污水泵站控制系统的设计与实现-土建网
污水泵站控制系统的设计与实现
污水泵站控制系统的设计与实现
1　系统概况
　　镇江市污水截流工程是江苏省苏南环保项目之一，是利用世界银行贷款兴建的市政环保工程，包括：古运河截流系统、内江截流系统、泵站、过江管道、中试氧化塘以及污水排放口等工程，这一系统远期(2010年)所能接纳的污水量为30&104m3/d。其污水外排工程采用多级泵站串联形式，利用地下管道逐级加压提升的方法进行排污。
控制系统主要由Intellution FIX人机界面、高速数据通讯网络(DH&485和JSPAC)及PLC系统三部分组成。系统组成的概念建立在一个开放式、模块化结构的基础之上，并使系统可以 灵活、方便地实现复杂的编程和组态工作。
系统设中央控制和现场监控两级，即中央控制室和七座泵站(PLC1～7)。中央控制室内装有一台SLC&500系列PLC0系统、模拟屏一面及二台工控机(一用一备)，PLC0实时采集各泵站的现场信号，并在模拟屏及上位计算机屏幕上显示出来。
2 系统设计
2.1 系统设计原则
根据控制系统设计规范，其设计原则为：
①模块化。各系统自上而下逐层分解，直至完成所要求的功能，并在设计中尽量减少模块间数据、控制参数的传递，以减少相关性。
②可靠性。采用双机热备用方式。
③实时性。自动地控制泵站各个设备，如阀门和水泵等的正常自动运行，在出现异常时迅速处理并报警。
④可维护性。采用模块化设计以方便维护。
⑤可读性和可扩展性。
2.2 系统设计思想
截流工程采用分级分布式计算机控制系统，对截流工程的工艺过程进行集中管理、分散控制。
①采用分级、分布式结构
系统设中央控制室和泵站现场监控站两级，由中控室统一管理。每座泵站为相对独立的监控站，能实现就地控制的各种功能。系统功能还包括能实现手动控制、就地控制和远程控制 的相互切换，当系统出现故障时，各监控站仍能实现就地控制。
②系统具有高可靠性
中央控制室设置成双机系统，采用双机热备份方式。自动化仪表驱动执行机构均选用可靠设备。
③故障诊断实时性
在一个控制周期内实现对系统内的各种I/O模板的自诊断，发现故障立即进行切换和报警。
④系统扩展灵活，重组容易。
⑤模块化兼容的应用软件。
泵站SCADA主站计算机系统采用开放式体系结构，有利于将来系统的升级。中心控制室计算机系统、管理大楼计算机系统、七个现场泵分控站及检测仪表， 通过DH&485通讯网(PLC0与PLC1间)和江苏省公用分组交换数据通信网(PLC0与PLC2～PLC7间)构成了一个先 进的管理控制和数据采集系统(SCADA)，实现了对整个镇江市城市污水截流工程的集中管理及分散控制。 控制系统构成如图1所示。
2.3 系统的硬件设计
根据设计任务书统计各数据量，并进行分类，由此来决定所需的模块类型与数量。模拟屏控制机(PLC0)通过DH&485网和分组交换数据通信网(JSPAC)与各分控站通讯，从分控站获得所需数据并向分控站发送命令和信息。PLC0还通过KF3和中控室计算机传递命令和数据，并控制模拟屏。模拟屏显示各现场分站设备的状态和相关数据。
系统中的七个泵站PLC控制系统均由A&B公司提供的基本模块化控制器组成，它包括机架、电源、处理器(CPU)、各种输入/输出(I/O)模块和一 个编程用的操作员接口设备。根据现场采集信号与被控信号的类型与数量确定所使用模块的类型与数量。本系统中PLC所用模块为：
①处理器模板(SLC5/03)；
②离散型I/O模板(1746&IB16、1746&OW16、1746&OB23模板)；
③模拟量I/O模板(1746&NI4、1746&NO4I模板)；
④电源模板(1746&P2)；
⑤操作员终端(PanelView550,)。
所以，为一个实际的系统配置PLC硬件时，要根据以下的次序来选择相应的硬件产品：信号采集点数&I/O模板&处理器&电源&框架。
2.4 系统的软件设计
系统采用二级结构，由上位机、下位机和检测仪表组成，需要采集35个模拟量、803个开关量。模拟量包括液位、液位差、流量、压力、pH值等；开关量包括各种设备的运行状态与保护装置的动作状态。系统软件设计分为IPC软件和PLC软件两种。
①IPC以Intellution FIX为开发平台，采用可视化开发技术进行图形界面的过程处理，实时显示图形，用户界面清晰，在上位机和大型模拟屏上显示整个截流工程的工艺参数、工艺流 程及设备状态，操作人员可以清晰、直观地监视系统的运行状况。各种操作均以按钮、下拉菜单、列表框来实现，紧急情况下能在IPC和PV550上对各泵站的 水泵进行控制。另外，系统还采用了数据完整性保护技术、动态交换技术、文件共享技术等，能从网络上的任何一个节点上直接访问数据库、图片以及其他文件，实 现了人机绘画及监控、数据采集、数据管理、数据完整性、开放式结构、历史趋势曲线、报表打印等功能，满足了污水截流工程的实际需要。
a.过程数据库是软件的心脏部分，是由过程控制逻辑而形成的一种过程描述，是由块和链组成。一个块(也称点)是一组过程控制指令代码，它执行规定的动 作。系统中共创建了模拟输入/输出、数字输入/输出、模拟量寄存器、布尔、设备控制等数据块。在创建并使用数据 库后，可调整链的扫描时间或修改其相位来提高数据库的效率。
b.使用动态数据交换技术，把过程信息传送给其他应用程序，如SPC(过程控制统计)程序等；在画面和过程数据库中插入来自其他应用程序的数据和另一 个SCADA节点的信息，将该数 据放入链中并且进行报警和趋势处理；在Excel中快速地建立标准的报表，并能根据实时数据进行更新。从Excel工作薄中获取数据时使用下列语法：= EXCEL1［FILE.XLS］SHEET1!R1C1。同时，在Excel工作表中增加链接。链接用于工作表中显示数据，并能显示历史文件、报 表标题或文本中的静态数据和连续变化的数据，如实时数据、当前数据和时间。
c.对所有不能存储在数据库中而又要用这些数据进行趋势显示的数据，如水泵运行时间、质量测试等，在Excel文件中创建了实验数据文件，每行代表一 行实验数据，这样就可以在同一个趋势图中显示历史数据和实验数据。另外，从关系数据库中提取所需的时间是可以调整的，这取决于信息量和数据库的大小，采用 把关系数据库存储在簇中并创建簇索引的方法，来提高数据提取的速度，达到优化数据提取的目的。
d.为了防止非授予权写入数据库块，确保数据的完整性，在定义数据块时，定义了安全区域。一旦数据库节点有了安全保护，操作员必须首先进入注册程序，并且输入相应的名字和口令字。登录后，操作员才可以使用被授权的功能。
②PLC梯形图软件是以RSLogix500为开发平台，软件的使用可另外配置编程终端，也可以在上位机上进行，通过KF3将微机中所编写的梯形图程序下载到PLC0的内存中，也可将PLC 0内存中的梯形图程序上载并存储在上位机上。
下位机控制主程序包含初始化、遥控、自控等8个子程序(其中泵站自控子程序流程如图2)，其特点是集数据采集、通讯、遥控、自控于一体。菜单功能齐 全，可完成各种参数的自动巡回检测，进行数据整理、运算、存储、输出报警信号，与上位机通过X.28分组交换构成广域通信网，实现远程通讯和控制。具体功 能如下：
a.采集泵站压力、水位、水位差、流量、pH值等八个模拟量。
b.采集水泵运行、故障、电动闸阀全开、全关、运行、故障，启闭机全开、全关、运行、故障，格栅运行、故障等126～320个开关量(各泵站不等)。
c.与中控室保持联络，实时传送数据。
d.解释、执行中控室的遥控指令。
e.自动控制水泵的运行，并保证泵与阀的联动。
f.自动对故障源定位并报警。
g.与中控室自动校对。
2.5 系统通讯
由于PLC1(江滨泵站)与PLC0站之间距离较近，故直接利用SLC500的CPU模板固有的DH& 485通讯口，通过专用通讯电缆简单地组成DH&485网络。采用这种通讯方式，不仅有效地提高了通讯效率和可靠性，而且大大地降低了系统的运行费用。
PLC0与各泵站PLC2～7之间采用江苏省公用分组交换数据网络(JSPAC)，通过MODEM 进行远程通讯。
分组交换技术是面向连接的数据通信技术，它具有差错控制功能，保证高质量的传输，网内全程误码率＜1&10-10， 通信资源(信道、端口)利用率高，允许不同类型、不同速率、不同编码方式、不同传输规程的终端和计算机之间进行通信，分组多路通信可实现一点对多点同时通 信，可建立发送数据优先权，便于分散设点的用户共享资源，信息传输安全、可靠、保密性高，能与公用电话网、低速数据网及其他专用网互连，通信费用低等优 点。分组交换网是面向连接的数据通信网，联入分组交换网的计算机可以和网上的其他计算机系统或终端建立联系，互相传递数据、交换信息、共享资源。能进行快 速可靠的数据通信是选 择这一网络进行远程通信的原因。
如何利用JSPAC的X.28业务实现PLC之间的通信，这是本系统技术难点之一。X.28建议定义了ASCII终端与PAD(PAD为分组拆装设 备)之间的命令语言和命令状态以及数据传送状态 的工作条件。当用户与PAD通信时为命令状态，通过访问PAD可以完成对参数的修改，或向JSPAC发送各种命令。当用户终端与JSPAC上的主机进行通 信，即进行数据通信时，为数据传送状态，此时的网络对用户来说是透明的。通过X.28建议可以完成ASCII终端与JSPAC上主机间的通信，具体通信如 图3所示。
　　由于该系统除各泵站采用可编程序控制器进行实时监控外，还通过X.28分组交换构成广域通信网，调试人员在电信部门的协助下，经过多次反复，使系统顺利实现了远程通讯。
