(shù)：計(jì)數(shù)器模塊;·閉環(huán)控制：閉環(huán)控制模式;連接：IMS360傳輸，IMR361接收;用于雙層配置，硬連線(xiàn)IM365接口模塊距離：用IM365雙層機(jī)架，最長(zhǎng)是一米;IM360/361多層機(jī)架的話(huà)，電纜最長(zhǎng)十米。（7）通訊處理器(CP)擴(kuò)展中央處理單元的通信任務(wù)，能帶來(lái)這些網(wǎng)絡(luò)功能：·點(diǎn)對(duì)點(diǎn)連接·PROFIBUS·工業(yè)以太網(wǎng)4、S7-300PLCCPU模塊1）S7-300CPU模塊的主要特性表3.2.1（1）顯示了常用S7-300CPU模塊的主要功能，例如CPU314模塊。用戶(hù)存儲(chǔ)器程序容量為48KB，MMC最高為8M。它可以實(shí)現(xiàn)自由尋址和數(shù)字I/O點(diǎn)。表3.2.1（1）常用S7-300CPU模塊的主要特性CPU參數(shù)CPU312CPU312CCPU313CCPU313C-2PtPCPU313C-2DPCPU314用戶(hù)內(nèi)存（KB）161632323248最大MMC（MB）448888自由編址YESYESYESYESYESYESDI/DO256256/256992/992992/992992/9921024AI/AO6464/32246/124248/124248/124256處理時(shí)間/1KB指令（ms）0.20.10.10.10.10.1位存儲(chǔ)器102410242048202420482048計(jì)數(shù)器128128256256256256定時(shí)器128128256256256256集成通訊連接MPI/DP/PtPY/N/NY/N/NY/N/NY/N/YY/Y/NY/N/N集成DI/DO0/010/624/1616/1616/160/0集成AI/DO0/00/04+1/20/00/00/02）S7-300CPU模塊操作S7-300CPU的模式選擇開(kāi)關(guān)有四個(gè)檔位，它們是mres,stop,run-p,和run。（1）RUN-P：可編程操作模式。這個(gè)模式，CPU可以執(zhí)行用戶(hù)程序，也能編程設(shè)備、修改、讀取還能監(jiān)視用戶(hù)程序。（2）RUN：運(yùn)動(dòng)模式。在這個(gè)模式下，CPU又一次執(zhí)行了用戶(hù)程序，并且還可以讀取用戶(hù)程序和監(jiān)視用戶(hù)程序，這些都是通過(guò)編程來(lái)實(shí)現(xiàn)的，但是不能修改用戶(hù)程序。（3）STOP：停止模式。在這個(gè)模式下，用戶(hù)程序就不由CPU執(zhí)行了，但是能從CPU里面讀取用戶(hù)的程序，也能修改，而且這一切都是編程設(shè)備來(lái)實(shí)現(xiàn)的。可以在這個(gè)位置刪除密鑰。（4）MRES：存儲(chǔ)器復(fù)位模式。開(kāi)關(guān)在此位置釋放了的時(shí)候，這個(gè)位置就返回stop位置。鑰匙從stop到mres這個(gè)過(guò)程，存儲(chǔ)器重置，CPU返回初始狀態(tài)。3）CPU狀態(tài)及故障顯示S7-300CPU狀態(tài)和故障指示燈：（1）SF（紅）：當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)故障或者錯(cuò)誤時(shí)候的指示燈。CPU的軟件或者硬件出毛病時(shí)燈亮。（2）BATF（紅）：CPU314和CPU313的電池故障燈。電池壞了或者沒(méi)裝進(jìn)去指示燈亮。