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08级电气工程及其自动化3班
毕业论文（设计）的要求：
温室的作用是用来改变植物的生长环境，避免外界四季变化和恶劣气候对作物生长的不利影响，为植物生长创造适宜的良好条件。
温室一般以采光和覆盖材料作为主要结构材料，它可以在冬季或其他不适宜植物露地生长的季节栽培植物，从而达到对农作物调节产期、促进生长发育、防治病虫害及提高产量的目的。
温室环境指的是作物在地面上的生长空间，它是由光照、温度、湿度、二氧化碳浓度等因素构成的。
温室控制主要是控制温室内的温度、湿度、通风与光照。
毕业论文（设计）的内容与技术参数
利用PLC把传感器采集的有关参数（如温度、湿度）转换为数字信号,并把这些数据暂存起来，与给定值进行比较，经一定的控制算法后，给出相应的控制信号进行控制。
系统还可以经过串行通信接口将数据送至上位机，从而完成数据管理、智能决策、历史资料统计分析等更为强大的功能，并可以对数据进行显示、编辑、存储及打印输出。
传感器把与生物有关的参量（温度、湿度等）转换为电压信号，经运算放大器组成的信号处理电路变换成压频转换器（V/F）需要的电压信号。
毕业论文（设计）工作计划
（1）整体规划设计，资料查找和收集；
（2）找出所需参考文献；
（3）玩成温湿控制系统设备选型；
（4）设计电气原理图；
（5）调试；
（6）编写毕业论文；
（7）答辩；
接受任务日期年月日要求完成日期年月日
学生（签名）年月日
指导教师（签名）年月日
院长（主任）（签名）年月日
摘要
温湿度控制是一种非线性的，滞后的，时变的复杂过程。
PLC主要用于现场实地检测及其控制，讨论了在温室控制中引入PLC技术构成分布式控制系统的方法,详细介绍了系统的特点、组成、硬件设计、实时动态监控系统及通信问题。
分布式的控制结构,使各子系统相对独立,管理与控制功能分开,易于实现群控化管理,提高了系统的可靠性,且易于扩展。
系统成本低廉,性能稳定,通用性好,符合中国国情,具有广泛的应用前景。
关键词：
温室大棚PLC集散控制温湿控制
ABSTRACT
ThemethodofdistributedcontrolsystemcomposedbyPLCtechnologyinglasshousecontrolisintroducedinthispaper.Itgivesadetailedintroductiontothecharacteristics,constitutes,softwareandhardwaredesign，real-timedynamicsurveillanceandcommunicationofthesystem.Thedistributedcontrolstructuremakesallsub-systemsindependentrelatively，separatesthemanagementandcontrolfunction，andeasytorealizetheswarmcontrolmanagement，greatlyimprovesthereliabilityandexpandableofthesystem.Ithasthecharacactersoflowcost，stablefunction，wideadoptability，etc，whichmatchestheconditionsofChinaandhascharmingapplicationforeground.
Keywords：
Glasshouseagriculture,PLC,Distributedcontrolsystem,Swarmcontrolmanagement
目录
1引言1
1.1温湿度控制系统的意义2
1.2温湿度控制系统背景2
1.3研究技术介绍2
1.3.1传感技术2
1.3.2上位机3
1.3.3组态软件3
1.4设计背景3
1.5研究的目的及意义4
2系统概述4
2.1系统设计任务4
2.2系统总体方案设计5
2.2.1plc的选择5
2.3系统的工作原理6
3系统的硬件设计9
3.1系统硬件设计选择9
