温室大棚内设计

I绪论1.1概述传统的温室的意思是能防寒还有加温和透光的设施，能给冬天或寒冷的地方培养喜欢温暖的植物的房间。智能温室也就是自动化温室是有计算机控制的能移动的天窗、避阳系统、存温系统、提温系统等自动化的一些设施。现在我们都知道农业温室已经是一种高科技了，所以现在的智能温控比较常见的是由三个部分组成的，有中央计算机，控制系统和信号采集系统。现在这部分主要介绍的是智能温控系统。我们本次研究的是名为智能温室的一种控制系统，但是要知道的是，它是最近几年才逐渐发展起来的，不是一蹴而就的，过程虽艰辛，但是现在它也是一种相对成熟的技术了，它能够高效节约农业资源。而且还是以光照的基础上完成的，这种控制系统它不是独立就能完成工作的，它需要配合电脑的自动控制的还有智能传感器等等，而现在它已经是一种高精尖的技术了。从九几年开始，我国技术人员学习西方国家的高科技温室技术上，配合我国的环境研发出了适应我们国家的农业环境的温控系统。1.2研究背景1.2.1国外状况现在的很多发达国家比如US、Netherlands等国家正在努力发展集约化的温室，温室里面的Water,humidity,light实现了PC控制，各方面都有一整套完整的体系。我们都知道计算机是由美国最先发明出来的，所以对于计算机方面的技术美国也比较成熟，而且美国也是把计算机应用于温室这方面技术最多的国家中的一个。美国发展的Facilitycultivation和IntegratedEnvironmentalControl技术非常先进。环境控制PC首要的用就是用来监测和掌控问世的环境。以花房为例，温室内监测项目包括：室温、水的温度、土壤的温度、锅炉的温度、管道的温度、相对空气的湿度、窗户的条件、水泵的条件、二氧化碳的浓度，EC调节槽和回油管值，pH调节槽和回油管值;除了在室内的一些项目，在室外也有很多项目，这些项目有，大气的温度，风向风速，太阳辐射等。温室系统为种植者带来了经济效益，决策水平变好，技术得工作量少了。给种植带来了极大的便利。据调查，荷兰在农林业方面还是比较有名的，开发温控自动化这方面他们从八十年代就开始了。就现在说，荷兰智能玻璃温室制造方面比较在行。荷兰的玻璃温室的面积相当大，有一万二平米，达到了世界的四分之一还多。1.2.2国内状况中国的农业的PC的应用开始于四十多年前，大概十年后被用来温控和区域管理。又过了十年，大概九十年代初左右，我们国家开发了温控和管理的系统，而且还研究出了以windows为基础的控制的一个软件。上个世纪末，江苏科技大学的毛汉平公司开发了一套温室软硬件控制系统，可全面控制营养液系统，温度，光照，二氧化碳，施肥等。九五这个时间段，我国的科学技术方面的项目和国家自然科学的这个基金首次加入工厂化的农业也就是我们知道的设施农业的研究项目，加强了PC的研究。该项目的应用研究。在“工厂高效农业示范工程”工业项目中，直接建立了“智能多跨塑料温室结构与控制设施的优化设计与实施”的主题。上世纪末，河北职业技术师范学院的严中文开发了一种农作物温室温湿度测量系统，可以实时测量和控制温室内的温湿度。中国农业大学设计开发的“山东省济宁市大型苗圃温室计算机集散控制系统”实现了计算机集散控制。1.3研究意义近些年来，你可以在平时生活中看到越来越多的温室大棚被应用于生活中，时光飞速，国家在发展，科技在进步，我们的农业技术越来越先进，大棚控制系统也发展了起来。现在，自控系统正慢慢往智能化方向发展。温室智能控制系统是一个管理智能系统。因为本世纪的互联网还有就是传感器发展的比较快，慢慢的被用来用于蔬菜大棚了。主要监测参数和指标是：温度，含水量，一方面，我们需要在计算机中输入最适合植物生长的环境参数。智能控制系统将信息技术与计算机相结合，应用于农业，实现农业发展的转型，也是未来农业发展的具体方向。智能控制系统具有很强的应用经验。首先是智能控制系统控制的精度和及时性。这个东西它能通过传感器的数据就给你提供一些操作。及时应对，给农作物提供了一个良好的空间。目前，最常用的是浙江大学开发的物联网技术。该系统可以在远处通过计算机控制棚内操作。它可以使操作员无论在何处都可以监控整个温室的状况，并实现技术的优势。1.4我国温室存在的主要问题1）我国在技术方面还有很多不足，总体发展的水平比较低，农业种植的一些设备开始的时间较晚，基础不太好，没有进行深入的工程研究。2）中国没有基于温室的控制系统，这降低了生产效率。温控和温测的现在的通信还没有达到无线的水准。现有的通信方式使温室内的信号线和电源线复杂化，还使可靠性大大降低，增加了安装和维护工作量，在人力方面的成本太高，农业机器人没法移动，所以整体水平都比较落后。3）咱们的这个设施的水平总的来说还是比较低的，有什么自然灾害啥的，一般都顶不住。没有国家标准和工厂系列产品，申请率仅占设施耕地面积的10％。农民自己建造的大多数塑料温室只能起到保温作用。调节环境因素，如温度，湿度和光线。4）机械化的程度还是跟不上，控制的这个能力也不太好，大多数工作还得主要依靠人力，需要人们来亲力亲为。