基于PLC的大棚温室控制系统的设计

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基于PLC的温室控制系统的设计

摘 要

随着人们生活水平的提高，由温室大棚种植的反季节蔬菜成为人们越来越离不开的食物，所以温室大棚技术越来越重要，而温度控制是最为重要的一环。考虑到PLC具有灵活性、操作简单等优点，所以设计出了基于PLC的温度控制系统。

该论文介绍了温室控制系统的构成，包括信息采集部分、智能控制部分以及最后的执行部分。由于温度的变化因素很多，包括光照、湿度、通风等因素，所以本次设计的系统中包括了升降温系统、补光系统、遮阳系统、加湿系统、CO2系统、通风系统，来综合调整温度的变化保证温度的准确度。根据设计需要和经济综合因素的考虑选用了西门子S7-200型PLC的控制，这样既能够满足输入与输出控制，又有比较高的性价比。在设计中给出了控制系统的软硬件设计，并用STEP7软件进行对梯形图的输入、调试与仿真，能够完全符合设计需求。

关键词 传感器 PLC 模糊控制器 MCGS组态软件 电机

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Greenhouse Control System Based on PLC

ABSTRACT

With the improvement of people's living standard anti season vegetables become people are increasingly inseparable from the food, so the greenhouse technology is more and more important, and the temperature control has become the most important part, so the PLC control system of greenhouse based on. Temperature sensor and PLC are the core of the greenhouse control system, they have a direct impact on the working status of the system. Its working process is the when the temperature sensor to collect the signal is transmitted to the fuzzy controller, the fuzzy controller by the signal conversion and comparative analysis, then the signal transformation output signal to the MCGS configuration software is used to judge the and the signal is transmitted to the PLC, PLC receives the signal and control motor working temperature control. MCGS configuration software where the computer is also a platform for human-computer interaction.

Key words Temperature Sensor PLC Fuzzy Controller

MCGS Configuration Software Electric Machinery

目录

第1章 绪论 .......................................................................................................................... 1

1.1 课题背景 ................................................................................................................... 1 1.2 国内外研究现状 ...................................................................................................... 1 1.3 内容安排 ................................................................................................................... 2

第2章 系统总设计方案 .................................................................................................... 3

2.1 系统总体设计思路 ................................................................................................. 3 2.2 设计概要图 ............................................................................................................... 3

第3章 系统硬件方案设计 ................................................................................................ 6

3.1 信息采集电路的设计 ............................................................................................. 6 3.1.1 温/湿度传感器的选择 .................................................................................. 6 3.1.2 光照传感器的选择 ........................................................................................ 7 3.1.3 CO2传感器的选择 ......................................................................................... 7 3.2 主控制电路设计 ...................................................................................................... 8 3.2.1 PLC的选择 ..................................................................................................... 8 3.2.2 PLC内部接线图 ............................................................................................ 9 3.2.3 模糊控制器设计原理 .................................................................................. 10 3.3 系统执行部分设计 ................................................................................................ 11 3.3.1 正反转部分设计 ........................................................................................... 11 3.3.2 开关类设计 ................................................................................................... 12 3.4 系统主电路图 ........................................................................................................ 13

第4章 系统软件方案设计 .............................................................................................. 15

4.1 STEP7 Micro/Win软件简介 ................................................................................ 15 4.2 STEP7-Micro/WIN编程软件主要功能 ............................................................. 15 4.3 STEP7-Micro/WIN编程方法 .............................................................................. 16 4.4 PLC系统软件介绍 ............................................................................................... 16

第5章 系统调试 ............................................................................................................... 23

5.1 仿真软件简介 ........................................................................................................ 23 5.2 控制程序的仿真与调试 ...................................................................................... 23 5.2.1 仿真与调试准备工作 .................................................................................. 23 5.2.2 程序仿真与调试 .......................................................................................... 23

结论 ......................................................................................................................................... 25 致谢 ......................................................................................................................................... 26 参考文献 ................................................................................................................................ 27