JSPAC通信系统采用主&从结构，中控室里的PLC0为主站，泵站(PLC1～7)为从站，采用Polling通讯方式，信息传送采用全双工方式。 中控室中的工控机通过KF3与PLC0进行通讯，PLC0与PLC1间通过内备DH&485通讯口进行通讯，PLC0与其他各分站均选用相同型号 (Codesx3265v.34)的调制解调器(modem)，传输速率为9600bps，传输系统误码率＜1&10-6。
主站与从站之间的通讯问题是整个计算机系统能不能协调运行的关键问题。在实际运行中，上位机与下位机之间有两种通讯方式。
①上位机主动
其中又有两种方式：一是上位机对下位机进行写命令操作；二是上位机主动读取。在机组启动时，下位机监测启动过程，对大量的启动数据进行处理。发送中 断，告知上位机启动的机组号，上位机接到信号后读取启动数据，绘制启动曲线。正常运行后，上位机间隔10min读取下位机中的数据。
②上位机被动
当有事故或故障发生时，下位机发送事故或故障代号，上位机根据下位机的通讯协议进行特殊的处理。
中控室通讯功能：双串行口，可与有线信道、网络、模拟屏及泵站SLC500可编程序控制器进行通讯。
3　系统接地问题的考虑
　　由于系统所控制的设备功率较大，以及环境条件比较复杂，强大的电场和磁场干扰不容忽视。为了使系统能够可靠地运行，采用了&半浮地&技术，即外壳接地，系统通过一只2～4&F的电容接至安全的接地点。
　　污水泵站控制系统采用了国际上最流行的、可靠的多任务监控软件Intellution FIX和RSLog ix500高级编程软件，以实现建立稳定、可靠、实时的泵站监控和管理系统。通过几年来的运行表明，该系统的设计是成功的，它实现了对整个污水截流系统的控制操作、数据采集和信息的实时性、准确性、完整性和统一性。
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Copyright & 2004 - 2012
All Rights Reserved.基于PLC控制与触摸屏的无线通信解决方案
作者：西安博纳电子有限责任公司
来源：RFID世界网
摘要：触摸式工业图形显示器（简称触摸屏）是一种新型可编程控制终端，是新一代高科技人机界面（国外称为 HMI 或 MMI ）产品，它是替代传统控制面板和键盘的智能化操作显示器。可用于参数设置、数据显示、以曲线、动画等形式描绘自动化控制过程，并可简化 PLC 的控制程序。 具有体积小、 连线简单化、 防尘、抗震 、防水、防电磁 等特点。
关键词：[0篇]&&[46篇]&&[0篇]&&
1、PLC－触摸屏简介
　　触摸式工业图形显示器（简称触摸屏）是一种新型可编程控制终端，是新一代高科技人机界面（国外称为&HMI&或&MMI&）产品，它是替代传统控制面板和键盘的智能化操作显示器。可用于参数设置、数据显示、以曲线、动画等形式描绘自动化控制过程，并可简化&PLC&的控制程序。&具有体积小、&连线简单化、&防尘、抗震&、防水、防电磁&等特点。
　　PLC是一种可编程控制器，有着运算速度高、指令丰富、功能强大、可靠性高、使用方便、编程灵活、抗干扰能力强等特点。近几年，随着科学技术的不断进步，各行业对其生产设备和系统的自动化程度要求越来越高，采用现代自动化控制技术对减轻劳动强度、优化生产工艺、提高劳动生产率和降低生产成本起着很重要的作用。
2、PLC－触摸屏的应用领域
　　*&传统的产业设备和机械的自动控制；
　　*&中小型过程控制系统；
　　*&远程维护服务系统；
　　*&节能监视控制系统；
3、基于PLC控制与触摸屏的具体解决方案
　　3.1&&城市(工厂)污水处理自动化控制系统解决方案
　　3.1.1&&系统概述
　　该污水处理工程自动化系统的下位控制站采用上位机、PLC和现场总线功能为一体的最新智能化控制器作为主控装置，还配有继电器、接触器、智能化热继电器、电量变送器等装置，完成工艺设备的保护和控制、流程数据采集和控制功能等。另外，系统中还包括在线水质分析仪表、变送器、调节阀、电磁阀、各种泵及风机等。
　　3.1.2&&系统主要控制功能
　　*&自动排油控制：污水进入隔油池后，控制器根据水温自动打开蒸汽阀给污水加热，使水温达到设定温度，启动浮油机工作。吸走水面浮油，达到排油目的；
　　*&集水池潜水泵控制：污水进入集水池后，根据水位启停潜水泵，将污水送至一级气浮池；
　　*&混凝加药泵控制：根据潜水泵的启停控制混凝加药泵的启停；
　　*&加碱及PH值控制：根据检测的PH值自动调节加碱量，使中和后的PH值控制在6~9；
　　*&回流泵控制：根据潜水泵的启停控制回流泵的启停；
　　*&风机的控制：根据氧化池含氧量测定，自动控制风机的启停；
　　*&一、二沉淀池自动定时排泥控制；
　　*&滤池定时反冲洗控制。
　　3.1.3&&系统特点
　　*&基于Windows&NT/2000/XP平台，采用面向对象的技术和方法进行系统设计和软件实现；
　　*&开放性强，遵循ODBC、COM/DCOM、Active&X、IEC-1131-3等国际标准；
　　*&能跟据用户需求整合WINCC、IFIX、FIX32、RSVIEW、INTOUCH、阻态王等阻态软件；
　　*&系统界面直观，具有完善的浏览功能；
　　*&系统功能齐全、技术先进、操作简单、维护量少；
　　*&丰富方便的扩展能力，能方便地基于现有系统进行扩展；
　　*&系统提供形式丰富地报表，位统计和决策提供依据。
　　3.1.4&&系统指标
　　*&数据刷新1s；
　　*&事件顺序分辨率&2ms；
　　*&控制命令响应时间≤1s；
　　*&调画面响应时间&1s。
　　3.1.5&&系统组成原理图&
620)this.style.width=620;">
　　3.1.6&&系统主要硬件配置
　　系统硬件由可编程控制器（含数字量输入/输出模块、模拟量输入模块），WPLC-C无线透传终端，上位机，变频器、传感器及若干电器元件组成。
　　（1）PLC：选用SIEMENS公司的S7-400系列（配数字扩展输入/输出模块、模拟输入模块）
　　（2）变频器：采用DAFOSS公司VLT系列；据PLC发送过来的数据（PH值、曝气含氧量、水箱液位、流量计等模拟信号，水泵运行、电动阀门开、故障报警等为数字信号）值调节设备的运行，并将其内部运行参数反馈到PLC及上位机。
　　（3）上位机：可作为工程师站对PLC和组态软件进行编程，操作员站可以监控系统的运行。上位机选用的是研宏YH-MB945VEA.&
　　3.2&&基于触摸屏结合PLC在空调送风系统中的节能应用
　　3.2.1&&系统概述
　　通过触摸屏和PLC结合使用，可以在触摸屏中直接设定目标值（压力及温度等），通过PLC与实际值（传感器的测量值）进行比较运算，直接向变频节能系统发出运算指令（模拟信号），调节变频器的输出频率。通过调节送风电机的转速，实现节能的目的。
　　3.2.2&&系统原理图&
620)this.style.width=620;">
　　3.2.3&&系统主要硬件组成
　　系统硬件由可编程控制器（含数字量输入/输出模块、模拟量输入模块）、触摸屏一台、变频器、传感器及若干电器元件组成。各部分说明如下：
　　(1)&PLC：选用SIEMENS公司的S7-200系列CPU224（配数字量输入/输出模块、模拟量输入模块）。通过接收开关量、模拟量输入经处理后输出开关量、模拟量去控制继电器的动作，同时与触摸屏进行实时通讯，为触摸屏的显示提供数据，并对于触摸屏发出的信息进行处理等。
　　(2)&触摸屏采用PROFACE公司的GP2301。实现人机对话，与PLC系统进行数据传送和交换，将设定参数写入PLC，也可将PLC、传感器及变频器内部参数读入触摸屏，实现了模拟量、数字量的实时监控，目标值的设定以及报警记录等。
　　(3)&变频器：采用SIEMENS公司440系列，通过USS4协议可由触摸屏通过PLC设置其内部参数，根据PLC发送过来的数据（模拟量）值调节水泵或风机的转速，并将其内部运行参数反馈到PLC及触摸屏。
　　(4)&压力、温度等传感器：将被控制系统（水系统或风系统）的实际参数值转变成电信号上传至PLC和触摸屏。
　　(5)&电气元件：给PLC、触摸屏、变频器及传感器等供电，完成各种操作及驱动等。
　　3.2.4&&系统特点
　　在变频节能系统中采用触摸屏作为人机交互工具，简单直观，便于操作。减少系统的电力消耗的前提下，减少了企业的用电费用。减轻了空调系统的高耗能对电网系统的压力。这种结合必将更多的应用在未来的各种生产系统中，并成为自动化控制发展的一个亮点。
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基于PLC的智能温湿度控制系统
基于PLC的智能温湿度监控系统设计摘要????????????????????????????1第一章 前言????????????????????????11.1研究背景???????????????????????????1.2研究的意义???????????????????????11.3国内外温室环境控制技术的研究现状??????????1. 3. 1国外研究现状???????????????????1. 3. 2国内研究现状????????????????????1.4温室环境测控技术的发展趋势???????????????1.5本系统研究方案?????????????????????1.6研究内容与方法?????????????????????1. 6. 1研究的内容????????????????????1. 6. 2拟解决的关键问题??????????????????第二章 智能温室控制算法的研究????????????????