生产和管理还是需要有人的经验还有就是单一因素的定性监管。1.5温室环境控制技术的发展趋势1.智能化：软件系统的研究和开发将不断得到改进。其中，基于专家系统的智能管理系统取得了很多研究成果，应用前景十分广阔。2.网络化：咱们这个网络的通信技术的发展的速度很快。中国幅员辽阔，气候复杂，劳动力整体素质较低。通过将网络用于在线和离线服务，可以监控和比较不同的区域，这不仅为管理带来了极大的便利，而且提高了劳动生产率。3.全方位的透彻的对环境的监管：一般来说的综合环境监管其实就是提高并稳定农作物产量，需要达成这么的一个目标，而且还要保持各种和环境参数，就比如温度、光照、湿度等，适合作物生长的国家尽量少的使用环境调节装置，节省人力物力还有时间，让老百姓和农民工快乐的工作。

第2章研究方案的设计2.1系统总体框图图2.1系统总体框图2.2温室大棚内重要参数的调节与控制2.2.1温度的调节与控制温度是一个环境因素，相对比较容易的控制。温室中的温度控制和调节包括三种绝缘，加热和冷却。需调节温度以维持能让作物生长的温度。（1）绝缘，为了提高温室的绝缘能力，经常使用各种绝缘罩。具体方法是增加绝缘层覆盖的层数，并使用具有良好绝热性能的绝缘覆盖材料，以改善设施的气密性。（2）采暖，现在的单屋顶温室都是烧炉子。最近这几年，正在用锅炉管道加热。大型连栋温室和花卉温室基本上都是中央供暖，有些个别的用热水或者是蒸汽加热。（3）冷却，冷却保护设施的最简单方法是通风。但是，温度太高满足不了作物的要求，须人工冷却。冷却包括遮阳和冷却方法，屋顶水冷却方法，蒸发冷却方法和强制通风方法。遮阳和冷却方法是距离温室屋顶40厘米处的一种悬挂式遮阳屏，可有效冷却温室。房间里还有另一种悬挂式窗帘，冷却效果比挂在室外还要糟糕;采用屋顶水冷方式时，必须考虑安装成本，以消除玻璃表面的污垢污染问题;蒸发冷却方法允许空气通过水的蒸发冷却然后冷却。进入房间以达到降温的目的。蒸发冷却方法具有湿帘-风扇冷却方法，细雾冷却方法和屋顶喷雾方法。2.2.2湿度的调节与控制空气的相对湿度应该和土壤的湿度进行有效的调和，为了达成对温室内湿度的良好控制。湿控的一个范围一般就0.6RH-0.8RH，精度为上下百分之五。一般经常能用到的湿度的调节方法是除湿还有就是加湿。（1）先说加湿，常见的有蒸汽加湿和喷水。喷水通过双位或者多位控制来达到;蒸汽加湿由电极加湿器或蒸汽加湿器实现。（2）除湿，温室除湿通常采用以下三种方法：加热控制方法，吸附方法-化学除湿机和排水。在湿度调节系统中，温室中的加湿和除湿是通过调节温室中的组件来实现的，例如天窗，侧窗，湿帘，风扇等。2.2.3温度、湿度之间的耦合假如此时温度过于低了，与此同时湿度也很高，这个时候首要就是加热。想通风和除湿的话，就必须要提高温度，这步才能进行。在一个就是，温度高了本身就能降低湿度。在夏季降温加湿过程中，采用湿度优先原则。当湿度太小时，蒸发和冷却加湿装置打开。如果温度太高了而且需要激活蒸发冷却执行器的时候，须先检测相对湿度。往下降到某一个范围，才可以打开蒸发装置。2.1.4光照的调节与控制在温室光强度调节中，改变温室的硬件环境方法通常用于手动调节温室的外部设施以改变温室中的光强度。一般有4种调整的方法：（1）提升设施的透光率;（2）启用反光屏;（3）人力手动填充光;（4）阴影。2.2.5二氧化碳含量的调节与控制大气中二氧化碳的平均浓度通常为0.03％，振幅小。在冬季和春季设施蔬菜生产中，为了保暖，设施通常处于关闭状态，缺乏内部和外部气体交换，并且二氧化碳的浓度相对较大。出于一个光合作用的原因，二氧化碳的浓度可以看见有一点点变少，离补偿点很近了，而且二氧化碳正在处于损失的一个状态。所以应该及时的补充二氧化碳。填补二氧化碳有几种方法。主要有三种：（1）燃烧方法;（2）化学反应方法（目前在中国的设施种植中使用）;（3）应用颗粒有机沼液肥法。2.3温室环境的特点由于温室中环境方面的因素有许多，它是一个多因素的，具有一定影响力的，不是线性的，时间延迟的复杂系统，例如：（1）相互影响：温室中有许多环境因素，它们之间有影响。例如，温室中的温度升高，并且必须相应地降低湿度。温室的通风和冷却也会影响二氧化碳的浓度。因此，温室环境是相互影响的;（2）非线性：温室中的环境因素都不稳定，温室或多或少受到外界的影响。另外就是，温室里边的作物的化学变化也能影响环境，所以环境因素是非线性的;（3）延迟：当我们调节温室环境时，每个环境都可以瞬间改变。这需要一个过程，并且在传感器收集数据之后，它将其发送到相应的控制器，并且控制器处理数据以判断数据。失控调整也需要一个过程。通常在温室中改变某种环境因素是一种缓慢扩散的现象。（4）亲和力：温室系统有许许多多的环境因素。它们不是相互独立的。每个因子的控制过程彼此耦合。我们调节其中一个变量的时候，会影响其他变量的相应变化。所以，一共大体上就分为四个特征，温室系统非常复杂多样同时还有就是环境也影响。温控不能是静止的，得根据不同的作物进行相应的改动。