（3）DC5V（綠）：+5V電源指示燈。（4）FRCE（黃）：強(qiáng)制活動(dòng)指示燈。咋的也得有一個(gè)I/O被強(qiáng)制打開(kāi)了。（5）RUN（綠）：顯示運(yùn)行狀態(tài)的一個(gè)小燈，燈亮了的時(shí)候就意味著，CPU這時(shí)候處在RUN這個(gè)狀態(tài)；LED開(kāi)時(shí)2Hz瘋狂閃爍，HOLD時(shí)0.5Hz瘋狂閃爍。（6）STOP（黃）：這個(gè)叫停止時(shí)的一個(gè)指示燈。CPU在STOPHOLD或Startup的時(shí)候它就亮了;存儲(chǔ)器這個(gè)東西它復(fù)位的時(shí)候，LED就開(kāi)始閃了，是以0.5Hz閃的;存儲(chǔ)器你設(shè)置它的時(shí)候，LED又閃了，這回是以2Hz閃的。3.2.2PLCI/O地址分配根據(jù)系統(tǒng)的控制要求，控制系統(tǒng)的I/O地址如下表所示。輸入端口分配表如表3.2.2所示：表3.2.2輸入端口分配表序號(hào)名稱(chēng)變量地址備注1總自動(dòng)/手動(dòng)切換開(kāi)關(guān)I0.0旋鈕2總啟動(dòng)I0.1按鈕3總停止I0.2按鈕4天窗開(kāi)限位I0.3限位開(kāi)關(guān)5天窗關(guān)限位I0.4限位開(kāi)關(guān)6天窗開(kāi)啟I0.5單刀閘開(kāi)關(guān)7天窗關(guān)閉I0.6單刀閘開(kāi)關(guān)8側(cè)窗開(kāi)限位I0.7限位開(kāi)關(guān)9側(cè)窗關(guān)限位I1.0限位開(kāi)關(guān)10側(cè)窗開(kāi)啟I1.1單刀閘開(kāi)關(guān)11側(cè)窗關(guān)閉I1.2單刀閘開(kāi)關(guān)12遮陽(yáng)網(wǎng)開(kāi)限位I1.3限位開(kāi)關(guān)13遮陽(yáng)網(wǎng)關(guān)限位I1.4限位開(kāi)關(guān)14遮陽(yáng)網(wǎng)開(kāi)啟I1.5單刀閘開(kāi)關(guān)15遮陽(yáng)網(wǎng)關(guān)閉I1.6單刀閘開(kāi)關(guān)16通風(fēng)機(jī)電機(jī)正轉(zhuǎn)I1.7單刀閘開(kāi)關(guān)17通風(fēng)機(jī)電機(jī)反轉(zhuǎn)I2.0單刀閘開(kāi)關(guān)18濕簾窗啟動(dòng)I2.1旋鈕19熱風(fēng)機(jī)啟動(dòng)I2.2旋鈕20冷風(fēng)機(jī)啟動(dòng)I2.3旋鈕21加熱器啟動(dòng)I2.4旋鈕22補(bǔ)光燈啟動(dòng)I2.5旋鈕23二氧化碳添加器啟動(dòng)I2.6旋鈕24噴、滴灌水泵啟動(dòng)I2.7旋鈕25溫度傳感器MW0模擬量26濕度傳感器MW2模擬量27光照傳感器MW4模擬量28二氧化碳傳感器MW6模擬量29土壤水分傳感器MW8模擬量輸出端口分配表如表3.2.2（1）所示表3.2.2（1）輸出端口分配表序號(hào)名稱(chēng)變量地址序號(hào)名稱(chēng)變量地址1天窗電機(jī)正轉(zhuǎn)Q0.09濕簾窗啟動(dòng)Q1.02天窗電機(jī)反轉(zhuǎn)Q0.110熱風(fēng)機(jī)啟動(dòng)Q1.13側(cè)窗電機(jī)正轉(zhuǎn)Q0.211冷風(fēng)機(jī)啟動(dòng)Q1.24側(cè)窗電機(jī)反轉(zhuǎn)Q0.312加熱器啟動(dòng)Q1.35遮陽(yáng)網(wǎng)電機(jī)正轉(zhuǎn)Q0.413補(bǔ)光燈啟動(dòng)Q1.46遮陽(yáng)網(wǎng)電機(jī)反轉(zhuǎn)Q0.514二氧化碳添加器啟動(dòng)Q1.57通風(fēng)機(jī)電機(jī)正轉(zhuǎn)Q0.615噴、滴灌水泵啟動(dòng)Q1.68通風(fēng)機(jī)電機(jī)反轉(zhuǎn)Q0.716電路指示燈Q1.73.2.3硬件接線(xiàn)圖設(shè)計(jì)本設(shè)計(jì)選用S7-300系列的CPU314，其硬件接線(xiàn)圖如圖3.2.3所示。