1、- 畢業(yè)設(shè)計(jì)論文任務(wù)書(shū)題目 基于PLC的智能溫室控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 學(xué)生班級(jí)*題目類型 工程 指導(dǎo)教師系主任一、畢業(yè)設(shè)計(jì)論文的技術(shù)背景和設(shè)計(jì)依據(jù)溫室產(chǎn)業(yè)及相關(guān)技術(shù)在國(guó)外的開(kāi)展速度很快。高水平大型溫室的環(huán)境控制系統(tǒng)能夠根據(jù)傳感器采集室溫、葉濕、地濕、室溫度、土壤含水量、溶液濃度、二氧化碳濃度、風(fēng)速、風(fēng)向、以及植物作物生長(zhǎng)狀態(tài)等有關(guān)參數(shù)，結(jié)合作物生長(zhǎng)所需最正確條件，有效調(diào)節(jié)有關(guān)設(shè)備裝置，將室溫、濕、光、水、肥、氣等諸因素綜合協(xié)調(diào)調(diào)節(jié)到最正確狀態(tài)。1根據(jù)外界環(huán)境對(duì)植物影響因素，選擇作物環(huán)境條件的實(shí)時(shí)檢測(cè)系統(tǒng)、智能溫室控制系統(tǒng)兩個(gè)局部。自動(dòng)檢測(cè)包括：溫室、濕度、光照、二氧化碳、土壤水分等傳感器與變送器。智能

2、控制系統(tǒng)包括：雙向天窗角度開(kāi)閉驅(qū)動(dòng)，遮陽(yáng)網(wǎng)驅(qū)動(dòng)，通風(fēng)機(jī)，噴灌滴灌控制，節(jié)能加溫、降溫控制等。2開(kāi)發(fā)智能溫室組態(tài)監(jiān)控界面。二、畢業(yè)設(shè)計(jì)論文的任務(wù)1.熟悉題目要求，查閱相關(guān)科技文獻(xiàn)2.方案設(shè)計(jì)包括方案論證與確定、技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析等容3.硬件和軟件設(shè)計(jì)其中還包括理論分析、設(shè)計(jì)計(jì)算、實(shí)驗(yàn)及數(shù)據(jù)處理、設(shè)備及元器件選擇等4.撰寫設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)畢業(yè)論文，繪制圖紙5.指定容的外文資料翻譯6.其它三、畢業(yè)設(shè)計(jì)論文的主要容、功能及技術(shù)指標(biāo)1、畢業(yè)設(shè)計(jì)論文的主要容1智能溫室控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)2智能溫室控制系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)2、功能與技術(shù)指標(biāo)1介紹所使用PIC及控制系統(tǒng)所涉及其它設(shè)備的根本情況2系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)主要包括PIC控制程序和上

3、位機(jī)組態(tài)軟件3、其它需要說(shuō)明的問(wèn)題四、畢業(yè)設(shè)計(jì)論文提交的成果1、開(kāi)題報(bào)告不少于3000字2、設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)約3萬(wàn)字左右，或畢業(yè)論文約2萬(wàn)字左右3、圖紙2*圖紙至少三，圖紙數(shù)量根據(jù)論文情況自定4、中、英文摘要中文摘要約200字，35個(gè)關(guān)鍵詞5、論文簡(jiǎn)介6、外文資料翻譯約5000漢字五、畢業(yè)設(shè)計(jì)論文的主要參考文獻(xiàn)和技術(shù)資料1、參考文獻(xiàn)和技術(shù)資料1 郁漢琪.可編程控制器原理及應(yīng)用.中國(guó)電力，20042 努爾哈孜朱瑪力.可編程控制器在電爐溫度控制系統(tǒng)中應(yīng)用的研究.*大學(xué)學(xué)報(bào)，2006，13(2)：2672683 黃柱深，黃超麟.基于PLC的高精度溫度控制系統(tǒng).機(jī)電工程技術(shù)，2006，10(2)：12312