在温控制的时候，我们只需要确保温室内部温度控制在一定的间隔内。绝对不需要精确控制温度或其他环境因素。2.4温室的控制对象农作物的生长影响它的原因有2个，（1）作物自己的遗传特征，也就是品种。如果作物的遗传特性你想改的话，你需要大量的人力财力，且形成转基因食品。（2）再一个就是作物生长的地方。温室里面是一个科学技术的小生态。借助于此，通过调节智能温室中的环境因素，实现了农业生产的实际改善。2.4.1温度作物影响作物的化学变化。每种作物都有自己独特的温度要求，具有最佳温度和最高和最低温度。当作物处于极端温度时，尽管它们能够存活，但它们的生长和发育受到很大影响；作物长得好还长得快必须得在最好的温度下才能达成。通过调节温度可以提升产量。更常见的温度控制设备包括加热设备和通风扇。这个时候，如果需要得知温室内的温度而且还要收集最能和温度比较的数值，应安装温度传感器，然后，与此同时，为了启动控制的设备和温度，需要执行对应的升降操作。2.4.2湿度如果进行更详细的分析，同一作物对其生命周期不同阶段和一天中不同时间的空气湿度有不同的要求。鉴于不同类型作物的不同特点温室内的温室，温室控制系统应控制温室，以保持相应的湿度环境，以确保当前作物的快速健康生长。同时，湿度调节与温度调节之间存在一定的耦合关系。其中一个因素往往会带来另一个因素变化，影响更大。应该充分考虑好它们耦合应在温室的环境中进行控制。2.4.3光照强度阳光对作物的生长至关重要。阳光是作物光合作用的一个非常重要的条件，它也是控制作物光周期的一个因素。足够的光可以促进光合作用，使作物合成更多的有机物，提高作物产量和质量。如果光线不足或光照强度太大，会严重影响作物的正常光合作用，也会减少叶片的同化，导致植物脆弱，引起病虫害，导致花果落叶，产量低质量差。在温室中，内部光强度与外部光强度显着相关，但室内光强度显着低于室外。当温室中的光强度不满足作物的生长要求时，需要填充光来填充光。2.4.4二氧化碳农作物进行光合作用离不开二氧化碳，植物合成有机物的过程就是光合作用的过程。二氧化碳提供了碳源。但是，如果二氧化碳不够或者太多的话对农作物的生长产生不利的影响，使产量降低。二氧化碳浓度的一定量的增加可以促进作物的物候期并增加作物的有机质含量。大多数作物的产量随着二氧化碳水平的增加而增加，并且还会影响某些作物的蛋白质，氨基酸和淀粉含量。同时，足够的二氧化碳可以保证作物苗期的质量，促进其快速生长，抑制或减少疾病的发生。2.4.5土壤含水量土壤中总有一定的空隙，水和空气占据了空隙。当水分含量太小时，植物吸收的根系水不足，植物的蒸腾导致植物失去大量的水，从而导致植物失水和萎..同时，当土壤缺水时，土壤压实和裂缝会导致植物根系破裂，直接导致植物死亡。植物无氧呼吸会产生酒精，是它们的根部被破坏掉，有可能会导致植物的死亡。2.5控制系统的总体设计方案2.5.1系统的设计任务植物的生长，离不开各种各样的因素，温室系统就是调节这各种各样的环境因素的，防止天气恶劣等对植物的生长产生不良影响，给它们提供了相当可观的生长环境，防止虫子侵害杜绝了这一隐患，产量便能逐年增长。温室Temperature,Light,Humidity,CarbonDioxideConcentration,SoilpHValue等因素在植物生长中起重要作用。这个设计就是在说对光、温度和二氧化碳浓度的控制。温度传感器，光传感器和二氧化碳传感器用于检测各种环境因素。调节温度主要靠通风窗和加热器。照度主要由照明剂和遮阳板调节，二氧化碳浓度主要由二氧化碳加法器补偿。温控系统需要在环境因素的基础上进行，比如温度，湿度，光强度，二氧化碳浓度和土壤水分，如温传器，湿传器，照度传感器，二氧化碳传感器，和土壤湿度传感器。通过控制天窗，侧窗，遮阳网，通风机，湿帘窗，热风机，空气冷却器，加热器，补光灯，二氧化碳加料器，喷雾和滴灌泵在温室中的控制，环境因素调整和控制温室环境，以满足栽培作物的生长发育需要，为作物生长发育提供最合适的生态环境，大大提高作物的产量和质量。2.5.2系统的控制方案在温室中，实现上述控制任务需要一套完整的硬件和软件温室系统来进行控制。将PLC用作温室大棚系统的控制中心，让传感器测量温室温度、光照、温度和二氧化碳浓度然后将结果发给PLC。结果由PLC处理，然后调整每个设备以补偿环境因素。控制系统的工作模式有2种：手动和自动。自动是指定期PLC控制;而手动是紧急情况。在某些紧急情况下，设备的操作由手动操作控制。在自动运行中，如果系统检测的温度很高，比设定的还高，PLC就会发出命令，天窗，侧窗，风扇，冷水机组都被打开了;如果测量值等于设定值，则保持现状;如果测量如果该值低于设定值，请关闭天窗和侧窗并打开热空气加热器进行加热。如果检测到的湿度已经大于设定的值，PLC发出命令，天窗，侧窗，加热器被打开;如果测量值等于设定值，则保持现状;如果测量值低于设定值，请关闭天窗和侧窗以打开湿帘进行加湿。当温室光线低于设定值时，系统打开遮阳板或打开补光灯;温室里面的光线比设定的值高了的时候，遮阳板被关闭以此来补光。