基于PLC的病床呼叫器控制系统设计(完整资料)

基于PLC的病床呼叫器控制系统设计(完整资料）(可以直接使用，可编辑优秀版资料，欢迎下载）

基于PLC的病床呼叫器控制系统设计(完整资料）(可以直接使用，可编辑优秀版资料，欢迎下载）基于ＰLC的病床呼叫控制系统设计与调试学院（系)：工程技术学院信息系专业班级：电气自动化三班姓名：孙向明学号：140７23094指导教师：刘辉设计日期：201６.6。25题目七基于PLC的病床呼叫控制系统设计与调试一、控制要求：1．共有３个病房,每间病房４个床位.每一病床床头均有紧急呼叫按钮及重置按钮,以利病人不适时紧急呼叫。2．设每一层楼有一护士站,每一护士站均有该层楼病人紧急呼叫与处理完毕的重置按钮。3．每一病床床头均有一紧急指示灯，一旦病人按下紧急呼叫按钮且未在5s内按下重置按钮时，该病床床头紧急指示灯动作且病房门口紧急指示灯闪烁,同时同楼层的护士站显示病房紧急呼叫并闪烁指示灯。4．在护士站的病房紧急呼叫中心，每一病房都有编号，用指示灯显示哪一病房先按下病人紧急呼叫按钮,并要具有优先级判别的能力。5．一旦护士看见护士站紧急呼叫闪烁灯后，须先按下护士处理按钮以取消闪烁情况，再依病房紧急呼叫顺序处理病房紧急事故,若事故处理妥当后,病房紧急闪烁指示灯和病床上的紧急指示灯方町被重置。二、设计要求:１、根据控制要求，明确输入/输出信号;2、画出各输入和输出信号的工作时序图;３、画出梯形图;4、上机运行，检查程序是否符合控制要求，进一步修改程序。目录ＴOC\o”1－2”\h\ｚ\uHYPERＬINＫ\l_Tｏc2１５０9第一章绪论PAＧERＥF＿Toｃ2１5０９1HYPＥRLＩＮK\l_Toc11７151。1病床呼叫系统的概念PAＧERＥF_Toｃ117151HYPERＬIＮK\l_Tｏｃ11２031.2呼叫系统的存在价值PAＧEREF_Ｔoc１12０311.3呼叫系统的现状PAGEREF＿Toc11３3711．４病床紧急呼叫系统的特点1第二章设计任务及要求PAGＥＲＥF_Toc１681322。1设计任务PＡＧＥREF＿Toc648３２2.2设计要求PAＧERＥF_Ｔoｃ75１22。3PLC的选型PＡGEREF_Ｔoc２９4122HYPEＲLIＮK\l_Toc２491９2.４警报灯的选择PAＧEREＦ_Toｃ24９193ＨYPERLINＫ\l_Ｔoc1９700第三章系统总体方案设计PAGEREF_Toｃ1970043。１PLC简介及工作原理PAGEREF＿Toc２033643。２设计方案说明PＡGＥRＥF_Toｃ３109583.3病床呼叫系统的组成及工作方式PAGEＲEF＿Toｃ88６３8HYPERＬINK\l_Tｏｃ15963３．4I／O分配表ＰＡＧEＲEF_Toc15963９3．5系统接线图设计PAGEREF_Ｔoc１605810第四章控制系统的设计PAGEREＦ_Toｃ14165１１4。１控制程序流程图设计PAＧＥRＥF_Toｃ1７162１14.2病床呼叫系统时序图PＡＧEREＦ＿Toc2234８１1ＨＹPEＲLＩＮK\l_Toｃ2779８4.3程序设计(如图)PAGEＲEF_Toｃ277９８13４.4创新设计内容PＡGＥRＥF＿Toc35781９第五章程序调试和仿真PAＧERＥF＿Toc163１0205．１调试ＰAGERＥＦ_Toc３１67420ＨYPEＲＬINK\l_Tｏｃ23３495．２仿真PAGEREF_Toｃ2334920第六章心得与体会PAGＥRＥF_Toc１14202３参考文献PAGEＲEF＿Toc1０６4０24第一章绪论1.１病床呼叫系统的概念病房呼叫系统，简称呼叫仪或请护仪，它的作用是将病人的求助请求迅速而准确地通知医护人员，以便及时进行处治.它的使用既可方便病人，又可减少医护人员的巡查次数，减轻其劳动强度，因而在临床上得到普遍的应用。１.２呼叫系统的存在价值患者在住院期间,可能会在任意时间请求医生或护士进行诊断或护理。临床求助呼叫是传送临床信息的重要手段,病床呼叫系统是患者向值班医生或护士发出紧急呼叫的工具，要将患者的请求快速传送给值班医生或护士，并在护士站的监控中心留下准确完整的记录,是提高医院和病室护理水平的必备设备之一。病床呼叫系统要求及时、准确、可靠，简便可行,利于推广，其性能的优劣直接关系到病员的安危，因此历来受到各大医院的普遍重视.1.3呼叫系统的现状目前,医院病床呼叫装置大多由单片机及低压电力线等传输媒质所构成，采用数字电路。一般都具有声光报警功能,医护人员能够及时了解病人的请求。病床呼叫系统的主机一般都设置在护士值班室，主机通过导线与各病房病床的终端呼叫器(一般为机械开关)相连，因此病房和值班室之间需要大量的连线，布线施工麻烦、成本也高。1。4病床紧急呼叫系统的特点医院病房中使用的呼叫装置有无线式和有线式两种形式。其中,有线式一般是采用单片机作为核心控制部件。本研究提出的呼叫系统也属于有线式，但是核心部件为ＰＬC，该系统主要解决了目前呼叫系统中存在的以下问题：（1）无线式呼叫系统由于需要“发射”和“接收”两个系统，存在传输距离、可靠性、设备体积与价格、占用无线频道资源以及发射的电磁波可能会影响医疗设备的正常使用等问题。因此，目前医院中很少采用。(2)单片机构成的呼叫系统如果采用低压电力线作为传输媒质，必须解决信息衰减、电平转换、信息耦合、滤波等问题，使得外围接口电路非常复杂.在软件设计上还要确定单片机与外设之间的通信方式，以保证在任意时刻只要有呼叫源发出请求系统立刻响应.软件设计和硬件设计的繁琐,给开发和维护带来了极大不便。近年来,PLC的功能不断趋向于计算机化,价格不断下降，体积不断缩小。特殊的I/O接口可以使呼叫按钮直接与PLC输入相接,输出可以直接带报警器显示装置等。与计算机联网通信十分方便。独具特色的编程方式，非常易于普及。PLC的应用已不再局限于工业控制领域，在其他控制领域也获得广泛应用。第二章设计任务及要求2。1设计任务本课程设计主要用于医院病务区的病人有紧急或自己不方便的事件时呼叫护士站寻求帮助，护士根据站内指示灯及响铃获取求助信息的来源，并能及时的给其提供帮助。护士在站内发现信号时及时将站内灯及响铃复位，在处理完后再在病床前的开关将病床及病学生根据控制要求,明确设计任务，拟定设计方案与进度计划,运用所学的理论知识,进行病床呼叫系统运行原理设计、硬件系统设计、软件系统设计、创新设计,提高理论知识工程应用能力、系统调试能力、分析问题与解决问题的能力。主要内容包括：（1)设计出硬件系统的结构图、接线图、时序图等;(2)运用功能指令进行PLC控制程序设计;(3）程序结构与控制功能自行创新设计；(４)进行系统调试，实现病床呼叫系统的控制要求。房的灯及铃复位.2.２设计要求（1）共有3个病房,每间病房4个床位。每一病床床头均有紧急呼叫按钮及重置按钮，以利病人不适时紧急呼叫.（2）设每一层楼有一护士站，每一护士站均有该层楼病人紧急呼叫与处理完毕的重置按钮。（３)每一病床床头均有一紧急指示灯，一旦病人按下紧急呼叫按钮且未在5s内按下重置按钮时，该病床床头紧急指示灯动作且病房门口紧急指示灯闪烁，同时同楼层的护士站显示病房紧急呼叫并闪烁指示灯。(4)在护士站的病房紧急呼叫中心，每一病房都有编号，用指示灯显示哪一病房先按下病人紧急呼叫按钮，并要具有优先级判别的能力。（５)一旦护士看见护士站紧急呼叫闪烁灯后,须先按下护士处理按钮以取消闪烁情况，再依病房紧急呼叫顺序处理病房紧急事故。2．3PLC的选型P根据设计要求可以得知,PLC的输入信号有：一号病房呼叫信号1～4床位4个，一号病房复位信号1~４床4个,二号病房呼叫信号1～4床位4个,二号病房复位信号1～４床4个,三号病房呼叫信号1~4床位4个，三号病房复位信号1～４床4个,护士站1～３号病房复位信号3个,病床呼叫系统输入信号总共有27个；输出信号有：一号病房1～4号床位显示4个，二号病房１~４号床位显示4个,三号病房1～4号床位显示4个,护士站1～3呼叫显示6个,输出信号总共有20个.