基于plc的智能溫室控制系統的設計畢業論文(編輯修改稿)

　

【文章內容簡介】 附近。隨著季節的變化，以及隨作物的生長階段的變化，各時間段所需 要的溫度也是變化的，這時可以通過修改設定溫度值來調整溫室的溫度 控制目標。 控制方案 本系統采用自動與手動互相切換控制兩種方式來實現對溫室的自動 控制 ，提高設備運行的可靠性。在運行的時候可以通過按鈕對這兩種控 制方式進行切換。 手動控制模式 手動控制簡單可靠，由繼電器、接觸器、按鈕、限位開關等電氣元 器件組成。 自動控制模式 我們采用計算機自動控制模式，通過傳感器對環境因子進行監測， 并對其設定上限和下限值，當檢測到某一值超過設定值，便發出信號自 動對驅動設備進行開啟和關閉，從而使溫室環境因子控制在設定的范圍 內。其運行成本較低，可以大大節約勞動力，降低勞動者的勞動強度。 系統的硬件組成 為了實現智能溫室的環境監控，本設計建立了溫室環境控制 參數的 長時間在線計算機自動控制系統。實現了溫室內溫度、濕度、 C02 濃度、 光照強度等參數的長期監測。并可根據智能溫室溫濕度的需求，對天窗、 側窗、降溫濕風扇、風機、濕簾、內外遮陽網等設備自動控制。采用計 算機作為上位機安裝有組態王 監控軟件，能將數據匯總、顯示、記 錄、自動形成數據庫，并實現了溫室調控設備的自動設置與遠程監控。 為了確保系統的可靠性，溫室設備的控制采用手動 /自動切換方一式，即在 某些特殊情況下系統可以切換成手動，使用靈活力一便。系統的硬件結構 圖如下圖 3 一 2 所示 : 信息采集系統的設計 溫度采樣電路設計 對于智能溫室環境控制而言，溫度參 數是監測控制系統輸入的最基本的變量 之一。溫度傳感變送器是具有在惡劣環境 中長期使用而保持精度不變的少數幾類 傳感器中的一種，目前常用的溫度傳感器 有熱電偶傳感器、熱敏 電阻傳感器及集成電路 (固態 )型傳感器。在各種 溫度傳感器中，熱敏電阻和集成溫度傳感器均可滿足要求。本系統溫度 控制的范圍為 10“ C 一 SOOC (1)溫度傳感器的選擇 溫度傳感器的種類很多，根據溫室使用條件，選擇恰當的傳感器類 型才能保證測量的準確可靠，并同時達到增加使用壽命和降低成本的目的。根據溫室溫度控制的特點， 本系統中溫度傳感器選用 AD59O 集成溫度傳感器如圖 3 一 6。該溫 度傳感器具有線性好、精度適中、 靈敏度高、體積小、使用方便等 優點，得到廣泛應用。 集成溫度傳感器的輸出形式 分為電壓輸出和電流 輸出兩種。 我們選用電壓輸出型的靈敏度一 般為 IOmV/K。溫度 O“ C 時輸出 為 O，溫度 25“ C 時輸出 。 它的主要特性參數如下 : (2)溫度檢測電路的設計 溫度檢測電路如圖 3 一 7 所示，其中運算放大器 Al 被接成電壓跟隨器 形式，以增加信號的輸入阻抗。而運放 AZ 的作用是把絕對溫標轉換成攝 氏溫標，給 AZ 的同相輸入端輸 入一個恒定的電壓，然后將此電壓放大到 。這樣， A!’一歹 AZ 輸出端之問的電壓即為轉換成的攝氏溫 t/J、。 濕度采樣電路設計 (1)濕度傳感器的選擇 濕度信號的傳遞必須靠水對濕敏元件直接接觸來完成，因此濕敏元 件只能直接暴露于待測環境中，而不能密封。目前己有幾十種濕敏器件， 按感濕材料來分，大致有四類 :電解質、半導體陶 瓷、高分子和其它。本 系統需要檢測溫室內空氣的相對濕度，它是絕對濕度和飽和濕度之比。 根據溫室濕度控制的特點，本系統中濕度傳感器選用 A1203 型濕度傳感 器。 