圖3.2.3CPU314硬件接線(xiàn)圖3.3PLC的硬件配置3.3.1傳感器溫度傳感器當(dāng)了解了溫控的特點(diǎn)后，可以根據(jù)這個(gè)特點(diǎn)，發(fā)現(xiàn)溫傳能用Finland維薩拉HMD40這個(gè)型號(hào)。它的優(yōu)點(diǎn)也有很多，比如精度高，也挺方便安裝的，反應(yīng)速度快，對(duì)于環(huán)境的要求也比較低。該傳感器的主要性能指標(biāo)如下：（1）溫度檢測(cè)的范圍：零下10度到零上60度;測(cè)量精度為上下百分之0.3浮動(dòng);（2）濕度檢測(cè)的范圍：零到一百RH;衡量標(biāo)準(zhǔn)為一點(diǎn)五左右;（3）工作電壓：10~28VDC;（4）輸出信號(hào)：4~20mA。濕度傳感器根據(jù)溫室濕度控制的特點(diǎn)，本文的濕度傳感器可以使用霍尼韋爾的HIH-3602型號(hào)。該傳感器的主要性能指標(biāo)如下：（1）溫度檢查區(qū)間：零下30度到零上70度;衡量標(biāo)準(zhǔn)：±0.3％°C;（2）濕度檢查區(qū)間：零到一百RH;衡量標(biāo)準(zhǔn)：一點(diǎn)五左右;（3）工作電壓：12~24VDC;（4）輸出信號(hào)：4~20mA。3、光照傳感器遮陽(yáng)要是想讓它能夠開(kāi)或停，就需要用到光控去控制它，這樣作物才能有充分的光照，這么做是為了能不讓作物超過(guò)光飽和點(diǎn)，光合作用效率得以提升;實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)日作物，中日作物和短日作物的光照控制。光照度傳感器我們采用Poi88-C這個(gè)型號(hào)的光照度傳感器。傳感器用的電路模塊技術(shù)整出了能測(cè)環(huán)境光照度的變送器，能輸出標(biāo)準(zhǔn)的V和A信號(hào)，體積還算小的，方便安裝，傳輸?shù)木嚯x遠(yuǎn)，抗干擾能力非常強(qiáng)?？蓮V泛用于環(huán)境，文化，建筑，建筑等的照度測(cè)量，范圍可調(diào)。（1）范圍：O~200K1UX，O~20K10X，0~2000可選;（2）電源電壓：24VDC/12VDC;（3）輸出信號(hào)：20~4mA，10V~OV可選;（4）準(zhǔn)確度：±2％。4、二氧化碳濃度傳感器它能對(duì)含量進(jìn)行全天候的檢測(cè)，當(dāng)二氧化碳含量低過(guò)了一個(gè)數(shù)時(shí)，打開(kāi)二氧化碳?xì)怏w儲(chǔ)存罐增加氣體肥料。二氧化碳傳感器使用FergusoTGS4160二氧化碳傳感器，這是一種固態(tài)電化學(xué)氣體傳感器。這個(gè)傳感器的優(yōu)點(diǎn)也有很多，V小，用的時(shí)間長(zhǎng)，穩(wěn)定，可選擇，濕度高等，可用于自動(dòng)通風(fēng)等。（1）測(cè)量范圍：0到5000ppm;（2）壽命：兩千天;（3）內(nèi)部熱敏電阻：100kQ±5％;（4）溫度：-10~+50°C;（5）濕度：5~95％RH。