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第1章 绪论

1.1 课题背景

时代在进步社会在发展人民的生活水平也在不断地提高，而反季节蔬菜已经成为人们餐桌上必不可少的食物，所以以大棚温室为主的农业种植面积不断增大，温室大棚主要就是为植物的生长创造合适的温度环境，但是如何创造合适的温度环境成为摆在人们面前一大难题。而现在最普遍控温方式是人们根据室内温度进行操作，例如用竹杆挑拨塑料膜来控制风口大小以及用滑轮绳索拉动塑料膜来控制风口大小。这种人工操作方式存在四个无法克服的难题；（1）温度利用率比较低，在天气较好时为防止高温对植物生长的影响，所以风口要相对放大点，这样就造成室内低温段跟高温段温差较大，这就会使温度流失，植物的生长缓慢；（2）当遇到雨雪大风天气，温室内的温度不能保证恒定不变，植被不能再适宜的温度下生长，就会容易发生病虫害，造成经济损失；（3）一次性的温度失控往往会有无法逆转的损失；例如在树花期出现一两次的高温情况，就会使的全年绝产；（4）劳动强度很大，时间上也很难快速调整温度。蔬菜看管温度的用时约占总时的50%，水果看管温度用时约占总时的85%。最近几年虽有用单机械收放风口的技术出现，但由于都解决不了实际得问题，得不到广泛应用。

本文设计智能温控系统的目的在于针对现有技术的不足，提供一种是替代人工控制温度操作，适用广范，结构简单，操作方便，温度资源利用率高，生产成本低，产品品质优良的温室大棚智能控温技术。温室环境控制需要调控很多的环境因素，以达到调节成熟周期，加快生长发育的目的，温室环境控制为农业的高产稳产提供了保障，可以一定程度上替代人工，减少生产的成本，同时还具有结构简单，操作方便等优点。

1.2 国内外研究现状

20世纪70年代国外就开始对温室温度控制技术进行研究，当时采用模拟仪表进行组合，现场采集信息并且进行记录、指示以及控制。20世纪80年代末期出现了分布式的控制系统。科技的发展带来的是生产力的解放，计算机技术的应用使温室控制

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更为精确，并且逐渐朝着无人化、智能化的方向发展。

我国对于温室控制技术的研究始于20世纪80年代。我国工程技术人员大量吸取国外经验基础上，开始掌握了室内微机控制技术，但是这项技术仅仅只能控制温度、湿度和CO2浓度等单环境因子，从此之后我国的温室控制技术得到了飞跃式的发展。到90年代中后期，在学习国外建造经验的基础上，我国开始尝试自主研发环境控制系统。1995年，北京农业大学研制成功了“WJG-1型实验温室环境监控计算机管理系统”，这个系统是以小型分布式数据采集来控制的系统。1996年江苏理工大学研制成功了用工控机进行管理的植物工厂系统。该系统能对较多的环境因素进行综合的控制，是国产化温室控制技术比较典型的成果。90年代末期，河北职业技术学院研制了蔬菜大棚，能够对温度和湿度进行实时测量及控制。当时我国农业现代化水平较低，农业劳动力过多，温室的建造投资太大，对工作人员的要求较高等成为了限制温室控制技术发展的主要因素。

本文目的在于探寻温室环境自动控制在实践中的应用，并且推动温室控制系统的发展进程。

1.3 内容安排

温室的建造采用了先进的科学技术可以有效的提高农作物的产量和经济效益。本文在充分了解影响温室温度控制因素的基础上做出智能温室温度控制系统的总体设计方案。系统由PLC作为设备核心构建而成，可以实现我们预期达到的要求。

本文对温室温度控制算法进行研究。温室环境是个复杂的系统，根据这种情况，本文采用模糊算法进行数据的前期处理。之后使用PLC网络组态方法，这样就解决了过程控制层和监控层之间通讯等问题，并且利用编程软件根据环境系统对温度控制的要求编写了监控程序，这样就能够实现远程监控、用户管理、报警记录、曲线显示等多项监控功能。

本文设计的系统大大提高了设备的利用率，降低耗能，而强大的扩展功能使其可以很容易的选用外围设备， 这样就能提高系统的容错率大大降低了系统建造的难度。

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第2章 系统总设计方案

2.1 系统总体设计思路

环境因素是影响植物生长的重要因素，而温室的建造使得环境这个重要因素得以改变，可以创造出更加好的环境让植物生长。温室的主要作用就是来改变植物生长，它能避免恶劣天气对植物的影响达到促进植物更好的生长。但是环境的更改我们需要考虑的很多，我们要主要分析哪些因素会对植物的生长起到作用。经过我们不断的咨询和调查我们得出作物的生长环境主要是由温度、湿度、CO2浓度、光照等因素构成，我们只是单独控制一种因素来控制温度是无法达到我们所想要的目的的，所以我们要考虑多种因素的综合控制。

