谭刚大棚温湿度

1、四 川 工 程 职 业 技 术 学 院 毕 业 综 合 实 践 报 告（论 文） 四川工程职业技术学院基于PLC的大棚温湿度控制系统设计姓名：谭刚学号：201412021791班级：2014（三专）生产过程自动化教师：胡蕾四 川 工 程 职 业 技 术 学 院 毕 业 综 合 实 践 报 告（论 文）基于PLC的大棚温湿度控制系统设计摘要温室大棚对现在的人们来说，是非常熟悉的一个名词，因为现在我们生活中的很多蔬菜、水果都是从温室大棚中种植出来的。然而如何利用自动检测与自动控制系统有效的控制好大棚温室内的各种环境因子，以提高大棚温室环境的控制精度和效果，对我国温室业的发展有着不可估量的重要意义。

2、 本大棚温室控制系统设计采用了西门子S7-300系列可编程控制器来实现自动化控制的温室大棚。温度、湿度，CO2浓度等环境因子在植物（胡萝卜）生长过程中起重要作用，在检测这环境因子的时候考虑到精度，反应速度，方便设备连接等问题，将采用温度传感器，湿度传感器，CO2浓度传感器对环境各项指标进行检测，传感器将检测的结果送入PLC中，由PLC将其与设定值进行比较，再发出相应的指令驱动水泵电机遮阴帘，电磁阀等设备运行或停止来调节室内的温度、湿度，CO2浓度从而达到智能化，自动化控制的目的。使用step7及wincc组态界面实现上下位连调，详细的介绍系统的特点，组成，硬件设计及软件设计等问题。关键词：大棚

3、蔬菜 PLC 温度 湿度 CO2浓度控制1Based on the PLC of greenhouse temperature and humidity control system designAbstractGreenhouses for people today, is very familiar with a noun, because now we live in a lot of vegetables, fruit is grown in greenhouses. However, how to use the automatic detection and automatic c

4、ontrol system for effective control in greenhouses of various environmental factors in greenhouse, in order to improve the control precision and effect of greenhouse greenhouse environment, the development of greenhouse industry in our country has immeasurable important significance. This greenhouse

5、 greenhouse control system design using the Siemens S7-300 series programmable controller to realize the automatic control of greenhouses. Temperature, humidity, CO2 concentration and other environmental factors in plant (carrot) play an important role in the process of growth, in testing the enviro

6、nmental factor when considering the accuracy, response speed and convenient connection problems, such as equipment, will use the temperature sensor, humidity sensor, CO2 concentration sensor to test the environmental indicators, the testing results of the sensor will be sent to the PLC, it is compar

7、ed with the set value by PLC, and then a corresponding instruction water pump motor, shade curtain, solenoid valves and other equipment running or stopping to adjust indoor temperature, humidity, CO2 concentration, so as to achieve intelligent automatic control purpose. Using step7 and wincc configu

8、ration interface to realize the up and down a callback, detailed introduces the system characteristics, composition, hardware design and software design, etc.Key words:greenhouse vegetables PLC temperature humidity, CO2 concentration control目录摘要1Abstract2第一章绪论51.1我国的大棚温室的发展现状51.2温室控制技术发展阶段6第二章系统的整体设

9、计方案72.1系统的设计任务72.2系统控制方案82.2.1系统框图92.2.2系统工作原理102.2.3 大棚温室控制系统的电路设计11 A大棚温室控制系统的主电路设计11 a遮阴帘主电路设计11 a通风机主电路设计11 B大棚温室控制系统的控制电路设计12 a大棚温室控制系统的遮阴帘，通风机控制电路设计12 b大棚温室控制系统的水泵电磁阀控制电路设计12 第三章硬件系统的设计13 3.1 PLC与单片机的比较13 3.2 PLC的选型14.153.2.1 I/O地址分配16.173.2.2 CPU接线图18 3.3传感器的选型193.3.1 温度传感器193.3.2 空气湿度传感器203.