2.1温室环境的主要特点??????????????????
2.2智能温室控制系统的数学模型?????????????2. 2. 1智能温室控制对象微分方程?????????????第三章 系统总体结构与硬件设施???????????????
3.1 系统总体结构???????????????????3. 1. 1控制系统设计目标??????????????3. 1. 2控制模式??????????????????3. 2系统的硬件组成?????????????????3. 2. 1信息采集系统的元件设计??????????????3. 2. 2执行机构系统设计??????????????3. 2. 3下位机 PLC的选取和设置?????????3. 2. 4 PLC的发展趋势??????????????第四章 基于PLC的智能温室控制系统软件的设计??????
4. 1系统的控制软件的设计??????????????4. 1. 1控制系统软件设计要求??????????????基于PLC的智能温湿度监控系统设计4. 1. 2控制系统软件设计????????????4. 1. 3温室温湿度PID控制软件设计??????第五章 系统安装与调试????????????????5. 1控制系统硬件的安装????????????5. 2智能温室控制系统的调试??????????5. 2. 1初次运行时的操作??????????5. 2. 2电控箱使用中的一般故障和排除方法?? 结束语??????????????????????? 引文出处及参考文献??????????????? 致谢????????????????????????? 附1PLC控制温湿度程序??????????????基于PLC的智能温湿度监控系统设计
摘要因为温室环境系统是一个滞后繁杂、线性系数低、稳定性差的综合性复杂系统，很难成立精准的系统数学模型，要想获得合适的静、动态性能采用常规的控制方法很难实现。PLC、高清显示器和温湿度集成传感器等器件构成了本次控制系统的硬件，用来完成温室内部环境湿度、温度等室内环境易变参数的实时检测与智能调控温室内多向天窗、电热炉丝、滴灌水泵、多功能干燥器开闭的驱动，内外遮阳网驱动，湿帘水泵，环流风机等执行设备的控制。智能温室的软件设计包括计算机远程监控软件和下位机PLC用户软件。上位机监控软件的编制采用PC机通过与多台PLC的通信，可以实现远距离温室内部环境监控、温室环境参数实时与历史保留数据的显示以及数据的保留，实也可以实现设定控制参数的在线修改，完成了温室内环境的实时监控。下位机系统软件则选用日本中文版的STEP7V5.5编程软件来实现研发。在本次设计中我们引进了高度集成的SHT11温湿度传感器，它把温度、湿度传感器，以及PID控制电路，I2总线很好的集成在一起，即节省的空间也减少了控制系统的误差，况且SHT11传感器进行温湿度动态监测的系统具有体积小、精度高、接口简单、成本低等优点。在智能大棚投入市场运作该系统后，将会为作物的成长缔造了良好的环境，也会很好地达到智能调节各个环境因子的目的。该温室系统选择了变频技术来实现降低温室温度的目的，而且这样也节约了水资源和降低了功耗。该温室控制系统运作稳定可靠、适应性强、操作单一、性价比高;而且具有杰出的监控组态界面，而且可以实现长途无线调控。不仅适应了当前农业现代化的需要，而且适用范围广，其带来的经济效益也很好。关键词:智能温室，可编程控制器，PID控制，温湿度传感器，组态监控
基于PLC的智能温湿度监控系统设计ABSTRACTIn this paper the development of the intelligent greenhouse inside and outside, the greenhouse control system requirements designed. By analyzing the external environment change and greenhouse actuator take corresponding action to change the environment factor, the influence of greenhouse control system design will be applied to the programmable control technology, simulation technology and sensor technology and other advanced science and technology, to study and develop the intelligent greenhouse control system based on PLC.Due to the complexity of greenhouse environment system is a lag, nonlinear, time-varying system, it is difficult to establish accurate mathematical model of the system, in order to get satisfactory static and dynamic performance of the conventional control method is difficult to achieve. This paper attached to the characteristics of complex difficult to control the greenhouse environment, this paper puts forward a series of parameters self-tuning the design scheme of the automatic control of temperature and humidity, and has carried on the simulation through MatlabR2007 software, better realize the intelligent greenhousetemperature and humidity of the four seasons ideal goal of intelligent control.Part design of the control system hardware is mainly composed of PLC, high-definition monitors and integrated temperature and humidity sensor, etc., used to complete the greenhouse internal environment humidity, temperature, indoor environment variable parameters, such as real time detection and intelligent control in greenhouse skylight, electrothermal furnace silk garment, drip irrigation pumps, multi-function dryer open and close the drive, internal and external sun-shade net drive, wet curtain pump, circulation fan, execute equipment control. Intelligent greenhouse software including PC remote monitoring software and the canopy user software of singlechip processor system. PC monitoring software of the PC with more than one PLC communication, can realize remote inside the greenhouse environment monitoring, greenhouse environmental parameters in real time and are reserved to the historical data display and data, real can also achieve set control parameters on-linemodification, completed the real-time monitoring for environment in greenhouse. A machine system software adopts Japanese STEP7V5. 