根据I/Ｏ信号数量、类型以及控制要求,所以选择ＦX2N—64MR型ＰＬC,输入单元为64点。2．4警报灯的选择警报灯的选择分为两部分，一部分为病房警报灯的选择,另一部分为护士站警报的选择。病房警报灯的选择:考虑到病房警报灯的亮度对病人休息的影响,所以病房警报灯的选择其功率不宜过大，因选择亮度较小功率小的LＥＤ灯，所以发光二极管选择型号为：IＮ4０07SOT-２3.发光二极管的压降为1。７~2．5V，工作电流为1０~20mA,其使用的工作电源为PＬC自带的24V电源,要发光二极管正常工作得串联一个电阻,根据工作电流（以10mA计算)与工作电压２４V可计算串联的电阻大小为2。４KΩ。护士站警报的选择：因护士站警报灯的选择是要提醒护士有病人呼叫,所以应选择亮度功率较大的警报灯,所以其工作电压使用ＰLC自带的220V电源，警报灯的选择为：AD3８－22B-R／０8,其光源为红色LED光,工作电压为AC，DＣ２２0V（交直流双用），工作电流为１8mA,以防值班护士没注意警报灯的提示，另设一铃声警示，便于警报灯与警报铃的同步，电铃工作电压为220Ｖ的PLＣ的自带电源。病床呼叫系统的总体线路设计图见PLＣ接线图。第三章系统总体方案设计3。1PLＣ简介及工作原理3。１。1PLC的概述可编程序控制器（PLC）是一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境应用而设计的。它采用一类可编程的存储器，用于其内部存储程序、执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数与算术操作等面向用户的指令,并通过数字和模拟式输入/输出控制各种类型的机械或生产过程可编程序控制器及其有关外部设备,都按易于与工业控制系统联成一个整体、易于扩充其功能的原则设计。3。1.２PＬC的组成PLC主要由CPU模块、输入模块、输出模块、电源和编程器（或编程软件）组成，如图3.1所示。图3。1ＰLＣ控制系统的示意图1、中央处理单元（CPU)CPU作为整个PLC的核心，起着总指挥的作用。CPU一般由控制电路、运算器和寄存器组成。这些电路通常都被封装在一个集成电路的芯片上。CPU通过地址总线、数据总线、控制总线与存储单元、输入输出接口电路连接。CPＵ的功能有以下一些:从存储器中读取指令,执行指令，取下一条指令，处理中断。2、输入输出模块(I/Ｏ模块）I/O模块实际上是PLC与被控对象间传递输入输出信号的接口部件。Ｉ／O模块有良好的电隔离和滤波作用。接到PLC输入接口的输入器件是各种开关、按钮、传感器等。PLＣ的各输出控制器件往往是电磁阀、接触器、继电器，而继电器有交流和直流型,高电压型和低电压型，电压型和电流型.３、编程器编程器用来生成用户程序,并用它进行编辑、检查、修改和监视用户程序的执行情况。手持式编程器不能直接输入和编辑梯形图,只能输入和编辑指令表程序，因此又叫做指令编程器。它的体积小,价格便宜,一般用来给小型PLC编程，或者用于现场调试和维护.使用编程软件可以在计算机的屏幕上直接生成和编辑梯形图、指令表、功能块图和顺序功能图程序,并可以实现不同编程语言的相互转换。程序被编译后下载到PLC，也可以将ＰLC中的程序上传到计算机。程序可以存盘或打印，通过网络，还可以实现远程编程和传送.4、电源ＰLC一般使用２20V交流电源或24V直流电源。内部的开关电源为各模块提供ＤC5Ｖ,±12Ｖ,±２4Ｖ等直流点与昂.小型PLC一般都可以为输入电路和外部的电子传感器(如接近开关)提供２4V直流电源，驱动PLC负载的直流电源一般由用户提供。5、编程器编程器是PＬC的最重要外围设备。利用编程器将用户程序送入PLＣ的存储器，还可以用编程器检查程序，修改程序,监视ＰLC的工作状态。除此以外,在个人计算机上添加适当的硬件接口和软件包，即可用个人计算机对PLC编程.利用微机作为编程器，可以直接编制并显示梯形图。3.1。３PLC的工作方式PＬC虽然以微处理器为核心，具有微型计算机的许多特点，但它的工作方式却与微型计算机有很大的不同,微型计算机一般采用等待命令或中断的工作方式,如常见的键盘扫描方式或Ｉ/O扫描方式，当有键按下或I/O动作,则转入相应的子程序或中断服务程序,无键按下,则继续扫描等待.PLＣ采用循环扫描的工作方式,即顺序扫描,不断循环这种工作方式是在系统软件控制下进行的。当PLC运行时，CPU根据用户按控制要求编写好并存于用户存储器中的程序,按序号作周期性的程序循环扫描,程序从第一条指令开始，逐条顺序执行用户的程序直到程序结束.然后重新返回第一条指令,再开始下一次扫描；如此周而复始.实际上，PLC扫描工作除了执行用户程序外，还要完成其他工作，整个工作过程分为自诊断、通讯服务、输入处理、输出处理、程序执行五个阶段。如图3.2所示。图3。２PLC循环扫描示意图１、自诊断每次扫描用户程序之前，都先执行故障自诊断程序。自诊断内容包括Ｉ/Ｏ部分、存储器、ＣPU等,并通过CPU设置定时器来监视每次扫描是否超过规定的时间,如果发现异常，则停机并显示出错.若自诊断正常，则继续向下扫描.2、通讯服务ＰLC检查是否有与编程器、计算机等的通讯要求，若有则进行相应处理。3、输入处理PLC在输入刷新阶段，首先以扫描方式按顺序从输入缩存器中写入所有输入端子的状态或数据,并将其存入内存中为其专门开辟的暂存区——输入状态映像区中,这一过程称为输入采样,或是如刷新，随后关闭输入端口,进入程序执行阶段，即使输入端有变化,输入映像区的内容也不会改变。变化的输入信号的状态只能在下一个扫描周期的输入刷新阶段被读入。4、输出处理同输入状态映像区一样，PLC内存中也有一块专门的区域称为输出状态映像区.当程序的所有指令执行完毕,输出状态映像区中所有输出继电器的状态就在CPU的控制下被一次集中送至输出锁存器中,并通过一定的输出方式输出，推动外部的相应执行器件工作,这就是PLC输出刷新阶段.5、程序执行ＰＬＣ在程序执行阶段,按用户程序顺序扫描执行每条指令。从输入状态映像区读出输入信号的状态，经过相应的运算处理等，将结果写入输出状态映像区.通常将自诊断和通讯服务合称为监视服务。输入刷新和输出刷新称为Ｉ/O刷新。可以看出，PＬＣ在一个扫描周期内，对输入状态的扫描只是在输入采样阶段进行,对输出赋的值也只有在输出刷新阶段才能被送出，而在程序执行阶段输入、输出会被封锁。这种方式称作集中采样、集中输出.3。1．４ＰＬC的应用领域目前，PLC在国内外已广泛应用于钢铁、石油、化工、电力、建材、机械制造、汽车、轻纺、交通运输、环保及文化娱乐等各个行业,使用情况主要分为如下几类:1、开关量逻辑控制取代传统的继电器电路,实现逻辑控制、顺序控制，既可用于单台设备的控制，也可用于多机群控及自动化流水线。如注塑机、印刷机、订书机械、组合机床、磨床、包装生产线、电镀流水线等。2、工业过程控制在工业生产过程当中,存在一些如温度、压力、流量、液位和速度等连续变化的量（即模拟量),PＬC采用相应的A/D和Ｄ/A转换模块及各种各样的控制算法程序来处理模拟量，完成闭环控制。PID调节是一般闭环控制系统中用得较多的一种调节方法。过程控制在冶金、化工、热处理、锅炉控制等场合有非常广泛的应用。3、运动控制ＰLＣ可以用于圆周运动或直线运动的控制.一般使用专用的运动控制模块，如可驱动步进电机或伺服电机的单轴或多轴位置控制模块，广泛用于各种机械、机床、机器人、电梯等场合.４、数据处理PＬC具有数学运算（含矩阵运算、函数运算、逻辑运算）、数据传送、数据转换、排序、查表、位操作等功能,可以完成数据的采集、分析及处理.数据处理一般用于如造纸、冶金、食品工业中的一些大型控制系统。5、通信及联网PLC通信含PLC间的通信及PLC与其它智能设备间的通信。