3.1.1S7-200可编程序控制器的特点9
3.1.2S7-200工作原理9
3.1.3S7-200系列PLC系统结构10
3.1.4西门子S7-200CUP22610
3.1.5传感器的选择10
3.1.6环境调控系统11
3.2系统硬件接线图15
3.2.1系统主电路设计15
3.2.2系统其他部分电路设计16
3.2.3PLC部分电气线路设计18
结论23
参考文献24
致谢25
1引言
1.1温湿度控制系统的意义
温湿度作为影响作物生长发育最重要的环境因子之一，对作物的光合作用、呼吸作用、根系的生长和水分、养分的吸收等生理现象均有显著的影响。
影响作物生长发育的环境因子中以温度最为敏感，因此对温室环境控制的研究也是最先从温度控制开始的。
不同种类的作物对温度的要求是不同的，同一作物在不同发育阶段对温度的要求亦有所不同，而且在同一发育期阶段内对温度的要求也会随着昼夜变化而呈周期性地变化。
生物的上述生长特点都为温室的温度控制提出了较高的要求。
温湿度及湿度的测量和控制对人类日常生活、工业生产、气象预报、物资仓储等都起着极其重要的作用。
在许多场合，及时准确获得目标的温度、湿度信息是十分重要的，近年来，温湿度测控领域发展迅速，并且随着数字技术的发展，温湿度的测控芯片也相应的登上历史的舞台，能够在工业、农业等各领域中广泛使用。
1.2温湿度控制系统背景
自70年代以来，由于工业过程控制的需要，特别是在微电子技术和计算机技术的迅猛发展以及自动控制理论和设计方法发展的推动下，国内外温湿度控制系统发展迅速，并在职能化、自适应、参数自整定等方面取得成果，在这方面，以日本、美国、德国、瑞典等国技术领先，都产生了一批商品化的、性能优异的温度控制器及仪器仪表，并在各行各业广泛应用。
温湿度控制系统在国内各行各业的应用虽然十分广泛，但从国内生产的温度控制器来讲，总体发展水平仍然不高，同日本、美国、德国等先进国家相比仍然有着较大的差距。
目前，我国在这方面总体水平处于20实际80年代中后期水平，成熟产品主要以“点位”控制及常规的PID控制器为主，它只能适应一般温度系统控制，难于控制滞后、复杂、时变温度系统控制。
而适应于较高控制场合的智能化、自适应控制仪表，国内技术还不十分成熟。
形成商品化并在仪表控制系统参数的自整定方面，还没开发性能可靠的自整定软件。
参数大多靠人工经验及我国现场调试来确定。
随着科学技术的不断发展，人们对温湿度控制系统的要求越来越高，因此，高精度、智能化、人性化的温度控制系统是国内外必然发展趋势。
1.3研究技术介绍
1.3.1传感技术
传感技术、通信技术和计算机技术是现代信息技术的三大基础技术。
中华人民共和国国家标准GB7665-1987对传感器（transducer/sensor）的定义是：
“能感受规定的被测量并按照一定规律转换成可用输出信号的器件或装置，通常由敏感元件和转换元件组成。
其中，敏感元件是指直接感受或响应被测量的部分；
转换元件是指传感器中能将敏感元件或响应的被测量转换成适于传感器或被测量的电信号部分。
”
对生产过程的监控首先离不开采集设备工作信息，因此选用合适的传感器至关重要，如果把计算机看作是自动化系统的“大脑”，信道看作是“神经网络”的话，那么传感器就是自动化系统的“五官”。
无法对现场数据进行准确、可靠、实时测量，监控也就无从谈起了。
传感器是将非电量信号转化成电信号以实现信息检测的器件。
传统的由分立元件构成的传感器，不仅体积大，不便于安装及维修，而且功能简单，性能指标差，远远满足不了现代科技发展的需要。
集成传感器是采用专门的设计与集成工艺，把构成传感器的敏感元件、晶体管、二极管、电阻、电容等基本元器件，制作在一个芯片上，能完成信号检测及信号处理的集成电路。
因此，集成传感器又被称作传感器集成电路。
随着电子计算机、工业自动化、信息、军事、交通、化工、能源、环保、地球资源开发、宇航及遥感等现代科学技术的发展，对集成传感器的需求量也与日俱增。
目前，集成传感器的应用领域已渗透到国民经济各个部门以及人类的日常生活中。
传感技术对国民经济的发展起着巨大的推动作用。
1.3.2上位机