2.2 设计概要图

温室是具有鲜明使用功能的农业型建筑，其构建涉及工程问题必须符合国家规定建造。温室的主要作用是承载负荷、保温、防雨雪等作用。传感器监测到温室中环境因素的变化时，会把监测到的环境信号传递给模糊控制器，模糊控制器对信号进行处理然后传递给MCGS组态进行数据的人机互动显示，最后传递给PLC，PLC对信号进行处理控制内部设备运作不断地改变温室的环境，使温度保持在一定的范围内。

本文设计的系统是以PLC为控制核心总体分为以下三个部分；

（1）信息采集系统，它包括温/湿度传感器、光照传感器和CO2传感器主要是进行实时监测温室内的环境和执行设备工作时的反馈工作。它是影响系统精确度的主要因素。

（2）智能控制部分，它主要包括了模糊控制器、MCGS组态（也是人机交互界面）还要系统最核心部分PLC。信息采集系统把信号出输给模糊控制器，模糊控制器进行信号的处理（对PLC做出判断做出先前分析），模糊控制信号处理完毕然后传送给MCGS组态，MCGS组态做出趋势曲线、动画演示等进行人机信息交互，最后把信号传给PLC，PLC把信号与我们设定的值进行对比做出相应的判断，控制下一部分工作。

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（3）系统执行部分，它包括最后的设备含有正反转设备和开关类设备，根据PLC给出的信号做出相应的反应控制温度等达到我们预想的目的。最终信息采集部分在进行信息采集进行反馈然后重复上述步骤，进而达到智能控温的效果。我们也可以进行手动或自动切换更加确保温度的准确性。

系统三个部分各有各的功能，它们的完美组合使得系统才能到达到我们所需要的目的，但是系统的运行过程中肯定会有误差存在。信息采集系统是系统开始的第一步它们元件的质量是保证系统准确性的第一步，所以我们在选择信息采集系统的器件时我们第一位的应该是确保器件的质量在考虑器件的价格，信息采集系统直接影响了整个系统的准确性。智能控制部分作为系统的第二部分起到了整个系统最核心的作用，它对系统准确性的影响（在我们先前校准完毕的情况下）不是特别大。最后系统的执行部分对于系统准确性影响可以排在智能控制系统的前面，作为最终的执行机构它们承担着最终完成改变环境因素的职能，在他们工作的时候总是会产生热量会影响整个温室内部环境，可能在一段时间后设备会出现故障从而达不到我们想要的结果，这些都是系统存在的误差因素。所以设计系统的时候应该加强对设备筛选和对控制系统的设计，尽量减少系统所产生的误差，确保系统的正常运行。系统流程图如图2.1所示。

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开始/停止手动手动/自动自动传感器模糊控制器信息反馈MCGS组态PLC加热设备加热设备加热设备加热设备加热设备加热设备加热设备

图2.1 系统流程图

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第3章 系统硬件方案设计

3.1 信息采集电路的设计 3.1.1 温/湿度传感器的选择

本文选择的温/湿度传感器有两种一种是北京伊泰公司型号为IEC751和荷兰维拉公司型号为MMD30的产品。

北京伊泰公司型号为IEC751的技术参数是： （1）绝缘电阻：≥1000M? （2）适用范围：-20℃—500℃ （3）湿度：≤80% （4）电压：10~100V

荷兰维拉公司型号为MMD30的技术参数是： （1）绝缘电阻：1000M? （2）适用范围：-20℃—300℃ （3）湿度：≤80% （4）电压：20~300V

根据本文设计的系统，荷兰维拉公司型号为MMD30的温/湿度传感器它的电压范围更适合实际情况，它的电压阻值也小更适合系统要求所以我选择它。 温/湿度传感器外观图如图3.1所示。

图3.1 温/湿度传感器外观图

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3.1.2 光照传感器的选择

光照传感器主要是实时采集光照的变化来控制开窗设备和光照设备的开关，使得植物得到的光照更加充足更好的生长。光照度传感器有以下两种型号可供选择。

本文中选用的光照传感器的产品型号Poi88-c，其光照度传感器参数如下： （1）量程：O-200K1UX、O-20K10X、0—2000可选； （2）供电电压：24VDC／12VDC；