随着工厂自动化网络的发展，现在的ＰLC都具有通信接口,通信非常方便.3．２设计方案说明（1）设计原则①最大限度的满足机械电气设备或生产过程的控制要求；②在满足控制要求的情况下，力求使控制系统简单、经济；③保证控制系统的安全可靠；④考虑到实际情况和工艺的改进，在选择ＰLC容量时，应当留有余地.(2)设计内容①拟定控制系统设计的技术要求;②选择电气传动形式等执行元件;③选定ＰLＣ型号；④编制PLＣ的输入/输出端子接线图；⑤根据系统设计的要求编写软件规格说明书,然后在用相应的编程语言进行程序设计。（3）设计步骤①深入了解和分析被控制对象的工艺条件及控制要求;②选择适合的的ＰＬC类型;③分配I/Ｏ点；④设计控制系统梯形图；⑤输入并调试程序.3.3病床呼叫系统的组成及工作方式共有３个病房，每间病房4个床位。每一病床床头均有紧急呼叫按钮及重置按钮，以利病人不适时紧急呼叫。设每一层楼有一护士站,每一护士站均有该层楼病人紧急呼叫与处理完毕的重置按钮。每一病床床头均有一紧急指示灯，一旦病人按下紧急呼叫按钮且未在５s内按下重置按钮时，该病床床头紧急指示灯动作且病房门口紧急指示灯闪烁，同时同楼层的护士站显示病房紧急呼叫并闪烁指示灯。在护士站的病房紧急呼叫中心,每一病房都有编号，用指示灯显示哪一病房先按下病人紧急呼叫按钮,并要具有优先级判别的能力。一旦护士看见护士站紧急呼叫闪烁灯后,须先按下护士处理按钮以取消闪烁情况,再依病房紧急呼叫顺序处理病房紧急事故,若事故处理妥当后，病房紧急闪烁指示灯和病床上的紧急指示灯被重置。出现相应的声、光报警指示，以便提示医护人员尽快赶到现场。3。4I/Ｏ分配表表３．1分配表输入：名称１房１－4床紧急按钮输入变量K0-K３PLＣ对应输入X000０-X00０３2房1－4床紧急按钮Ｋ４-Ｋ7Ｘ０00４-X00０７3房1—4床紧急按钮Ｋ８-K11X001０－X00131房1-4床重置按钮K12－K1５X0０1４-Ｘ001７2房1-4床重置按钮K16—K19X００2０-X0023３房1-4床重置按钮K20—K２3X０024－X０0２７护士站1房1-4床取消紧急呼叫及闪灯按钮Ｋ24X0０30护士站２房1-4床取消紧急呼叫及闪灯按钮K25X003１护士站３房1—4床取消紧急呼叫及闪灯按钮Ｋ26X003２输出:名称护士站显示１房闪灯输出变量ＬＤ0PLC对应输出Y0００1护士站显示2房闪灯LD1Ｙ0002护士站显示3房闪灯LD2Y0003护士站显示1房响铃P1Y0004护士站显示2房响铃P2Y0005护士站显示3房响铃P３Y0０06１房１—４床灯亮LD3-LD６Y0010－Ｙ0013２房１-4床灯亮ＬD7—ＬＤ10Y0014—Y00１73房１—４床灯亮LA11-LＤ4Ｙ00２0—Ｙ00２３1房灯闪ＬD１5Y0024２房灯闪LD16Y00253房灯闪LD17Ｙ002６3。５系统接线图设计3．３系统接线图设计第四章控制系统的设计４。1控制程序流程图设计图4。1控制程序流程图设计4。2病床呼叫系统时序图以1床病人为例:病人５秒中未按下重置按钮:5秒钟内按下重置按钮图４.2病床呼叫系统时序图4。3程序设计（如图）以病房为例:当1~４号床按下呼叫按钮时，护士房中的一号房指示灯亮起，相应的计时器(T0～T3）记时，计时5秒内按下相应重启按钮(X14～Ｘ１７）计时停止，计时5秒相应床位灯与病房门口指示灯亮起。护士按下重启按钮，护士房指示灯熄灭同时计时器T30计时开始，计时20秒后断开床位与病房门口的指示灯，系统恢复原始状态.图4.３程序设计图｀４．4总体PＬC控制程序图４。4总体PLC控制程序4．4创新设计内容本设计加入了以下两项创新内容：此设计中在护士房中加入了三个电铃，在病人按下紧急呼叫按钮时,护士房中的对应三个病房的相应电铃会响起，提示值班护士有人按下紧急呼叫按钮，从而防止值班护士未注意亮灯情况而引发的意外事故。此设计中还加入了延时熄灭病房门口的指示灯的延时设计,当病人按下紧急呼叫按钮后,5秒内没按下重置按钮时，该病房门口的指示灯亮起,护士房中的护士按下该病房的重置按钮后，该病房门口的指示灯不会立即熄灭,它会延时２0秒后再熄灭,在此期间该指示灯可以为到来的护士及医生指示按下紧急呼叫按钮的病人所在的病房。第五章程序调试和仿真５.1调试先将程序输入试验机,再用模拟信号调试，调试成功后再投入使用，再模拟调试时，我们最常用的是输入短接法调试。用输入短接法调试程序用一根导线将电"+”和PLＣ输入端的COM端短接;另用一根导线的一端接电源“—",另一端做活动端。将一根活动端与00０00短接，观察到所对应的HL灯亮，然后将活动端与0000１接通。5。2仿真程序测试是检验所设计的程序是否达到了设计的要求.测试结果:以1号病房1号床为例说明当1号床病人按下呼叫按键5S内没有按下１号房1号床的复位按键时，按下呼叫按键时，护士站中的1号病房所对应的灯亮起同时所对应的电铃响起，提示护士病人呼叫,5S后1号病房1号床的床头灯亮起，同时1号病房房门灯亮起，提示护士与医生呼叫病人所在的位置。当护士在护士站按下相应的复位按钮时，护士站亮起的灯与响起的铃声关闭,同时1号病房1号床的床头灯熄灭，提示病人护士已接收到呼叫，此时1号病房房门灯继续亮20Ｓ，以便为护士与医生指明呼叫病房，20S后此灯自动熄灭，程序结束。当1号床病人按下呼叫按键5S内按下１号房1号床的复位按键时，按下呼叫按键时，护士站中的１号病房所对应的灯亮起同时所对应的电铃响起，提示护士病人呼叫，在5Ｓ内病人按下复位按键时,护士站亮起的灯与响起的铃声关闭，提示护士此次呼叫属于误按。在这种情况下,1号病房1号床的床头灯与1号病房房门灯均都不亮，程序结束.其他病床与其他病房的病床同1号病房1号床情况相同。仿真图如下:当1号病房1号床呼叫时程序响应如图所示：图5。1呼叫程序响应图当１号病房1号床病人呼叫完后,护士按下复位按键时程序响应如图所示：图5。2病床呼叫后按下复位响应图第六章心得与体会通过本次医院病床系统的毕业设计,我熟悉了PLC的基本编程方法，对PLC的工作原理和使用方法也有了更深刻的理解。在对理论的运用中,提高了我们的工程素质,提高了我的理论知识，工程应用能力、系统调试能力、分析问题与解决问题的能力。通过在网上查找资料以及到图书馆学习，也使我更好的理解和认识了关于PLC设计原理和实际中的应用过程.在没有做实践设计以前，我们对知道的撑握都是思想上的，对一些细节不加重视，当我们把自己想出来的程序与到PLC中的时候，问题出现了，不是不能运行,就是运行的结果和要求的结果不相符合.能过解决一个个在调试中出现的问题，我们对PＬC的理解得到加强,看到了实践与理论的差距。从动手调试的过程中,增加了我们对这项技术的了解，使我们体会到了只有好好学习，才能解决问题，才能让我们更能站在工作岗位上。作为学生面对的无非是同学、老师、家长,而工作后就要面对更为复杂的关系。无论是和领导、同事还是客户接触，都要做到妥善处理,要多沟通，并要设身处地从对方角度换位思考，而不是只是考虑自己的事。同时我也懂得了理论和实际相结合是很重要的，只有理论知识是远远不够的，只有把所学的理论知识与实践相结合起来，从理论中得出结论,才能真正的学到知识，从而提高自己的实际动手能力和独立思考的能力.在本次毕业设计中,培养了我们实际动手能力和解决问题的能力,这使我们更深层次的接触到了我们以后的工作方向,而且这次实习更接近于我们以后的工作内容，所以这些都为我们以后的学习和工作打下了坚实的基础.参考文献[1］齐占庆等。电气控制技术［M]。机械工业出版社，２0０2．[2]余雷声等．电气控制与ＰＬC应用［M]．机械工业出版社，2001.[3］李伟。现代电气控制及PLC应用技术［M]．北京航空航天大学出版社,200５．[4］石玉洁．PLC应用开发技术与工程实践［Ｄ］。人民邮电出版社，200３.［５］高钟毓．机电控制工程[M]。清华大学出版社,２002.[６]《电工电子选训教程》董儒胥主编上海交通大学出版社２006［7]《可编程控制器教程（基础篇）（实训篇）》胡学林主编电子工业出版社2００５[13]《可编程序控制器原理及应用》赵金荣叶真编上海应用技术学院200３[14]《可编程序控制器应用指南》易传禄主编上海科普出版社［１5］《可编程序控制器教程》王兆义主编机械工业出版社［16］《工厂电气控制技术》方承远主编机械工业出版社[１7］《可编程序控制器原理及应用》钟肇彭侃编华南理工大学出版社2001[１8]《现代电气及可编程技术》王永华主编北京航空航天大学出版社［19]李建兴可编程控制器应用技术［M］,机械工程出版社,20０4［２0］张爱玲。李岚。梅丽凤电托与控制［M]机械工业出版社,２003山东科技大学泰山科技学院本科毕业设计论文题目：基于PLＣ的温室大棚控制系统设计系部名称：机电工程系班级名称：电气工程及其自动化学生姓名:学号:指导老师:完成日期：2０16年６月6日

