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基于PLC的温室大棚系统控制设计

一、选题简介、意义

   伴随着人们生活水平的提高，如今能吃到反季节的食物是非常正常的事情，这要归功于人们对温室大棚这一项目的研究。随着温室大棚的出现，人们就栽培许多当季或反季节的农作物以致达到人们的需求。温室大棚主要是用来栽培农作物的设施，它能够改变农作物的生长环境，不管外界四季变化和恶劣气候影响，为农作物的生长创造了适宜的条件。温室大棚作为能够使农作物高产的重要场所，已成为大家研究的重要方向，怎样能够利用科学技术来提高温室内的各种环境因素，这也成为我国研究温室大棚行业的重要任务之一了。

  温室大棚是高效农作物生产中不可或缺的重要设施，温度也是影响植物生产的重要因素之一。它最重要的作用就是用来改变植物生长的环境，避免外界环境对它的不利影响，创造适宜植物生长的良好条件。

  有些温室会有安装一些各种加热、通风和降温的设备，但这太浪费人力和财力，而且也很难达到植物生长的适宜条件。所以本文就介绍一种基于PLC和数字式温度传感器的温室控制系统，此系统实现室内温度的自动测量和调节，也很大程度上降低操作人员的劳动强度。

二、课题综述（课题研究，主要研究的内容，要解决的问题，预期目标，研究步骤、方法及措施等）

1.课题的主要研究内容

为了避免外界环境对植物生长的影响，为植物生长创造良好的适宜条件，所以温室的最大作用是改变植物的生长环境。温室一般情况下是以采光和覆盖材料作为主要结构材料，它可以在不适宜植物露地生长的环境下栽培植物，以致达到农作物调节生产期、促进植物生长发育、防止病虫害以及提高生产量的目的。温室环境是指作物在地面生长空间，它是由光照、湿度、二氧化碳浓度、温度等因素构成，温室控制主要是来控制温室内的湿度、温度、光照与通风。

2.要解决的问题

（1）如何设计温室检测装置的总体设计；

（2）如何准确测量环境的温度值，减小测量误差；

（3）如何设计温室大棚智能控制系统流程主/控制电图及选型。

3.预期目标

温室自动控制系统是一种具有良好控制精度、良好的动态品质及良好的稳定性系统。根据项目要求，温室控制系统主要是由温度检测传感器、PLC以及上位机组成。以致能够实时、准确可靠的运行。

4.研究步骤

本课题的工作步骤分为四个阶段：

第一阶段：查阅文献，收集资料、确定课题方案，完成开题报告；

第二阶段：完成系统构架，进行结构设计、软件设计；

第三阶段：进行系统模拟；

第四阶段：整理技术资料，完成毕业设计论文及答辩。

5.工作方法及措施

工作方法：本课题主要采用各种检测控制系统。

措施：在大棚控制系统中，采用PLC系统，对其进行调节控制；使各硬件、实时动态监控系统以及通信达到分布式的控制结构效果，使各个子系统相对独立，管理与控制功能分隔开。

三、设计（论文）体系、结构（大纲）

一、绪论 1

1.1  课题的背景及发展状况 1

1.2  课题研究的意义和目的 3

1.3  温室控制系统的发展动向 3

二、温室控制系统总体设计方案 5

2.1  系统的设计任务 5

2.2  系统的技术介绍 5

2.2.1  PLC 5

2.2.2  上位机 7

2.2.3  传感技术 7

2.3  温室控制系统的工作原理 7

三、系统硬件设计 10

3.1  温室控制系统设计 10

3.1.1  温室控制系统的控制要求 10

3.1.2  温室控制系统主电路设计 10

3.1.3   温室控制系统控制电路设计 13

3.2  PLC型号的选择 16

3.3   PLC的I/O分配点 16

3.4  PLC硬件接线图 18

3.5  传感器的选择 18

3.6  PID控制 19

3.7  组态软件的概述 20

3.7.1  组态的概念 20

3.7.2  组态软件的系统构成 20

3.7.3  组态软件的优点 22

四、温室控制系统的软件设计 23

4.1  PLC程序设计方法 23

4.4.1  继电器控制电路移植法 23

4.4.2经验设计法 23

4.2  温室大棚控制系统的组态设计 24

4.2.1  建立新工程 24

4.2.2  设备连接 26

4.2.3  运行画面 27

4.3  温室控制系统源程序 27

五、结论 28

致谢 29

参考文献 30

附录： 31

 