当温室中的土壤水分低于设定值时，系统启动喷雾和滴灌泵。通过设定和调节温度，湿度，光照，二氧化碳浓度和土壤湿度，在实践中广泛应用，以满足不同植物生长的需要。该设计具有低成本，节省资源，增加产量和最大经济价值的特点。2.5.3系统的工作原理由多个部件组成温室控制的系统，例如PLC系统，传感器系统和执行组件。PLC为温室的控制系统的控制中心，由温传器、照明的传感器还有二氧化碳的浓度的传感器搜集相关数据，把它转成标准的电流信号（4到20毫安）。然后通过S7-300传输它们。输入模块SM331被发送到PLC控制器，PLC通过PID控制算法分析处理收集的参数和设定值，并输出开关量来控制执行器。在该系统中，它还可以通过串口连接到PC，实现实时数据管理和存储，为未来的植物生长研究带来有价值的信息。第3章硬件设计3.1控制系统的硬件设计掌握了PLC的硬件配置，工作原理，指令系统和编程环境，PLC可作为主控制器构建PLC控制系统。PLC控制系统的设计主要就是硬件设计和软件设计。本章主要介绍硬件角度的温度控制系统硬件，此章主要介绍电控制系统设计，硬件设定和外部电路项目设计。3.1.1电气控制系统设计（1）系统主电路设计图3.1.1（1）系统主电路图上图是该系统的主电路图。天窗，侧窗，遮阳网，通风设备（天窗，侧窗，带限位开关的遮阳网）除了功率不同外需要向前通过电机。，反向和停止完成相应机构的开启和关闭，因此它们的主要工作电路是相似的。湿帘窗，热风扇，空气冷却器，加热器，补光灯，二氧化碳加法器，喷雾泵和滴灌泵都是开/关装置。QK：刀开关，启停控制功能;；FU：保险丝，它的功能是整个电路采用短路和过载保护；FR1至FR9是热继电器，用作电机和加热器的过载保护。KM1~KM15是交流接触器的主触头，用于实现电机的正反转和风扇开/关装置的启停控制。（2）系统控制电路设计从系统的主电路图可以看出，执行器系统包括：天窗，侧窗，遮阳网，通风机，湿帘窗，热风机，空气冷却器，加热器，补光灯，二氧化碳加法器和喷雾器，滴灌泵等。温室执行器分为：一个是正反转电机，像天窗，侧窗，遮阳网这些等等。这些电机需要前进，后退和停止，并且必须有限制开关;类别是开关控制装置，例如：通风机，湿帘窗，热风扇，空气冷却器，加热器，补给灯，二氧化碳加法器，以及喷雾和滴灌泵。正反转设备天窗，侧窗，遮阳网和通风设备均为正负设备，其控制电路类似。现以阴影网为例进行介绍。、遮阳网主电路主电路中的保险丝FU用作过电流保护，热继电器FR3是电动机的过载保护，主要用于由于外部原因不能打开或关闭遮阳板的情况。KM5和KM6用于控制电路中电机的正向和反向旋转，就是遮阳网的打开和关闭。如图3.1.1（2）①所示。图3.1.1（2）①遮阳网主电路图、遮阳网控制电路图3.1.1（2）②遮阳网控制电路原理图遮阳控制电路的原理如图3.1.1（2）②所示。电控箱配有自动手动开关旋钮SA3。当它旋转到自动位置时，PLC会智能控制。用手转动时，它被按钮手动控制，例如：当按钮SB8打开时，交流接触器KM5工作，电机开始向前运行，遮阳网打开，当预调节最大值时达到度，行程开关SQ5动作，电机停止，遮阳网停止，开启按钮SB9，交流接触器KM6工作，电机开始反转运行，遮阳网关闭，并在预调整时达到最大程度，行程开关SQ6启动，电机停止，遮阳网停止。当阳极和负极反转设备（如遮阳板）打开或关闭时，由硬件，算法和程序决定，这将在以下章节中重点介绍。开/关设备湿帘窗，热风扇，空气冷却器，加热器，补给灯，二氧化碳加法器，喷雾和滴灌泵都是开关设备的一部分，控制电路类似。现以冷风机组为例，做以下操作。、冷风机主电路冷风机的运行主要通过电动机的接通和断开来实现。风扇的控制可以通过继电器实现。必须在电路中增加短路保护，过流保护和过载保护，这些可通过热继电器和保险丝实现。电路保护。可根据上述要求设计以下电路，如图3.1.2所示。图3.1.2冷风机主电路图、冷风机控制电路图3.1.3冷风机控制电路图将冷风机的控制电路的原理图如图3.1.3所示。手动、自动开关为SA7。在手动状态下，交流接触器KM13的线圈通电，此时冷却风扇正在运行。自动的时候，PLC控制器控制。当中间接触器KM13通电时，其常开触点闭合，冷却风扇运转。3.2PLC硬件电路的设计3.2.1PLC型号选择PLC的I/O点数我们知道系统控制的要求，因此系统需要的所有输入设备像旋钮、按钮和各种传感器这些还有就是输出的设备像接触器、信号指示器和其他执行器都行。确定与PLC相关的输入或输出设备，最后将PLC的I/O点确定为24个数字输入，16个数字输出和5个模拟输入。PLC的选择S7系列可编程控制器包括S7-200系列，S7-300系列和S7-400系列。它能应用于大中小型的自动化系统。控制系统应基于S7-300PLC。S7-300系列PLC是西门子公司生产的模拟中小型可编程控制器。S7-300系列PLC广泛应用于分布式自动化系统。其使用范围涵盖自动化控制领域。