10、3.3 土壤湿度传感器21.223.3.4 CO2浓度传感器23 3.4 电磁阀的选型24 3.5 喷灌系统设计25 3.6 就地控制柜设计26 第四章软件系统的设计27 4.1 通讯方式介绍274.2 编程软件运行284.3 主要功能块FC105简介29 4.4 系统流程图304.4.1 主程序流程图304.4.2 温度子程序流程图314.4.3 空气湿度子程序流程图324.4.4 CO2浓度子程序流程图334.4.5 土壤湿度子程序流程图344.4.6故障报警子程序流程图35第五章控制系统监控界面设计365.1 上位软件365.2 通讯连接375.1 监控画面设计38第六章总结39 6.1

11、 结论39 6.2 致谢40 6.3 参考文献41 6.4 附录一42 6.5 电气元件清单43 6.5 附录二44 61第一章 绪论1.1 大棚温室发展现状：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，仅仅依靠经验和单因子定性调控，所以，我国设施栽培的智能化程度非

12、常低。除此之外，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。中国农业想要发展，就必须走现代化农业这条道路。随着国民经济的迅速发展，农业的研究和应用技术越来越受到重视，特别是温室大棚已经成为高效农业的一个重要组成部分。现代化农业生产中的重要一环就是对农业生产环境的一些重要参数进行检测和控制。在实际的农业种植中，温室环境与生物的生长、发育、能量交换等有着密切的关系。作为实现温室生产管理自动化、科学化的基本保证，环境测控可通过对监测数据的分析，并结合作物生长发育规律，从而控制环境条件，使

13、作物达到优质、高产、高效的栽培目的。实际上生产生活中，以蔬菜大棚为代表的现代农业设施在现代化农业生产中发挥着巨大的作用。1.2 从国内外温室控制技术的发展状况来看，温室环境控制技术大致经历三个发展阶段:（1）手动控制。这是在温室技术发展初期所采取的控制手段，其时并没有真正意义上的控制系统及执行机构。生产一线的种植者既是温室环境的传感器，又是对温室作物进行管理的执行机构，他们是温室环境控制的核心。通过对温室内外的气候状况和对作物生长状况的观测，凭借长期积累的经验和直觉推测及判断，手动调节温室内环境。种植者采用手动控制方式，对于作物生长状况的反应是最直接、最迅速且是最有效的，它符合传统农业的生产规

14、律。但这种控制方式的劳动生产率较低，不适合工厂化农业生产的需要，而且对种植者的素质要求较高。（2）自动控制。这种控制系统需要种植者输入温室作物生长所需环境的目标参数，计算机根据传感器的实际测量值与事先设定的目标值进行比较，以决定温室环境因子的控制过程，控制相应机构进行加热、降温和通风等动作。计算机自动控制的温室控制技术实现了生产自动化，适合规模化生产，劳动生产率得到提高。通过改变温室环境设定目标值，可以自动地进行温室内环境气候调节，但是这种控制方式对作物生长状况的改变难以及时做出反应，难以介入作物生长的内在规律。目前我国绝大部分自主开发的大型现代化温室及引进的国外设备都属于这种控制方式。（3）

15、智能化控制。这是在温室自动控制技术和生产实践的基础上，通过总结、收集农业领域知识、技术和各种试验数据构建专家系统，以建立植物生长的数学模型为理论依据，研究开发出的一种适合不同作物生长的温室专家控制系统技术。温室控制技术沿着手动、自动、智能化控制的发展进程，向着越来越先进、功能越来越完备的方向发展。由此可见，温室环境控制朝着基于作物生长模型、温室综合环境因子分析模型和农业专家系统的温室信息自动采集及智能控制趋势发展。第二章 大棚温湿度总体设计方案： 2.1 系统的设计任务：（1）介绍大棚温湿度控制的基本内容，包括大棚温湿度控制的发展现状以及大棚温湿度控制的工艺流程；（2）介绍PLC的基本结构和工

16、作原理，并对大棚温湿度控制系统进行设计分析；（3）具体分析设计大棚温湿度控制的硬件系统；（4）具体分析设计大棚温湿度控制的软件系统；（5）大棚温湿度控制系统的调试与运行。我们都知道植物温室大棚的作用是改变植物的生长因子，从而避免四季的气候变化和恶劣气候对植物生长的不良影响，为植物提供一个良好的生长环境，在温室大棚中，一般利用一些采光性较好如钢铁，还有遮阳性的材料作为主要结构材料。它可以培养不适应在该季节下生长的植物，对农作物的生长因子进行调节，促进植物的生长发育，防止病虫害，以达到增加产量的目的。温室中的温度，光照，湿度，CO2浓度，土壤酸碱度等因素对植物的生长起着重要作用，本设计主要研究温室

