PLC在温室控制系统中的应用

201 1年 2月 农 机 化 研 究 第 2期 PLC在 温 室控 制 系统 中的应 用 程 睿，吴泽全 ，徐 冬 ，蔡晓华 (黑龙江省农业机械工程科学研究院 ，黑龙江 哈尔滨 150081) 摘 要i简要介绍了PLC温室控制系统的工艺流程、系统配置和软件设计，并对由 PLC和上位机组成的控制系统的主要 功能进行了说明。上位机通过组态软件设计承担监控和管理任务，下位机通过 PLC实现数据实时采集和自动控制功能。 关键词 ：温室；PLC；控制系统 中图分类号：,9625．5 1；Sl26 文献标识码：A 文章编号：1003—188X(2011)O2一o167一O3 0 引言 温室又称暖房，是能透光、保温(或加温)、用来栽 培植物的设施。在不适宜植物生长的季节能提供生 育条件和增加产量，用于低温季节喜温蔬菜、花卉 、林 木等植物栽培或育苗等。温室内存在各种变量参数 (如温度、湿度等)，需要由各种检测装置进行检测，并 由各执行机构进行动态调节，以达到改良温室内部小 环境、提供适宜植物生长的外部条件以及减轻人的劳 动强度的目的。 为营造温室环境符合植物生长的条件，并保证设 备安全可靠地运行，笔者采用可编程逻辑控制器(即 PLC)技术和数字／模拟式(即 A／D)模块组成中心控 制单元作为下位机，采集各传感装置的信息，对现场 设备进行监控。上位机采用组态软件，实现整个系统 的画面监测、参数设定、数据保存和远程操控等功能。 该系统集过程控制和科学管理于一体，具有可靠性 高、控制性能优越、管理功能完善等优点，对指导设备 的正常运行、提高自动化控制和管理水平起到了重要 作用。 1 温室控制流程 温室内湿度以及植物需要的水分是由水泵控制分 布于温室内不同位置的喷头喷水来实现的；温室内的 室温、地温主要是受光照、人工加热以及通风状况的 影响。排除人工加热的因素，这部分环境参数的调节 主要依靠天窗侧窗的开启 、关闭保证室内通风来调 整；同时，温室内还配有各种风扇进行强制通风配合 收稿日期：2010—04一l6 作者简介：程 睿(1977一)，男，黑龙江大庆人，工程师 ，(E—mail) chr77228@ sohu．tom。 湿帘引入湿冷空气来保证有效降温。 温室内各项参数是相互制约的。在水泵工作湿度提 升的同时会引起一定程度的降温；而各种通风设备的 开启在有效降温的同时也将降低室内的湿度。对于 这种互相制约的环境参数的调整，若采取频繁开启各 调节机构的方法势必会影响机械的使用寿命。因此， 针对这种情况 ，笔者在吸收了温室管理人员的相关实 际操作控制经验后，在温室的控制过程中大量引入了 模糊控制的方式，在保证温室内环境调节的基础上， 保证了各种设备的使用寿命和运行的最佳状态。温 室控制流程如图 1所示。 1 温室控制流程图 2 控制要求和系统功能的实现 2．1 控制要求 2．1．1 温室内湿度调节 湿度控制部分是由湿度传感器、泵、各路电磁阀、 部分通风装置和 PLC构成一个控制回路。温室内多 201 1年 2月 农 机 化 研 究 第 期 路湿度传感器将温室空气湿度转化成 标准 excel标准偏差excel标准偏差函数exl标准差函数国标检验抽样标准表免费下载红头文件格式标准下载 信号发送 给PLC，PLC根据各路信号做出相应反馈给执行机构。 通过泵和各支路的电磁阀的启停使温室内各个区域 的喷头喷水作为升高温室内湿度的，调控手段；而通 过部分通风装置的开启进行通风，以此来降低温室内 的湿度。 2．1．2 温室内温度调节 温室内各项温度参数是温室内环境参数的重要组 成部分，其中最主要的是室内空气温度以及室内地温 这两个温度参数。PLC通过室温传感器和地温传感器 以及湿度传感器对采集到的室内环境数据进行综合 分析处理，根据数据变化进行模糊运算，然后，根据模 糊计算的结果，对执行机构的轴流风机、环流风机、天 窗、侧窗、遮阳网和水泵等进行模糊控制，并通过各机 构综合协调运行来调节温室内各项温度参数，达到作 物生长需要的外部条件。 2．2 系统功能实现 根据温室工作人员对控制的要求和 建议 关于小区增设电动车充电建议给教师的建议PDF智慧城市建议书pdf给教师的36条建议下载税则修订调整建议表下载 以及笔者 对温室工作过程的了解，在总结了以往系统开发经验 的基础上，把系统的控制功能分为现场 PLC控制部分 和远程组态软件部分这两部分来实现。 2．2．1 现场 PLC控制部分的功能 1)手动操作方式。手动操作就是由操作人员实 现对设备的控制，但手动操作一般只在设备调试或维 护的时候使用，正常运行过程中系统主要以全自动操 作方式为主。 2)全自动操作。全 自动操作是指在正常运行过 程中不需要操作人员的干预，各类泵和风机等设备的 开停以及各种工作状况的切换都由PLC按照预先编 制的程序 自动生成；各种测量参数均可以有效保存， 每台设备和每种工况的运行状况由组态软件构成的 上位机进行监控。现场的泵类、风机等操控信号都可 以通过 PLC在上位机上实时实现。这样，既能对设备 开关量进行控制，又能对现场的模拟量进行调节，使 温室内的设备运行情况和温室内实时的状况得到全 方位的监控。 2．2．2 远程组态软件监控系统的功能 1)提供环境参数监测流程图、模拟量显示图和趋 势图等动态画面，显示各主要设备运行参数和控制回 路参数设置。据此，操作人员可对整个操作过程和设 备有一个详细和形象的了解。 2)系统主要参数和报警信号登陆。登陆数据可 供控制系统设计人员参考，以分析设备运行情况，从 而进一步改进控制方案，提高系统运行效率。对出现 的故障设备及超越仪表设定值将闪烁报警，提醒操作 人员采取相应措施，确保了生产安全。