（1）S7-300模块机架，西门子有5种导轨。如表3.2.1所示：表3.2.1S7-300导轨规格导轨长度产品订货号160mm6ES7390-1AB60-0AA0482mm6ES7390-1AE80-0AA0530mm6ES7390-1AF30-0AA0830mm6ES7390-1AJ30-0AA0（2）电源模块（PS）将电源电压转换为DC24V，为24VDC、CPU负载电路提供直流电源。输出电流为3A，5A，10A。正常：绿色LED指示灯亮起过载：绿色LED指示灯闪烁短路：绿色LED灯暗电压波动范围：5％（3）CPU模块每种CPU具有其不同的性能。（4）信号模块（SM）数字输入模块：24VDC，120/230VAC数字输出模块：24VDC，继电器模拟输入模块：电压，电流，电阻，热电偶模拟输出模块：电压，电流（5）功能模块(FM)这个就是有时间要求和大存储容量方面的要求的话的过程信号的一个处理任务。·计数：计数器模块;·闭环控制：闭环控制模式;连接：IMS360传输，IMR361接收;用于双层配置，硬连线IM365接口模块距离：用IM365双层机架，最长是一米;IM360/361多层机架的话，电缆最长十米。（7）通讯处理器(CP)扩展中央处理单元的通信任务，能带来这些网络功能：·点对点连接·PROFIBUS·工业以太网4、S7-300PLCCPU模块1）S7-300CPU模块的主要特性表3.2.1（1）显示了常用S7-300CPU模块的主要功能，例如CPU314模块。用户存储器程序容量为48KB，MMC最高为8M。它可以实现自由寻址和数字I/O点。表3.2.1（1）常用S7-300CPU模块的主要特性CPU参数CPU312CPU312CCPU313CCPU313C-2PtPCPU313C-2DPCPU314用户内存（KB）161632323248最大MMC（MB）448888自由编址YESYESYESYESYESYESDI/DO256256/256992/992992/992992/9921024AI/AO6464/32246/124248/124248/124256处理时间/1KB指令（ms）0.20.10.10.10.10.1位存储器102410242048202420482048计数器128128256256256256定时器128128256256256256集成通讯连接MPI/DP/PtPY/N/NY/N/NY/N/NY/N/YY/Y/NY/N/N集成DI/DO0/010/624/1616/1616/160/0集成AI/DO0/00/04+1/20/00/00/02）S7-300CPU模块操作S7-300CPU的模式选择开关有四个档位，它们是mres,stop,run-p,和run。（1）RUN-P：可编程操作模式。这个模式，CPU可以执行用户程序，也能编程设备、修改、读取还能监视用户程序。（2）RUN：运动模式。在这个模式下，CPU又一次执行了用户程序，并且还可以读取用户程序和监视用户程序，这些都是通过编程来实现的，但是不能修改用户程序。（3）STOP：停止模式。在这个模式下，用户程序就不由CPU执行了，但是能从CPU里面读取用户的程序，也能修改，而且这一切都是编程设备来实现的。可以在这个位置删除密钥。（4）MRES：存储器复位模式。开关在此位置释放了的时候，这个位置就返回stop位置。钥匙从stop到mres这个过程，存储器重置，CPU返回初始状态。3）CPU状态及故障显示S7-300CPU状态和故障指示灯：（1）SF（红）：当系统出现故障或者错误时候的指示灯。CPU的软件或者硬件出毛病时灯亮。（2）BATF（红）：CPU314和CPU313的电池故障灯。电池坏了或者没装进去指示灯亮。（3）DC5V（绿）：+5V电源指示灯。（4）FRCE（黄）：强制活动指示灯。咋的也得有一个I/O被强制打开了。（5）RUN（绿）：显示运行状态的一个小灯，灯亮了的时候就意味着，CPU这时候处在RUN这个状态；LED开时2Hz疯狂闪烁，HOLD时0.5Hz疯狂闪烁。（6）STOP（黄）：这个叫停止时的一个指示灯。CPU在STOPHOLD或Startup的时候它就亮了;存储器这个东西它复位的时候，LED就开始闪了，是以0.5Hz闪的;存储器你设置它的时候，LED又闪了，这回是以2Hz闪的。3.2.2PLCI/O地址分配根据系统的控制要求，控制系统的I/O地址如下表所示。