17、控制的主要对象是大棚胡萝卜适宜生长的温度，湿度，CO2浓度，应用温度传感器，湿度传感器对各环境因子进行检测。温度的调节主要通过遮阴帘风机的动作进行解决，湿度则由水泵电机的喷灌系统进行补偿，网络监控设备利用普通PC人机界面，现场装备控制柜作为现场监控装置。被控对象：一个大棚胡萝卜的温湿度控制，并且大棚内有一个5Kw水泵电机和10Kw的遮阴帘电机和通风电机。温度控制精度为：±0.5，土壤湿度控制精度为：±5%。可以加入空气湿度控制，其精度为：3%RH（需要加入喷雾控制）。 2.2 系统的控制方案胡萝卜的生长是在一定环境中进行的 ,在生长过程中受到环境中各种因素的影响 ,其中对胡

18、萝卜生长影响最大的是温度、湿度和光照度和二氧化碳浓度。环境中昼夜的温度、湿度和光照度的变化大 ,对胡萝卜生长极为不利。现代温室有内外遮阳系统、加温系统、自然通风系统、灌溉系统、施肥系统、自动控制系统等常用的环境系统，能够对大棚胡萝卜的生长进行合理的控制 ,而如何才能合理地控制这些配套设备的运作和协同则需要有一套完善的硬、软件温室系统进行控制。因此 ,本大棚胡萝卜温室控制系统就是利用PLC作为控制器，采用传感器作为检测元件对温室温度、湿度，二氧化碳浓度等环境因素进行巡回检测测量，并将结果送到PLC中，由PLC对结果进行处理，然后调控各设备（电磁阀 水泵）对环境因子进行补偿。现场可采用现场控制箱控

19、制，PC人机界面通过MPI网络实现远程监控。 2.2.1 系统框图如下：PC人机界面PLC接口电路遮阴帘电磁阀，水泵通风机CO2传感器温度传感器湿度传感器 2.2.2 系统的工作原理系统由温度传感器，湿度传感器，CO2传感器 PLC系统，加温设备，加湿设备，通风设备等几个部份组成,本大棚胡萝卜温室控制系统是利用PLC模拟量模块将湿度传感器，温度传感器，CO2浓度传感器，采集的有关参数转换成数字信号，经变送转换为标准电流信号后送入S7-300的模拟量输入模块EM331，PLC通过分析处理，输出开关量，通过驱动电路控制通风机、遮阴帘、水泵 电磁阀等多种执行机构。其中传感器把生物有关的环境因子（湿度

20、，温度。CO2浓度）参数转换成为电信号，其中温度传感器的输出电压对应一个温度，并且具有测量精度高，测量范围广，构造简单，价格低廉等特点，可以把-10100的温度转换成05V的电压，在湿度传感器测量中可以将相对湿度0%100%的相对湿度转换成05V的电压信号。温室控制执行机构包括遮阴帘水泵、电磁阀等。系统开始工作时，PLC通过温度传感器，湿度传感器 CO2传感器 来检测温室内的温度，湿度 CO2浓度 并与设定值相比较，如果温度，湿度 CO2浓度超出设定值，PLC就会输出指令，控制动作相应的执行设备。相反，如果测量值在设定值范围内则发出指令停止相应的设备。 2.2.3 大棚温室控制系统的电路设计：

21、 A 大棚温室控制系统的主电路的设计： a温度控制的遮阴帘电机主电路设计：遮阴帘需要开帘和关帘，利用电机的正反转来完成此项工作。在电机工作过程中，如果遮阴帘会使电机负载过大，因而在电路中应加入热继电器FR1来保护电机。同样在电机运行时电路电流可能会增加，当增加到一定值时也会烧坏电机，在电路中可以加入熔断器来实现遮阴帘电机的过流保护。要实现电机的正反转只要把其中的两相线路交换即可实现电机的正转和反转，在设计中采用两个接触器通断来实现电机的正反转，其中接触器通断控制由PLC程序来实现。接线图见附录一 b水泵的运转主要由电机的通断实现，可以由一个接触器来实现水泵的控制，在电路中必须加有短路保护、过流

22、保护、过载保护，而这些可以由热继电器、熔断器来实现电路中的保护。接线图见附录一 c通风机电机主电路设计：通风机需要工作，同时风机排的风是顺风和逆风，利用通风电机的正反转来完成此项工作。在电机工作过程中，如果通风电机会使电机负载过大，因而在电路中应加入热继电器FR2来保护电机。同样在电机运行时电路电流可能会增加，当增加到一定值时也会烧坏电机，在电路中可以加入熔断器来实现电机的过流保护。要实现通风电机的正反转只要把其中的两相线路交换即可实现电机的正转和反转，在设计中采用两个接触器通断来实现电机的正反转，其中接触器通断控制由PLC程序来实现。接线图见附录一 B 大棚温室控制系统的控制电路的设计 a遮