5 Chinese version programming software to achieve development. We introduced in the design of highly integrated sensor SHT11 temperature and humidity, it makes the temperature, humidity sensors, and the PID control circuit, I2 bus good together, namely save space is to reduce the error of the control基于PLC的智能温湿度监控系统设计system, and SHT11 temperature and humidity for real-time monitoringsystem with high precision, low cost, small volume, simple interface, etc.In intelligent greenhouse in market operation, after the systemwill create a good environment for the growth of crops, also can well realize the intelligent control of various environmental factors ingreenhouse. In order to achieve the goal of water saving, energy saving, the system USES the frequency conversion technology to realize theautomatic adjustment of cooling. The greenhouse control system is stable and reliable performance, strong adaptability to environment, simple operation and strong practicability. Good configuration and monitoring interface, and can realize remote wireless control. Not only adapt to the need of agricultural modernization, and applicability is wide and its economic benefit is very good also.Keywords: intelligent greenhouse, programmable controller, PIDcontrol, temperature and humidity sensor, the configuration monitor
基于PLC的智能温湿度监控系统设计
前言逐渐发展起来的智能温室控制系统是一种资源节约型高效设施农业技术，它是依赖与外界正常光照温室的基础上，结合现代化自动控制原理、智能远程传感技术等高科技手段发展起来的。自上世纪90年代以来，我国上层农业技术人员在出国学习西方国家发达的高科技智能温室生产技术的基础上，对温室湿度、温度、光照和C02浓度等环境因子控制技术的研究，自组开发并研制了我国自己的智能温室控制系统。
1. 1研究背景1、1995年山东省潍坊市于在潍坊职业学院农作物种植基地一一潍禾示范农场，创办了我国第一个现代化温室，该温室引进了以色列智能温室控制技术，用于种植“名、优、特”花卉及高经济绿色价值蔬菜，不仅成为潍坊市高科技设施农业榜样，而且成为高新技术的辐射源和全国农业信息的集散地、生产技术的源产地 (如寿光蔬菜、青州花卉)，并受到包括吴仪等在内各级领导的参观。2,“工厂化农业技术研究与示范现代大型温室标准化栽培技术体系研究与产业化示范”被列为国家重点科技攻关项目并成功结题。为了加大力度推广智能温室技术，国家农委强调要让智能大棚示范工程走进每一个地区。因此，智能温室环境控制技术有巨大的潜在市场价值和科研开发前景。
1. 2研究的意义1、近两年来，各级领导以及政府相关人员高度重视我们这个本来就优先发展农业的国家的农业发展，当前我们国家立足的基本国策是每年增加8亿农民收入，我们一直追求的目标是农业现代化发展，这其中的一个重要方面就是基于自动化技术和计算机的智能温室大棚。2、温室园艺发展较早的以色列，其国家土地总面积中的百分之六十为丘陵和沙漠，而且干旱少雨，淡水资源人均占有量仅相当于我国的1/8。但农产品出口量居然达到全国的5%。虽然作为全国蔬菜花卉的核心地区但是与潍坊地区相比还存在很大的差距，因此，现代化的、高效的智能温室工程生产技术需加大力度进行推广使用尤其要重点研究国产化、自动化的控制系统。3、国家“十五”科技攻关重点内容“工厂化农业关键技术研究与示范”尽管已经结题。但是为了推广温室技术，国家农委强调的是要让示范智能化温室大棚走进每一个地区，但是由于我国国土面积大每一个地区的环境条件都不一样，因而导致其基本理论控制模型和上下位机控制程序和算法都不可能一样，因此，我们需要努力解决当前我们面临的很多智能温室控制系统技术问题，这不仅是为了响应上级的号召和指示，也是为了进一步推进我过农业的发展。4,潍坊市虽然在1995年引进了以色列智能温室控制技术，但是其中的计算机控制系统依然依靠国外进口，国外继续掌握核心技术，而且多年实践证明，由于水质、地域、气候乃至资源的巨大差异，引进的温室智能控制系统，并不能很基于PLC的智能温湿度监控系统设计好的适应于本地区的环境情况，继而导致引进的先进设备没有充分发挥本身的作用，最终也就使得该难以维护，成本高，效益低的控制系统难以继续推广。5、智能大棚温室控制系统的设计，其运行工作模式符合国内当前智能温室发展趋势和科研要求，摈弃了以前引进技术的诸多弊端，并大大缩减了设计和科研经费，也为我国智能温室发展提供了科研攻关的机会。6、该智能温室的先进控制模式适合本地区情况的，综合考虑经济效益和产量、环境控制、植物生长、节能等多方面因素，在很大程度上为本地区的农业和种植业的快速发展起到了带头模范作用。7、要实现农业生产的准确管理很大程度上依赖于智能温室控制系统的发展。实时监测温室内空气湿度、空气温度、土壤湿度、土壤温度值都是通过控制器来实现的，这样使得用户可以更准确、更可靠的对作物生长环境监测，基本完全脱离了普通简单湿度、温度计测量。这样用户可以通过这些实时监测手段及时准确地了解情况，继而完成相关设备的调节，很大程度上避免了监测滞后和监测误差带来的经济损失。8、智能温室是在农业生产中引入并实现自动化技术，这不仅为农业科研活动提供了实验室还提供了有利的科学手段。试验中通过参数的设置及实时自动数据的记录，帮助农业工作者认真完成相关智能温室科学研究，为了解不同生长环境条件对农作物的正常生长、果实品质影响及培养方法的改进，在很多方面都提供了简便、高效、准确的手段。因此，研究该课题具有很大的现实意义和深厚的理论意义以及它带来的重大的经济效益。
1. 3国内外大型温室环境智能控制技术的科学研究现状1. 3. 1国外研究现状西方发达国家如荷兰、美国、以色列、加拿大、英国、日本等他们在现代温室智能控制技术起步比较早，早已都大力发展集约型的温室产业，智能温室内的湿度、温度、C02浓度、光照度、水以及营养液等早已全面实现计算机调控。1、荷兰园艺温室发展较早，早在1974年研制出首例计算机控制系统“CECS”，成功开发了一套完整的计算机硬件、软件，基本上实现了温室施肥、供水和环境自动化控制。而且他们的成套全自动化温室设备在国内外市场上都享有很高的技术声誉。2、1949年美国在借助于工程技术的发展条件下，建成了当时世界上第一个人工植物气候室，并开展了植物对自然环境的抗御能力和适应性的基础及应用的科学研究。等到20世纪60年代，批量生产型的高级温室控制系统开始应用于全国的农业生产。3、植物生理生态监测仪是由以色列科研人员开发的，它是一种它可以监测植物果实大小、株高、茎直径、叶片大小与厚薄、叶温、茎流量、叶片附近C02浓度、湿度等，24小时实时工作，每隔一个固定周期就会采集一次环境数据，并把得到的数据实时发送到对相应环境气候进行控制的上位PC机上。4、当前，英国的温室控制系统大都采用计算机管理，它主要控制湿度、温度、通风、营养液供给、C02施肥及EC值、pH值等。而伦敦大学农学院开发研制的计算机远程遥控技术，不仅可以观测50km以外温室内的湿度、温度、PH值基于PLC的智能温湿度监控系统设计等环境状况，并可以进行遥控改善。为保证C02气体浓度在温室内均匀分布，温室中通常都安装多角度通风机，搅动温室内空气使得C02浓度基本保持一致。5、在加拿大，一种计算机温室辅助管理软件 (HGM)已经开始使用，不仅帮助生产者来提高温室的环境整体管理水平，同时也判断和解决病虫害等问题。HGM是将生产过程中实时采集的数据同标准数据库中的资料数据进行对比和分析，由分析结果来进行对作物的生长状态的判断，通过这种实时的改进和控制进而通过系统将环境调整到最佳状态。因此这不但降低了农业工作者生产成本，重要的还可以大大缩减农药的使用量，很好的达到了利用非化学方法来控制病虫害的效果。6、日本农业对多地点分散的大中型农牧场也是通过异地监控与管理网络技术来实现的。通过网络实时更新数据不仅可以向用户提供气象信息、市场信息、专家策略，还可以通过无线设备从远程启动设备，来对环境进行调控。总之，国外的智能温室技术产业发展早，而且经济效益相对比较高。随着微型计算机不断推陈出新的进步和大幅度价格的下降，以及对温室控制技术精度要求的提高，以微型计算机为核心的智能温室综合环境控制系统，在欧美得到了长期的发展，并已经迈入了智能化，网络化阶段。