输入端口分配表如表3.2.2所示：表3.2.2输入端口分配表序号名称变量地址备注1总自动/手动切换开关I0.0旋钮2总启动I0.1按钮3总停止I0.2按钮4天窗开限位I0.3限位开关5天窗关限位I0.4限位开关6天窗开启I0.5单刀闸开关7天窗关闭I0.6单刀闸开关8侧窗开限位I0.7限位开关9侧窗关限位I1.0限位开关10侧窗开启I1.1单刀闸开关11侧窗关闭I1.2单刀闸开关12遮阳网开限位I1.3限位开关13遮阳网关限位I1.4限位开关14遮阳网开启I1.5单刀闸开关15遮阳网关闭I1.6单刀闸开关16通风机电机正转I1.7单刀闸开关17通风机电机反转I2.0单刀闸开关18湿帘窗启动I2.1旋钮19热风机启动I2.2旋钮20冷风机启动I2.3旋钮21加热器启动I2.4旋钮22补光灯启动I2.5旋钮23二氧化碳添加器启动I2.6旋钮24喷、滴灌水泵启动I2.7旋钮25温度传感器MW0模拟量26湿度传感器MW2模拟量27光照传感器MW4模拟量28二氧化碳传感器MW6模拟量29土壤水分传感器MW8模拟量输出端口分配表如表3.2.2（1）所示表3.2.2（1）输出端口分配表序号名称变量地址序号名称变量地址1天窗电机正转Q0.09湿帘窗启动Q1.02天窗电机反转Q0.110热风机启动Q1.13侧窗电机正转Q0.211冷风机启动Q1.24侧窗电机反转Q0.312加热器启动Q1.35遮阳网电机正转Q0.413补光灯启动Q1.46遮阳网电机反转Q0.514二氧化碳添加器启动Q1.57通风机电机正转Q0.615喷、滴灌水泵启动Q1.68通风机电机反转Q0.716电路指示灯Q1.73.2.3硬件接线图设计本设计选用S7-300系列的CPU314，其硬件接线图如图3.2.3所示。图3.2.3CPU314硬件接线图3.3PLC的硬件配置3.3.1传感器温度传感器当了解了温控的特点后，可以根据这个特点，发现温传能用Finland维萨拉HMD40这个型号。它的优点也有很多，比如精度高，也挺方便安装的，反应速度快，对于环境的要求也比较低。该传感器的主要性能指标如下：（1）温度检测的范围：零下10度到零上60度;测量精度为上下百分之0.3浮动;（2）湿度检测的范围：零到一百RH;衡量标准为一点五左右;（3）工作电压：10~28VDC;（4）输出信号：4~20mA。湿度传感器根据温室湿度控制的特点，本文的湿度传感器可以使用霍尼韦尔的HIH-3602型号。该传感器的主要性能指标如下：（1）温度检查区间：零下30度到零上70度;衡量标准：±0.3％°C;（2）湿度检查区间：零到一百RH;衡量标准：一点五左右;（3）工作电压：12~24VDC;（4）输出信号：4~20mA。3、光照传感器遮阳要是想让它能够开或停，就需要用到光控去控制它，这样作物才能有充分的光照，这么做是为了能不让作物超过光饱和点，光合作用效率得以提升;实现长日作物，中日作物和短日作物的光照控制。光照度传感器我们采用Poi88-C这个型号的光照度传感器。传感器用的电路模块技术整出了能测环境光照度的变送器，能输出标准的V和A信号，体积还算小的，方便安装，传输的距离远，抗干扰能力非常强。可广泛用于环境，文化，建筑，建筑等的照度测量，范围可调。（1）范围：O~200K1UX，O~20K10X，0~2000可选;（2）电源电压：24VDC/12VDC;（3）输出信号：20~4mA，10V~OV可选;（4）准确度：±2％。4、二氧化碳浓度传感器它能对含量进行全天候的检测，当二氧化碳含量低过了一个数时，打开二氧化碳气体储存罐增加气体肥料。二氧化碳传感器使用FergusoTGS4160二氧化碳传感器，这是一种固态电化学气体传感器。这个传感器的优点也有很多，V小，用的时间长，稳定，可选择，湿度高等，可用于自动通风等。（1）测量范围：0到5000ppm;（2）寿命：两千天;（3）内部热敏电阻：100kQ±5％;（4）温度：-10~+50°C;（5）湿度：5~95％RH。5、土壤水分传感器这次主要就是用MP406这个型号的传感器。这个传感器优点有很多，比如测量精度比别的都高，安装也挺方便的，响应的速度也还可以，对于环境的要求还挺低。该传感器的主要性能指标如下：（1）检测区间：零到一百（含水量）;衡量标准：精度能达到百分之一左右;（2）分辨率：0.01％VSW％;（3）响应时间：<0.5秒;（4）输出信号：4~20mA。3.3.2S7-300各个模块1、SM模块这个就是Signalmodule，也是Inputmodule或者outputmodule，它是CPU和现场输入输出组件还有设备他们三个之间的桥。你可以根据现场就Input或output设备，选择I/O模块干啥都行。•信号模块的面板上面的LED它是用来显示数字输入或输出点的信号状态的。这个模块它安在DIN标准的导轨上边，而且通过总线连接器连到旁边模块。•接口和信号模块的大小是40乘125乘120。少量模块的宽度为80mm。1）.数字量模块S7-300提供各种数字I/O模块。这一小节我想交代的是数字量输入模块SM321，SM322，数字量I/O模块SM323和仿真模块SM374。（1）数字量输入模块SM321•把现场发的digitalsignal的电平转为S7-300的内部信号电平。数字输入模块具有DC输入模式和AC输入模式。对于现场输入组件，仅需要开关触点。在输入信号进入模块后，它通常被光学隔离和滤波，然后被发送到输入缓冲器以进行CPU采样。采样时，信号通过CoreBus进入输入图像区域。SM321有四种，是DC16，DC32，AC16和AC8。