23、阴帘，通风机控制电路的设计遮阴帘、通风机控制电路原理图如图所示，SB1为总启动按钮，SA1为就地/远程的切换开关。在就地手动状态下，SB4、SB6分别为遮阴帘开帘、关帘按钮，SB5为遮阴帘停止按钮。SB3为遮阴帘急停按钮。按下按钮SB4，交流接触器KM1的线圈得电，指示灯HL1亮，同时KM1的常开触点闭合，起自锁作用，此时电机正转，遮阴帘打开，当遮阴帘开启到最大位置后触碰遮阴帘限位开关SQ1，其常闭触点断开，KM1的线圈失电，电机停止转动；同理当按下按钮SB6，遮阴帘会卷起，到卷起的最大位置后，电机停转；按下按钮SB3，KM1或KM2的线圈失电，遮阴帘停止动作，用于急停操作。接触器KM1、KM

24、2的互锁可防止两个接触器同时得电吸合。远程手动由PC上位机实现控制，中间接触器K1的线圈得电时，其常开触点闭合，遮阴帘打开；中间接触器K2的线圈得电时，其常开触点闭合，遮阴帘卷起。遮阴帘等正反转设备何时开启或闭合由硬件、算法和程序共同决定。 b水泵控制电路的设计水泵电机控制电路原理图所示，SB1为总启动按钮，SA1为就地/远程的切换开关，SB3为急停按钮。在就地手动状态下，SB7为启动按钮，SB8为停止按钮。按下按钮SB7，交流接触器KM3的线圈得电，指示灯HL3亮，同时KM3的常开触点闭合，起自锁作用，此时电机运转；按下按钮SB8，KM3的线圈失电，热电机停止工作。在远程手动状态下，由上位机

25、实现控制，中间接触器K3得电时，其常开触点闭合，电机运行。电机等开/关设备的启停同样由硬件、算法和程序共同决定。第三章 大棚温室硬件系统的设计 3.1 PLC与单片机的比较在工业自动控制系统中，单片机控制与PLC控制是最常用的自动控制系统，但与单片机相比，PLC具有极高的可靠性、灵活性、编程相对简单、扩展模块丰富等等优点，能够广泛应用到实际生产中。由德国SIEMENS系列产品产品具有功能强大，可靠灵活，实用性强等特点。从系统的整体性出发，考虑到经济性、适用性、功能性等各方面原因，我们选用西门子公司的产品，以最优的性能/价格比进行系统配置。本系统可以实现各个子系统的单独调用，通过通讯网络由总控制

26、室统一管理，便于实现多路控制。S7-300系列的PLC是一种中等PLC系统，其功能非常强大，针对中小型自控应用，是面向生产制造领域的最佳系统解决方案。1）功能强，性能价格比高2）硬件配套齐全，用户使用方便，适应性强3）可靠性高，抗干扰能力强4）系统的设计、安装、调试工作量少5）编程方法简单PLC的故障率很低，且有完善的自诊断和显示功能。高效率的组态和编程，基于世界标准的STEP 7 更高的可用性 ，基于强大的集成的诊断功能，高效的处理速度可极大的缩短设备的循环时间，节省空间，模块化设计 ，没有槽位规则。基于以上优点本大棚温室采用S7-300系列的PLC。本系统选用SIMATIC S7-300

27、系列PLC作为现场控制设备，因为该系列PLC具有较高的性价比，且具有强大的网络通信功能。同时配置了空气温度传感器土壤湿度传感器用于检测温室内环境变量；装备了水泵遮阴帘，通风机等设备，用于改变温室内各环境变量的数值；网络监控设备选用普通PC，现场装备了控制箱作为现场监控装置。 3.2 PLC的选型本大棚温室系统选用西门子公司的S7-300 PLC实现集中监控。根据系统控制要求并考虑留有一定的裕量，PLC由电源模块PS307CPU模块CPU313c-2DPI/O模块（1块模拟量输入SM 331)组成，PLC内部的电源可分为：内部开关稳压电源，供内部电路使用；大多数机型还可以向外提供DC24V稳压电

28、源，为现场的开关信号、外部传感器供电。 外部可用一般工业电源，并备有锂电池（备用电池），使外部电源故障时内部重要数据不致丢失。西门子PLC有多种24-VDC 电源模块可用于S7-300 PLC 和传感器/执行器。本次大棚温湿度设计中考虑到带负载能力等，电源选择2A 电源模块6ES7 307-1EA00-0AA0即可，其属性如下：输出电流为2A输出电压为24 VDC；短路和断路保护与单相交流电源连接（额定输入电压120/220 VAC，50/60 Hz）安全隔离符合EN 60950可用作负载电源 2.CPU模块CPU是PLC的核心部分。与通用微机CPU一样，CPU在PC系统中的作用类似于人体的神