1.3.2 国内研究现状1、早从20世纪70年代开始，我国的农业科学工程技术人员就己经着手开始学习和借鉴国际上的先进农业发展设施的技术经验，并致力于智能温室工程的学习研究与开发等工作，并逐渐地从国际上引进了大量的智能温室。引进的智能温室与我国传统大棚温室相比较，其立体空间大，更便于进行机械化作业，资源利用率与生产率都是比较高，为我国温室的发展提供了榜样作用。但这些温室也难免存在着很多不足和欠缺之处。2, 1995年建成的潍禾示范农场隶属于潍坊职业学院，这是中国第一次与以色列合作建立的商业示范农场。在该项目一期工程中总投资金额达到215万美元，全套技术和设备都是引进以色列的，建成了以色列现代化蔬菜温室、玫瑰温室、花卉以及蔬菜种苗加工厂，引进了一条完整的花卉、果蔬脱水漂染生产线。农场全部控制路线都是自动化控制，其技术指标均在以色列国内自己的农场平均技术水平的40%以上。自从农场正式投入使用以来，已经为社会提供优良种苗5000多万株;加工蔬菜、果品千余吨并且全部出口，而去部分产品已经上网销售，对当地农业生产和经济起到了极大的带动、辐射、吸纳作用，不仅成为潍坊市集约化设施农业的样板，而且成为了农业生产技术和信息的集散地也是高新技术的辐射源。3, 90年代中后期开始，我国高校已经着手研制自己的温室控制系统了；1996年，北京农业大学首次研制成功了“wJc一型实验温室环境监控计算机管理系统”，但是该系统属于小型非立体式数据采集及控制系统；江苏工学院的毛罕平教授研发的“温室环境测控系统”，主要应用于无土栽培的实验温室环境，造价相对较高，而且处于实验性阶段；吉林工业大学自动控制学院研制成功的应用于温室的全智能可调喷水控制器，能够时刻根据温室内的湿度、温度和光照强度来自动调节喷水量和喷水速度；自1997年以来，中国农业大学在控制温室环境的全自动控制技术领域也取得了相对不错的成果；除此之外还有许多国内高等院校、科研学院都在不断进行温室控制系统完善和长远发展，并且许多农牧业单位都己建立起相对完善的或将要建起智能温室控制的总体框架。基于PLC的智能温湿度监控系统设计4、至2005年以来，就大范围出现了设计并生产智能日光温室的公司，当前国内相对有影响力的设计公司有:“北京奥托精密科技发展有限公司、青岛蓝天日光温室有限公司、上海都市绿色工程有限公司、上海华飞智能温室工程有限公司”等，这些公司的智能温室技术产品型号繁多，但一般都是采用的控制系统都是单片机嵌入式的测控系统，这就导致后期形成的是单片机控制系统，继而人机界面显示不是很友好，这就使得非专业人员使用起来会有困难，使得系统难以操控，这就导致系统的自动控制模式很多情况下处于闲置状态，很大程度上造成了资源的浪费。以上技术产品还没有完全普及到我国现有的1000万亩农村传统智能温室的控制系统改造工程。因为传统的方法中，人们主要还是采用湿度计、温度计来采集湿度值和温度值，再通过人工操作加湿、加热、降温和通风来控制温湿度的。因此，以上产品的继续推广使用价值仍然不是很大。总而言之，同国外先进发展水平相比，由于我国对于智能温室控制系统的研究起步比较晚，综合环境控制系统技术的研究刚刚走上正轨，目前还停留在对单个或者几个环境变量的控制调控的技术发展阶段，但实际上，温室内的温度、光照度、C02浓度、湿度等环境可变因素，都是在相互制约、相互影响的状态中对来影响作物的生长的，周围环境要素的时间变化、空间变化都会很复杂。因此，我们应该依附与我国的农业发展状况的国情开发研制出完全适合我国相对落后的农业发展的智能温室控制系统，并加强其在农业设施中的推广。
1. 4温室环境智能控制技术的发展趋势当前智能温室控制系统已经作为资源节约型的高效农业科学技术，在计算机智能控制下，创造出适宜于农作物生长的自然环境，实现了高效、优质、低耗的工业自动化化规模生产。目前要提高自动控制系统的性能除了依靠硬件系统以外，软件中的控制算法也不可或缺。只有在软件控制中采用合理的控制语言，才能使温室环境的各项参数达到最优的最高效的控制效果，才能使智能温室控制系统达到目前国外智能化的发展水平。
1. 5本系统研究方案根据我国温室长期发展状况和以后的发展前景，提出了系统的研究方案:1、硬件系统的组成上位机采用计算机和下位机采用日本西门子S7-300型可编程逻辑控制器组成均匀分布式智能温室控制系统的硬件组成部分，采用两级监控系统。上级控制系统主要负责对智能温室进行参数的设定和监控。下级是基于PLC的多功能智能控制单元，主要负责温室多样化参数的采集以及系统逻辑运算的进行，并对相应的调控设备进行实时控制。PLC在工业控制中已经应用多年，它属于大批量生产的集成产品，其在生产、应用、调试、服务等方面都有一套成熟的标准，所以产品的质量可靠、性能稳定、价格相对合理、可靠性高。系统中采用PLC作为下位机成本虽然比单片机提高，但要考虑到系统稳定性和可维护性等多样因素，采用技术成熟的PLC比单片机具有更高的性价比。而且当上位机发生故障时，作为下位机的PLC控制器依然可以自行实现数据的采集、实时显示和输出等控制功能，不会影响智能温室的自动运行。基于PLC的智能温湿度监控系统设计2、系统软件的编制智能温室自动控制系统软件包括上位机指令发送软件和下位机系统操作软件。上位指令发送软件编制采用的是组态王6. 02。下位机系操作统软件则采用日本西门子STEP7V5.5中文版的编程软件来开发。系统软件不仅可以完成下位机之间和上位机之间的通信，而且可以用来满足用户对智能温室环境数据的实时查询和监测。尽可能的满足界面友好、操作简单、通用性好和适应性强的软件开发原则。为智能系统多功能的扩充和下一步开发留下接口。
1. 6研究内容与方法1. 6. 1研究的内容
1、根据外界环境对农作物生长的影响因素，来选择农作物适宜生活条件的智能温室控制系统、实时自动检测系统的两部分。自动控制系统包括: 湿度、温度、土壤水分的传感器与变送器。智能温室控制系统包括: 喷灌滴灌控制系统、湿帘压差降温通风机系统，节能加温电热炉丝、多角度干燥器开闭驱动等。2、根据温室检测和系统控制对象，采用PID控制方法来建立温室温湿度的数据控制系统的数学模型，再使用MATLAB工具对其进行仿真模拟测试。3、学习与引进、研制并开发基于PLC的智能温室控制系统。4、开发基于组态软件的智能温室监控界面。
1.6.2拟解决的关键问题1、采用PID控制电路方法建立温室温湿度参数控制系统的数学模型。2、室内湿度、温度等环境条件的自动实时检测和控制技术。3、不断的开建监管功能完整、运动本钱小、不动性不错、可依赖性行和扩大性的智力大棚非人为体系的硬软件整套。基于PLC的智能温湿度监控系统设计
基于PLC的智能温湿度监控系统设计第二章
智能温室控制系统算法的研究2. 1 智能温室环境的主要特点电脑支配体系掌管的智能大棚氛围看作支配目标，富有以下特色:1、非线性体系。温室里面的环境条件下，在热平衡状态。不确定性，随机因素造成了很大困难，面临很多的精确建模。2、系统的参数分布。由于温室的平面面积比较大，这就导致温室内部众多环境因子的数据的分布很难达到均匀。如温度，温室内温度不一致，且温度一般低于中等温度，相同的顶部和底部的温度值也有一定的差异，且其值的大小很大程度上依赖于空间的位置和气流的方向以及作物长势等各种因素，这就导致温室中的环境变化是非常缓慢的。3、时变系统。生长周期的不同阶段的作物，它的热容量，热吸收的光合能力是不同的。于是，智能大棚体系是种环境数字伴随空间和时间改变的时变整体。4、延时系统。当外界对环境施加任何作用时，智能温室系统并不能立即有响应的变化，系统需要经过一段时间的反应和延迟之后才有相应的动作。如智能大棚气温提高整体中，对大棚体系增加热提高温度，所生的热度流到大棚里每个部位，这是要求经由不短的时间，此温度会抬高。5、多参数变量藕合系统。这个高科技大棚支配体系是个输出/入不少的整体，体系中数值变化两者中也不是整个单独的，子分区的操纵来路是两者融合一起的。当对系统任一变动参数采取措施进行动态控制时，都会对其它目标的值产生相对影响。按上面所说，高科技大棚的体系的情况是个不是一般纠结的大整体，创立十足的不错的支配体系样子是不容易完现。但在现实中对环境的作物是不准确的，但相对模糊区间，如周围环境的温度和湿度的作物的要求，只要有合适的环境温度和湿度的控制范围内的时候，你可以，庄稼才能长得好，也就是说，智能温室是精确控制各种环境参数没有很大的需要。高科技大棚环境控制系统中湿度和温度因子是最重要的两个可变环境因素。对于湿度、温度的调控可以采用传统的比例积分微分方法来控制，这种方法即简单又便于实现控制，但是当对系统给出参数进行整定时比较困难，一套不错的体系数值仅仅在不大的体系支配圈中才有不错的支配成果，就致使PID支配这一种支配目标的奴役成果不怎么很成功。最近几年产生的非静太含糊掌管理论让节制体系没必要很精准的知道受支配的东西的状况，它含有以下强点：上增时间不慢、超级调节不大、非静态反应不错等，此整体在农工业非人工生产流程掌管等很大范围中有了不错的利用。并且获得了用户不错的评价。2.