A1203 型濕度傳感器屬于電容型的高分子材料制成的濕敏元件。它具 有線形度好、滯后性小、響應快以及能在較寒冷的環境中使用等優點， 其主要的特性參數為 : ①工作環境溫度 :一 30OC 一 +80OC。 ②相對濕度測量范圍 :O 一 100%RH。 ③測濕精度 :士 4%Rha。 (2)濕度檢測電路 當環境濕度發生變化時，傳感器的電容量也隨著變化，這種變化反應到 由振蕩 電路提供的正弦波信號，通過電壓跟隨器輸出電壓值。 光照度傳感器 光控用于控制遮陽幕的啟閉，使作物得到合理的光照度并實現以下 目的 :免除作物超過光飽合點，提高光合作用 。實現對長日照作物、中 同照作物和短日照作物的光照控制。 光照度傳感器采用北京易盛泰和科技有限公司產品型號 Pol88 一 c 光 照度傳感器，外形圖如圖 :〕一 10 所 示。說明 :采用先進的電路模塊技術開 山東大學碩士學位論文 發變送器，用于實現對環境光照度的測量，輸出標準的電壓及電流信號， 體積小，安裝方便，線性度好，傳輸距離長，抗干擾能力強。可廣泛用 于環境、養殖、建筑、樓宇等的光照 度測量。量程可調。接線原理圖見圖 執行機構系統設計 從圖 3 一 2 系統總體設計框圖中，可以看出執行機構系統包括濕簾降 溫系統，天窗、側窗、風扇、內外遮陽網開閉系統、變頻器驅動降溫排 濕風扇系統等部分。 濕簾降溫水循環系統 濕簾降溫水循環系統的系統組成 :濕簾、濕簾水泵、風扇和附件。 通過利用水的蒸發原理實現降溫的目的。濕簾安裝在溫室的北端，風扇 安裝在南端。當需要降溫時，啟動風扇將室內的空氣強制拋出，形 成負 壓，同時濕簾水泵將水打到濕簾墻上，室外的空氣因負壓被吸入室內的 過程中，以一定的速度從濕簾的縫隙穿過，導致水分蒸發和降溫，冷空 氣流經溫室，吸收室內熱量后，經風扇排出，從而達到降溫的目的。 (1)濕簾水泵 濕簾水泵采用玉門縣興龍電器廠生產的濕簾專業水泵，外殼采用塑 料，和金屬結核具有重量輕，電機噪聲小，經久耐用等特點。電壓 :三 相 38OV/SOHZ，功率 。 (2)直排水濕膜加濕器 直排水濕膜加濕器結構圖如圖 3 一 13，其安裝要求如下 : ①安裝 Dmm 厚度直排水濕膜加濕器的空調機組，其表冷器后部預留 空段，空段長度以大與 (D+150)mm 為最佳。 ②安裝 Dmm 厚度直排水濕膜加濕器的空調機組，其所安裝加濕器的 底部一定要有接水盤，且接水盤內要預留放置加濕器的空間。 ③直排水濕膜加濕器安裝時應垂直，左右傾斜角度不大于 5 度。 ④現場需提供 DN15 供水管和 22OV/50HZ 的電源三芯插座，水源和 電源均需引到距離加濕器電控箱安 裝位置 米范圍之內，且周圍不得 有任何障礙物。 直排水濕膜加濕器工作原理 (圖 3 一 14) 經過過濾的水通過管路送到加濕器頂部淋水器，水沿濕膜材料向下滲透的同時， 被濕膜材料吸收，形成均勻的水膜 。當干燥的空氣通過濕膜材料時，水分子充分吸 收空氣中的熱量而汽化，蒸發，使空氣的濕度增加，形成濕潤的空氣。這一過程空 氣的濕度增加，溫度下降，但空氣的焙值保持不變。 2 天窗、側窗、風扇、內外遮陽網開閉系統 本系統的所有執行設備都是通過 PLC 控制輸出執行，并且控制的設 備多數是電機。下面以 PLC 控制天窗電機為例 (見圖 3 一 15)來介紹執行機 構控制的原理。其它主線路、控制線路原理圖圖見附 2。 控制回路 :SAI 自動 /手動選擇繼電器觸點，當手自動開關扳到自動 狀態時， IKCA 通電，表示開窗 。