（3）输出信号：20—4mA，10V—OV可选； （4）精度：±2％；

北京和润科技有限公司的光照度传感器参数； （1）量程：O-200K1UX、O-20K10X、0—1500可选； （2）供电电压：24VDC／12VDC；

（3）输出信号：15—4mA，10V—OV可选； （4）精度：±3％；

根据系统要求北京易盛泰和科技有限公司产品型号Poi88-c光照度传感器精确度更准，更符合系统要求所以选择这个。光照传感器外观图如图3.2所示。

图3.2 光照传感器外观图

3.1.3 CO2传感器的选择

CO2传感器的作用是检测CO2的浓度控制开关设备进行浓度调节，保证植物的正常生长。

C02传感器有弗加罗公司生产C02传感器和美国仪态和科技有限公司的C02传感

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器。

弗加罗公司生产C02传感器参数： （1）测量范围：0～5000ppm； （2）使用寿命：1500天；

（3）内部热敏电阻(补偿用)：100k Q±5％； （4）使用温度：一10～+50℃； （5）使用湿度：5～95％RH；

美国仪态和科技有限公司的C02传感器参数： （1）测量范围：0～5000ppm； （2）使用寿命：2000天；

（3）内部热敏电阻(补偿用)：100k Q±5％； （4）使用温度：一10～+50℃； （5）使用湿度：5～95％RH；

由于美国仪态和科技有限公司的C02传感器比弗加罗公司生产C02传感器使用寿命更长性能参数相同所以我选择它。C02传感器外观图如图3.3所示。

图3.3 C02传感器外观图

3.2 主控制电路设计 3.2.1 PLC的选择

PLC设备型号有两种选择一种是德国西门子的S7-200另一种德国西门子的S7-300两种，西门子设备应用比较广泛也是我们所学的设备所以我选择的都是西门子

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的设备。

S7-200型号的PLC具有的功能能够满足我们系统的需求，并且体积小节省空间，而且能应对比较复杂的环境具有很高的性价比，所以选择S7-200型号的PLC。

S7-300型号的PLC具有比S7-200更加强大的功能但是考虑到实际情况，S7-200型号的PLC已经符合我们的需求并且价格低廉所以我选择德国西门子公司的S7-200系列的PLC。

S7-200 系列PLC包含CPU221、CPU222、CPU224、CPU226等类型。根据本论文的设计要求选用的S7-200 CPU226,CPU226是集成24输入/16输出共40个数字量I/O 点。可以连接7个扩展模块，I/O端子排可进行拆卸。I/O分配如表3.1所示。

表3.1 I/O分配图

信号类型

PLC地址 功能 I0.0 I0.1 I0.2 I0.7 I1.0

输入信号

I1.1 I1.2 I1.3

手动热风机启动 手动冷风机启动 手动加热器启动

自动/手动切换 启动开关 停止开关 手动通风扇正转 手动通风扇反转

输出信号

Q0.5 Q0.6 Q0.7 Q1.0 Q1.1

冷风机启动 加热器启动 补光灯开启 CO2开关阀 指示灯

信号类型

PLC地址 Q0.0 Q0.1 Q0.2 Q0.3 Q0.4

功能 通风扇正转 通风扇反转 遮阳帘开帘 遮阳帘关帘 热风机启动

3.2.2 PLC内部接线图

因为PLC本身受限制外部输出点的带负载能力比较低，如果直接带风机等负载输

出触点容易坏，所以采用交流接触器作为接触原件，来间接的控制电动机等设备的启停以及它们的正反转。阻容吸收电路组成是由一个500Ω和一个0.1μF /400V的电容串联而成。

EM231具有四路模拟量输入，电流、电压都可以是它的输入信号，电流对于噪声敏感度不高，所以选用4到20mA的电流作为传输信号，同时还可以避免传输线路的

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损耗。电流在输入时进入端需将“R”与“+”短接，流出端为“-”，并将SW1、SW2、SW3三个开关分别设定为“ON”、“ON”、“OFF”。EM231的接口电路图如图3.4所示

图3.4 EM231的接口电路图

3.2.3 模糊控制器设计原理

模糊控制器本身存在一个知识库一般是由两部分组成，一部分是数据库一部分是规则库，数据库是历史数据的集合，而规则库是根据人们对于温室温度控制的经验而建立，能够做出像人们对于温室控制的一种直觉推理，从而做出规则控制。信号进入模糊控制器后会进行模糊化处理在以知识库作为参考依据的前提下对信号做出处理。最后反模糊化是把输出的模糊输出量转变成实际输出量，最终为系统有效的控制温室内的温度提供最先一步的处理。模糊控制器原理图如图3.5所示

