基于PLC的蔬菜大棚控制系統的硬件設計案例目錄TOC\o"1-3"\h\u10034基于PLC的蔬菜大棚控制系統的硬件設計案例 1264881.1電氣控制系統設計 176551.1.1系統主電路設計 133931.1.2各控制電路的設計 3240501.2PLC簡介 6193481.2.1PLC的產生和系統組成 6286051.2.2PLC的工作原理 7224021.3PLC控制系統設計的基本原則及步驟 843881.3.1設計PLC控制系統的基本原則 821401.3.2PLC控制系統的設計步驟 944911.4PLC硬件電路設計 11225011.4.1PLC型號的選擇 1150791.4.2傳感器的選型 11217461.4.3模擬量輸入模塊EM235 1233271.4.4PLCI/O地址分配表 1492611.4.5PLC硬件接線圖設計 161.1電氣控制系統設計1.1.1系統主電路設計圖是蔬菜大棚控制系統的電路的設計圖。由圖我們不難看出，換氣扇、遮陽簾的工作電路是差不多的，剩下三個執行機構的工作電路圖也是差不多的。如果換氣扇和遮陽簾想要完成工作，都需要經歷啟動和停止的過程。二者的不同在于它們有著不同功率的電動機。除此之外，遮陽簾使用的是一種具有限位開關的電動機。其它系統中選用的設備均為開關設備，在此不展開詳細論述，其它設備均具有相似的工作原理，以實現系統的控制要求。圖3-1溫室大棚控制系統主電路原理圖從圖3-1中我們不難得到，K是一種刀開關，它只擁有打開和閉合兩種模式。當K打開時，電路斷開；當K閉合時，電路導通。刀開關的斷開和閉合代表了系統啟動和停止的兩種狀態。FR1、FR2、FR3、FR4、FR5五個組成部件選用的相同的器材，它們均為熱繼電器，熱繼電器大多被應用于電氣設備上，可以用來避免設備發生燒毀的現象，可以起到保護電路的作用。FU1、FU2、FU3、FU4、FU5、FU6、FU7七個部件選用了相同的器材，它們均是熔斷器。當電路中電流過大，電線開始發燙，此時熔斷器也開始發燙，當熔斷器自身的溫度達到一定的值的時候，熔斷器就會斷開，熔斷器也可以起到保護電路的作用。1.1.2各控制電路的設計1、開關設備加熱器、CO2添加器、熱風機、等都是開關設備，這些設備的控制電路都與比較類似，后文我將以熱風機為例，分析開關設備的工作流程及工作原理：（1）熱風機的主電路下面的圖是熱機的基本示意圖：圖熱風機主電路圖（2）熱風機控制電路控制電路的原理圖如圖。我們可以通過SB1來選擇手動操作，起動開關SB2，KM10通電，KM10的常開點閉合。如果選擇手動操作，則必須將SB1按鈕（旋鈕）設置為手動位置，然后將SB6按鈕設置為斷開位置，此時KM5通電，常開觸點閉合，風扇閉合，通電并旋轉。將SB6轉到停止位置，KM5不再通電，這個時候，原本閉合的觸點就會隨著KM5的不再導通而斷開，熱風機就會隨之停止。如將SB1反向轉動，選擇手動操作，系統將完全交由PLC進行自動化控制，不再受到操作人員手動控制的影響。自動情況時，KM5導通，熱風機啟動運行。圖熱風機控制電路圖2、正反轉設備正反轉設備是一種非常特別的設備，這種設備可以通過限位開關來控制電機的正轉和反轉，來進行一種需求中兩種目標相反的控制。遮陽簾和換氣扇兩個設備的控制電路是非常相似的。（1）遮陽簾主電路下圖為遮陽簾的主電路圖。圖遮陽簾主電路圖（2）遮陽簾的控制電路遮陽簾控制電路的原理圖如圖所示。SB1進行手動自動切換。按SB2，整個電路開始運行，所有設備啟動工作，接觸器KM10通電，然后常開觸點將關閉，電路將自行鎖定；如果切換到手動操作，則必須將SB1按鈕設置為手動，而SB4按鈕是打開和關閉窗簾的。按鈕SB4轉到開關，將向接觸器KM3供電，這時，常開觸點閉合，電路斷開，電動機正轉。當窗簾開度達到上限時，SQ1就打到了上限開關，因為打到了限位開關，常閉觸點就無法繼續閉合，就開始打開。這時的KM3也不再導通，電路中電流不再正常流通，電動機將不再運行。當SB4切換到開簾時，將電源供應給相應的KM4，通常情況下，打開的觸點閉合，電路斷開，并且電動機反轉。碰到閉合遮陽簾的限位開關時，SQ2就不再導通，KM4因為SQ2的不再導通而無法正常運作，它的電動機也就不再轉動。如果在系統自動運行時SB1返回到自動位置，則遮陽的操作將僅由PLC控制，當中間接觸器通電時，原始的常開觸點將閉合，并且電動機將首先正轉。如果KM4導通，常開觸點就會閉合，使電路導通，執行設備開始工作，這個時候電路中設備開始運行，電動機會反方向運行，遮陽簾就關閉。圖遮陽簾控制電路原理圖1.2PLC簡介1.2.1PLC的產生和系統組成1969年，世界上第一個PLC在美國誕生，這代表了在進行工業控制的實現時，我們有了更多的選擇。PLC技術發展到現在，已經逐漸變得更為成熟和適應更多系統。它已逐漸從最初的1位機器變成了8位機器。隨著微處理器CPU和微計算機技術在PLC中的應用，它有了更多功能[11]。