ZKCA 接通時，表示關窗。 SAI 是三位自 復位的開關，當手自動開關扳到手動狀態時， IKCA 和 ZKCA 保持常開狀 態， 按 SBI 時是開窗狀態時， KMI 交流接觸器接通、 KMZ 交流接觸器斷開 : 按 SBZ 時是開窗狀態時， KMZ 交流接觸器接通、 KMI 交流接觸器斷開。 KM 工 和 KMZ 互鎖， SQI 為天窗開到位限位開關， SQZ 為天窗關到位限位開關， FRI 為主回路熱保護繼電器常閉觸電， XJ 為系統急停開關。 IKCA 和 ZKCA 是 PLC 控制中間繼電器 KI 和 KZ 的觸點，實現 PLC 控制天窗的開關。 由以上說明，我們可以看出，天窗電機手動工作時由手動開關控制， 自動工作時由尸 LC 控制。并且有互鎖、限位、熱保護和工作指示的功能。 變頻器驅動降溫排 濕風扇的設計 目前，在國內外溫室的降溫排濕風扇基本采用傳統的開一關控制方 式，即風扇以恒速間歇式運行。基于變頻技術的風扇變風量通風技術可 以為溫室通風量優化運行和節能性運行創造條件，因此采用了變頻器驅 動排濕風扇設計。 (1)變頻器容量的選擇 由于該排濕風扇容量為 60OW，并且連續運轉，所需變頻器容量的計 算公式 : (2)變頻器的參數設置 ①上限頻率因為風機的機械特性具有二次方律特性，所以，當轉 速超過額定轉速時，阻轉矩將增大很多，容易使電動機和變頻器處于過 載狀態，因此，上限頻率九不應超過額定頻率九。 ②下限頻率從特性或工作狀況來說，風機對下限頻率人沒有要求， 但轉速太低時，風量太小，在多數情況下無實際意義。一般可預置為人多 ZOHz。 ③加、減速時 間風機的慣性很大，加速時間過短，容易產生過電 流 。減速時間過短，容易引起過電壓。一般風機起動和停止的次數很少， 起動和停止時間不會影響正常生產。所以加、減速時間可以設置長些， 具體時間可根據風機的容量大小而定。通常是風機容量越大，加、減速 時間設置越長。 ④加、減速方式風機在低速時阻轉矩很小，隨著轉速的增高，阻 轉矩增大得很快 。反之，在停機開始時，由于慣性的原因，轉速下降較 慢。所以，加、減速方式以半 S 方式比較適宜。 ⑤回避頻率風機在較高速運行時，由于阻轉矩較大，容易在某一 轉速下發生機械諧振。遇到機械諧振 時，極易造成機械事故或設備損壞， 因此必須考慮設置回避頻率。可采用試驗的方法進行預置，即反復緩慢 山東大學碩士學位論文 地在設定的頻率范圍內進行調節，觀察產生諧振的頻率范圍，然后進行 回避頻率設置。 ⑥起動前的直流制動為保證電動機在零速狀態下起動，許多變頻器 具有“起動前的直流制動”功能設置。這是因為風機在停機后，其風葉 常常因自然風而處于反轉狀態，這時讓風機起動，則電動機處于反接制 動狀態，會產生很大的沖擊電流。為避免此類情況出現，要進行“起動 前的直流制動”功能設置。 第四章系統的軟件設計 溫室控制系統 pLC 軟件的設計 控制系統軟件設計要求 根據基本要求和技術要求列出以下幾點 : (l)防止接點誤動作 :可利用自鎖電路加以解決。 (2)系統自診斷功能 :PLC 本身具有此項功能。 (3)風機控制 :溫室設有一組風機，能同時啟動與停止，當 的溫度超出預定值時，受 PLC 的控制先是 4 個側窗自動打開，延 后風機啟動，再延時 5 秒后濕簾水泵啟動，從而使溫室的溫度降低 (4)側窗控制 :溫室中設有 4 個側窗，側窗受電機控制，通過 限位的設定