即便远离生产现场，操作人员仍可以通过远程计算机—即上位机—直接向生产设备发出控制指令的。
上位机屏幕上可以动态实时显示各种信号变化（液压，水位，温度等），便是人机界面（HumanMachineInterface）。
而下位机是获取设备状况及直接控制设备的计算机，一般是PLC或单片机。
1.3.3组态软件
组态软件，处在自动控制系统监控层一级的软件平台和开发环境，使用灵活的组态方式，为用户提供快速构建工业自动控制系统监控功能的、通用层次的软件工具。
在组态软件出现之前，工控领域的用户通过手工或委托第三方编写HMI（人机接口软件）应用，开发时间长、效率低、可靠性差；
或者购买专用的工控系统，通常是封闭的系统，选择余地小，往往不能满足需求，很难与外界进行数据交互，升级和增加功能都受到严重的限制。
组态软件的出现使用户可以利用组态软件的功能，构建一套最适合自己的应用系统。
随着工业自动化水平的迅速提高，计算机在工业领域的广泛应用，种类繁多的控制设备和过程监控装置在工业领域的应用，传统的工业控制软件已无法满足用户的各种需求。
在开发传统的工业控制软件时，一旦工业被控对象有变动，就必须修改其控制系统的源程序，导致其开发周期长；
已开发成功的工控软件又由于每个控制项目的不同而使其重复使用率很低，导致它的价格昂贵。
通用工业自动化组态软件能够很好地解决传统工业控制软件存在的种种问题，使用户能根据自己的对象和控制目的的任意组态，完成最终的自动化控制工程。
1.4设计背景
随着计算机工业的应用的普及，各个场所应用越来越广泛，对于我国的设施园艺绝大部分用于蔬菜生产。
８０年代以来，温室、大棚蔬菜的种植面积连年增加。
目前的栽培设施中，有国家标准的装配式钢管塑料大棚和玻璃温室仅占设施栽培面积的少部分，大多数的农村仍然采用自行建造的简单低廉的竹木大小棚，只能起到一定的保温作用，根本谈不上对温光水气养分等环境条件的调控，抗自然环境的能力极差。
即使那些数量不多的装配式塑料大棚和玻璃温室也缺乏配套的调控设备和仪器，主要依靠经验和单因子定性调控，设施栽培的智能化程度非常低。
我国设施农业的发展，以超时令、反季节生产的设施园艺作物的发展为主，且发展迅猛。
1997年设施园艺作物栽培面积达86.7万公顷，较80年代初期的栽培面积增长了128倍，人均设施蔬菜占有量1996～1997年为33公斤，较1980～1981年人均设施蔬菜占有量增长了近164倍。
2001年，我国设施园艺面积将突破100万公顷，全国设施蔬菜人均占有量将达到40公斤。
塑料大棚、中棚及日光温室为我国主要的设施结构类型。
其中能充分利用太阳光热资源、节约燃煤、减少环境污染的日光温室为我国所特有。
1997年我国日光温室面积已超过近16.7万公顷。
由农业部联合有关部门试验推广的新一代节能型日光温室,每年每亩可节约燃煤约20吨。
采用单层薄膜或双层冲气薄膜、PC板、玻璃为覆盖材料的大型现代化连栋温室，具有土地利用率高、环境控制自动化程度高和便于机械化操作等特点，自1995年以来，呈现出迅猛发展之势，目前全国共有大型温室面积200公顷，其中自日本、荷兰、以色列、美国等国家引进的温室面积达140公顷。
我国设施农业目前还存在着诸如土地利用率低、盲目引进温室、设施结构不合理、能源浪费严重、运营管理费用高、管理技术水平低、劳动生产率低及单位面积产量低等诸多问题，但随着社会的进步和科学的发展，我国设施农业的发展将向着地域化、节能化、专业化发展，向着高科技、自动化、机械化、规模化、产业化的工厂型农业发展，为社会提供更加丰富的无污染、安全、优质的绿色健康食品。
1.5研究的目的及意义
大棚温室的作用是顺应植物的成长温度，让植物在自己的生长环境中，避免外界四季变化和恶劣气候对作物生长的不利影响，为植物生长创造适宜的良好条件。
在现在的大棚中虽然有些也安装有各种加热、加湿、通风和降温的设备，但其主要操作大多仍是由人工来完成的当温室面积较大或数量较多时，操作人员的劳动强度很大，而且也无法达到对温湿度的准确控制。
本文介绍一种基于PLC和数字式温湿度传感器的温室控制系统。
该系统实现了室内温湿度的自动测量和调节，大大降低了操作人员的劳动强度，采用喷灌系统作为改变温室湿度环境的方法节约了水资源。