知识库数据库规则库输入模糊化模糊推理反模糊化输出

图3.5 模糊控制器原理图

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3.3 系统执行部分设计

系统执行部分一般可以分为两部分，一部分是可以进行正反转的电机设备，另一部分是开关控制的开关类设备。

3.3.1 正反转部分设计

正反转设备有侧窗电机、连续开窗、遮阳系统等，由于系统的要求它们使用的电机功能参数相差不大所以可以使用同一种正反转电机。

正反转电机有两种一种是碧凯公司WN系列电机另一种是德国福玛特公司的HJ系列电机。

碧凯公司WN系列的减速电机输出转速：6.9～460r/min 输出转矩：高至1500Nm 电机功率：0.12～4Kw 安装形式：底脚安装法兰安装。

德国福玛特公司的HJ系列电机采用高精度齿轮，并配有油封防止进水，O型环密封式齿轮箱，采用润滑脂浴润方式，具有噪音低，使用寿命长、体积小、功率大等特点。减速范围比较宽广，减速比1：3～1:1500。减速电机输出转速：4.0～290r/min 输出转矩：高至1300Nm 电机功率：0.12～4Kw 安装形式：底脚安装法兰安装。

根据本文设计系统的要求和实际情况我选择碧凯公司WN系列电机，它的性能更加强大性价比比较高。

由于正反转电路的控制电路相差不大，现在以遮阳系统为例做出系统控制电路介绍。

遮阳系统电路中的热继电器FR2是电机的过载保护，主要当遮阳系统因为外界原因关闭不了或打不开的情况。熔断器FU2起到过电流保护的作用。而KM3、KM4在电路中起到控制电机正转与反转的功能。遮阳系统主电路图如图3.6所示。

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QF2FU2KM3KM4FR2 M2~3

图3.6 遮阳系统主电路图

3.3.2 开关类设计

加热器、热风机、发光体、冷风机等属于开/关设备，它们控制电路大体相同，所以现以热风机为例，做以下介绍。

热风机主要的功能是控制电机的通断电来实现，、继电器来控制风机，由热继电器、熔断器来实现电路中的短路保护、过载保护、过流保护。热风机系统主电路图如图3.7所示

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QF3FU3KM5FR3 M3~3

图3.7 热风机系统主电路图

3.4 系统主电路图

系统主电路硬件中天窗电机、侧窗电机、遮阳电机功率有所不同都同意配有限位开关，然后通过电机的正转，反转及停止来完成相应的功能的开启及闭合。所以它们的主电路都是相似的。传感器、微雾加湿器、热风机、湿帘风机、湿帘水泵、补光灯都是输入开关设备。在系统接线图中QK是闸刀开关作用是控制整个主电路的启停,QF1-QF8为断路器起到保护线路和电机作用，FU1是熔断器起到保护电路短路或过载的作用。FR1-FR8是热继电器主要是对电机起到过载保护的作用，KM1-KM13是交流接触器主要作用是控制电机的正反转、启动、停止和其余设备的开关。系统主电路图如图3.8和3.9所示。

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UVWNQKFU1FU2FU3KM1KM2KM3KM4KM5FR1FR2FR3开窗系统 M1~3遮阳系统 M2~3热风机系统 M3~3 图3.8 系统主电路图

UVWNFU7FU4FU5FU6KM9KM6KM7KM8CO2设备补光灯FR4FR5冷风机 M4~3加湿器加湿器图3.9 系统主电路图

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第4章 系统软件方案设计

4.1 STEP7 Micro/Win软件简介

STEP7-Micro/WIN编程软件功能强大同时连接方式也比较简单利用一根PC/PPI电缆就可以建立起计算机和PLC之间的通信关系。这是一种单主站通信方式，不需要其他硬件设备，在加上汉化后的程序，可在全汉化的界面下进行操作，是西门子PLC用户不可缺少的开发工具。STEP7-Micro/WIN主界面如图4.1所示。

图4.1 STEP7-Micro/WIN主界面图

4.2 STEP7-Micro/WIN编程软件主要功能 STEP7-Micro/WIN编程软件可以实现以下功能。

（1）当脱机（离线）是可以创建用户程序，修改和编辑原来的程序。 （2）当联机（在线）时可以对与计算机建立通信关系的PLC直接进行操作，如上载、下载组态数据和用户程序等。