摘要温室大棚是用来栽培农作物的设施，它能改变农作物的生长环境,使其能够外界的四季变化和恶劣气候，为农作物的生长创造适宜的条件.温室大棚作为高效农业的重要组成部分,已经成为我们研究的方向。如何利用科学技术控制温室内的各种环境因子，已成为我国温室大棚行业研究的重要课题之一。本论文主要介绍了基于PLC控制的温室大棚系统设计方案，该研究中将采用温度传感器、CO２浓度传感器、光照传感器对温室大棚中各项指标进行检测,将测量值送入PＬC中,在ＰLC中将其与设定值进行比较，再发出相应的指令驱动外围设备来调控温室大棚内的环境参数，从而实现了温室大棚的自动化、智能化控制。在此基础上，实现监测、数据记录、数据输出显示等功能，实现了控制系统优良的人机界面，为温室大棚的研究提供新的方向。关键词:温室大棚;可编程控制器(PLC）;传感器;控制；AＢSTRACTGreｅｎhousｅsareuｓedforgrowingplantsinarangeoｆｆaｃiliｔies,ｉtcａｎｃｈａngeｔhecrｏpgｒowingeｎｖｉroｎment,enablinｇittotheｏｕtｓｉｄeofｆｏurseasonsａndhａrshcｌimate，cｒeａtingsｕitablecｏndiｔiｏnsforcropｇｒｏwｔh.Ｇreeｎhouseｓaｓiｍpoｒｔantcomｐonentofagricuｌture，haｓbecomｅouｒresｅａrｃhdｉrectionｓ.Hoｗtousescienｃeaｎdｔechnologytｏcontrolｅnｖiroｎmentalfａｃtoｒｓwithｉnｔhegreｅnhｏuse，ｇｒeeｎhｏuseindustrｙｈaｓbecomeaｎiｍpoｒtantｓｕbjectofstudy.Deｓｃrｉbedintｈｉsｐaper，basedｏnＳiemensS7—2０0ｓerieｓPＬCcontrｏｌsysｔeｍdesignofｇreｅｎｈouｓeＴｈｅreｓearchwillｂeusｅdtemｐｅrａturｅseｎsoｒ，aｎｄCO2concentrａtiｏnsensｏr,ａnｄlightsｅnsorongｒｅｅnhousebｉgｓhedｉnthetheindexforｄｅtecｔｉoｎ,ｗillmeaｓuremｅnｔvalueｉntoＰLCiｎthe,iｎＰLCｗillｂeiｔｓaｎdｓetvａluefｏrcoｍｐａred，aｇainissｕedcoｒresｐｏndinｇofinstructｉｏnｄriｖepｅripｈeralｅquipmenｔtoＲegｕlatｉongreenhoｕsebigshedｗitｈｉｎofｅｎvirｏnmentｐａｒameteｒ,toachiｅｖedｈasｇreｅnｈousebigshedofaｕtｏmatｉｏn，ａnｄiｎtelliｇeｎtoｆconｔrol。Ｏｎthiｓbasiｓ，usingcｏnfigurationｓofｔwarｅconｆiｇurａtiondesignｏｆcｏnｔrolsyｓtｅms,ｍｏnitoring，dataloｇging，dataoｕtｐｕtfｕncｔion，ａchievｉｎｇeｘｃelｌentconｔroｌsysteｍｈuｍan－machineiｎｔeｒfａce，ｆoｒgｒeｅnhousｅｒｅseａrｃhtoｐｒovidenewdirectｉon.Keywordｓ：gｒｅeｎhouse;progrａｍmabｌelｏgiccontrollｅｒs(PLC);ｓｅnsor;ｃontrol；appliｃａtｉon．目录摘要。。。。．．。.。。。.。。.。．。。．．.．．．．...。．.。...。．..。．..．..．。．．．。．。.。．．。。..。.．．。。..．．．．．。．.。.。...。。．。．.。.。..．...．。。．.。。．ⅠABＳTRACＴ..。。。。..。．.．.．.。.．。..．。．.．.。．。．．。．．．。．.．。.．．．.。。.．。..．.．.．。。。．．。．.．。．。．。.。．．...。.．．。．.。。。...。。．。。．.。。。Ⅱ目录．.。.。。．．。。．...．．。...。。.。..。.．．。.。。。。．。。..。.。.。．．。．...。。..。．.．。。．。..。。．.．。.。...．.。.．.。.。.。。。．．．.．.。。。.．。。。。。.．.。。．.。.Ⅲ1绪论.。.．..。。.。。。.。。.．。。。。。.。．.．．。．。．。.．..。．。。。．。。．.。．。..．。。．.。。。.．。..。.。．。.。。.。．．．。。..。．...。..。.．.。．。.．。．.．．。11。1课题概述．。。．。。．．。．。.。..。.．．..。。...。.．.。。。。．..。..．。．。。..．..．．.．。。。..。.。.。．．。。．...．.。。。.。。．．。.．。．11。1．１课题简介。.。．。。.．．..．。.。。.．.．。。。..．。。.。.．.。。．．。。。..。...。...。.。。..。。．．.。．。。..。.。。。．。１１。1.2研究目的及意义.．。.．．。。。．。.。。。．..。。。。．.．．。.。。．。.。.．。．.。。。.．...．．.．.。。.。．.。。．。.。.。．１1。２国内外研究现状．。.。．．。。.．．．.．．。。．。。．。．．..．．。。。.．..。.．。。。。。。。.。．.．..．.。．..．.。..。。.．.。．...．．.。.．21。２。1国内研究现状。。.．.。。...．.。。．。．..。。.。.。.。．..．。．。..．.．。．。.。。．。。。。。..。。.．。．。...．．．.。。．.。。。.21.2．2国外研究现状．.．．。．．。。.。。。．．。．。。．.．。。。。．．．。．．..。。..．．.。。...。。．．。.。.。。．.。．．．．...．。..。．.。．2１。3研究内容。.。。.。。。．。．。.。。。。。.。。．．.。．.．。．..．。.。．。．.。..．。。...。.．。。．。。...。..．．.。。.。。．..．..。.．。．．...。．...32控制系统的整体控制方案.。．。．.．。．．。...。。。。．。.．.。。.。。。．。。.。。.。.。。.。.．。．.。．.．。．．。。..。.．...。。。。。．。4２。1控制系统的设计任务。.．．.．..。。.。。。。。．．．。..。。.。。.。．。.。．．．．.。.。．．..。。..。.。．。。.。．。．．。..。。．。.。..。.。４2．2系统的控制方案．。.．。.。.．。．。．。.。.。.。。。..．。。..。．．。．。．。。．..。。．。。。.．。。。。．．.．.。。。.．..。.。。。。。.．.４3控制系统的硬件设计．。.。．．.。．．。。.。。．...．．。．.。.。．。.．.．..．..。.．.。。．。.．...。。.。.．．．.．。..。。.．..。．．。。.．..。