2 智能温室控制系统的数学模型由理论分析的数学描述方法可以大体了解对象动态特性，也可以说是依附与物质运动的内在基本规律，进而可以得出典型的对象动态特性的微分方程式，也即是被控对象的理论数学模型。2. 2. 1智能温室控制对象的微分方程在智能温室自动控制系统中最关键的可变因子就是温度的控制，而温度控制又仅要控制夏天温度，而且冬季采用锅炉加热使温度保持在20至30摄氏度之间。基于PLC的智能温湿度监控系统设计温度控制是大气系统的重要组成部分，是温室，它是通过多个温度传感器提供的检测室内空气的室内温度参数，并将此参数传递给下位机可编程逻辑控制器的数字输入模块进行运算和放大，再发送到PLC的CPU，由PLC发出相应控制信号，来控制相应的执行机构执行改善措施，以满足智能温室温度控制的要求。
系统的总体结构与硬件设施
系统总体结构3.1.1 温室控制系统的设计目标智能温室控制系统是基于室内和室外的温度传感器，湿度传感器，安装二氧化碳传感器，室外气象站，日光温室周围的室内和室外的湿度，温度，二氧化碳浓度传感器采集环境参数，对光的强度和其他信息，通过通风窗，智能温室大棚保温控制机构，喷灌，遮阳网，驱动/执行器的控制，经过对大棚情况天气和喂肥实施调理把持以到达培植的农植物成长的要求，进一步为农植物的成长发展供给最不错的情况，这可以大大提高作物产量及其单位质量。总体结构图如下图3-1所示
3. 1. 2控制模式大棚体系种用非人工和人手动一起挑换调节的两个方法完成对高科技大棚的气候的转变，于是可以增加配置活动的依赖性。运行过程中可以通过按钮来对这两种控制方式进行时刻切换。基于PLC的智能温湿度监控系统设计1、手动系统控制模式人手支配体系简单靠得住，由触摸装置、级电子器、局限位置开关、按钮等电子小件构成。2、自动系统控制模式在设计中系统采用计算机自动控制理论，通过周边传感器对环境参数的实时监测，并由上位机对其设定上限值和下限值，当检测到某参数超过系统设定值时，将执行系统自动停止供电和断电信号驱动的设备，使温室环境参数控制在设定的范围内。其运行成本相对较低，不仅可以大大节约劳动力，而且降低劳动者的劳动强度。3. 2 系统的硬件组成使完现高科技大棚数值的实际情况监管控制，课程展现创建“大棚情况支配数值的不短的时间在网电脑非人工支配整体”。实现了温室内湿度、温度等参数的长期实时监测。实时显示智能温室的温度和湿度参数，根据冷却风扇，需要顶板，侧窗，湿帘，风机及内、外遮阳网和其他设备进行自动控制。使用电脑作为主机的计算机安装与组态王软件，可以实时的数据显示，很好的收集，记录，温室数据库自动生成，实现了自动建立与远程控制设备的大棚实现。保证体系的运动可靠的住，大棚装置支配用人手运作和非人工转换方样，就是在其妨碍环境下体系将非人工转换成人手运动样子，使用变通便利。系统的硬件结构图如下图3-2所示
图3-23.2.1 信息采集系统的元件设计1、温湿度传感器的选择SHT11是瑞士Scnsirion公司发行的一个数值排出式气温湿度脚感芯片。该芯片被广泛应用于消费电子，汽车，空调自动控制，温暖的地方。其主要特点如下：
基于PLC的智能温湿度监控系统设计◆丈量精确度不低，因为一起合成气温湿度触感器，供给温度弥补的湿度测量数值和不低的质量的出点估计功效；◆衡量精确并且能编辑调控，里面装置的A／D挑换器(分辨率为8～12位，不妨经芯片里面的寄存器编辑来抉择分辨率)；◆供应I2总线一串串的联口DATA和SCK、匹配CRC传递检测、接口单一、拥有不低的传递依赖性；◆集合度不低，湿度和气温感应和测量、A／D挑换、标记转换和增热器功能集中到单独芯片上；◆拼装尺寸一点不大(7.62 mm×5.08mm×2.5 mm)，衡量和通讯停止以后，体系非人工转换为睡觉形式，因此降低功率消耗；SHT11的里面的布局和运动原因气温和湿度接触器SHT11把气温和温度感应和测量、A／D挑换、标记转换和整热器等多种优点集中在单独的芯片上，里面的构造如下。这个芯片有一个电子融合集合体湿度敏锐小件和一个不怎么宽原料造成的温度敏度东西。两个敏锐的东西一一将湿度和气温改变成电子标记，这个电子标记开始流进信号扩大机器把集中到的薄弱电子号实施直线扩大；然后再把数据送给内部的14位A／D转换器进行模数装换；最后经过I2串行总线数字接口输出数字信号。个个SHT11触感器出来之前，都会在保持一定的温度湿度情况中完成检测的，修改储存器中有修改数值；在工作过程中的传感器信号，自动校准传感器的校准系数。别的，SHT11触感器里面还合成一个增热小件，增热小件连通电之后，SHT11的测量最低值温度提高大约5℃，与此体系自己功率消耗也有所提高。此功能主要是比较前和加热后的温度和湿度，可以测量的综合性能检查两个传感器元件。在不低的湿度(&95％RH)的情况下，增热触感器拥有防止触感器揭露的功用，与此也减小回应的时间，增加丈量的精确。已增热的SHT11触感器温度抬高，招致一点湿度减少，对比加热前，这对检测数值造成微小的影响。
SHT11传感器的应用设计此感触器的微整理器用气温和湿度触感器的心片SHT11和I2总线一串串数值联口进行连接，以示硬件电路策划单一；然而，通信协议是芯片制造商的定义，所以在软件设计中，模拟通道通用I / O处理器。I2总线数字一串串联口来对SHT11触感器进行数值检测，使得硬件连口电路非常的轻易清楚。必须注重的点是：保卫触感器，DATA数值线要求外部连接一个上面电阻，SHT11和微整理器之间的同时通讯，用时钟线SCK连接，因为联口包括彻底的非动态逻辑，因此触感器对SCK最小的率就没有必要了；在实际应用中，运动电压超过4.5V，SCK的无上的基于PLC的智能温湿度监控系统设计频率到达10MHz，但是触感器运动电压小于4.5V时，SCK最大频率减少到1MHz。硬件连接如上图所示。（SHT11的内部系统程序见附录程序清单）3.2.2执行机构系统设计1、显示机构LED 支配体系拥有处理种种的外面标志其中包含接到和改变，并且用一段时间顺序和方法把标志展现在LED展现屏幕里面。它的支配体系是LED展现屏幕中的深刻意义的构成部分，它的展现功能和能实现的功效，直接代表了这个展现屏幕产品的性质功能性质。（1）从系统的控制方式，该系统的控制电路可以分为集中式和分布式两个：分开的支配体系是指展现屏幕种个个单位拥有本身的单独支配整体，每一个展现单位的只有联合的数值暗记与外面的一块的记号，但是无一快的独特的支配的及时基础的记号，用这种方法，只要求解决一个单位的信息含量，他的信息含量、运动时钟的率都较小，支配体系的构建也很单一，支配电线数值数量不多，支配的距离一般不小，在同一时间完成调试生产过程中的单元在整个屏幕上。其结构形式大多半移动式结构，但采用这种方式时，组件的高成本。集中控制系统是一个LED显示只有一个控制系统的指令，每个显示单元具有一个数据信号，同步信号和控制时间基信号。用这个方法，要求处置的整个屏幕的信息含量不小，运行时钟率不小，支配体系的建构较不简单，然而容易经管，体系可靠得住，本钱也不高。（2）从实时显示可分为同步和异步显示两个：同步显示模式指的是LED显示屏可同时在CRT上显示的计算机信息，该LED显示器作为计算机外部大显示器。异步显示模式是用来显示系统的单片机控制。在实时信息显示的要求不高，单片机通过串行口通过一定的通信协议，接收来自计算机的串行端口，信号处理后，根据一定的规则将数据发送到屏幕显示。这种展现屏幕的功用很简单，仅仅用于容易的字图展现。（3）从显示的影响可分为非灰度显示多灰度显示两个：没有灰色度显示是指每个像素的LED显示在两个国家只亮不亮，照明全屏幕刷新时间。多的灰色度的等级展现在LED屏中，里面的每一个素点的光度是可以支配的，如16个等级灰色度是每一个点的光度从暗到亮划分16个等级。显然无灰度级显示屏只适用于显示文字或简单的图形，而多灰度级的显示屏就能显示丰富多彩的画面。2系统总体设计图，可以看出，执行系统包括天窗，湿帘降温系统，风扇，内外网的开启和关闭，侧窗系统等。(1) 湿帘降温水循环控制系统湿帘水循环降温系统的机构组成: 湿帘水泵、风扇、湿帘和附件。降温可以通过用因为水的蒸发可以吸热度这一理论来实现。在大棚的北面安置含有水分的窗帘，同时在南面安装电风扇。当温度过高时，启动排风扇将温室内的高温空气强制排出，使温室内形成负压，此时湿帘水泵工作将低温水打到湿帘墙上，当室外空气吸入温室过程中压力低，与相对速度通过水隙湿帘，从而在温室的温度和水分蒸发的调解，当冷空气流经温室，吸收热量，排气扇排气，从而降低温室温度的目的。&1&湿帘水泵基于PLC的智能温湿度监控系统设计湿帘泵采用玉门县兴隆电器厂专业从事湿帘泵的专业生产，塑料外壳和金属结合噪声低，重量轻，耐用等特点。电压:采用三相380V/50HZ，功率为0. 75KW。&2& “排湿膜加湿器”“湿膜加湿器”结构的放电图3-13所示，安装要求如下
W一表冷器有效宽度(mm)
H-表冷器有效高度(mm)D一湿膜材料厚度〔mm)
F一加湿器厚度〔mm)①?? 安置Dmm厚的排湿膜增湿器的制冷器，冷确器后面必须有预先留有一空白段，空白段的长度最好大于(D+150)mm。②安有Dmm厚度的拍湿膜增湿器的制冷器，在其的底部，必须有用于接水的盘子，在接水盘的里面存留充足的地方安装增湿的装置。③在直排湿膜加湿器应保证垂直安装，不可大于5度的倾斜角。④该站点必须提供220V／50Hz电源插座三芯和DN15水管，水和电力供应必须安装在一个加湿器控制箱安装位置半米的距离，而且周围环境不得安装有任何障碍物。