一、绪论

 1.1  课题的背景及发展状况

人们生活质量日益增长，对蔬菜等的食用数量也日益增长。如今我国经济的发展是相当迅速的，人均耕地面积也在逐渐减少，所以，怎样提高农作物产量是及其重要的。当今，日光温室、塑料大棚渐渐成为我们国家设施结构的重要结构类型，它可以充分利用阳光来代替燃煤，这样不仅可以节约不可再生资源，也能达到环保等作用。

2016年我国的日光温室面积增速速度达到了81.09%。相关部门推广的节能型的日光温室，可以减少大量煤的使用，也对保护环境作出了很大的贡献，每年每亩地能够节约燃煤大约19吨。由于现代经济的迅速发展，很多的现代化温室大棚采用的材料也是越来越现代，例如PC板。如今很多国家也采用温室大棚种植，这样不仅可以充分利用土地，也可以充分利用机器来代替人工，本着能免则免的原则去解决问题。

希望能够跟上时代的脚步，国家也在设施农业领域投入了大量的资金和人力，给温室控制技术在农业领域的发展做了很好的基础，以使它在农业领域或者其他领域很好的被利用。由于科学发展的不全面，很多大棚的温室还是要靠种植者的一些经验去完成，但是这些没有依据性，达不到精确的要求管理方式，只能人为的去改变温度值等，不能自动的去改变棚内的温度等参数值，因此就体现不出来大棚能够高产作物这一重要特性。由此可见，在不需要人工的情况下，大棚内的温度、湿度、光照强度等环境因子能否能够自动调节关系着棚内蔬菜等作物是否可以良好生长起着关键作用。

根据国内外大棚控制技术的发展形势，它的发展阶段可以分为下列三个阶段：

（1）手动控制：当大棚出现在人们生活中的时候，温室控制技术发展还不成熟，棚内里的设备不能够自动去改变一些参数值，只能人为的去调参数值，如今，技术的日益完善，手动控制技术逐渐地被代替。传感器在农业领域用的很广泛，传感器是温室控制技术的核心，种植者通过把传感器和自身的经验两者结合起来去改变棚内的各个环境因子直到适宜蔬菜等作物生长。技术的不发达，只能通过人为的改变温度等影响作物良好生长的环境因子，如果一直是通过人工来操作的，那么蔬菜等作物的生产效率会提升的很慢，没有跟上现代农业化的脚步，所以渐渐地被淘汰。

（2）自动控制：自动控制主要是通过种植者根据棚内作物生长的需要，然后提前设置好适宜作物生长的温度等参数，接下来就是温室控制系统会把传感器的实际输出值与你预先设置好的温度等参数值进行对比，出现与你设置好的值不一样的时候传感器会自动的去调节参数，调整为适宜作物生长的环境。自动控制技术不仅可以提高作物一次性的大量生产，而且也提高了作物的生产效率。

    通过改变预先设置好的目标值能够让大棚内的环境因子自动的去调节，但是此项控制技术不能适应突变的作物生长情况，很难融入作物生长的基本规律。但当前我国有一部分自主研发的温室现代化及从国外引进的设备也都运用此项控制技术。

（3）智能化控制：智能化控制技术的发展给农业等领域提供了很好的条件，为农业以及各个行业建立非常好的专家系统。也为适宜作物生长建立了数学模型，智能化控制技术是在手动控制和自动控制技术的基础上发展起来的，未来这项技术也会发展的更加完善，人们利用起来也很便捷。

大部分土地都被建筑所占用，农业用地在日益缩减，农民付出大量的时间种植庄稼最后收成却很少，而且还没有目的性发展温室控制技术、资源被充分利用起来的很少。如今，人民生活质量日益增长，科学技术发展的日益完善，农业用地问题渐渐地被解决，逐渐朝着自动农业化型方向发展，为人民供给了更加安全、优质、可口的绿色健康食品。

 1.2  课题研究的意义和目的

    目前，我国虽然大部分的大棚也都安装了通风、降温和加热设备，但是也都是通过人工操作让它工作的，一旦扩大大棚面积，劳动强度就会增大，那么温度的准确控制就更不好实现。

   结合目前国内外的发展情况来看，此系统充分发挥了PLC的控制优点，种植者再根据自己多年的种植经验去进行对温度的准确自动调节，温度自控控制系统实现了农作物生产的自动化，也为提高劳动生产率和推动规模化的生产起到了催化剂的作用，通过改变设定目标值可以自动地进行棚内各环境因子的调节，该技术的崛起对推进我国农业现代化发展起到了很好的推动作用。