７3。1电气控制系统设计。．.．.。．.。．。.．．。..。．．．。。．。．。．。。.．.。．。.．。。。．..．。...。..．..。。。．。.。。.。。.。.。．。．..。。...７3。１。1系统主电路设计.。.。.。。...。.．。。。。...。。。.。.．．。..。。．．.．..。.．。。.。．。..．．．..．．。.。．。．.。．73．１.2控制系统各部分控制电路设计．。。。。．.。。．。。。．..。．．。.。.．。。．。.。..。．。。。.。.．。.．73.2PLC简介。。。．。。..。。。。。．...。．．.。．．．。。.。．．．．。。。。．...。.．．．.．。．.。。。。.．。。..．。。。。．.。。.．.。。．。．.。．..。．..．．。.．．．。123．2．1ＰLC的产生和系统组成．．..．。。..。。.。.．.．．。．.。.。.。。.．..。。..。。..．．．..。。.。．。．。。。．..。。１23.２。2PLC的工作原理..。。..。.．.．...。.．.。.．．。。．。.．.。..．。．..。。．.．...．。.．.。.。。..。..．..．.。.．123.3PLC控制系统设计的基本原则及步骤．..．.．.。。。。。。...．．..。。.．．..．.．．．。。..。．。。。.．．..．1４3．3。1设计PＬC控制系统的基本原则。．．。。。。.。。．..。.。．.．．．．..。．。.．。。.。...．。．．。。．。。..143。3.2PLC控制系统的设计步骤.。。。.。。..。。．..．。..．。。。。．。。。..。.。．.．。..。..．．..。143。4PLC硬件电路设计．。．...。。..。..．...．。.．.。。．．...。．。.。.。。．.。。．..．。。.。。．。。．.．.．。。。。.。。...。．173.4。1ＰＬC型号的选择..。..．．..。．。..。.。.。..。。。．。．.．．..。。．.。．。．。.．..．。.．..。．。．。.。．．。．．．.．。1７3。4．２传感器的选型。．。.．。。...．。.．.．．。。．.．．。..。．．．。．。。.。。。。．.．．。。。。.．..．．．..。。．。.。。..。。．。..。．.１7３.4。3模拟量输入模块EM23５。.．。.．。．.。。..。。。..。。...．．.。.。。。．。。。．。．．.．。。。。。。。.。。．.．．。.。．.193。４。4PLCO/Ｉ地址分配表。．。．．．。。..．.。.。。。.。。．．.。.。.。。。。。.．。．。..．。.．。..。．.．。。..２1３.4.５PLC硬件接线图设计．．．。.。．.．.。..．．．.．．..。。...。。。..．。。．.。．...．．。．。.．.。。．。.。。.。．２3４控制系统的软件设计。．...。．。。.．。。...。。。。.．。。。。．。。。．．。。。．.。。...．..。.．。.。。。。．..。．.。.。．...．.。．。。。...。２4４。1PLC程序设计方法.．.．...。．．。．．．。。。..．。.．...．。。．。.。.．．．。.。。..。...。。。．。。。。。。．。。..。。．。。.．．．．.。。．。。．２44．2编程软件STEP7—MICＲO/WＩN概述．．。.。。..。.。。.。..．。．.。．。.。。。..。。.。．．．。。.。.．.。．.。..。．.．.．24４。3控制系统的程序设计.。.．。.。..。.．..。。..．．。．..。.。..。。．．。。.。。..。。．..．。.。。.。.．。．。。.。．..。.。。．..．.。。25４.3。1程序的设计思路。。。.．..。．。。..．。．。.。。.。..。.。。．.。．.．.。。。．．．..．.。．。.。。.。．.。．.。．.．。.。．２5４．３.2程序控制流程图.。。。．。。.。。。.。。...。。.．..．．。。.。.。.。。．。...。.。。。。。。。.．.。．．。．.．.．...。.。.．．.264。3。３控制程序设计及分析．.。。。..。...．.。。。..．。．。．.。。。...。。..。.．。．。.。...．．.．．。．。．．．.。29结论。.。.．..。。．..。.．。。．．.。．．.。.。。.。.。．.。.。．。.。。...．..。.。.。...．..．．。.．。.。。。。。。.．。。．．．..。．.。.。．。．.。。。．.。．。.。。.．。..。。。.。36参考文献.。..。。。。．。．.．.。。。.．.．。．．．.．．。。．．。．.。.．.．。。。．。.。．..。．...。。..．。.。。..．。．.。．．．...．。．.．.．.。．．。.。。.37致谢。.。．.。。．。.．.。．.．..．。...。．.。。。。。.。。..．。。。。。。．。。..。.．.。。.．。.。。．.。。.．.．。。..．．.．.．．．．.．.．..。.．．。...．。.．。.．..。.。。。．.．３9附录1外文资料翻译。.。.．.．.。。。..。...。．．。.．．．。．.．．。.．。.．。.．...．.。..。.。.．。．．．。．。.．...．．。.。。..40附录2电气原理图．。.．．。．..．。.。。。．。．.。．．。.．.．。。。..．.。。．.。。...。．。.。。。.。。.．．。.．.。．．。．．．。。。．.。。。..。．53附录3软件程序.。。。.．．.．．．．。。.。．．..。．。．。。.。．．。.。．..．.。.．。．。.。．。..．．...。．。..。。.。.。..．.。..。..。。。。．。.。.。...。..54１绪论1.1课题概述1．1.1课题简介温室大棚是用来栽培植物的设施。温室是用来改变农作物的生长环境,避免外界四季变化和恶劣气候对农作物的不利影响，为农作物生长创造适宜的条件。温室环境指的是农作物的生长空间，它是由光照、温度、湿度、二氧化碳浓度等诸多因素组成的。温室控制主要是通过控制温室大棚内的温度、湿度、通风与光照等自然因素，使得它可以在不适合农作物生长的季节和恶劣的环境下可以高效的种植农作物。从而达到对农作物调节产期、促进农作物生长发育、提高产量的目的.现代化温室中具有控制温度、光照、气肥等条件的设备,并采用电脑进行自动智能控制，以此创造农作物生长所需最佳的环境条件。1．1．２研究目的及意义目前的农作物栽培设施中,按国家标准装配的钢管塑料大棚和玻璃温室仅占全国大棚面积的一少部分，大多数的农村仍是采用自行搭建的竹木棚。这种简单的竹木棚只能起到一定的保温效果,根本谈不上对光照和二氧化碳的合理充份的利用，而且抗自然环境的能力很差，面对突发的气象灾害也无能为力。即使那些为数不多的装配式塑料大棚和玻璃温室，也都不同程度的缺乏配套的专业调控设备和仪器,所以我国的现代化农业特别是温室大棚领域的自动智能化程度还非常低。中国农业发展,必须走现代化发展这一条路.随着经济的发展，现在化农业的研究和应用技术越来越受到重视,特别是温室大棚,因为温室大棚已经成为了现代化高效农业的一个重要组成部分。现代化农业最重要的一环就是对环境中影响农作物生长的因素做检测和控制,通过对温室环境的监测数据的分析,并结合农作物的生长规律，对环境因素的控制，是作为温室大棚自动化、智能化生产管理的基本保证，从而能使农作物达到优质、高效的栽培目的.所以，现在我们进行温室大棚PＬC监控系统的设计具有积极的现实意义.本课题通过对可编程控制器ＰLC、传感器的学习和研究，完成了利用西门子PLC与电脑终端组成的温室大棚群监控系统。1．２国内外研究现状1。2．1国内研究现状我国温室大棚技术起步较晚，政府发展的以塑料大棚、日光温室为主的农业栽培设施,促进了农村的经济发展和缓和了蔬菜的季节性短缺矛盾。利用太阳光热资源，节约不可再生能源,减少环境污染是我国温室大棚的一大特色。