29、经中枢。其功能：（1）用扫描方式（后面介绍）接收现场输入装置的状态或数据，并存入输入映象寄存器或数据寄存器；（2）接收并存储从编程器输入的用户程序和数据；（3）诊断电源和PC内部电路的工作状态及编程过程中的语法错误；本次设计大棚温湿度控制系统中输入输出IO点数由紧凑型PLC支持足以，并且由方案论证中可知PLC选择的是西门子公司的S7-300系列，考虑到价格、存储、通信方式等，CPU型号选择为313C-2DP型，带集成数字量输入/输出和一个MPI接口和一个DP接口的紧凑型CPU，带有与过程相关的功能，可以完成具有特殊功能的任务和连接单独的I/O设备，32kBRAM，24VDC电源，内置16DI/

30、16DO。3. I/O模块PLC系统的输入信号包括大棚的温度及湿度信号电机启动停止信号自动手动转换开关信号现场远程转换开关信号。温湿度模拟量信号用模拟量输入模块SM 331来扩展。由输入点数以及考虑到10%-20%的冗余，扩展模块选择为模拟量输入模块 SM 331; AI 8 x 16 位；(6ES7 331-7NF10-0AB0)， 3.2.1 I/O地址分配由大棚温室系统设计需要输入信号：启动、停止、温度传感器、空气湿度传感器、土壤湿度传感器等；输出信号：被控对象有遮阴帘风机、水泵电机、电磁阀、报警装置等，其I/O地址分配表如下： 表4-1 I/O分配表输入信号类型名称符号端子分配备注数字

31、量输入信号转换开关SA1I0.0就地远程转换开关就地开关转换开关SA1I0.1就地远程转换开关远程开关按钮SB1I0.2总启动按钮按钮SB2I0.3总停止按钮按钮SB3I0.4急停按钮行程开关SQ1I0.5遮阴帘风机上限位开关行程开关SQ2I0.6遮阴帘风机下限位开关热继电器FR1I0.7过载保护热继电器FR2I1.0过载保护热继电器FR3I1.1过载保护模拟量输入信号传感器L1PIW256温度传感器传感器L2PIW257土壤湿度传感器传感器L3PIW259空气湿度传感器传感器L4PIW261CO2浓度传感器输出信号类型名称符号端子分配备注数字量输出信号中间继电器KA1Q0.0遮阴帘风机正转中

32、间继电器KA2Q0.1遮阴帘风机反转中间继电器KA3Q0.2水泵电机启动中间继电器KA4Q0.3电磁阀启动中间继电器KA5Q0.4CO2添加器通风机KA6Q0.5排气指示灯HL1Q0.6遮阴帘风机正转指示灯指示灯HL2Q0.7遮阴帘风机反转指示灯指示灯HL3Q1.0水泵启动指示灯指示灯HL4Q1.1电磁阀启动指示灯指示灯HL5Q1.2遮阴帘风机报警指示灯指示灯HL6Q1.3水泵报警指示灯指示灯HL7Q1.4电磁阀报警指示灯指示灯HL8Q1.5CO2添加器报警指示灯3.2.2 CPU接线图（1） 由PLC地址分配列表可以得到CPU信号模块接线方式， PLC的输出触点负载能力偏低，如果直接带动电机

33、等负载，输出触点容易损坏，故采用中间继电器作为中间元件，间接控制电机的启停及正反转。由中间继电器触点控制交流接触器，交流接触器作为控制元件来控制电机启停和正反转。 （2）温、湿度传感器、CO2传感器与PLC扩展模块SM331的接口电路 3.3 传感器的选型 本大棚胡萝卜温湿度系统设计了对与胡萝卜生长发育有关的环境温度、土壤湿度等参数进行采集的功能，实现温室大棚内各种参数的数据采集任务，传感器主要负责对温室环境因子的采集，将采集信转换为0-5v的电压信号，送入PLC，供PLC使用，而使用的各类传感器，分别介绍如下： A 温度传感器温度是一个基本的物理量，自然界中的一切过程无不与温度密切相关。温度