（3）可以在编辑程序的过程中同时进行语法的检查。 （4）对用户程序可以进行加密处理和文档管理等功能。 （5）可以设置PLC的参数、工作方式和运行监控等操作。

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4.3 STEP7-Micro/WIN编程方法

由于在使用STEP7-Micro/WIN编程软件编辑程序的过程太过于繁琐，所以在此只能做出简单介绍。

（1）首先我们先打开STEP7-Micro/WIN编程软件，进入主界面。

（2）我们单机浏览栏中的程序块按钮，这样我们就进入了梯形图编辑串口。 （3）在编辑梯形图的窗口中需要我们把光标定位好。（我们即将输入编程元件的地方）

（4）这是我们可以直接在指令栏中找到我们所需要的指令直接点击，这样我们所需要的指令会直接插入到我们光标所在的位置。例如我们点击常开触点指令。这时梯形图窗口中就会有常开触点的指令，还需要在？？？处输入I0.0。常开触点指令如图4.2所示。

图4.2 常开触点指令

4.4 PLC系统软件介绍 （1）系统自动/手动切换

I0.1是启动开关，I0.0是自动/手动切换控制，Q1.1是控制灯，当I0.1=1，Q1.1得电，这时I0.2是停止开关，I0.0=0，I0.1=1时，中间继电器M0.1得电，系统选择的运行方式为手动模式。I0.0=1，I0.1=1时，中间继电器M0.0得电，系统选择的运行方式是自动模式；系统自动/手动切换梯形图如图4.3所示。

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图4.3 系统自动/手动切换梯形图

（2）系统温度控制

系统运行方式为自动模式时，温度传感器把监测到的环境信号输入到模糊控制器中，模糊控制器做出比较输出给MCGS组态，MCGS组态把信号输入给PLC，PLC将温度传感器检测到的值AIW0与设定值“25度”进行比较，AIW0>25时，中间继电器M0.2得电，启动降温设备；当AIW0<25时，中间继电器M0.3得电，启动升温设备。系统自动温度控制梯形图如图4.4所示。

图4.4 系统自动温度控制梯形图

系统的运行方式为手动模式时，直接通过按钮进行控制就可以了。系统手动温度控制梯形图如图4.5所示。

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图4.5 系统手动温度控制梯形图

自动模式下，温度传感器测量的值高于设定的值时，中间继电器M0.2会得电这时控制通风扇正转，手动模式下，将单刀双掷开关拨至“通风扇正转”，中间继电器M0.4得电，通风扇正转。系统通风扇正转梯形图如图4.6所示。

图4.6 系统通风扇正转梯形图

通风扇反转的原理与通风扇正传原理相同，这里就不多做介绍。系统通风扇反转梯形图如图4.7所示。

图4.7 系统通风扇反转梯形图

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系统运行方式是自动模式下，温度传感器测量的值低于设定的值中间继电器M0.3得电，热风机启动；手动模式下，按下热风机启动按钮，中间继电器M0.6得电，热风机启动。系统热风机启动梯形图如图4.8所示。

图4.8 系统热风机启动梯形图

系统运行方式为自动模式时，温度传感器测量的值高于设定的值时，中间继电器M0.2得电，冷风机启动；手动模式下，按下冷风机启动按钮，中间继电器M0.7得电，冷风机启动。系统冷风机启动梯形图如图4.9所示。

图4.9 系统冷风机启动梯形图

系统运行方式是自动模式时，温度传感器测量的值低于设定的值时，中间继电器M0.3得电，加热器启动；手动模式下，按下加热器启动按钮，中间继电器M1.0得电，加热器启动。系统加热器启动梯形图如图4.10所示。

图4.10 系统加热器启动梯形图

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（3）系统光照控制

系统的运行方式是自动模式时。光照传感器将测得的模拟量通过模拟量输入模糊控制器中，模糊控制器做出比较输出给MCGS组态，MCGS组态把信号输入给PLC，PLC将光照度传感器检测到的值与设定值比对，当AIW0>20时M2.0得电，不启动补光设备；当AIW2<20时M2.1得电，启动补光设备。系统自动光照控制梯形图如图4.11所示。