虽然我国温室规模有限,还没有形成规模经济，另外构建设施的费用也比较高,但从长期发展来看,温室监控系统分布式和网络化将是我国现代农业发展的必然趋势。现代温室大棚中常用的能自动控制的调控机构有:通风窗、遮阳帘、通风机、热风机、冷风机、人工加热灯、二氧化碳增肥器、喷雾系统及蒸熏设备。控制器综合调节各个机构,使系统在节省能源的同时保证室内气候满足植物生长需要.使用的控制器也有很多选择，如单片机、工控机、ＰLC、通用PC机等.１.2.2国外研究现状西方发达国家在现代农业领域的起步比较早。１94９年，美国借助于工程技术的发展，建成了第一个人工气候室.随着计算机技术的快速发展，温室大棚作为现代化农业设施的重要组成部分，其自动控制技术和管理技术得到不断地提高，在世界各地都得到了不错的发展。目前,国外的温室大棚内部设施已经发展到了比较完备的程度,并形成了一定的技术标准。温室内被控环境因子由计算机控制，传感器也较为齐全，如温室大棚内的温度、湿度、光照、二氧化碳浓度等等，由传感器的检测基本上可以实现对各个执行机构的控制。计算机对于这些系统的控制已经不是简单的、独立的、静态的直接数字控制,而是基于ＰLC的智能控制系统，一些国家在实现自动化的基础上向着完全自动化、无人化的方向发展。1.3研究内容可编程控制器是集计算机技术、自动控制技术和通讯技术为一体的新型自动控制装置,PLＣ的优越性能，已被广泛应用于工业控制的各个领域，并已成为工业自动化领域的三大支柱之一。ＰＬC的应用已经成为了世界潮流，在以后PLC技术将会在我国的到更全面的应用。本文研究的是PLC技术在温室大棚技术上的应用。从整体上分析研究了温室大棚控制系统的电路设计、硬件设计、软件设计和人机界面等.本次的研究内容为温室大棚PLＣ控制系统。温室大棚的作用是改变植物生长的环境,从而避免因四季变化和突发的恶劣天气对植物生长发育的不良影响，为植物生长提供一个良好的生长环境。在农作物的生长环境中,温室大棚中的温度、湿度、光照、二氧化碳浓度等环境参数对农作物的生长起着非常重要的作用。本次研究以可编程控制器ＰＬＣ为核心，通过传感器检测温室中的环境参数,经变送为4-2０mA的电流信号后送入S7-2００的模拟量输入模块ＥM２35,经分析处理，输出开关量，通过驱动电路控制通风扇、冷暖风机、遮阳帘、二氧化碳发生器等多种执行机构，进而实现对温室大棚智能化控制,从而实现良好的人机界面。2控制系统的整体控制方案2.1控制系统的设计任务本控制系统主要针对的被控对象是温度、光照、二氧化碳浓度，通过对这些因素的检测，然后与设定值进行比较,然后进行调节。温度的调节主要靠通风扇、风机、和加热器进行调节；光照主要通过遮阳帘进行控制；二氧化碳浓度主要通过二氧化碳发生器来进行调节。本次设计的温室大棚就是通过温度传感器、光照传感器、二氧化碳传感器来检测温室大棚中的温度、光照强度、二氧化碳浓度等信息，然后通过ＰLC控制系统控制温室大棚的通风扇、冷／热风机、遮阳帘、加热器、二氧化碳发生器等硬件设施，对温室大棚中的环境因子进行调控,以使温室大棚里的环境为最适宜农作物生长的环境。2。２系统的控制方案在温室大棚中,需要一套完善的温室控制系统来控制上述任务.本控制系统以PLＣ为控制核心，采用传感器对温室大棚中的各项环境因子进行检测,然后将测量结果送入PLC中,经过PLC的处理，然后对执行设备发出指令,通过执行设备对温室中的各项环境因子进行调控。考虑到实际生产中的稳定性与安全性，本控制系统设有自动、手动两个模式，自动方式是周期性的按照ＰＬC进行控制，手动模式是当遇到紧急突发状况时,改为手动操作,进而去控制执行设备的运行。通过传感器检测到数据和设定的数值进行比较，然后通过软件程序去执行相关的命令，本设计的优点是成本低廉，节约资源,能实现利益最大化。该温室大棚的控制系统总体框图如下图2。1所示:图2。1控制系统总体框图该温室大棚控制系统由ＰLC系统，传感器系统,外部执行系统等几部分组成,以PLC控制系统为核心，通过传感器系统收集的数据，通过PＬＣ模拟量输入模块EM23５输入到PLC,经过与设定值比较,输出开关量进而对执行设备进行控制。本系统为一个温室大棚的控制系统，以后还可以以大棚群为单位，通过上位机进行统一控制。具体来说就是按下启动按钮,系统启动后，接收由温度传感器、光照度传感器、二氧化碳传感器检测到的信号，然后经过PLＣ内部处理，由输出模块输出控制信号,以控制外围的执行器件。如果温度过高,就会驱动冷风机、通风扇来降低温室内温度；如果温度过低，就会驱动热风机、加热器、通风扇来调节室内温度；光照则由遮阳帘和发光器来进行调节;二氧化碳浓度则由二氧化碳添加器来添加.3控制系统的硬件设计PLＣ控制系统的设计主要由硬件设计和软件设计两部分组成。本章主要从硬件角度介绍了温室大棚控制系统的硬件设计方案,主要从电气控制系统设计、ＰLＣ外部接线图及外部硬件配置方面进行设计.3．1电气控制系统设计3.１。1系统主电路设计温室大棚控制系统的主电路如下图3。1所示。其中通风扇和遮阳帘主工作电路相似，都需要电机的启动、停止以及正反转来完成工作，不同点是通风扇和遮阳帘电机的功率不同，且遮阳帘电机带限位开关。其中冷/热风机、加热器、发光体、CＯ2发生器的工作原理大致相同,都属于开关设备.图3.1温室大棚控制系统主电路原理图从上图可以看出,QK为刀开关,其作用为控制整个主电路的启停；FR1—FＲ5位热继电器，起过载保护作用；FＵ1—FＵ7为熔断器,对各支路起到短路保护和过载保护作用;ＫM1－KM9为接触器的主触头，可以实现电机的启停、正反转以及开关设备的启停控制。３.1．２控制系统各部分控制电路设计通过系统主电路可以看出，温室大棚的控制系统的执行设备分为两大类：开关设备和非开关设备。开关设备包括风机、加热器等等；非开关设备比如正反转的电机，包括通风扇、遮阳帘等，这些电机需要启停和正反转，需要限位开关。１.开关设备加热器、二氧化碳添加器、热风机、冷风机、发光体都属于开关设备，其控制电路比较相似，现在就以热风机为例,做以下分析：（1)热风机的主电路风机的运行可以通过一个继电器来控制，主要控制风机的电机通断。风机工作运行必须有熔断器、热继电器来保护电路,主要功能有过电流保护、短路保护和过载保护.下图３。2为热电机的主电路图：图3。2热风机主电路图（2）热风机控制电路控制电路原理图如下图３.3所示,依照电路原理图可知:SB１为手动/自动切换开关.按下总启动开关SB2，接触器线圈ＫM10得电，KM10常开触点闭合,形成自锁。若是手动操作，将旋钮开关ＳB1打到手动档位，将SB6旋转到开启档位,接触器KM5得电，其常开触点闭合,热风机开始运行;将SＢ6旋转到停止档位，接触器KM5失电,其常闭触点断开，热风机停止运行.若是自动控制,将开关ＳＢ1旋转到自动档位，由PLC控制器控制，当接触器KM5得电时,其常开触点闭合,热风机运行。图3。3热风机控制电路图２．正反转设备在执行设备里，通风扇和遮阳帘属于非开关设备,也就是正反转设备，他们的控制电路很相似,现在以遮阳帘为例来分析一下主电路图和控制电路原理图。(1)遮阳帘主电路下图３.4为遮阳帘的主电路图。由电路图可知，接触器KＭ３、ＫＭ4主要是控制遮阳帘电机正反转；熔断器FU2主要是在电路中起到过电流保护，应对短路;热继电器FR2的作用主要是电机的过载保护.图3.4遮阳帘主电路图（2）遮阳帘的控制电路遮阳帘的控制电路原理图如下图３.５所示.由其电路原理图可以分析得：旋钮ＳB1为手动/自动选择开关,按钮SB2为总启动开关,按下SＢ2,交流接触器KM１0得电,其常开触点闭合,形成自锁;若手动操作，将旋钮旋转到手动位置，SB4为开帘、闭帘切换开关，当ＳB4切换到开帘开关时,接触器KM3得电,其常开触点闭合,电动机正转，当其开帘程度达到最大程度时，碰到限位开关SＱ1，其常闭触点断开,接触器KM3失电，电动机停止转动;当SＢ4切换到闭帘开关时，接触器KＭ4得电，其常开触点闭合,电动机反转，待关闭到最大限度时,限位开关ＳＱ２常闭触点断开，ＫM4失电，电动机停止运行。