5、土壤水分傳感器這次主要就是用MP406這個(gè)型號(hào)的傳感器。這個(gè)傳感器優(yōu)點(diǎn)有很多，比如測(cè)量精度比別的都高，安裝也挺方便的，響應(yīng)的速度也還可以，對(duì)于環(huán)境的要求還挺低。該傳感器的主要性能指標(biāo)如下：（1）檢測(cè)區(qū)間：零到一百（含水量）;衡量標(biāo)準(zhǔn)：精度能達(dá)到百分之一左右;（2）分辨率：0.01％VSW％;（3）響應(yīng)時(shí)間：<0.5秒;（4）輸出信號(hào)：4~20mA。3.3.2S7-300各個(gè)模塊1、SM模塊這個(gè)就是Signalmodule，也是Inputmodule或者outputmodule，它是CPU和現(xiàn)場(chǎng)輸入輸出組件還有設(shè)備他們?nèi)齻€(gè)之間的橋。你可以根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)就Input或output設(shè)備，選擇I/O模塊干啥都行。?信號(hào)模塊的面板上面的LED它是用來(lái)顯示數(shù)字輸入或輸出點(diǎn)的信號(hào)狀態(tài)的。這個(gè)模塊它安在DIN標(biāo)準(zhǔn)的導(dǎo)軌上邊，而且通過(guò)總線(xiàn)連接器連到旁邊模塊。?接口和信號(hào)模塊的大小是40乘125乘120。少量模塊的寬度為80mm。1）.數(shù)字量模塊S7-300提供各種數(shù)字I/O模塊。這一小節(jié)我想交代的是數(shù)字量輸入模塊SM321，SM322，數(shù)字量I/O模塊SM323和仿真模塊SM374。（1）數(shù)字量輸入模塊SM321?把現(xiàn)場(chǎng)發(fā)的digitalsignal的電平轉(zhuǎn)為S7-300的內(nèi)部信號(hào)電平。數(shù)字輸入模塊具有DC輸入模式和AC輸入模式。對(duì)于現(xiàn)場(chǎng)輸入組件，僅需要開(kāi)關(guān)觸點(diǎn)。在輸入信號(hào)進(jìn)入模塊后，它通常被光學(xué)隔離和濾波，然后被發(fā)送到輸入緩沖器以進(jìn)行CPU采樣。采樣時(shí)，信號(hào)通過(guò)CoreBus進(jìn)入輸入圖像區(qū)域。SM321有四種，是DC16，DC32，AC16和AC8。（2）數(shù)字量輸出模塊SM322SM322把S7-300的內(nèi)部信號(hào)電平變?yōu)檫^(guò)程所需的外部信號(hào)電平，能驅(qū)動(dòng)電磁閥，接觸器，小型電機(jī)，燈和電機(jī)啟動(dòng)器。我們可以通過(guò)負(fù)載電路所使用的電源，就可以分成直流輸出模塊，交流輸出模塊和交流/直流輸出模塊。通過(guò)輸出開(kāi)關(guān)器件的類(lèi)型，可以分類(lèi)成晶體管輸出模式，晶閘管輸出模式和繼電器觸點(diǎn)輸出模式。在響應(yīng)速度方面，晶體管響應(yīng)最快，繼電器響應(yīng)最慢;繼電器觸點(diǎn)輸出后來(lái)我們可以發(fā)現(xiàn)它在安全隔離和應(yīng)用靈活性這兩個(gè)方面表現(xiàn)是極佳的。2）模擬量模塊這里介紹了S7-300中模擬量值的表示方法，并簡(jiǎn)要介紹了模擬量輸入模塊SM331的原理和性能參數(shù)。（1）模擬量值表示的方法S7-300它不一樣，它用的CPU是用的十六位的二進(jìn)制的補(bǔ)碼。如表3.3.2所示，符號(hào)位，也就是最高位，是s，正值是0，負(fù)值是1，通過(guò)模擬量模塊的性能來(lái)調(diào)整測(cè)量值的精度。