同时，系统也 给出了可能的故障原因和解决办法。 3)人工干预控制。管理人员通过键盘或鼠标可 以人为地直接控制现场设备，如启动和停止各类泵、 风机、阀等工作。 4)进入和退出系统的口令保护。该 口令的设置 是避免非操作人员进入系统或随意中断运行中的系 统，从而保证系统运行的安全性和可靠性。 3 控制系统硬件组成 3．1 下位机 PLC部分配置 PLC主机采用松下 FPX系列，配合其他硬件具体 配置如下： 1)主机 FPX—C60R配 FPX—EFP0扩展模块。 2)FP0一A80 D／A转换模块两块，负责采集 16路 传感器信号，并将其转换为标准数字信号发送给 PLC， 供其处理。 3)台湾 MW24V1．5A开关电源，负责传感器及 PLC主机部分的直流供电。 4)C—NET通讯模块，负责 PLC与上位组态软件 之间的通讯。 3．2 组态软件构成的上位机配置 1)软件采用北京亚控组态王 6．02版本组态软 件。 2)主机采用台湾研华工控机：CPU为 PIV2．0， 512M内存，120G硬盘，19英时纯平彩显。 上位机通过C—NET通讯模块以RS一485通讯方 式同下位机 PLC部分进行数字通讯。 4 控制系统软件设计 遵循“功能完善、可靠性高”的软件设计原则，根 据系统的实际情况，把软件设计分为现场 PLC部分和 上位组态两部分。 4．1 下位机 PLC部分 下位机 PLC部分在功能上又分为两个主要部分， 即数据采集处理部分和流程控制部分。数据采集处 理部分的主要功能就是对 A80模块采集转换后的数 据进行分析处理(均值、插值补偿、量程转换)，将处理 后的数据提供给流程控制部分。流程控制部分是根 据采集的数据对执行机构进行相应控制，这部分程序 设计结合了现场操作人员的实际经验，在部分功能上 引入了模糊控制的方法。该部分程序还负责同上位 组态软件进行数据通讯，并为通讯提供程序接口。 201 1年 2月 农 机 化 研 究 第 2期 PLC程序是在松下公司的 FPWIN V2．2软件平台 上实现的，编写采用了自上而下的梯形图方式。程序 如图 2所示。 乙一《。，)—J i_一 I一-J Ill I ． ⋯ ‘ Iil l ■ H C60i I J C‘■i n Il_ Il1 f 韩 ⋯ ⋯ 一 L t —J L )__J ． ⋯ T ‘ I ‘ l H ‘‘●z l __J 瞄 (1ln~ ■ l 1J,1 - L t -_J 一 ，J ' ． ．．． ‘ I垴 I ■ 一 “ 盱 I — J nil C‘H 罩 l I蜢 ^ I⋯ ⋯ 。’ 。。 -J ‘‘L ( —J ‘‘l_一 )-_j i^． ⋯ 乎一 — J 。 ‘E一{ '号．． 。 I1． 乎 ⋯ ⋯ 。。 。。 }。 — L I ⋯． }_一 —J 0一『DrJ 一_j ． ⋯ Sl ’ l - I1 一， —一 __J ． ‘ -| ．． 0 。 ． 幽 2 A／D变换梯形图 4．2 上位组态软件部分 上位组态软件部分根据系统要求，设计了以下几 个主要界面 ： 1)总貌画面。用以实时、动态显示各个执行机构 的工作状态以及温室内各点的环境参数的数值。 2)趋势画面。实时趋势画面根据环境参数形成 参数曲线 ，方便管理人员观察环境参数的变化趋势。 3)报警画面。负责监测现场状况，当现场运行的 设备出现异常情况或环境参数数据出现异常变化的 时候弹出报警框 ，在提供声音报警的同时显示故障的 位置，并做历史纪录。 0一 —J i^一 -J }^． ⋯ t 。 l 一 —一 ￡n 1 l -_J l^ C¨ i n tl- In - 一 ⋯ ⋯ ～ {． 1 0III ．．． l一 一 _| 一 fDr —一 gllill l — f口r，) I ⋯ 5 I晶’ l _一 C|III l __J 日 Cila3 柚 Ill In - 乎tJ一⋯。 一 一 ' I 一 l口r，，—一 ' l 一 ‘o，I--J L ⋯ ． lii I 。 } _一 c‘●a l 一 —J 矗 (109 I i1,I it, 一 ，— J ‘‘ — I-rJ，-_J i^． ⋯ 61 霉 T^ E一{ ．． ‘ ． I1． 乎 ⋯ ⋯ 。 一 ’ i I。。 。 一 ⋯ ‘ 一 IBr) Rlllbl 1 ．{ —一(Or／)J ■ T “ f - it _一 -it __J 一 豫 一 ! ． ‘ ． --J 图3 主控梯形图 5 结束语 黑龙江省农机研究院在宝泉岭温室的建设过程中 应用了PLC控制系统。从实际运行的效果来看，该系 统的引入大大降低了操作人员的劳动强度，改善了操 作人员的工作环境。控制系统具有调试简单、操作方 便、使用安全、运行可靠、效率高、故障率低和管理效 果良好等特点。 参考文献： · 169· [1] 汪小光 ，孙 晓英，王艳 丹．可编程 控制器原理 及应用 [M]．北京：机械工业出版社 ，1996． [2] 王兆义．小型可编程控制器实用技术 [M]．上海 ：上海交 通大学出版社，1992． (下转第 192页) 201 1年 2月 农 机 化 研 究 第 2期 The Research of Internal Combustion Engine Piston Skirts Design Meth0ds Yan Zhen ，Cong Qian ，Sun Wenwen (Jj1in University a·The Key Lab。rat。ry。f Bionics Engineering ， Ministry。f Educati。n，Changchun 1 30022 ，China．