SＢ３为紧急停止开关,当按下SＢ3时，接触器KM1０失电，其常闭触点断开，电动机停止运行。若自动运行时,旋钮开关SB１旋转到自动位置，遮阳帘运行受到PLＣ控制,中间接触器KM３得电时,其常开触点闭合，电动机正转运行,遮阳帘打开;中间接触器KM4得电时,其常开触点闭合，电动机反转，遮阳帘闭合。图3.5遮阳帘控制电路原理图３．２PＬC简介3．２。1ＰLC的产生和系统组成19６9年美国数字设备公司研制出世界第一台PLC,开创了工业控制新时代。ＰＬC随着计算机和微电子技术的发展,由最初的1位机发展到８位机，并随着微处理器CＰU和微型计算机技术在PＬC中的应用，形成了现代意义上的PLＣ。目前，PLC已经使用16位、32位高性能微处理器，并实现了多处理器多通道处理。现在,PLC已经非常成熟。［１］,［４６］PLC实质上是一种工业控制计算机.PLＣ与计算机的组成很类似，不过PLC比一般的计算机具有更强的与工业过程相连接的借口，以及更好的适应控制要求的编程语言，从PLC硬件上看，它由CPU、存储器、输入输出借口、电源等组成。如下图3。6所示：图3.6PLC控制系统示意图3．２.2PLC的工作原理ＰＬＣ的工作原理可用16个字来概括：循环扫描、顺序执行、集中输入、集中输出.PLC的工作过程可用下图3。7来表示：电源ON电源ON内部处理内部处理输入处理输入处理通信服务通信服务更新时钟，特殊寄存器更新时钟，特殊寄存器STOPCPU运行方式STOPCPU运行方式执行程序执行程序输出处理CPU强制为STOP输出处理CPU强制为STOPY致命错误Y致命错误执行自诊断执行自诊断NYNNYNPLC正常PLC正常存放自诊断错误结果存放自诊断错误结果图3.7PLC运行框图3．3PLC控制系统设计的基本原则及步骤了解了PＬC的指令系统和工作原理后，就可以将PＬC用于工程项目中.PＬＣ的控制部分的设计可以参考以下的基本原则及步骤。3.３．1设计PLC控制系统的基本原则在PLＣ系统的实际设计过程中，设计原则往往会涉及到很多方面，其中最基本的可以归纳为４点。1。最大限度的满足要求要充分的发挥PＬC功能,最大限度的满足被控对象的设计要求，是设计原则中最重要的一条原则.程序开发人员要到现场调研调查，要与现场人员和车间工作人员紧密结合，共同合作,解决重要问题和疑难问题.2．保证系统的安全可靠PLC控制系统基本原则之二就是保证PLC能够长期安全、可靠、稳定的运行。3.维修方便、方便简单的使用与经济效益在满足设计要求的前提下，要尽量的考虑经济效益，要注意以后的工程扩展，也要尽量使系统更简单，要拥有合理的布局，以方便以后的检查与维修。4．适应以后改进的需求适当的考虑PLＣ控制系统以后的系统改进和技术完善,所以在PＬC选型上，其I/O点数要留有２５％左右的裕量,以适应以后的系统技术改进。3。3。２ＰLC控制系统的设计步骤在设计PLC系统时，首先要对PLC应用系统进行功能设计，根据系统所具备的功能和现场工艺的要求,明确系统所需的功能和必要的程序设计。然后进行PLC应用系统功能的具体分析,从而得出PLC控制系统的结构和形式,输入/输出信号的种类及数量，控制系统的规模和布局。PＬC控制系统的设计为以下步骤和图3。8：评估控制任务评估控制任务PLC型号的选择PLC型号的选择控制流程的设计控制流程的设计程序设计控制柜设计及布线程序设计控制柜设计及布线程序的检查与调试程序的检查与调试PLC安装PLC安装模拟运行模拟运行修改软、硬件联机调试修改软、硬件联机调试是否满足要求是否满足要求否否是是程序备份程序备份投入使用投入使用图3。8PＬＣ控制系统设计步骤1.分析被控对象并提出控制要求、制定控制方案详细分析被控对象的工艺过程及工作特点，提出被控对象对PLＣ控制系统的控制要求，确定控制方案，拟定设计任务书。2.确定I/O设备根据系统的控制要求，确定系统所需的全部输入设备(如：按纽、位置开关、转换开关及各种传感器等）和输出设备(如:接触器、电磁阀、信号指示灯及其它执行器等)，从而确定与PLC有关的输入／输出设备，以确定PＬC的I／Ｏ点数。3．选择ＰLCＰLC选择包括对PLＣ的机型、容量、I/O模块的数量、I／O模块余量、电源等的选择。４.分配I/O点并设计PLＣ外围硬件线路分配Ｉ/O点：画出PＬＣ的I/O点与输入/输出设备的连接图或对应关系表；PLＣ外围硬件线路：画出系统其它部分的电气线路图,包括主电路和未进入PLC的控制电路等;由ＰLＣ的Ｉ／O连接图和PＬＣ外围电气线路图组成系统的电气原理图。5．程序设计（1)控制程序；(２）初始化程序；（3)检测、故障诊断和显示等程序；（4）保护和连锁程序。6.硬件实施设计控制柜和操作台等部分的电器布置图及安装接线图;设计系统各部分之间的电气互连图;根据施工图纸进行现场接线,并进行详细检查。7。整理和编写技术文件技术文件包括设计说明书、硬件原理图、安装接线图、电气元件明细表、PＬC程序以及使用说明书等。3．４PLC硬件电路设计3。4.１PLC型号的选择1。控制系统所需要的I/O点数根据温室大棚控制系统的控制要求，可以确定全部的输入设备和输出设备，从而可以确定PLC有关的输入输出设备,进而可以确定PＬC的I/O点数,本控制系统所需的PＬC的I/O点数为１４个数字量输入,3个模拟量输入,10个数字量输出。２.选择ＰLＣ的型号西门子PLCS7系列ＰＬC包括S7-20０系列、S7-3００系列、Ｓ7－４0０系列。其功能非常强大,按其功能又分为小型、中型、大型PＬC.根据本系统控制要求，选择Ｓ7－200系列的PLC.由以上分析得此系统所需I/O点数为14输入、１０输出.根据PＬC硬件设计要求，应留出约25％的空余点数,以方便以后的系统改造升级。ＣＰU224的Ｉ/O点数虽然也为1４输入、1０输出，但是不能留出I/O点数裕量，不方便以后的升级改造，所以选择拥有I/O点数为2４输入、16输出的CPU2２6，以方便以后系统的升级优化.ＣPU226相对功能强大，可以连接７个扩展模块，最大可扩展至24８个数字量I／Ｏ点或35个模拟量I／O点,具有13Ｋ的储存空间。3.４.２传感器的选型1。温度传感器根据温室温度控制的要求，本文的温度传感器采用芬兰维萨拉公司型号为HMD40的产品，该款传感器不仅测量精度高，易于安装、响应速度快,对环境要求较低,还具可靠性好、良好的长期稳定性、滞后小、不宜受灰尘、化学气体等环境因素的影响等特点。其外观如下图3.9所示：图3.9HMD40型温度传感器实物图该传感器的主要性能指标如下:1．温度检测范围：—1０～60℃；测量精度:±０.3％℃2.工作电压：10~28VDＣ；3．输出信号:４～2０ｍA。2.光照传感器光控用于控制遮阳幕的开关,使作物得到合理的光照并实现以下目的：免除作物超过光饱合点,提高光合作用；实现对长日照作物、中日照作物和短日照作物的光照控制.光照度传感器可以采用北京易盛泰和科技有限公司产品型号Poi88—c光照度传感器。该传感器用于实现对环境光照度的测量，输出标准的电压及电流信号，体积小，安装方便,线性度好，传输距离长,抗干扰能力强,量程可调。１。量程:O-2０0Ｋlx、Ｏ－２0Ｋlｘ、0—20０0ｌｘ可选2。供电电压：24VＤC／１2VDＣ3。输出信号：4-20ｍＡ，0-10Ｖ可选４．精度：±2%３。二氧化碳浓度传感器二氧化碳控制实时监测C02的含量，当C02的含量低于设定值时打开Ｃ02储气罐或Ｃ0２发生器以增施气肥。C０2传感器选用弗加罗公司生产ＴＧS4１60二氧化碳传感器，该传感器为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。其外观如下图3.10所示：图3。10TGS41６0二氧化碳传感器实物图ＴＧＳ4１６0传感器的主要技术参数如下：１．测量范围:300－5０，0０0ppm2．