它的設(shè)定，對(duì)不到15位精度的模擬值，不使用低字節(jié)中具有低功率項(xiàng)的位的參數(shù)。表3.3.2顯示了S7-300精度的所有可能。標(biāo)有“×”的位是未使用的位，通常用“0”填充。表3.3.2模擬量值的表示方法以位數(shù)表示的精度(帶符號(hào)位)單位模擬值十進(jìn)制十六進(jìn)制高字節(jié)低字節(jié)89101112131415128643216842180H40H20H10H8H4H2H1HS0000000S0000000S0000000S0000000S0000000S0000000S0000000S00000001×××××××01××××××001×××××0001××××00001×××000001××0000001×00000001S7-300模擬輸入模塊的輸入測(cè)量范圍相當(dāng)之大。它能直接輸入電壓，電流，電阻，熱電偶等信號(hào)，而S7-300模擬輸出模塊可以輸出0-10V，1-5V，-10V-10V，0-20mA，4-20mA，-20-20mA和其他模擬信號(hào)。（2）模擬量輸入模塊SM331模擬輸入模塊SM331當(dāng)前有三種，他們是8AI×l2，2AI×l2和8AI×l6，具體分為八通道十二位模擬輸入模塊和二通道十二位模擬輸入模塊，八通道十六位模擬輸入模塊，它還擁有十二位輸入的模塊具有相同的工作原理，性能和參數(shù)的設(shè)置。SM331主要由A/D轉(zhuǎn)換元件，模擬開(kāi)關(guān)開(kāi)關(guān)，補(bǔ)償電路，恒流源，光隔離元件，邏輯電路等組成。A/D轉(zhuǎn)換組件是模塊的核心。轉(zhuǎn)換原則使用集成方法。積分時(shí)間直接影響A/D轉(zhuǎn)換時(shí)間和A/D轉(zhuǎn)換的精度。SM331有四個(gè)可選的積分時(shí)間：2.5ms，16.7ms，20ms和100ms，相應(yīng)的位精度為8,12,12和14.每個(gè)積分時(shí)間都有一個(gè)最好的噪聲抑制頻率f0，對(duì)應(yīng)分別為400，60，50和10。3）特殊模塊除了最通用的I/O模塊外，表3.5.2（2）還描述了三個(gè)特殊模塊的主要特性。下面主要介紹SM374的使用方法。表3.3.2（2）特殊信號(hào)模塊模塊特性仿真模塊SM374輸入/輸出16占位模塊DM370位置編碼器模塊SM338；POS-INPUT輸入/輸出點(diǎn)數(shù)最多16個(gè)輸入或輸出為沒(méi)有參數(shù)化的模塊保留一個(gè)插槽3個(gè)輸入連接絕對(duì)值編碼器（SSI）2個(gè)數(shù)字量輸入用于保留編碼值適用對(duì)象仿真：16點(diǎn)輸入（小開(kāi)關(guān)）16點(diǎn)輸出8點(diǎn)輸入和輸出占位用于：接口模塊不可編程的信號(hào)模塊占用兩個(gè)插槽的模塊最多檢測(cè)3個(gè)絕對(duì)值編碼器（SSI）編碼器類(lèi)型：帶13位、21位或25位報(bào)文幀長(zhǎng)度的編碼器（SSI）數(shù)據(jù)格式：格雷碼或二進(jìn)制碼支持時(shí)鐘操作××√可編程診斷×××診斷中斷××可調(diào)整備注可通過(guò)調(diào)整撥位開(kāi)關(guān)設(shè)定功能當(dāng)用其他模塊更換DM370時(shí)，其機(jī)械結(jié)構(gòu)和地址不變超過(guò)64μs的絕對(duì)值編碼器不能用在SM338上仿真模塊SM374可以模擬具有16點(diǎn)輸入，16點(diǎn)輸出，8點(diǎn)輸入和8點(diǎn)輸出的數(shù)字模塊。