34、传感器是最早开发，应用最广的一类传感器。温度传感器的市场份额大大超过了其他的传感器。从17世纪初人们开始利用温度进行测量。在半导体技术的支持下，本世纪相继开发了半导体热电偶传感器、PN结温度传感器和集成温度传感器。与之相应，根据波与物质的相互作用规律，相继开发了声学温度传感器、红外传感器和微波传感器。温度传感器有四种主要类型：热电偶、热敏电阻、电阻温度检测器(RTD)和IC温度传感器。IC温度传感器又包括模拟输出和数字输出两种类型,接触式温度传感器的检测部分与被测对象有良好的接触，又称温度计。它们广泛应用于工业、农业、商业等部门。在日常生活中人们也常常使用这些温度计。随着低温技术在国防工程、空

35、间技术、冶金、电子、食品、医药和石油化工等部门的广泛应用和超导技术的研究，测量120K以下温度的低温温度计得到了发展，如低温气体温度计、蒸汽压温度计、声学温度计、顺磁盐温度计、量子温度计、低温热电阻和低温温差电偶等。低温温度计要求感温元件体积小、准确度高、复现性和稳定性好。利用多孔高硅氧玻璃渗碳烧结而成的渗碳玻璃热电阻就是低温温度计的一种感温元件，可用于测量1.6300K范围内的温度。在温度传感器的选择上余地比较大，在此选用PH-QW大气温度传感器,PH-QW，大气温度传感器采用光刻铂电阻作为感应部件，感应部件位于杆头部，外有一层滤膜保护膜可配专用的防辐射罩，保护传感器免受太阳辐射和雨淋。重要

36、参数：·测量范围：-50+100·分 辨 率：0.1·准 确 度：±0.2·供电电源：2.5V（标配）·输出形式：a: 0-5VDC; 特点：精度高、低漂移、响应速度快、体积小、安装方便、性能稳定、使用寿命长、抗干扰能力强 B 湿度传感器 a 选择湿度传感器的注意事项 a1 选择测量范围和测量重量、温度一样，选择湿度传感器首先要确定测量范围。除了气象、科研部门外，搞温、湿度测控的一般不需要全湿程(0-100RH)测量。在当今的信息时代，传感器技术与计算机技术、自动控制拄术紧密结合着。测量的目的在于控制，测量范围与控制范围合称使用范围。

37、 a2 选择测量精度和测量范围一样，测量精度同是传感器最重要的指标。因为要达到不同的精度，其制造成本相差很大，售价也相差甚远。选择湿度传感器要考虑应用场合的温度变化范围，看所选传感器在指定温度下能否正常工作，温漂是否超出设计指标。要提醒使用者注意的是：电容式湿度传感器的温度系数是个变量，它随使用温度、湿度范围而异。这是因为水和高分子聚合物的介电系数随温度的改变是不同步的，而温度系数又主要取决于水和感湿材料的介电系数，所以电容式湿敏元件的温度系数并非常数。电容式湿度传感器在常温、中湿段的温度系数最小，5-25时，中低湿段的温漂可忽略不计。但在高温高湿区或负温高湿区使用时，就一定要考虑温漂的影响，

38、进行必要的补偿或订正。 B 湿度传感器 b1 空气湿度传感器湿度传感器是非密封性的，为保护测量的准确度和稳定性，应尽量避免在酸性、碱性及含有机溶剂的气氛中使用。也避免在粉尘较大的环境中使用。大多数在更换湿敏元件后需要重新调试标定，对于测量精度比较高的湿度传感器尤其重要。基于以上限制，本大棚温室控制系统空气湿度传感器选用PH-QS大气湿度传感器，可用来测量空气湿度，感应部件采用高分子薄膜湿敏电容，位于杆头部，这种具有感湿特性的电介质其介电常数随相对湿度而变化。技术参数测量范围：0100%RH输出范围：0100%RH 05VDC分 辨 率：0.1%RH准 确 度：±3%RH（T>0

39、） ±5%（T0）稳 定 性：<1%RH/年供电电源：DC5V输出形式：1、电流：4-20mA     2、电压: 0-5VDC；     3、RS232/RS485网络通讯；     4、TTL电平：频率和脉宽两种。工作环境：温度-4050产品功耗：6mW（电压型） b2 土壤湿度传感器土壤湿度能够适当的控制在植物生长范围内的话，可以提高植物的生长，防止植物根部腐烂，节约用水等。水分是决定土壤介电常数的主要因素，测量土壤的介电常

40、数，能直接稳定地反应各种土壤的真实水分含量，与 土壤本身的机理无关，是目前国际上最流行的土壤水分测量方发法。在此选用 PH-TS 土壤湿度传感器，PH-TS土壤湿度传感器是一款高精度、高灵敏度的测量土壤水分的传感器。技术参数：测量参数：土壤容积含水量·单 位：%（m3/m3）·量 程：0100%（m3/m3）·精 度：050%（m3/m3）范围内为±2%（m3/m3）·分 辨 率：0.1%（m3/m3 ）·测量区域：90%的影响在围绕中央探针的直径3cm、长为6cm的圆柱体内·响应时间：响应在1秒内进入稳态过程·工

