基于PLC的温室大棚自动化控制

河北机电职业技术学院毕业论文基于PLC的温室大棚自动控制系统姓名马锡鹏班级1203班学号030523120323专业机电一体化技术指导教师高健电气工程系二○一五年六月河北机电职业技术学院毕业论文ii基于PLC的温室大棚自动控制系统摘要植物生长讲究适时、适地，也就是对生长环境温度、湿度、光照强度以及土壤条件的需求比较严格，只有给予了植物合适的生长环境，才会有理想的收获，尤其是对人工控制生长环境的大棚植物，大棚内的温湿度和土壤的温湿度监控对植物的生长至关重要。温湿度监控检测的方法很多，本文主要讲述了三菱FX2N-32MR系列可编程控制器（PLC）为主要的控制元件的系统，实现对温室大棚温度和湿度进行实时监测和显示。PLC与其他的控制器相比具有较高的抗干扰的能力和高的可靠性，并且对环境的适应性好。关键词：温室大棚，PLC，温湿控制河北机电职业技术学院毕业论文iii目录第一章系统概述...............................................................................................11.1课题研究的背景和意义........................................................................11.2温室大棚的结构.....................................................................................11.3温室大棚的电气控制要求.......................................................................2第二章系统硬件设计..........................................................................................42.1PLC的选用............................................................................................42.2主回路的电路设计.................................................................................52.3温湿度传感器的选用...........................................................................102.4加热及加湿系统的设计......................................................................15第三章系统程序设计......................................................................................173.1温室大棚系统的I/O分配表................................................................173.2PLC接线图..........................................................................................183.3程序设计.............................................................................................18结束语...............................................................................................................23致谢.............................................................................................................24参考文献............................................................................................................25附录...............................................................................................................26附录A系统总电路总图附录B系统程序..........................................................26附录B系统程序...............................................................................................27河北机电职业技术学院毕业论文1第一章系统概述1.1课题研究的背景和意义温度、湿度和人类的生产、生活有着密切的关系，同时也是工业生产中最常见最基本的工艺参数，例如机械、电子、化工、农业等各类工作中广泛需要对温度、湿度的检测与控制。本设计是基于三菱FX2N-32MR系列PLC为主要控制元件进行设计的，可编程控制器(PLC)是综合了计算机技术、自动控制技术的一种新型的、通用的自动控制装置。它具有功能强、可靠性高、使用灵活方便，易于编程及适应恶劣环境下应用等一系列优点，近年来的工业自动化、机电一体化、传统产业技术等方面应用越来越广，成为现代工业控制三大支柱之一。