2、FM模塊它其實(shí)就是內(nèi)存容量要求高還有就是實(shí)時(shí)性也高的一個(gè)控制任務(wù)。例如，電子凸輪控制模塊、步進(jìn)電機(jī)定位模塊、定位和傳輸路徑控制模塊、稱(chēng)重模塊，位置輸入模塊和超聲波位置解碼器等等。3、CP模塊S7-300這個(gè)系列的PLC擁有數(shù)不勝數(shù)的通信處理器模塊，例如CP342-5DP，CP343-FMS，CP340等，這些模塊所具備給設(shè)備的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信設(shè)計(jì)模塊，以及低速模塊。PLC到西門(mén)子的現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)。由SINECL2和高速SINECH1網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)的網(wǎng)絡(luò)接口模塊。我們?cè)谶@里選擇的模擬輸入模塊是SM331。其硬件接線(xiàn)圖如圖3.3.2（3）所示。圖3.3.2（3）SM331硬件接線(xiàn)圖第4章控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)硬件設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì)就是PLC的控制系統(tǒng)的兩個(gè)主要設(shè)計(jì)思路。這一章節(jié)基于硬件設(shè)計(jì)上還說(shuō)明了軟件設(shè)計(jì)，包括軟件設(shè)計(jì)的若干步驟和方法，step7編程軟件的介紹還有就是程序設(shè)計(jì)。4.1控制系統(tǒng)的程序設(shè)計(jì)4.1.1程序的設(shè)計(jì)思路控制系統(tǒng)分為手動(dòng)和自動(dòng)。自動(dòng)是平時(shí)正常的時(shí)候，不用管它自動(dòng)運(yùn)行，手動(dòng)是當(dāng)發(fā)生意外狀況了的時(shí)候需要你手動(dòng)操作。自動(dòng)的時(shí)候，PLC就開(kāi)始運(yùn)行了，這時(shí)候就會(huì)檢查到溫濕度，光，二氧化碳濃度等數(shù)值的傳感器的測(cè)量值與溫控系統(tǒng)的設(shè)定值做一個(gè)對(duì)比。如果檢測(cè)到的溫度高于設(shè)定值，PLC將發(fā)出相應(yīng)的指令來(lái)控制冷卻風(fēng)扇的開(kāi)啟和通風(fēng)扇的正向旋轉(zhuǎn)（將溫室內(nèi)的空氣排到外面）;如果測(cè)量值低于設(shè)定值，則打開(kāi)加熱器和熱空氣鼓風(fēng)機(jī)以使溫室變暖。倒轉(zhuǎn)通風(fēng)扇（倒轉(zhuǎn)可以讓室外的空氣吸入溫室里面）。當(dāng)溫室光線(xiàn)過(guò)低的時(shí)候，補(bǔ)光燈和遮陽(yáng)板被系統(tǒng)打開(kāi);當(dāng)溫室光線(xiàn)高于設(shè)定值時(shí)，系統(tǒng)關(guān)閉遮陽(yáng)板。當(dāng)溫室的二氧化碳過(guò)低時(shí)，系統(tǒng)會(huì)打開(kāi)二氧化碳調(diào)節(jié)器。當(dāng)溫室里的測(cè)量值和設(shè)定的值一樣的時(shí)候，關(guān)一些設(shè)備讓溫室的一些參數(shù)不要變。4.1.2控制程序流程圖1、溫度控制流程圖溫室的溫度控制流程圖如圖4.1所示。圖4.1溫度控制流程圖濕度控制流程圖溫室大棚的濕度控制流程圖如圖4.2所示。