b． College of Computer Science and Technology ，Changchun 1 300 1 2，China) Abstract：This paper summarized the actuality of pist。ns skirts’research and impr0vement meth。ds 0n their materials t。n skins·In this paper ， it pointed out that there are restraints on traditi。hal meth。ds in pist。n skirts designing and im ． pm m。“t， “d it also certificated that the pist。n with holes in its skirts especially the Bionic Non—smooth pistons have a better competition in application by the compare and analysis ． Key words：internal combustion engine；pistons skirts：bionic non—smooth (上接第 166页) [8] 樊京，刘叔向．MATLAB控制系统应用与实例 Abstract ID：1003—188X(2011)02—0163一EA [M]．北京：清华大学出版社，2008． Variable Pesticide Spraying System Based on PW M Speed Control Zou W ei ，Li Li ，Wang Xiu ， Zhang Rui ，Xu Ping (1·College of Information and Electricity Engineering ， China Agriculture University，Beijing 1 00083，China：2．Na． tional Engineering Research Centre for Information Technology in Agriculture ， Beijing 1 00097，China) Abstract：Because of deficiency of the portable and hand—push sprayer ， the variable flow spray c0ntrol system was de． signed· A controller was adopted to adjust the PWM to control the speed of the motor ， in 0rder to achieve the practica1 need for spraying under the precise control of flow ． Under the same condition，having set a different duty eycle(Under the fi'equency to meet the motor’s smooth running)， We Measured the different flow．Testing and practical 0Derafton shows that the system is reliable ， highly automated，it is beneficial for the improvement 0f spmying techno10gY which is conducive to portable hand—push sprayer ， and spraying machine． Key words：variable pesticide spraying；centrifugal pump；PWM；MATLAB (上接第 169页) Abstract ID：1003—188X(2011102—0167一EA The Application of PLC to a Greenhouse Control System Cheng Rui，Wuz Zequan，Xu Dong ，Cai Xiaohua (Heilongjiang Provincial Academy of Agricultural Machinery Engineering，Harbin 1 5008 1 。China) Abstract：This paper presents a greenhouse control system including its process flow ， system eo igura ti0n ，sofhⅣare design and functions·The control system consists of PLC and an upper computer ． The upper computer undertakes th。 monltonng and managing task by configuring software ， while the lower computer implements the function of data eollec． tmn and automatic contro1．The practical application shows that the system has good performance ． Key words：greenhouse；PLC；control system · 192·