充分利用太阳能节约了能源。
2系统概述
2.1系统设计任务
调节温室环境的作用是用来改变植物的生长场所，顺应植物生长所处的温度,避免外界四季变化和恶劣气候对作物生长的不利影响，为植物生长创造适宜的良好条件。
灌溉系统采用电磁阀控制的喷灌系统的方式，节约了水源，温度调节主要有遮阴帘风机的动作来解决。
2.2系统总体方案设计
2.2.1plc的选择
对于西门子系列产品具有功能强大、可靠灵活等特点，从系统设计的整体性、一致性出发，考虑到经济性，功能性等各方面的原因，我们选用西门子公司的产品，以最优的性能/价格比进行系统的配置。
本系统可以实现各个子系统的单独调控，通过通讯网络由总控室进行统一的管理，便于实现群控化控制。
系统配置上各个子系统选择了SIEMENS系列的S7-215PLC,这是因为在200系列PLC中，只有215具有Profibus-DP口，可以联到Profibus上进行高速数据传输。
S7-215本机14个输入点和10个输出点，内存13K字节。
扩展模块EM231可以实现3路模拟量输入的A/D转换，EM235实现3路模拟量输入的A/D转换1路模拟量输出的D/A转换，可以根据需要方便地进行功能的扩展。
另外调整相应系统的硬件设备或者对应的用户子程序,可以方便地改变对参数的设置。
系统通过开关量传感器、模拟量传感器对温室内的温度、湿度、光照等进行检测。
通过D/A通道要实现对各种执行和调节机构的控制,以及各种环境设备的启停和电机等设备的保护。
各子系统选用PLC的主机内部带有存储程序的EPROM,停电后程序不会丢失。
总控室选择S7-315，它集成有数据通讯接口，可以方便地通过PROFIBUS-DP口实现和其他子系统的通信，进行集中管理。
在这里通过动态监控画面可以动态地了解各种参数的变化。
各个子系统可以实现独立运行，当网络出现意外或其他子系统出现问题也不会引起瘫痪。
环境控制子系统配置硬件原理图如图2.1所示。
图2.1系统组成框图
2.3系统的工作原理
系统由温湿度传感器、PLC系统（含键盘和液晶显示）、加热设备和加湿设备几部分组成。
整个系统的工作原理图如图2.4所示。
图2.4系统工作原理图
该温室控制系统是利用PLC把传感器采集的有关参数（如温度、湿度）转换为数字信号,并把这些数据暂存起来，与给定值进行比较，经一定的控制算法后，送入S7-200的模拟量输入模块EM231，PLC通过模糊控制算法进行分析处理，输出开关量，通过驱动电路控制风机、微雾、遮阳等多种执行机构。
其中温度传感器的输出电流与绝对温度成正比，且具有温度响应快、线性度好及高阻抗电流输出等特点，适于长距离传输，可把-5～55℃的温度转换成1～4V的电压;
测湿调理电路是将湿度传感器测试到的10%～90%的相对湿度转换成4～20mA的电流输出信号。
温室控制系统的执行机构包括风机、气泵、水帘、遮阴帘、电磁阀等设备。
系统工作时，PLC通过温湿度传感器来测量温室内的温湿度并与设定值相比较，如果温室内的温度或湿度超出了设定范围的上下限值，PLC就输出指令，控制接通相应的设备;
当温室的温度和湿度都在范围内时，PLC就输出指令，切断设备的电源。
系统的工作流程见图2.5。
图2.5系统工作流程图
3系统的硬件设计
3.1系统硬件设计选择
德国西门子（SIEMENS）公司生产的可编程序控制器在我国的应用也相当广泛，在冶金、化工、印刷生产线等领域都有应用。
S7-200PLC是超小型化的PLC，它适用于各行各业，各种场合中的自动检测、监测及控制等。
S7-200PLC的强大功能使其无论单机运行，或连成网络都能实现复杂的控制功能。
S7-200PLC可提供4个不同的基本型号与8种CPU可供选择使用。
S7-200系列PLC可以满足多样化的控制要求，由于具有紧凑的设计，良好的扩展性，低廉的价格以及强大的指令系统，使得可以近乎完美的满足小规模控制要求。
S7200PLC是德国西门子公司生产的一种超小型PLC。
3.1.1S7-200可编程序控制器的特点
1.系统构成灵活，扩展容易，以开关量控制为其特长；
也能进行连续过程的PID回路控制；