圖4.2溫度控制流程圖3、光照控制流程圖溫室大棚的光照控制流程圖如圖4.3所示。圖4.3光照控制流程圖4、二氧化碳濃度控制流程圖溫室大棚的二氧化碳濃度控制流程圖如圖4.4所示。圖4.4二氧化碳濃度控制流程圖5、土壤水分濃度控制流程圖溫室大棚的土壤水分濃度控制流程圖如圖4.5所示。圖4.5土壤水分濃度控制流程圖系統(tǒng)流程圖系統(tǒng)流程圖如圖4.6所示。圖4.6系統(tǒng)流程圖4.1.3控制程序設(shè)計(jì)及分析自、手動(dòng)的切換I0.0能自動(dòng)也能手動(dòng)，I0.1是總啟動(dòng)。在I0.1為1的時(shí)候，Q1.7給電，小燈亮了，I0.2是總停止，在I0.0為1的時(shí)候，I0.1為1的時(shí)候，中間繼電器M0.0給電，系統(tǒng)的運(yùn)行方式這個(gè)時(shí)候是自動(dòng);在I0.0為0，I0.1為1的時(shí)候，中間繼電器M0.1給電，這個(gè)時(shí)候就是手動(dòng)了。溫度控制在中間繼電器M0.0給電的時(shí)候，系統(tǒng)這個(gè)時(shí)候就是自動(dòng)了。在自動(dòng)情況下，溫度傳感器通過(guò)模擬輸入模塊SM331將測(cè)量的模擬量發(fā)送到PLC，并通過(guò)整數(shù)比較命令將溫度傳感器檢測(cè)到的測(cè)量值MW0與設(shè)定值“25度”進(jìn)行比較。當(dāng)MW0>25時(shí)，中間繼電器M0.2通電以啟動(dòng)冷卻裝置;當(dāng)MW0<25時(shí)，中間繼電器M0.3通電以啟動(dòng)加熱裝置。在中間繼電器M0.1給電的時(shí)候，手動(dòng)運(yùn)行。可以通過(guò)相應(yīng)的按鈕控制天窗打開(kāi)I0.5，天窗關(guān)閉I0.6，側(cè)窗打開(kāi)I1.1，側(cè)窗關(guān)閉I1.2，呼吸機(jī)電機(jī)前進(jìn)I1.7，呼吸機(jī)電機(jī)反轉(zhuǎn)I2.0，熱風(fēng)風(fēng)扇I2.2，空氣冷卻器I2.3，手動(dòng)控制溫室溫度。溫控的時(shí)候，而且是自動(dòng)的時(shí)候，在溫傳器檢測(cè)到的溫度過(guò)高的時(shí)候，中間繼電器m0.2給電，此時(shí)天窗被打開(kāi)了，內(nèi)外空氣交換；在手動(dòng)模式下，控制溫度的單刀開(kāi)關(guān)e天窗電機(jī)反轉(zhuǎn)為“天窗電機(jī)正轉(zhuǎn)”，中間繼電器M0.4通電，天窗打開(kāi)。溫控的時(shí)候，而且是自動(dòng)的時(shí)候，在溫傳器檢查出來(lái)的溫度過(guò)低時(shí)，中間繼電器M0.3給電，這個(gè)時(shí)候天窗就被關(guān)了，內(nèi)外空氣流通；在手動(dòng)模式下，控制天窗電機(jī)反轉(zhuǎn)設(shè)置為“天窗電機(jī)反轉(zhuǎn)，中間繼電器M0.5通電，天窗關(guān)閉。溫控的時(shí)候，而且是自動(dòng)的時(shí)候，在溫傳器檢查到的溫度過(guò)高的時(shí)候，中間繼電器M0.2給電，這個(gè)時(shí)候側(cè)窗就被打開(kāi)了，內(nèi)外空氣開(kāi)始交換；在手動(dòng)模式下，控制開(kāi)關(guān)單極開(kāi)關(guān)Si車(chē)窗電機(jī)向前旋轉(zhuǎn)，反轉(zhuǎn)為“側(cè)窗電機(jī)向前旋轉(zhuǎn)”，中間繼電器M0.6通電，側(cè)窗打開(kāi)。