（2）的侧窗，天窗，内、外遮阳网，风扇的开启和关闭系统基于PLC的智能温湿度监控系统设计（2）的侧窗，天窗，内、外遮阳网，风扇的开启和关闭系统本系统中的所有动力执行设备都是通过PLC发送指令控制输出执行的，而且控制的设备大多是步进电机。下面通过PLC控制通风天窗电机为例来详细介绍执行机构的控制原理。其他控制电路的主电路原理图图，看到主回路：天窗电机的ML的QFL总开关，断开的QFL，控制电路和主电路电源。KM2和KMI控制电机和翻转，F
规则的电机热保护电路的主电路。L1
天窗电机图 1主控制回路：SA1自动/手动选择继电器的触点，当手自动转到非人为的状态时，1KCA通电，表示开窗;2KCA接通时，表示关窗。SAl是三位自复位的开关，当手自动开关扳到手动状态时，1KCA和2KCA保持常开状态，按SBI时是开窗状态时，KMl交流接触器接通、KM2交流接触器断开:按SB2时是开窗状态时，KM2交流接触器接通、KM1交流接触器断开。KM1和KM2联锁，Sq1为天光到限位开关，SQ2关闭天窗限位开关，周五作为主回路的热保护继电器的常闭触点，新疆是紧急停止开关。1KCA和2KCA是PLC控制继电器触点的KI和KZ，实现PLC控制面板开关。HI. 为天窗电机的工作指示。从上面的描述，我们可以看到，通过天窗电机的人工手动开关控制，由PLC自动控制。并且有限位、互锁、工作指示和热保护的功能。3.2.3 下位机 PLC的选取和设置可编程控制器（Programmable Controller，简称PC）是在传统的工业顺序控制器的基础上，为了满足大型工业控制灵活的生产发展的要求，逐步发展。其功能限制在开关量逻辑控制，当只是实行按时、逻辑计算、算数等顺序支配等功效．这种简单的过程叫作可编程逻辑控制器（Programmable Logic Controller，简称PLC）。基于PLC的智能温湿度监控系统设计由于可编程逻辑控制器仍然处于不断发展阶段，因此对它下一个产物准确的定义是有很大困难的。为了它的成长生产统一标准，于1982年，美国国际电工委员会(IEC)颁布了可编辑程序序支配器一定的草案，三年后，1985年，提交了第二种。在1987年，第三版对此下了一个比较完备的界说“可编辑程序支配器是一个数值计算运动科技装配，它是特意运用在工业条件下的支配器。它里面拥有能保存编辑顺序的保存器，他的功能是保存它里面的实行秩序计算、逻辑计算、计数、计时和数术计算等支配的口令，且经过模仿式或数字方式的输入/出，来控制各种类型的工业机械或生产过程。可编程控制器及其外围设备的设计原则应符合相关的简单控制系统作为一个整体。”因此，可编程控制器是一种电子装置，特别适应和数字运算的应用程序设计的工业环境。不管怎么样，能编辑程支配器也仅仅是一台独立的电脑，但仅仅是为了特殊用于工业情况下要求，因而制造出一电脑。它不仅拥有充足的输入/出口，而具有不弱的的体系启动的本领。然而，能编辑程支配器产物不只是对某一详细工业的使用，现实操作，个个支配器的硬件都应依据现实情况装置上去，该软件是根据控制要求的具体需求和环境设计。
PLC的主要优点如下所述:1、可靠性高（1）利用光电技术，输入接口电路隔离，隔离电路和PLC电路在电气工业领域。（2）采用RC滤波电路的每个输入端口，滤波时间常数设置为10 ~ 20ms。((3)采 用性能优良的开关电源。(4) 避免辐射的作对，每一个部分都用防止办法。(5)PLC原器件的选取都经过了严格的审查和筛选。(6)不错的妨碍自我判断能力。当体系或软、硬件发生不好的情况时，CPU马上实施办法，防止阻滞恶化。(7)对不怎么小的PLC，可用由双CPU组成的冗余体系、三个CPU合成的确定整体，使其性能进步，方便不小的装置的正常运动。2、具有丰富的I/O接口模块PLC根据工业现场信号，如：不同的开关或模拟，电压或电流，交流或直流，强或弱，脉冲或电位。与体系相符合的I/O部分与工业情况的小件或装置，如: 过程开关、按纽、触感器及改变器、靠近开关、支配阀、电磁线圈等非间接联系。此外，为了提高人机接口模块的操作，它也有一些可取的；为了形成工业局部网络，它具有多种通信网络接口模块等。3、采用模块化结构用于各种工业情况下的支配要求，传统单位样的非大型PLC外，大部分的工业PLC用部分化的建构。PLC的种种的部分，电流源头、I/O、CPU等用分区的样式构建，由整个的机体和通讯口把各个部分相连，系统的大小和功能，可以根据需要对系统的自组装定义的用户。基于PLC的智能温湿度监控系统设计4、编程语言简单易学不少PLC的编辑程序用相似的用电的机器支配线路不规则四边形的图式，对人员说，门槛低，没有必要用电脑专业知识，正常工程技术人们易于了解驾驭。5、硬件安装简单，故障维修方便PLC不待在特别的窝里，能活动在不同的工业情况下非间接的活动。工业情况用的时候，仅仅把当场的一一装置与PLC对口的I/O口无误的连接就可以，这样就可以活动。每一个部分上都有正常活动、妨碍展现装置，那么利便人员知道找阻滞和活动情况。因为分部分的简便结构，因一个部分有了阻滞，使用人把部分赶快换掉，这样的方法，让整体体系很快的收复活动，更能减少伴随而来的工业损失。6、独特的工作方式：循环扫描和其他的电脑整体不一样，PLC的CPU用了分时支配体系，各个时间仅仅运用一个活动，看着时间顺序实行每个掌握。这种操作被称为CPU扫描程序。这PLC有了电后，一开始举行整体体系开始化，接着运行循环工作流程。每个环绕有五个单一的活动部分，以下是各个部分的简述:?大众的管理。复位控制定时器（定时器），用户内存检查，检查硬件。检查正常后，方可继续进行下面的操作。可能有极度不正常的情节出现，必须按照毛病的狠的等级展现警告、PLC终止活动。?用户程序执行。在程序中，CPU的不规则图中的第一个左、右后，每个指令，解释的序列中的第一个，执行扫描，在可像包含器、单位传出可像包含器中，CPU看出了每个电器的那时的情况，按人员给出的数值列表和逻辑关系进行逻的计算，之后运算的成果刻画在传出可像包含器里面。?I/O刷新。输入刷新，CPU从输入接口读取输入的状态信息，与国家对输入映像寄存器中指定的地址，传出有了新变化时，把传出用电的机器的可像包含器的形态给传出封闭保存的电子道路后，通传出电子道路分开与功能频率不缩小，启动外面的承重。?外部通信端口。完成连接和外围设备的端口（如逻辑编程）的信号处理或外围通信适配器。西门子公司S7-200系列PLC的CPU 226使用的系统的设计，该CPU具有24输入16输出的地址，地址分配，可以延长7外部的输入和输出模块，由于该系统采用的是在温室空间多点布位，配有8个温湿度传感器，共有16个端子要连接到PLC的相应输入部分，由于PLC只可以接受开关量，故本系统需要扩展两个数字输入模块，该模块具有8个输入点的数字量扩展接口，这样就可以很好的将传感器采集的数据发送到PLC的CPU进行处理。PLC里面要给出24V电流来源和5V电流来源，但是外面的电流来源供给的是220V来回的电子游动，这要用PLC自己带的各种电流源头改变电子游动的道路，第一说24V电子源头电子游动道路，DC24V电子源头叫触感器电子源头，它是CPU区域和增添分区用检测一条线电子流标记进入点情况下的DC24V电子源头。假如人用触感器，特也能用触感器电子源头，正常下，CPU区域和增添分区的传入/出位置用的DC24V电子来源是人外面供给，如果使用CPU内部的话，DC24V基于PLC的智能温湿度监控系统设计电源模块，要注意负荷的DC24V电源供应能力，CPU区域及整天分区所破费的电子游动的总和不多于里面的DC24V电子来源给出的最大电子游动（400mA）。”
“PLC内部5V电源电路的CPU模块和模块正常工作时，该工作需要DC5V电源， S7-200PLC里面的电子源头单元给出的DC5V电子来源为CPU区域和整天分区出了活动电子源头，其中，扩展DC5V电源模块通过总线连接器由CPU模块提供了所需要的，CPU模块的总线接口提供的电流值是有限的。在做增添分区时，应小心CPU区域出来的DC5V电子来源的非正数才能。功率过载发生故障和事故很难预测。保证电子来源不多出，应用不同的增添分区破费DC5V电子来源的电子流向一共不多于CPU部分出来的的电子流向的数值，不然，要对体系再一次安上新的东西。”
3．2. 4 PLC的发展趋势今朝能编辑程支配器有下面几个目标的发展趋势：（1）专业化的发展，小型化的方向发展。许多经济，超小的发展现状，简单的可编程控制器，符合一个单一的控制、机电一体化，成为替代传统的继电器。基于PLC的智能温湿度监控系统设计（2）的高性能，大规模的，复杂的，分布式，多层分布式和工厂自动化网络发展方向。而今能编辑程支配器转入/出含量已多出32K，轮回扫看速率小于1mS/千步。（3）编辑程度软件和编辑程度说话向高等和标准目标生长。可编程控制器而出现的时间不长，但已进入成熟发展阶段。这种微机系统是工业专用高精技术普及化的先行者，使计算机已经步入工业发展的行业，使生产线控制和机械设备更新换代。能编辑成支配器会成为工业驾驭的首要把戏和紧张的底子支配配置。第四章 系统软件设计