图4.11 系统自动光照控制梯形图

系统运行方式为手动模式时，可通过控制相应的按钮进行控制。系统手动光照控制梯形图如图4.12所示。

图4.12 系统手动光照控制梯形图

系统运行模式为自动模式，光照传感器测量的值低于设定的值时， M2.1得电，遮阳帘开帘补光；手动模式下，将控制遮阳帘开关帘的单刀双掷开关拨至“遮阳帘开帘”，M2.2得电，遮阳帘开帘补光。系统遮阳帘开帘梯形图如图4.13所示。

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图4.13 统遮阳帘开帘梯形图

系统运行方式为自动模式时，光照传感器测量的值高于设定值时， M2.0得电，遮阳帘关帘遮光；手动模式下，将控制遮阳帘开关帘的单刀双掷开关拨至“遮阳帘关帘”， M2.3得电，遮阳帘关帘遮光。系统遮阳帘关帘梯形图如图4.14所示。

图4.14 系统遮阳帘关帘梯形图

系统运行方式为自动模式时，光照传感器测量的值低于设定的值时，中间继电器M2.1得电，补光灯开启补光；手动模式下，按下补光灯的启停按钮，中间继电器M2.4得电，补光灯开启补光。系统补光灯开启梯形图如图4.15所示。

图4.15 系统补光灯开启梯形图

（4）系统CO2浓度控制

当系统运行方式为自动模式时。CO2浓度传感器将测得的模拟量通过模拟量输入模糊控制器中，模糊控制器做出比较输出给MCGS组态，MCGS组态把信号输入给PLC，PLC将CO2浓度传感器检测到的测量值AIW4与设定值“1000”进行比较，当

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AIW4<1000时，中间继电器M3.0得电，添加温室中的CO2。系统自动CO2浓度控制梯形图如图4.16所示。

图4.16 系统自动CO2浓度控制梯形图

系统运行方式为手动模式时。可通过控制CO2调节阀I1.5，进行温室大棚CO2浓度的手动控制。系统手动二氧化碳浓度控制梯形图如图4.17所示。

图4.17 系统手动CO2浓度控制梯形图

系统运行方式为自动模式，CO2浓度传感器测量值低于设定值时，M3.0得电，打开CO2调节阀添加CO2；手动模式下，按下CO2添加器的启停按钮，M3.1得电，打开CO2调节阀添加CO2。系统CO2调节阀工作梯形图如图4.18所示。

图4.18 系统CO2调节阀工作梯形图

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第5章 系统调试

5.1 仿真软件简介

在本次系统设计中，我采用了S7-200V3.0汉化版仿真软件进行程序的仿真与调试。

此仿真软件具有仿真大量的S7-200指令的功能，当我们输入程序进行仿真时相应的指示灯亮起，程序会在显示屏上显示程序进行状况，最终显示仿真结果。我认为这款软件完全可以作为学习S7-200的一个辅助工具。

5.2 控制程序的仿真与调试

此部分主要进行对控制程序的仿真调试，确定是否能够达到本论文设计的要求、能不能实现所想要实现的功能。其步骤如下：

5.2.1 仿真与调试准备工作

我们所采用的仿真软件没有程序的编辑功能，所以我们需要事先在STEP7 Micro/Win程序编辑软件中编辑好源程序。然后加载到仿真程序中进行后续步骤。

（1）在STEP7 Micro/Win中编辑好梯形图：

（2）利用File|Export命令将梯形图程序导出为扩展名为awl的文件：， （3）如果程序中需要数据块，需要将数据块导出为txt文件： 5.2.2 程序仿真与调试

采用了S7-200V3.0汉化版仿真软件进行程序的仿真与调试，主要是为了保证系统的准确性，确保系统能够正常运行并且达到我们所想达到的目的。仿真与调试可以分为以下几个步骤；

（1）打开S7-200仿真软件，选择CPU型号：CPU226，EM235，载入程序： （2）单击“RUN”键，系统开始运行，观察是否相应的绿灯亮起：

（3）模拟仿真结果与控制要求完全一致，程序仿真成功：程序仿真图如图5.1和5.2所示。

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图5.1 控制程序仿真图

图5.2 控制程序仿真图

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结论

本次设计采用的温室大棚温控系统的核心是PLC及传感器。传感器实时监测温度、湿度、CO2浓度，然后信号传递给模糊控制器进行处理然后传输给MCGS组态软件，MCGS组态软件对传输来的信号显示成趋势曲线、动画演示等形式进行人机信息交互，最后MCGS组态软件把信号传输给PLC，PLC内部对信号做出处理得出结论从而控制设备的运转来达到控制温室大棚内部温度的功能。本设计简单易操作，成本较低，对于温室大棚的发展具有很高的应用价值。