41、作电压：电流输出为12V24V DC,电压输出为5V DC·工作电流：5070mA，典型值50 mA·输出形式：a: 0-5VDC; b: RS232/RS485网络通讯 C CO2浓度传感器二氧化碳控制实时监测C02的含量，当C02的含量低于一定值时打开C02添加器以增施气肥。本大棚温室控制系统C02传感器选用弗加罗公司生产TGS4160二氧化碳传感器，该传感器是固态电化学型气体敏感元件。这种二氧化碳传感器除具有体积小、寿命长、选择性和稳定性好等特点外，同时还具有耐高湿低温的特性，可广泛用于自动通风换气系统或是C02气体的长期监测等应用场合。TGS4160传感器的主要技术

42、参数如下：1、测量范围：05000ppm；2、使用温度：一10+503、使用湿度595RH。 3.4 电磁阀的选型电磁阀选型首先应该依次遵循安全性，可靠性，适用性，经济性四大原则，其次是根据六个方面的现场工况(即管道参数、流体参数、压力参数、电气参数、动作方式、特殊要求进行选择)。选型依据： A、根据管道参数选择电磁阀的：通径规格(即DN)、接口方式 1、按照现场管道内径尺寸或流量要求来确定通径(DN)尺寸。 2、接口方式，一般>DN50要选择法兰接口，DN50则可根据用户需要自由选择。 电磁阀是用来控制液体的方向的自动化基础元件，属于执行器；通常用于机械控制和工业阀门上面，对介质方向进

43、行控制，从而达到对阀门开关的控制。电磁阀常与空气过滤器 ，回信器连接叫气动三联件。本大棚胡萝卜温湿度系统的电磁阀主要用于农业用水，通过大棚胡萝卜的适宜温湿度的分析，我们可以选用电磁阀DP-10，采用DP-10的电压规格为AC110/220V结线方法选择形50/60Hz；其动作方式为通电开动型，其公称直径为10-50A，连接方式为RC螺丝，阀箱为青铜，活塞采用不锈钢，阀体采用氯化乙烯树脂。3.5 喷灌系统 利用机械和动力设备，使水通过喷头（或喷嘴）躲至空中，以雨滴状态降落田间的灌溉方法。喷灌设备由进水管、抽水机、输水管。配水管和喷头（或喷嘴）等部分组成，可以是固定也或移动的。具有节省水量。不破坏

44、封结构。调节地面气候且不受地形限制等优点。如果是在安装的时候应该留有临时取水点，便于对那些由于灌溉时没有灌溉到的死角进行人工灌溉。在敷设管道的时候，应该尽量把管子埋深一些，以免因对土壤耕地时破坏掉管道。安装电磁阀开关时，应尽量把电磁阀远离喷头，避免在灌溉的时候有水淋湿电磁阀，造成电磁阀电路出问题，此外接头处应尽量拧紧。安装好后进行测试，以每个需要灌溉的地方都要喷灌到，如果有没有灌溉到的地方应及时调整，并仔细检查管道接口处有无漏水，经测试完成后方可投入使用。 3.6 就地控制柜的设计 就地控制箱是由多个开关设备和相应的控制、测量、信号等元件，以及所有内部的电气和机械连接部件构成的一个组合体。控制

45、箱上配有就地近程转换开关，就地功能用于现场控制柜手动控制，远程由上位机控制，分为手动控制和自动控制。其中按钮部分用于手动控制下控制各执行机构的运行状态，而指示灯部分则显示各执行机构的实际运行状态。第四章 大棚温室软件系统的设计4.1 大棚温室控制系统通讯方式介绍MPI网络是是基于MPI（Multiplant Interface）多点接口协议的通信网络，当通信速率要求不高、通信数据量不大时一种简单经济的通信方式。MPI通信主要的优点是CPU可以同时与多个设备建立通信联系，即编程器/上位机、HMI设备和其他的PLC可以连接在一起并同时运行。每个控制点是同级的，对每个大棚的PLC赋予不同的地址，都由