溫控的時(shí)候，而且是自動(dòng)的時(shí)候，在溫傳感檢查到的溫度過(guò)低的時(shí)候，中間繼電器M0.3給電，這個(gè)時(shí)候側(cè)窗被關(guān)閉了，內(nèi)外的空氣開(kāi)始流通；在手動(dòng)模式下，側(cè)WI的單刀開(kāi)關(guān)控制車(chē)窗電機(jī)并轉(zhuǎn)到“側(cè)窗電機(jī)反轉(zhuǎn)，中間繼電器M0.7通電，側(cè)窗關(guān)閉。溫控的時(shí)候，而且是自動(dòng)的時(shí)候，在溫傳感檢查到的溫度過(guò)高的時(shí)候，中間繼電器M0.2給電，這個(gè)時(shí)候風(fēng)扇的旋轉(zhuǎn)方向?yàn)橄蚯?，熱的空氣被排出溫室。外部世界與外部世界通信；在手動(dòng)模式下，控制風(fēng)扇正反轉(zhuǎn)的單刀開(kāi)關(guān)變?yōu)椤巴ㄟ^(guò)風(fēng)扇正反轉(zhuǎn)”。中間繼電器M1.0通電，風(fēng)扇向前旋轉(zhuǎn)。溫控的時(shí)候，而且是自動(dòng)的時(shí)候，在溫傳感檢查到的溫度過(guò)低的時(shí)候，中間繼電器m0.3給電，風(fēng)扇的旋轉(zhuǎn)方向?yàn)橄蚍捶较蛐D(zhuǎn)，外部的空氣開(kāi)始交換；手動(dòng)的時(shí)候，溫傳器查到的溫度過(guò)低的時(shí)候，中間繼電器m0.3給電，這時(shí)候風(fēng)扇的旋轉(zhuǎn)方向?yàn)榉捶较蛐D(zhuǎn)，外面的空氣進(jìn)入溫室，外面的空氣開(kāi)始交換?？刂骑L(fēng)扇正反轉(zhuǎn)和負(fù)反轉(zhuǎn)的單刀開(kāi)關(guān)轉(zhuǎn)到“換氣扇反轉(zhuǎn)”，中間繼電器M1.1通電，換氣扇通電、倒轉(zhuǎn)。溫室進(jìn)行溫控的過(guò)程中，在自動(dòng)模式下，在溫傳器查到的溫度值過(guò)低時(shí)，中間繼電器M0.3給電，熱風(fēng)機(jī)此時(shí)被打開(kāi)了；手動(dòng)打開(kāi)熱風(fēng)機(jī)。按按鈕，中間繼電器M1.2給電，此時(shí)熱風(fēng)機(jī)開(kāi)始工作。溫室進(jìn)行溫控的過(guò)程中，在自動(dòng)模式下，在溫傳器檢測(cè)的溫度數(shù)值過(guò)高的時(shí)候，中間繼電器M0.2給電，這個(gè)時(shí)候冷卻風(fēng)扇被打開(kāi)了；手動(dòng)讓冷卻風(fēng)扇工作。按下按鈕，中間繼電器M1.3被打開(kāi)，冷風(fēng)機(jī)開(kāi)始工作。3、濕度控制中間繼電器m0.0給電時(shí)，現(xiàn)在是自動(dòng)。自動(dòng)是，濕度傳感器通過(guò)模擬輸入模塊SM331向PLC發(fā)送測(cè)量的模擬量，并將溫度傳感器檢測(cè)到的測(cè)量值mw2與設(shè)定值“80”和“60”進(jìn)行比較。整數(shù)比較命令。相反，當(dāng)mw0>80時(shí)，中間繼電器m2.0通電啟動(dòng)除濕器；當(dāng)aiw2<60時(shí)，中間繼電器m2.1通電啟動(dòng)加濕器。當(dāng)中間繼電器M0.1給電的時(shí)候，此時(shí)需手動(dòng)操作系統(tǒng)。通過(guò)按鈕來(lái)進(jìn)行對(duì)濕度的控制——天窗打開(kāi)I0.5，側(cè)窗打開(kāi)I1.1，風(fēng)扇電機(jī)旋轉(zhuǎn)I1.7，濕窗啟動(dòng)I2.1，加熱器啟動(dòng)I20.4。手動(dòng)。溫室濕度控制過(guò)程中，在自動(dòng)模式下，當(dāng)濕度傳感器測(cè)得的濕度值