金无足赤在本次设计中也存在很多不足之处，传感器的抗干扰能力比较弱导致输出的信号微弱影响系统的准确度，同事模糊控制器也存在一定的缺陷，综合起来不能很好地保障系统的稳定性，以后再做设计的时候要避免此类事情的发生。

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致谢

转眼之间时光飞逝马上我就要毕业了。毕业论文是我毕业的主要任务之一，再做这个毕业设计期间有过欢笑也有过郁闷。这份毕业设计包含了指导老师对我的指导、同学们之间的互相帮助还有自己的努力奋斗。

在设计的最后我首先最想感谢的是我的指导老师——老师，她是一位很有责任心的良师，在她的帮助下我完成了本次论文的设计和写作。在论文创作的初期，给了我们建议让我们得以充分的了解论文写作的要求，避免的很多不必要的错误。同时她还在我论文的构思和撰写方面给了极大的帮助，也在我的论文修改方面给了很多建议，一次次审阅我的论文使我的论文不断的完善，这些都多亏了老师的教诲和辛勤的指导。

此外我还要感谢我的班主任和任课老师，他们也在我写论文初期对我的论文给出了宝贵意见，让我在写作之初就有了清晰的思路，使我的写作更加顺畅。

最后我还要感谢我的同学和朋友们，在我最感觉无助的时候，他们鼓励我使我有了新的方向给了我新的思路，对我论文的写作给予了巨大的帮助。总之我要感谢所有给与我帮助的人，是他们帮我顺利完成了系统的设计和论文的编写。

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参考文献

[1]郭爱芳.传感器原理及应用[M].西安电子科技大学出版社，2014.8. [2]宋学军.传感器与信号处理[M].西安电子科技大学出版社,2010.12. [3]李丰.模拟电子技术基础第五版[M].中国矿业大学出版社，2007.8. [4]Guiyun.TianFoumdation Microcontroller[M].高等教育出版社，2012.10 [5]邵裕森,戴先中.过程控制工程[J].太原理工大学学报，2010，32(1)：51-53. [6]柴瑞娟,陈海霞.西门子PLC编程技术及工程应用[M].机械工业出版社, 2013.9 [7]文锋，陈青.自动控制理论[M].中国电力出版社，2008.1 [8]组态王.组态王使用说明书[M].北京亚控,2008.3

[9]廖常初.PLC编程及应用[J].PLC研究，2014,21(1)：56-58. [10]刘继修. PLC应用系统设计[M].福建科技出版社，2007.6

[11]张浩风.梯形图设计方法与应用举例[J].梯形图实例，2015,51(1)：6-8. [12]张伟林.电气控制与PLC综合应用技术[M].人民邮电出版社，2009.12 [13] Marvin Gerth. Transformers for the Electrician[M].Cengage Learning，

2011.8

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参考文献

[1]郭爱芳.传感器原理及应用[M].西安电子科技大学出版社，2014.8. [2]宋学军.传感器与信号处理[M].西安电子科技大学出版社,2010.12. [3]李丰.模拟电子技术基础第五版[M].中国矿业大学出版社，2007.8. [4]Guiyun.TianFoumdation Microcontroller[M].高等教育出版社，2012.10 [5]邵裕森,戴先中.过程控制工程[J].太原理工大学学报，2010，32(1)：51-53. [6]柴瑞娟,陈海霞.西门子PLC编程技术及工程应用[M].机械工业出版社, 2013.9 [7]文锋，陈青.自动控制理论[M].中国电力出版社，2008.1 [8]组态王.组态王使用说明书[M].北京亚控,2008.3

[9]廖常初.PLC编程及应用[J].PLC研究，2014,21(1)：56-58. [10]刘继修. PLC应用系统设计[M].福建科技出版社，2007.6

[11]张浩风.梯形图设计方法与应用举例[J].梯形图实例，2015,51(1)：6-8. [12]张伟林.电气控制与PLC综合应用技术[M].人民邮电出版社，2009.12 [13] Marvin Gerth. Transformers for the Electrician[M].Cengage Learning，

2011.8

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/cgbg.html