对二氧化碳CO２浓度有高灵敏度3.ＣＯ2二氧化碳传感器ＴGS416０对湿度依赖性极低,长寿命４。使用温度：-１0~+5０℃3.4.３模拟量输入模块EM２３51。模拟量输入模块EM2３5的简介传感器采集信息后，将信息转化成标准的电压或电流信号，PLC硬件设计则需要模拟量输入模块，将电压或电流信号转化为数字量再输入PLＣ中进行处理.由于本控制系统需要3个模拟量输入,所以选择EM2３５模拟量输入模块。模拟量输入模块EＭ23５可以直接将被测主回路交流电流转化成按线性比例输出4-２0mA直流电流的标准信号,连续输送到接收装置.该模块需要DC２4V的工作电源,具有4模拟量输入和1模拟量输出，利用ＤIP开关来设置输入信号的量程。下表3.1说明如何通过ＤIP开关设置EM２３5模块的输入量程的范围。表3．1EM２35模拟量输入范围和分辨率的开关表单极性满量程输入分辨率ＳW1SW2SW3ＳW4ＳW５SＷ6ONOFFOFFONOＦFON0—50mV12.５µVOFFONＯFFOＮOFＦON0－10０mV25µＶONOFFＯＦＦＯＦＦONＯN０-500mV125µＶOFＦONOFFOFFＯNＯN0－1V250µVOＮOＦＦOFFOＦFOＦFON0-5V１.25mVONＯＦFＯFＦＯＦFOFＦON0—2０mA５µAOFFONOFFOＦＦOFＦＯN0—10V2。５mA如上表所示,通过开关ＳW1—SW６可以选择模拟量输入范围。SW6决定模拟量输入的单双极性，当SW6为ＯＮ时，模拟量输入为单极性,当SW6为ＯFF时，模拟量输入为双极性.SW4和ＳW5为增益开关，SW1、SＷ2和SＷ3为衰减开关。该标中，ＯN是闭合，OFＦ是断开,EM235只在电源接通时读取开关设置。温室大棚中的传感器测量的温度、光照度、二氧化碳浓度的测量值均为单极性,所以选择０-2０mＡ的量程和0—５V量程。２．模拟量输入模块ＥＭ2３5的使用说明校准输入时，其步骤如下;(１）切断模块电源,选择需要的输入范围。（2）接通CPU和模块电源,使其通电稳定1５分钟。(3)用一个变送器、一个电压源或一个电流源,将零值信号加到一个输入端.(4）读取适当的输入通道在CＰU中的测量值。（5）调节偏置电位计,直到读数为零，或所需要的数据数字值。（6)将一个满刻度值信号接到输入端子中的一个，读出送到CPU的值。（7)调节增益电位计,直到读数为320００，或所需的数字数据值。(８)必要时,重复偏置和增益校准过程.经上述步骤调整后，若输入0—２0mA的模拟量信号，则对应的数字量结果0－320０0或设定的所需数字数据值.3．模拟量输入模块EM235接线说明2４ＶDC电源正极接入模块左下方L+端子,负极接入M端子。EM235模块的上部端子排为标注A、B、C、Ｄ的四路模拟量输入接口,可分别接入标准电压电流信号。为电压输入时，以A端为例，电压信号正极接入A+端，负极接入A—端,ＲA端悬空。为电流输入时，以B端为例，须将ＲB与B+短接，然后与电流信号输出端相连,电流信号输入端则接入B－接口。若４个接口未能全部使用,以C端口为例,未用的接口要将C+与C—端子短接，以免受到外部干扰。下部端子为一路模拟量输出端的3个接线端子MO、VO、IO，其中MO为数字接地接口，VO为电压输出接口，IＯ为电流输出接口.若为电压负载,则将负载接入MＯ、VO接口,若为电流负载,则接入ＭO、ＩＯ接口.3.4．4ＰＬCＩ/O地址分配表根据系统要求，控制系统的I/O地址分配表如下表３.２、3。３所示表3。２输入端口地址分配表序号输入口信号名称备注符号01I０.0手动/自动切换旋钮SB1０２Ｉ0．1总启动按钮SＢ２03Ｉ0．2总停止按钮SB304I0．3遮阳帘开限位限位开关ＳQ1０5I0.4遮阳帘关限位限位开关SQ２0６I0．５遮阳帘开帘单刀双掷开关ＳＢ407Ｉ0.6遮阳帘关帘单刀双掷开关SB4０８I0。７通风扇正转单刀双掷开关SB5０９I1．0通风扇反转单刀双掷开关SＢ5１0I1。1热风机启停旋钮SＢ611I１。2冷风机启停旋钮ＳＢ712I1．３加热器启停旋钮ＳB81３I１。4补光灯启停旋钮ＳB９１４Ｉ1。5CＯ２添加器启停旋钮ＳB１015AIＷ0温度传感器１６AIW2光照度传感器１7AIW4CO2浓度传感器表３。3输出端口地址分配表序号输出口控制信号备注符号01Q0．０通风扇正转接触器KＭ１02Q０。1通风扇反转接触器ＫM203Ｑ０．2遮阳帘开帘接触器KＭ30４Q0.3遮阳帘关帘接触器KM405Q０.4热风机接触器KＭ506Ｑ0。5冷风机接触器KM607Q0.6加热器接触器ＫM７08Q0.7补光灯接触器KＭ8０９Q1.0CO２添加器接触器KＭ910Q1.1启动指示灯接触器KM10３。4。5PLC硬件接线图设计本控制系统设计选用S7-2０0系列的ＣＰＵ226以及模拟量输入模块EM23５，硬件接线图如下图3．11所示（也可见附录２）图3.11硬件接线图4控制系统的软件部分4。１PLC程序设计方法PLＣ程序设计常用的方法主要有经验设计法、电路转换梯形图法、逻辑设计法、顺序控制设计法等.一、经验设计法：即根据前人总结的典型控制电路程序，再按照设计中被对象的具体要求，把典型程序进行重新组合,而且需要反复调试和修改，得到现在系统所需要的梯形图，有时仅仅这些还不能满足要求，还需要增加中间环节,才能得出符合要求的系统。这种方法没有一定的规律可遵循，设计所用的时间和设计质量与设计者的经验有很大的关系，故称为经验设计法。二、继电器控制电路转换为梯形图法：用PLC的外部硬件接线和梯形图软件来实现继电器控制系统的功能。三、顺序控制设计法:根据功能流程图，以步为核心,从起始步开始一步一步地设计下去，直至完成.此法的关键是画出功能流程图.四、逻辑设计法：通过中间量把输入和输出联系起来。实际上就找到输出和输入的关系，完成设计任务。本次设计采用的是经验设计法。4．2编程软件ＳTEＰ7－ＭICRO/WＩN概述STEＰ7—Ｍicro/WＩN３2编程软件是基于Windｏws的应用软件，由西门子公司专为S7—200系列可编程控制器设计开发,它功能强大，既可用于开发用户程序，又可以实时监控用户程序的执行状态。编程软件的具体功能如下。１。可以用梯形图、语句表和功能块图编程.2.可以进行符号编程，通过符号表分配符号和绝对地址,即对编程元件定义符号名称，增加程序的可读性,并可打印输出。3.支持三角函数，开方,对数运算功能。4.具有易于使用的组态向导。5．可用于CＰU硬件配置。6。可以将STEＰ7—Micro/WIN正在处理的程序与所连接的PLC中的程序进行比较。4．３控制系统的程序设计4.3.1程序的设计思路本控制系统设有手动、自动两种工作模式，自动模式为正常运行状态，手动模式用于应对一些突发情况。在自动工作模式下,ＰＬC运行时,将传感器对温室温度、光照、二氧化碳浓度等环境因素进行检测的测量值与温室控制系统的设定值进行比较，如果温度的检测量高于设定值,PLＣ就会发出相应的指令控制冷风机的开启和通风扇正转（将温室中的空气排向外界);如果测量值低于设定值，则打开加热器和热风机,对温室进行加温,并使通风扇反转（将外界的空气引入温室）。当温室的光照低于设定值时，系统打开遮阳帘和补光灯;当温室的光照高于设定值时，系统关闭遮阳帘。当温室的二氧化碳浓度低于设定值，系统开启二氧化碳调节阀。如果温室中的测量值与设定值相等,则关闭相应设备,保持温室中的环境参数.温室大棚内的不同作物对于自然环境的要求也不尽相同,本系统为研究方便,取其范围内一值,作为参考。植物对大棚温室内的温度要求大多数在２5—30℃，本系统取值28℃；光照强度单位为ｌｘ,本系统取光照强度为３00０0lx;夏季在阳光直接照射下,光照强度可达6万~1０万lｘ，没有太阳的室外0.1万～1万lx，夏天明朗的室内100～55０lx,夜间满月下为0.２lx。二氧化碳浓度单位为ｐpm，空气中含量为３00-400ppm,而植物生长