未来生活逐渐跟着时代的潮流渐渐地变好，如今的信息化时代让我们有了更好的交流，时代在进步我们也不能落后，发展先进的技术去扩大种植业、工业等领域的发展，追求高质量的小康生活，人们靠着智慧在不断地研究新的技术，生活在进步，思想在进步，科技在进步等等都在不断地发展，向着我们中国梦伟大目标继续前行。

     只有继续钻研新的技术，扩展新的知识，增强自身的建设意识，不仅是为建设好我们的大家更是建设小家的坚强动力，能够把自己最好的姿态呈现在人们的面前。

1.3  温室控制系统的发展动向

时代在进步，各种各样新的技术在不断的被研究出来，因为各种技术的不断新起许许多多领域工作也都逐渐地运用机器代替人工完成任务，这样不仅缓解劳动员工的压力，还可以减少不必要的错误出现，提高准确性。

人力和机器的共同合作跨时代的完成合作，甚至在将来能够把温室控制系统这项技术发展到太空中去，研究一些太空食品等东西。新技术的日益涌现扩大了我们的生活渠道，增长了全新的知识，人这一辈子需要不断地去学习，去了解新鲜的事物，让自己跟上时代的脚步，这样感觉会有一种你一直是和大家在一起的，而不是孤单地处于被冷落状态，在他人一起说话的时候也可以有话去说，当别人都在说一些你什么都不知道的时候那种悲伤的感觉很难受。

所以，在这个大家庭里，我们只有不断地向他人学习，再加上自己对知识的理解去研究一些新的东西，今后我们只会前进而不是倒退。新的问题出现我们就要想办法去解决问题，研发全新的技术克服一切困难。

 

结论

  大棚温室控制系统是一种能够为作物提供良好的适宜生长环境，可以避免外界恶劣环境和四季气候的变化对农作物的影响的控制系统，在本文介绍中，系统的组成和功能有以下几种;

1,  在硬件方面，光照传感器、温度传感器、湿度传感器去检测棚内外的湿度、光照强度以及温度等等环境因子，然后我们再通过变送器把这些检测到的模拟量转化成电流或电压信号，然后再通过输入端端口输入到PLC，再经过A/D转换后到达它的内部，通过系统对信息的处理对硬件相对应的动作：遮阳系统通过根据温室控制系统的输出信号去完成遮阳降低棚内的光照强度，环流风机动作使棚内的空气能够形成有序的流动信号保证棚内空气均匀和稳定，以致能够对棚内起到通风降温的作用，然后天窗电机的正反转去实现对棚内进出的空气量进行控制，微雾加湿机的动作在一定程度上增加了棚内的温度以使温度发生相对应的变化。

2， 在软件方面，PLC控制通过A/D转换将传感器检测到的棚内外的实时环境信号转换成数字信号，然后与预先的设定值进行比较，得到的结果若不是你开始时设的值，那么报警部分电路将会发出报警信号，然后再利用可编程逻辑控制器对得到的信息进行修改，然后让与之相对应的机器运行，若是温度与你所设的温度值相等，那么可编程逻辑控制器就不会产生输出信号，能够实现对棚内温度的控制利用机器自己运行改变相关参数效果。

写论文的两个月期间里，碰到许许多多非常不懂的知识，写的时候磕磕绊绊的，但是，因为我对于这一块的知识理解的不是很全面，所以，论文里有些软件和硬件在做的时候没有做到完善以致只能够去适应一些较为简单一些的情况，对于温度是否能够自动调节，是否对其他环境因子有所影响没有做到很完善。在以后的后续工作中能够在实时性、精确性和扩展性等几方面对温室控制系统能够做到完善，将来可以更好的为人民服务。

 

参考文献

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[2]宋伯生.PLC编程使用技术 [M].北京.机械工业出版社，2007.

[3]史国生.电气控制与可编程控制器技术 [M].北京.化学工业出版社，2004.

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[5]孙振强.可编程控制器原理及应用教程 [M].北京.清华大学出版社，2005.

[6]李金利.可编程控制器及其网络系统的综合应用技术 [M].北京.机械工业出版社，2005.

[7]梁万用，王凯.蔬菜大棚的智能温室控制系统的设计 [J].安徽农业大学，2009，37（19）:9138-9139.

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[9]李君华，王生学，张侃谕.基于PLC和组态软件的现代温室控制系统设计 [j].工业仪表与自动化装置，2008（2）:25-27.

[10]卢志俊，袁可，任颖.PLC在节能型日光温室温度监控系统中的应用 [J].农业网络信息，2008（1）:109-110.

[11]周笛，王奇，梁秀英.基于PLC的智能温室控制系统 [J].机械研究与应用，2008,21（4）:107-108.