并能与上位机构成复杂的控制系统，如DDC和DCS等，实现生产过程的综合自动化。
2.使用方便，编程简单，采用简明的梯形图、逻辑图或语句表等编程语言，而无需计算机知识，因此系统开发周期短，现场调试容易。
另外，可在线修改程序，改变控制方案而不拆动硬件。
3.能适应各种恶劣的运行环境，抗干扰能力强，可靠性强，远高于其他各种机型。
3.1.2S7-200工作原理
当可编程逻辑控制器投入运行后，其工作过程一般分为三个阶段，
即输入采样、用户程序执行和输出刷新三个阶段。
完成上述三个阶段称作一个扫描周期。
在整个运行期间，可编程逻辑控制器的CPU以一定的扫描速度重复执行上述三个阶段。
1.输入采样阶段
在输入采样阶段，可编程逻辑控制器以扫描方式依次地读入所有输入状态和数据，并将它们存入I/O映象区中的相应的单元内。
输入采样结束后，转入用户程序执行和输出刷新阶段。
在这两个阶段中，即使输入状态和数据发生变化，I/O映象区中的相应单元的状态和数据也不会改变。
因此，如果输入是脉冲信号，则该脉冲信号的宽度必须大于一个扫描周期，才能保证在任何情况下，该输入均能被读入。
2.用户程序执行阶段
在用户程序执行阶段，可编程逻辑控制器总是按由上而下的顺序依次地扫描用户程序（梯形图）。
在扫描每一条梯形图时，又总是先扫描梯形图左边的由各触点构成的控制线路，并按先左后右、先上后下的顺序对由触点构成的控制线路进行逻辑运算，然后根据逻辑运算的结果，刷新该逻辑线圈在系统RAM存储区中对应位的状态；
或者刷新该输出线圈在I/O映象区中对应位的状态；
或者确定是否
要执行该梯形图所规定的特殊功能指令。
即，在用户程序执行过程中，只有输入点在I/O映象区内的状态和数据不会发生变化，而其他输出点和软设备在I/O映象区或系统RAM存储区内的状态和数据都有可能发生变化，而且排在上面的梯形图，其程序执行结果会对排在下面的
凡是用到这些线圈或数据的梯形图起作用；
相反，排在下面的梯形图，其被刷新的逻辑线圈的状态或数据只能到下一个扫描周期才能对排在其上面的程序起作用。
在程序执行的过程中如果使用立即I/O指令则可以直接存取I/O点。
即使用I/O指令的话，输入过程影像寄存器的值不会被更新，程序直接从I/O模块取值，输出过程影像寄存器会被立即更新，这跟立即输入有些区别。
3.输出刷新阶段
当扫描用户程序结束后，可编程逻辑控制器就进入输出刷新阶段。
在此期间，CPU按照I/O映象区内对应的状态和数据刷新所有的输出锁存电路，再经输出电路驱动相应的外设。
这时，才是可编程逻辑控制器的真正输出
3.1.3S7-200系列PLC系统结构
1基本单元
基本单元有时又称CPU模块，也有时成主机或本机，它包括CPU，存储器，基本输入输出点和电源等，时PLC的主要部分。
2扩展单元
当主机I/O数量不能满足控制系统的要求时，用户可以根据需要扩展各种I/O模块，所能连接的扩展单元数量和实际所能使用的I/O点数是有多种因素共同决定的。
3特殊功能模块
当需要完成某些特殊功能的控制任务时，可与s7-200主机相联，以完成某种特殊的控制任务的一种装置。
4相关设备
主要有编程设备、人机操作界面和网络设备等。
5工业软件
工业软件是为了更好地管理和使用这些设备而开发的与之相配套的程序，它主要由标准工具、运行软件、和人机接口等几大类构成。
3.1.4西门子S7-200CUP226
S7-200系列PLC可提供4种不同的基本单元和6种型号的扩展单元。
其系统构成包括基本单元、扩展单元、编程器、存储卡、写入器等。
S7-200系列的基本单元如表3.1所示。
表3.1S7-200系列PLC中CPU22X的基本单元
型号
输入点
输出点
可带扩展模块数
S7-200CPU221
6
4
S7-200CPU222
8
2个扩展模块
S7-200CPU224
24
10
7个扩展模块
S7-200CPU224XP
16
S7-200CPU226
本论文采用的是CUP226。
它具有24输入/16输出共40个数字量I/O点。
可连接7个扩展模块，最大扩展至248路数字量I/O点或35路模拟量I/O点。
26K字节程序和数据存储空间。
6个独立的30kHz高
升级会员 