PLC的最终目标是用于实践，提高生产力。如今，应用PLC已经成为世界潮流，PLC将在我国得到更全面的推广运用。本文主要介绍了对温室大棚的温湿度进行检测和显示的设计方法。1.2温室大棚的结构1．本次课题中的实物结构图如下图1-1所示图1-1温室大棚的实物图2.温度传感器、湿度传感器、仪表河北机电职业技术学院毕业论文2温度、湿度是植物生长最重要的条件，保证植物正常生长需的适宜温度、湿度，达到最高的产量。在植物生长的过程中，仪表对大棚内的温度、湿度进行监控、设定、调节。3.电机在整套系统中，用了五台电机，在系统中起到很重要的作用。为大风电机、风冷电机、风门电机、喷灌电机、加热风机。（1）大风电机它在整个植物生长过程中时刻不停的工作，主要作用是将大棚内的空气形成对流，为每一个植物提供适宜的温度和湿度。（2）风冷电机风冷电机主要作用是当温度过高时进行散热降温的作用，来保证植物的正常温度下生长。（3）风门电机风门电机主要作用是为植物提供新鲜的空气，来控制大棚内的适宜的温度和湿度。（4）加湿电机加湿电机是为植物正常生长提供适宜湿度的关键部分，提高植物成活率。（5）加热风机在植物生长的过程中，对大棚内的空气进行加热，达到植物所需的温度，大棚中使用圆翼型热镀锌散热器进行加热的。1.3温室大棚的电气控制要求1．对大棚内的温度与湿度进行监控、调节不同的植物生长所需的最适温度也不同，如：蒜黄生长所需的最适温度图1-2植物生长周期温度（度）蒜黄20天20～25图1-2蒜黄最适生长温度系统中通过一个温度传感器来控制温度，同时对温度进行调节。湿度传感器在系统中控制大棚内的湿度，通过湿度传感器设定的值与当前大棚内的值进行比较，来控制风门电机的开启来使箱内的湿度达到设定值。2.在此系统中可实现手动、自动两种控制要求。（1）在系统中可手动控制可以手动控制加湿电机、风门电机的启动和停止。（2）自动控制河北机电职业技术学院毕业论文3温室大棚的流程是，在在拨种完成后，按下启动按钮打开大风电机（在此通过变频器来控制大风电机的转速），为了不要让大风电机一直处于最好速度运行，通过变频器来调速。当刚开始启动大风电机时以最高速度来运行，使大棚内的湿度和温度快速搅拌均匀，来达到我们设定的温度和湿度。当温度和湿度到达设定值时，大风电机以低速运行，在后面每三个小时换气中大风电机以中速运行。在按下启动按钮后，加湿电机启动，加热风机进行加热。当湿度湿度达到预设值时，加湿电机停转，当湿度大于预设值时，加湿电机停转，启动风门电机通风散湿，使湿度达到预设值。当温度达到预设值时，加热风机停转，当温度超过预设值时，加热风机停转，启动风冷电机散热，使温度达到预设值。为了给大棚内的植物植物提供新鲜的空气，风门电机每三个小时启动一次，进行通风。（3）线路简单，工作稳定可靠。（4）当在改变工艺流程时，便于线路的改造。（5）便于检修与调试。河北机电职业技术学院毕业论文4第二章系统硬件设计2.1PLC的选用1．PLC控制的优点可编程控制器作为一种通用的自动控制设备，它在控制系统中具有一些独特的优点：（1）可靠性高。PLC平均无故障时间可达几十万小时，也就是说一台PLC连续运行30多年不出故障，可靠性非常好。（2）更改线路容易。PLC只需要对内部梯形图更改，对外部接线更改要求不多。所以，它更改线路就比普通电气线路容易很多。（3）对环境要求低。它对湿度、温度要求不高，抗震抗冲击性能好，对电源电压要求也不高。（4）与其他装配连接方便。可编程控制器与其他装配的连接基本上是直接的。（5）抗干扰能力强。很强的抗电磁干扰能力。2.PLC的选型随着PLC制造技术的不断发展，PLC产品的种类、型号越来越多，他们的功能、价格、使用条件各不相同。由于本次课题的控制任务中对PLC功能的要求不是很高，又因为价格便宜，调试和故障查找非常方便，而且与同类产品相比它质量好、运行稳定、可扩展性强、抗干扰能力强、售后服务优良。因此本课题采用三菱公司生产的PLC。FX2N型PLC是日本三菱公司生产的一种小型的PLC，但是其许多功能能达到大、中型PLC的水平，而价格却比大、中型的PLC低很多，因此它一经推出就受到了广泛的关注。特别是FX2N系列PLC，在本系统中共用到了14个输入，9个输出，其中四个输出传给变频器，两个输入给温度传感器，两个输入给湿度传感器。输入输出如下表2-1所示:表2-1PLC输入输出点数输入输出手动/自动按钮：SA大风电机运行：KM1大风电机启动：SB1加湿电机运行：KM2开始启动按钮：SB2风门电机运行：KM3河北机电职业技术学院毕业论文5加湿电机启动：SB3加热风机运行：KM4风门电机启动：SB4风冷电机运行：KM5风冷电机启动：SB5温度指示灯：HL1加热风机加热：SB6湿度指示灯：HL2暂停按钮：SB7暂停警铃：HA1停止按钮：SB10变频器异常警铃：HA2温度传感器输出：T1～T2湿度传感器输出：T3～T4变频器异常输入：AC由于在本温室大棚电气控制系统中输入输出不需要太多，综合性价比的考虑，我选择了三菱PX2N-32MR型的PLC。3.三菱FX2N-32MR的参数型号：FX2N-32MR电源：AC85-264V频率：50/60HZ功率：21W输入点数：16输出点数：162.2主回路的电路设计2长的过程中时刻不停的工作，主要是将大棚内的空气形成对流。为植物提供适宜的温度和湿度。由于在植物生长的过程中我们需要对电机的速度进行调节，在此通过变频器来控制大风电机的速度，为了不让大风电机一直处于最高速运行状态，通过变频器来改变，当刚开始启动大风电机时以最高速来运行，转速为1120转/min，使大棚内的温度、湿度快速搅拌均匀，达到我们设定的温度和湿度，当温度和湿度达到预设值时，大风电机低速运行，转速为280/min。在后面每三个小时的换气中，大风电机以中速运行，转速为700/min。(1)变频器的选择河北机电职业技术学院毕业论文6变频器功率的选择取决于电机