（2）数字量输出模块SM322SM322把S7-300的内部信号电平变为过程所需的外部信号电平，能驱动电磁阀，接触器，小型电机，灯和电机启动器。我们可以通过负载电路所使用的电源，就可以分成直流输出模块，交流输出模块和交流/直流输出模块。通过输出开关器件的类型，可以分类成晶体管输出模式，晶闸管输出模式和继电器触点输出模式。在响应速度方面，晶体管响应最快，继电器响应最慢;继电器触点输出后来我们可以发现它在安全隔离和应用灵活性这两个方面表现是极佳的。2）模拟量模块这里介绍了S7-300中模拟量值的表示方法，并简要介绍了模拟量输入模块SM331的原理和性能参数。（1）模拟量值表示的方法S7-300它不一样，它用的CPU是用的十六位的二进制的补码。如表3.3.2所示，符号位，也就是最高位，是s，正值是0，负值是1，通过模拟量模块的性能来调整测量值的精度。它的设定，对不到15位精度的模拟值，不使用低字节中具有低功率项的位的参数。表3.3.2显示了S7-300精度的所有可能。标有“×”的位是未使用的位，通常用“0”填充。表3.3.2模拟量值的表示方法以位数表示的精度(带符号位)单位模拟值十进制十六进制高字节低字节89101112131415128643216842180H40H20H10H8H4H2H1HS0000000S0000000S0000000S0000000S0000000S0000000S0000000S00000001×××××××01××××××001×××××0001××××00001×××000001××0000001×00000001S7-300模拟输入模块的输入测量范围相当之大。它能直接输入电压，电流，电阻，热电偶等信号，而S7-300模拟输出模块可以输出0-10V，1-5V，-10V-10V，0-20mA，4-20mA，-20-20mA和其他模拟信号。（2）模拟量输入模块SM331模拟输入模块SM331当前有三种，他们是8AI×l2，2AI×l2和8AI×l6，具体分为八通道十二位模拟输入模块和二通道十二位模拟输入模块，八通道十六位模拟输入模块，它还拥有十二位输入的模块具有相同的工作原理，性能和参数的设置。SM331主要由A/D转换元件，模拟开关开关，补偿电路，恒流源，光隔离元件，逻辑电路等组成。A/D转换组件是模块的核心。转换原则使用集成方法。积分时间直接影响A/D转换时间和A/D转换的精度。SM331有四个可选的积分时间：2.5ms，16.7ms，20ms和100ms，相应的位精度为8,12,12和14.每个积分时间都有一个最好的噪声抑制频率f0，对应分别为400，60，50和10。3）特殊模块除了最通用的I/O模块外，表3.5.2（2）还描述了三个特殊模块的主要特性。下面主要介绍SM374的使用方法。表3.3.2（2）特殊信号模块模块特性仿真模块SM374输入/输出16占位模块DM370位置编码器模块SM338；POS-INPUT输入/输出点数最多16个输入或输出为没有参数化的模块保留一个插槽3个输入连接绝对值编码器（SSI）2个数字量输入用于保留编码值适用对象仿真：16点输入（小开关）16点输出8点输入和输出占位用于：接口模块不可编程的信号模块占用两个插槽的模块最多检测3个绝对值编码器（SSI）编码器类型：带13位、21位或25位报文帧长度的编码器（SSI）数据格式：格雷码或二进制码支持时钟操作××√可编程诊断×××诊断中断××可调整备注可通过调整拨位开关设定功能当用其他模块更换DM370时，其机械结构和地址不变超过64μs的绝对值编码器不能用在SM338上仿真模块SM374可以模拟具有16点输入，16点输出，8点输入和8点输出的数字模块。2、FM模块它其实就是内存容量要求高还有就是实时性也高的一个控制任务。例如，电子凸轮控制模块、步进电机定位模块、定位和传输路径控制模块、称重模块，位置输入模块和超声波位置解码器等等。3、CP模块S7-300这个系列的PLC拥有数不胜数的通信处理器模块，例如CP342-5DP，CP343-FMS，CP340等，这些模块所具备给设备的点对点通信设计模块，以及低速模块。PLC到西门子的现场总线。由SINECL2和高速SINECH1网络设计的网络接口模块。我们在这里选择的模拟输入模块是SM331。其硬件接线图如图3.3.2（3）所示。图3.3.2（3）SM331硬件接线图第4章控制系统的软件设计硬件设计和软件设计就是PLC的控制系统的两个主要设计思路。这一章节基于硬件设计上还说明了软件设计，包括软件设计的若干步骤和方法，step7编程软件的介绍还有就是程序设计。4.1控制系统的程序设计4.1.1程序的设计思路控制系统分为手动和自动。自动是平时正常的时候，不用管它自动运行，手动是当发生意外状况了的时候需要你手动操作。自动的时候，PLC就开始运行了，这时候就会检查到温湿度，光，二氧化碳浓度等数值的传感器的测量值与温控系统的设定值做一个对比。