46、上位机来控制。相对于其它总线网络结构，它更简单、更经济。由于西门子PLC S7-200/300/400 CPU上的RS485接口不 仅是编程接口，同时也是一个MPI的通信接口，所以在没有额外硬件投资的状况下，可以实现PG/OP、全局数据通信以及少量数据交换的S7通信等通信功能，其网络节点通常包括S7PLC、TP/OP、PG/PC、ET200S以及RS485中继器等网络元器件。MPI网络最多可以连接32个节点。MPI网络的通信速率为19.2Kbit/s-12Mbit/s，通常默认设置为187.5Kbit/s，只有能够设置为PROFIBUS 接口的MPI 网络才支持最大的12Mbit/s 的通信速

47、率。普通PC 需要通过MPI/PROFIBUS通信卡（如CP5512/CP5611/CP5613等）联入MPI网络，其中CP5611和CP5613用于台式电脑，后者带网络诊断功能，但价格相对较高。 4.2 SETP7软件运行 1、在新建项目中选择要添加的CPU站点，硬件中添加所需的电源模块及模拟量输入模块。2、在符号表中定义3、在OB1块中写入要调试的主程序梯形图，OB35中写入调用的子程序梯形图。4、将所写程序下载到PLCSIM中，点击运行即可模拟运行。 4.3 主要功能块简介FC105是处理模拟量（15V、420MA等常规信号）输入的功能块，在中，打开Librariesstandard l

48、ibraryTi-S7 Converting Blocksfc105,将其调入OB1中，给各个管脚输入地址；如下： 其中，管脚的定义如下：IN-模拟量模块的输入通道地址，在硬件组态时分配；HI_LIM-现场信号的最大量程值；LO_LIM-现场信号的最小量程值；BIPOLAR极性设置，如果现场信号为+10V-10V（有极性信号），则设置为1，如果现场信号为4MA20MA（无极性信号）；则设置为0；OUT-现场信号值（带工程量单位）；信号类型是实数，所以要用MD200来存放；RET_VAL-FC105功能块的故障字，可存放在一个字里面。如：MW50 4.4系统流程图： 4.4.1：主程序流程图：自

49、动和手动的选择自动手动为手动？自动手动为自动？系统故障？调用CO2浓度子程序调用空气湿度子程序调用土壤湿度子程序调用温度子程序手动控制故障报警自动控制系统初始化开始 4.4.2：温度子程序流程图：测量值大于30°C？测量值小于30°C？温度子程序返回保持关帘开帘温度子程序进入 4.4.3 空气湿度子程序流程图：测量值大于70%RH？测量值小于70%RH？湿度子程序返回保持关闭电池阀打开电池阀湿度子程序进入 4.4.4 CO2浓度子程序流程图：测量值大于1000ppm？测量值小于1000ppm？CO2浓度子程序进入CO2浓度子程序返回保持关闭CO2添加器打开CO2添加器 4.

50、4.5 土壤湿度子程序流程图：测量值大于95%RH？测量值小于95%RH？土壤湿度子程序返回土壤湿度子程序进入保持关闭水泵打开水泵 4.4.6：故障报警子程序流程图：遮阴帘风机故障？NNNN遮阴帘风机故障报警并停止YYYY报警子程序返回CO2添加器故障报警并停止电磁阀故障报警并停止水泵故障报警并停止CO2添加器故障？电磁阀故障？水泵故障？报警子程序进入第五章 控制系统监控界面设计 5.1 上位软件WinCC flexible，德国西门子（SIEMENS）公司工业全集成自动化（TIA）的子产品，是一款面向机器的自动化概念的HMI 软件。WinCC flexible 用于组态用户界面以操

51、作和监视机器与设备，提供了对面向解决方案概念的组态任务的支持。WinCC flexible 与 WinCC十分类似，都是组态软件，而前者基于触摸屏，后者基于工控机。WinCC fl exible 特点基于最新软件技术的创新组态界面功能块库：面板可自由定义且可重复使用，并且可集中进行更改动态面板可组态智能工具，如：图形导航和图形化运动对象，可方便地组态大批量数据（如，变量编辑器）等利用用户 ID 和密码实现访问保护 大多利用变量进行连接 5.2 通讯连接上位机与PLC通过MPI连接，给每台PLC站点赋予不同的地址。 5.3 监控画面设计根据设计要求，人机界面得设计实时监控面板、控制画面、报警画面，要求界面形象、生动、美观。所以大棚设置一个手动按钮和一个自动按钮，按下手动按钮时手动操作同时跳到大棚手动控制画面，按下自动按钮后自动操作跳到自动操作画面。 1.当跳到手动画面时为手动操作，按下按钮执行相应操作。2.当跳到实时监控时为自动控制，温度湿度CO2浓度值为下位检测到的数据，温