4. 1基于PLC的智能温室控制系统软件的设计4.1.1控制系统的软件设计要求根据技术要求和基本要求如下：(1)阻滞本我的判断能力:它本来就有妨碍本我的判断能力。（2）以防止错误动作的接触：用自锁电路可以防止错误节点。（3）来控制电风扇：温室设有多个电风扇，可以同时操作控制启动和停止，当智能温室环境温度超过设定值，的前4个天窗，下位机PLC控制自动打开通风冷却，自动启动5秒的延迟后的湿帘风机，水泵会自动重新开始5秒的延迟，多模态控制来降低温室温度。(4)智能温室侧窗控制系统:智能温室中在周边配有4个侧窗，每个侧窗都有对应的电机控制，通过电机的上电掉电的设定来控制侧窗的开关行程。解和基本相同点，但考虑到该程序的准确性，以PLC系统解决中断功能的问题。（5）自动/手动控制系统来实现PLC内部控制程序的运行和跳跃的整合。(6)湿帘泵控制:(7)遮阳网控制:（8）可扩展性：一定的存储空间和外部PLC内存扩展端口的保留是可以解决的。4. 1.2控制系统软件设计系统通过PLC发出的屋顶上，开关指示风扇，风扇，循环，侧窗，电加热炉的泪，湿帘泵进行控制，组织承诺是控制实现交流接触器。PLC检测系统具有很好的灵敏度，可以把智能温室微扰快速直观的反映，并通知用户，并通过温室影响较大的传输延迟，导致相关执行机构频繁动作，这就导致系统机构动作不彻底，而程序堆积，从而影响各个机构和系统的使用寿命。由于此项弊端，科研人员进行了改进，就是在程序中加有不同时间的延时控制模块，使用时可根据每个子系统不同的情况进行调整增减延时时间，使系统控制效果达到最佳，产生最大的经济效益。
利用专业软件采用梯形图语言编写系统的程序，以PID控制,详细程序见附录程序清单。4. 1. 3 温室温湿度PID控制软件设计1、测量信号的变换基于PLC的智能温湿度监控系统设计由于温度传感器输出的信号为4^-20mA, PLC的A/D单元输入电流为 0^-20mA，多量度20mA。相同的PLC的数是K1000，于是要举行数值幻化。测量电流的温度数字值TC：
系统流程图如4-1所示。基于PLC的智能温湿度监控系统设计
基于PLC的智能温湿度监控系统设计
第五章 系统安装与调试5. 1控制系统硬件的安装1、窝的外面气温和湿度触感器选择窝外的流风不错的向阴的地方安上，还离热量的源头远远的，高地半米左右。2，基于强大的本地传感器站应安装在智能温室屋顶2米，和周围的开放空间的选择，以避免高大建筑物的阴影遮蔽光热传感器和改变空气的流向，进而对风速风向传感器的信息采集产生影响。装的时候要肯定“风的跑步风走向触感器”的长臂指正北。且应在触感器架子的旁边安避开雷东西。（固定杆上的传感器支架和高于近传感器支架可以提供间接雷击的影响，但仍要安装防雷特殊理想）3、在确保 “风速风向传感器”的长臂准确指向正北方向后，再轻轻转动风向传感器的测量金属杆，用万用表测量红线和绿线之间的电阻，如果20K和200欧姆的跳跃之间的电阻，应立即停止旋转的金属杆，使长杆指向北方，金属棒插入轻轻风向传感器，并用螺钉锁紧4，室内温度和湿度传感器应安装有均匀的温度和湿度有代表性的地方温室和双方的中间，并应避免靠近热源或冷的地方（例如：打开窗户下面）。5，应当安装在低温通风阴凉，防水，并确保远离化学污染和强磁场干扰源。在夏天，如果光直接控制盒，避免电路元件的温度太高，应该把它罩降低温度，防止事故的发生。6，通信电缆应避免与电力电缆，通过强磁场干扰源的线路，应采用耐磨铸铁管和埋在地下。5. 2智能温室控制系统的调试5. 2. 1初次运行时的操作系统电路接线正确，程序设定值正确，电源连接正确，即可上电进入自动运行状态。初次运行系统时，应按以下操作步骤进行系统测试，调整:1，检查是否正常运行。经过测试，所有的执行器安装在自动模式下等待。2、检查控制器的所有电器元件之间连线是否正确。3、投入电源上电，观察PLC的指示灯显示的工作状态，检查是否显示正确指示内容。4，观察PLC的控制程序，检查是否每个传感器具有正确的信号，无论气象站的数据通过通信线路实时数据将被发送到。5、进入设定项，校正传感器初始数值。6、进入设定项，将控制器能控制的设备的有效性设为有。7、进入设定项，根据实际种植需求，正确设置各设定值。5. 2. 2电控箱 使用中的一般故障和排除方法1、当面板上各控制旋钮动作时，而对应的交流接触器不动作，应检查控制线路是否正确接通和急停旋转按钮是否在复位位置。基于PLC的智能温湿度监控系统设计2、单路线路不能接通，检查按钮触头是否到位，交流接触器线圈是否烧毁，坏则更换同型号元件，检查热继电器常闭触头是否接通，按热继电器上的红色复位按钮，排除故障后重新启动。3、电机受到过载负荷，电路断开，电机不能运行，检查线路和电机驱动部分是否卡住或异物堵塞，排除故障，热继电器红色复位按钮后，再重新启动。4、电机在运行中，通过控制按钮，不能停止其运行，迅速断开对应的断路器，检查线路、按钮触头是否熔焊或不到位、交流按触器触头是否熔焊不能断开，更换同元件，排除故障后，再重新启动。5、带限位开关的机构，限位失灵时应迅速断开对应的断路器或按停止按钮停止电机运行，检查线路中的行程开关线路是否失效，排除故障后再重新启动。6、按动按钮后，交流按触器动作，而电机不运转，且有“嗡嗡”声，应迅速断开线路，检查线路是否缺相，排除故障后，再重新启动。注:请勿在通电状态下触摸各压线端子，拆卸内部各种电气件，防止触电!
基于PLC的智能温湿度监控系统设计结束语经过一年多的不断研究和学习，对智能温室控制系统做了大量的工作。总结1、2、实现了对大棚里面气温、湿度、二氧化碳浓、光照度等数值的检验与收罗。3，采用PID控制方法，建立一个模型来控制温室内的温度，通过MATLAB仿真，控制要求。4、采用组态王6. 02监控系统的开发，实现温室的实时数据和历史数据的显示，实时控制参数的在线修改，温室内的实时监测。5、对支配系统有了装上与改变，抵达了想要的成绩。并做出了温室降温排湿节能效果试验。当然，由于条件的原因，在系统的设计过程中也存在着许多不足，还有一些问题需要解决:1，为了更好地开展温室，节能运行，应考虑内部和外部因素的影响，湿帘，室外遮阳网对温度，达到最佳的湿帘，循环风机，风机控制。2、温度PID控制定，虽然进行了MATLAB软件仿真，还有待在实际应用中进一步检验。3、由于作者水平有限，没有对温室控制进行模糊控制、专家控制等智能控制的研究。
基于PLC的智能温湿度监控系统设计
引文出处及参考文献
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基于PLC的智能温湿度监控系统设计
藉此论文结束之际，我要向所有的良师益友表示深深的谢意！回想为期一个学期的毕业设计，多少次夜晚在教室挑灯画图，多少回在仪器前凝目沉思，辛苦与劳累，提问与解惑，发现与认知。毕业设计是一个探索未知、格物致知的过程。在此期间，我要感谢敬爱的老师与热情的同学给我的诸多帮组与指点，感谢你们在我遇到困难时给我的无私的帮助和鼓励。由衷的感谢孙砚飞老师。本论文以及电路图，流程图，程序设计均是在孙砚飞老师的悉心指导下完成的，孙老师多次询问研究进程，并为我指点迷津，帮助我开拓思路，精心点拨、热忱鼓励。在课题进行期间，无论是基础理论，还是电气部分的设计和实现上，孙老师都给与我莫大的关怀和帮助。孙老师一丝不苟的作风，严谨求实的态度，踏踏实实的精神，不仅授我以文，而且教我做人，虽历时半载，却给以终生受益无穷之道。感谢测控教研室的每一位老师对我们的教育和培养。感谢王建军老师和张国强老师细心指导我对PLC程序的学习和研究。在此，谨向各位老师表示诚挚的敬意和谢忱，向诸位老师深深地鞠上一躬。还要特别感谢我生活学习了四年的母校--山东理工大学、我的学院-机械工程学院。感谢学校和学院为我的学习提供了良好的发展平台，让我在四年的时间不断汲取心智，不断充实自我。最后，我还要深深地感谢一直默默支持我的父母和亲人。在我多年的求学道路上，你们一直为我无私付出，养育之恩，无以回报，愿你们永远健康快乐。人生宝贵而又多彩的四年本科学习生涯，即将以毕业设计的完成写下它那厚重而又回味绵长的句点。而我将走上工作岗位，继续生活，继续学习，“路漫漫其修远兮，吾将上下而求索”！
基于PLC的智能温湿度监控系统设计PLC系统编程梯形图LD
SBR0//调用时钟初始化子程序
AC3,AC3//按I0.0开始/调时设定累加器AC3清零
21//当按下I0.0后M0.2复位，关中断
ENI//T32计时0.5秒， //开中断21调时闪
基于PLC的智能温湿度监控系统设计
读入温度程序
SM0.0 XORD
AC0,AC0 //AC0清零
AIW0,AC0 //温度读入
AC0,4 //右移4位
AC0,AC0 //整数转为双整数
AC0,AC0 //双整数转为实数
AC0,VD1000 //保存温度到VD1000LDR&
AC0,10 OR&
M0.0,1 LDR&=
AC0,10 LDR&=
M0.0,1//当温度超过范围时报警基于PLC的智能温湿度监控系统设计
湿度读入程序
AC0,AC0 //AC0零
AIW6,AC0 //湿度读入SRW
0.2568,AC0基于PLC的智能温湿度监控系统设计
SM0.0 MOVR
VD1000,AC1 //湿度的温度校正处理
0.0497871,AC1
AC0,40.0 OR&AC0,60.0 //超过范围报警 LDR&=
AC0,40.0 AR&=
AC0,60.0 R
M0.1,1ROUND
AC0,AC0 //取整，实数变为双整数
基于PLC的智能温湿度监控系统设计
AC0,AC0ITB
AC0,VB115 //存湿度个位到VB115
AC0,VB114 //存湿度十位到VB114LD
16#08,VB118 ORB
VB118,VB116 //湿度报警处理
VB118,VB116RET
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