現在，PLC使用16或32位高性能微處理器來實現多處理器多通道處理。PLC的本質是用于工業控制的計算機。PLC和計算機的配置相似，與常規計算機相比，PLC連接到工業的接口更好，編程語言更合適。PLC的硬件組成如下圖所示：圖PLC控制系統示意圖1.2.2PLC的工作原理用16個字來概括：循環掃描、順序執行、集中輸入、集中輸出[12]。PLC的工作過程如圖：圖PLC運行框圖1.3PLC控制系統設計的基本原則及步驟1.1.1設計PLC控制系統的基本原則每一種設計都有需要遵守的設計原則，PLC系統也不例外。在利用PLC進行系統的設計時，有許多方面都需要考慮到。這之中，有4點作為基礎，是一定要考慮到的。1、最大限度的滿足要求[13]；2、保證系統的安全可靠PLC系統的原則之二就是需要保證PLC系統的運行能夠長期安全、可靠、穩定；3、維修方便、方便簡單的使用與經濟效益在完成了設計提出的必須要實現的目標后，我們還需要獲得盡可能多的經濟收益，給系統留出一定的裕量，在需要進行補充和拓展時，不用太費力就能夠實現。在系統出現問題時，維修起來簡便且價格低廉[14]。1.1.2PLC控制系統的設計步驟PLC控制系統的設計如圖：圖3-8PLC控制系統設計步驟步驟為：1、了解需求，制定方案2、確定I／O設備3、選擇PLC4、分配I/O點并設計PLC外圍硬件線路5、程序設計6、硬件實施7、整理和編寫文件1.4PLC硬件電路設計1.4.1PLC型號的選擇1、控制系統所需要的I/O點數根據蔬菜大棚要實現的要求不難得出，這個系統要有個數字量輸入，個模擬量輸入以及個數字量輸出。2、選擇PLC的型號西門子PLCS7系列包括、、系列。它的功能強大，依照功能劃分又可分為小型、中型、大型。依據該系統提出的控制要求，我們選擇系列[15]。我們所設計的這個系統需要14個輸入以及10個輸出，但是我們在設計時也要考慮日后功能的完善。為了使日后進行功能完善時更便捷，同時也為了節省資源，我們在這次的設計中留出一定的裕量，故選擇CPU226。1.4.2傳感器的選型1、溫度傳感器根據蔬菜溫室管理的要求，本課題中選擇的溫度傳感器是HMD40型的產品。該傳感器測量精度高，安裝簡便，響應速度快，可靠性高，長期穩定性好，時延小且不受來自灰塵和化學氣體的影響。這款傳感器的性能指標如下：（1）溫度檢測范圍：℃；（2）工作電壓：VDC；（3）輸出信號：mA（4）測量精度：2、光照傳感器光照傳感器控制遮陽簾開關。這樣能夠使蔬菜得到適宜光照并增強植物的光合作用。（1）量程：、、三種可選（2）供電電壓：24VDC／12VDC（3）輸出信號：，（4）精度：3、二氧化碳濃度傳感器二氧化碳控制是通過實時監測CO2的含量來實現的，當棚內的CO2量小于系統內設定的含量值時，系統就會打開CO2儲蓄或者選用CO2發生器釋放CO2。二氧化碳濃度的傳感器選擇弗加羅公司TGS4160型CO2傳感器，該傳感器為固態電化學型氣體敏感元件。這種傳感器的個頭很小，但是十分耐用，是一款表現出色，非常穩定的傳感器。同時它在面對惡劣的環境條件時也有著非常優秀的表現。一般來說，當面對通風換氣的場合，或者有需要控制二氧化碳濃度的場合，都會選擇這款傳感器來實現設計目標。我們是預計通過如下方式實現二氧化碳含量的控制的。如果棚中的CO2含量小于系統中設置的含量值，則系統將打開CO2儲存器或選擇CO2發生器釋放CO2。對于二氧化碳濃度傳感器，選擇Fogarro公司的TGS4160CO2傳感器，它是固體電化學氣體傳感器。該二氧化碳傳感器體積小，壽命長，選擇性和穩定性優異、耐高濕和低溫。廣泛用于自動通風系統和長期監控二氧化碳氣體的場合。的參數如下：（1）測量范圍：（2）對二氧化碳CO2濃度有高靈敏度（3）壽命長（4）使用溫度：1.4.3模擬量輸入模塊EM2351、模擬量輸入模塊EM235的簡介EM235將被測的交流電流直接改變為標準信號，將該信號送至接收部位。該模塊需要24V的直流電源來進行工作，并且包含四個輸入和一個輸出，通過DIP來設定量程。表3-1表示了通過DIP設置EM235模塊的輸入量程范圍的過程。

表3-1DIP開關設置單極性滿量程輸入分辨率12.5μV25μV125μV250μV5μA因為該蔬菜大棚中的測量值都是單極性，故選擇0-20mA的量程和0-5V量程。2、模擬量輸入模塊EM235的使用說明校準輸入時，其步驟如下：（1）關閉模塊電源，選擇滿足系統要求的輸入范圍。（2）讓CPU通電十五分鐘。（3）通過變送器把零信號送入輸入端。（4）讀取測量值。（5）調節電位計，直至讀數為需要的數值。（6）把一個信號接入到一個輸入端中，讀出CPU數值。（7）調節電位計，直到讀數為。（8）如果還不準確，就進行二次校準。進行以上步驟直至輸入模擬量信號，對應數字量是零到或設定值。1.4.4PLCI/O地址分配表依照系統的要求，I/O地址的部分分配表如表、

表輸入端口地址分配表序號輸入口信號名稱符號01手動/自動切換02總啟動03總停止04遮陽簾開限位0