如果检测到的温度高于设定值，PLC将发出相应的指令来控制冷却风扇的开启和通风扇的正向旋转（将温室内的空气排到外面）;如果测量值低于设定值，则打开加热器和热空气鼓风机以使温室变暖。倒转通风扇（倒转可以让室外的空气吸入温室里面）。当温室光线过低的时候，补光灯和遮阳板被系统打开;当温室光线高于设定值时，系统关闭遮阳板。当温室的二氧化碳过低时，系统会打开二氧化碳调节器。当温室里的测量值和设定的值一样的时候，关一些设备让温室的一些参数不要变。4.1.2控制程序流程图1、温度控制流程图温室的温度控制流程图如图4.1所示。图4.1温度控制流程图湿度控制流程图温室大棚的湿度控制流程图如图4.2所示。图4.2温度控制流程图3、光照控制流程图温室大棚的光照控制流程图如图4.3所示。图4.3光照控制流程图4、二氧化碳浓度控制流程图温室大棚的二氧化碳浓度控制流程图如图4.4所示。图4.4二氧化碳浓度控制流程图5、土壤水分浓度控制流程图温室大棚的土壤水分浓度控制流程图如图4.5所示。图4.5土壤水分浓度控制流程图系统流程图系统流程图如图4.6所示。图4.6系统流程图4.1.3控制程序设计及分析自、手动的切换I0.0能自动也能手动，I0.1是总启动。在I0.1为1的时候，Q1.7给电，小灯亮了，I0.2是总停止，在I0.0为1的时候，I0.1为1的时候，中间继电器M0.0给电，系统的运行方式这个时候是自动;在I0.0为0，I0.1为1的时候，中间继电器M0.1给电，这个时候就是手动了。温度控制在中间继电器M0.0给电的时候，系统这个时候就是自动了。在自动情况下，温度传感器通过模拟输入模块SM331将测量的模拟量发送到PLC，并通过整数比较命令将温度传感器检测到的测量值MW0与设定值“25度”进行比较。当MW0>25时，中间继电器M0.2通电以启动冷却装置;当MW0<25时，中间继电器M0.3通电以启动加热装置。在中间继电器M0.1给电的时候，手动运行。可以通过相应的按钮控制天窗打开I0.5，天窗关闭I0.6，侧窗打开I1.1，侧窗关闭I1.2，呼吸机电机前进I1.7，呼吸机电机反转I2.0，热风风扇I2.2，空气冷却器I2.3，手动控制温室温度。温控的时候，而且是自动的时候，在温传器检测到的温度过高的时候，中间继电器m0.2给电，此时天窗被打开了，内外空气交换；在手动模式下，控制温度的单刀开关e天窗电机反转为“天窗电机正转”，中间继电器M0.4通电，天窗打开。温控的时候，而且是自动的时候，在温传器检查出来的温度过低时，中间继电器M0.3给电，这个时候天窗就被关了，内外空气流通；在手动模式下，控制天窗电机反转设置为“天窗电机反转，中间继电器M0.5通电，天窗关闭。温控的时候，而且是自动的时候，在温传器检查到的温度过高的时候，中间继电器M0.2给电，这个时候侧窗就被打开了，内外空气开始交换；在手动模式下，控制开关单极开关Si车窗电机向前旋转，反转为“侧窗电机向前旋转”，中间继电器M0.6通电，侧窗打开。温控的时候，而且是自动的时候，在温传感检查到的温度过低的时候，中间继电器M0.3给电，这个时候侧窗被关闭了，内外的空气开始流通；在手动模式下，侧WI的单刀开关控制车窗电机并转到“侧窗电机反转，中间继电器M0.7通电，侧窗关闭。温控的时候，而且是自动的时候，在温传感检查到的温度过高的时候，中间继电器M0.2给电，这个时候风扇的旋转方向为向前，热的空气被排出温室。外部世界与外部世界通信；在手动模式下，控制风扇正反转的单刀开关变为“通过风扇正反转”。中间继电器M1.0通电，风扇向前旋转。温控的时候，而且是自动的时候，在温传感检查到的温度过低的时候，中间继电器m0.3给电，风扇的旋转方向为向反方向旋转，外部的空气开始交换；手动的时候，温传器查到的温度过低的时候，中间继电器m0.3给电，这时候风扇的旋转方向为反方向旋转，外面的空气进入温室，外面的空气开始交换。控制风扇正反转和负反转的单刀开关转到“换气扇反转”，中间继电器M1.1通电，换气扇通电、倒转。温室进行温控的过程中，在自动模式下，在温传器查到的温度值过低时，中间继电器M0.3给电，热风机此时被打开了；手动打开热风机。按按钮，中间继电器M1.2给电，此时热风机开始工作。温室进行温控的过程中，在自动模式下，在温传器检测的温度数值过高的时候，中间继电器M0.2给电，这个时候冷却风扇被打开了；手动让冷却风扇工作。按下按钮，中间继电器M1.3被打开，冷风机开始工作。3、湿度控制中间继电器m0.0给电时，现在是自动。自动是，湿度传感器通过模拟输入模块SM331向PLC发送测量的模拟量，并将温度传感器检测到的测量值mw2与设定值“80”和“60”进行比较。整数比较命令。相反，当mw0>80时，中间继电器m2.0通电启动除湿器；当aiw2<60时，中间继电器m2.1通电启动加湿器。当中间继电器M0.1给电的时候，此时需手动操作系统。通过按钮来进行对湿度的控制——天窗打开I0.5，侧窗打开I1.1，风扇电机旋转I1.7，湿窗启动I2.1，加热器启动I20.4。手动。温室湿度控制过程中，在自动模式下，当湿度传感器测得的湿度值