4、54 高欽和.可編程控制器應(yīng)用技術(shù)與設(shè)計(jì)實(shí)例.人民郵電，20045 燕.可編程控制器原理及應(yīng)用.中國(guó)林業(yè)，20066 方園.人機(jī)界面設(shè)計(jì)及應(yīng)用.化學(xué)工業(yè)，20217 嚴(yán)盈富.觸摸屏與PLC入門.人民郵電，20068 揚(yáng).S7200PLC原理與應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì).機(jī)械工業(yè)，20079 付家才.PLC實(shí)驗(yàn)與實(shí)踐.高等教育，200610 繼修.PLC應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì).科技，200711 *亞飛，官敏，高國(guó)章.溫箱溫度PID與預(yù)測(cè)控制.理工大學(xué)學(xué)報(bào)交通科學(xué)與工程版，2004，28(4)：55455712 曾貴娥，邱麗，朱學(xué)鋒.PID控制器參數(shù)整定方法的仿真與實(shí)驗(yàn)研究.石油化工自動(dòng)化，2005，7(4)：8991

5、13 肖寶興.西門子S7200PLC的使用經(jīng)歷和技巧.機(jī)械工業(yè)，2021六、畢業(yè)設(shè)計(jì)論文加選專題局部畢業(yè)設(shè)計(jì)論文選做容說(shuō)明七、畢業(yè)設(shè)計(jì)論文各階段安排設(shè)計(jì)論文容起止周完成情況熟悉設(shè)計(jì)題目要求，查閱相關(guān)文獻(xiàn)資料。12初步完成硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)。34優(yōu)化系統(tǒng)硬件，確定硬件系統(tǒng)。56初步完成軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)。79優(yōu)化系統(tǒng)軟件，確定軟件系統(tǒng)。1011整理材料，撰寫論文，準(zhǔn)備畢業(yè)辯論。12 指導(dǎo)教師簽字：摘 要溫室大棚對(duì)現(xiàn)在的人們來(lái)說(shuō)，是非常熟悉的一個(gè)名詞，因?yàn)楝F(xiàn)在我們生活中的很多花卉、蔬菜、水果都是從溫室大棚中種植出來(lái)的。如何利用自動(dòng)檢測(cè)與自動(dòng)控制系統(tǒng)有效的控制好溫室大棚的各種環(huán)境因子，以提高溫室大棚環(huán)境的控制精

6、度和效果，對(duì)我國(guó)溫室業(yè)的開(kāi)展有著不可估量的重要意義。 本設(shè)計(jì)采用西門子S7-300系列可編程控制器來(lái)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化控制的溫室大棚。溫度、濕度等環(huán)境因子在植物過(guò)程中起重要作用，在檢測(cè)這環(huán)境因子的時(shí)候考慮到精度，反響速度，方便設(shè)備連接等問(wèn)題，將采用溫度傳感器，濕度傳感器對(duì)環(huán)境各項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)展檢測(cè)，傳感器將檢測(cè)的結(jié)果送入PLC中，由PLC將其與設(shè)定值進(jìn)展比擬，再發(fā)出相應(yīng)的指令驅(qū)動(dòng)電機(jī)卷簾等設(shè)備運(yùn)行或停頓來(lái)調(diào)節(jié)室的溫度、濕度，從而到達(dá)智能化，自動(dòng)化控制的目的。關(guān)鍵詞：蔬菜大棚；PLC；溫濕度控制；. z-Abstract Greenhouse for the people now is a very fami

7、liar noun, because now we live in a lot of flowers, vegetables, fruit which from greenhouse shelter of planting out. How to use automatic detection and automatic control system of effective control of greenhouse trellis inside, in order to improve the environmental factor trellis environment control

8、 precision of the greenhouse effect and has bee the greenhouse industry research in China at present. This design USES the Siemens s7-300 PLC to realize the automation control greenhouse trellis. Temperature, humidity environment factors in the process of plants plays an important role in detecting

9、the environmental factor, when considering the accuracy, the reaction speed, convenient device connected by such issues, will the temperature sensor,humidity sensors detect the indicators of environment, the sensor will test results by PLC sent PLC pare it with setting, then sends out the correspond

10、ing order-driven heating element, the fan, ventilation window, filling light equipment, sunshade shade equipment operation or stop to adjust indoor temperature, light, humidity, so as to achieve the purpose of intelligent, automation control. Discuss PLC control system application in plants greenhou

11、se canopy, Keywords: Vegetables greenhouse；PLC system；Temperature and humidity control目 錄1 緒論11.1概述11.2研究背景11.2.1國(guó)外狀況11.2.2國(guó)狀況21.3研究意義31.4我國(guó)溫室存在的主要問(wèn)題31.5溫室環(huán)境控制技術(shù)的開(kāi)展趨勢(shì)42 研究方案的設(shè)計(jì)62.1溫室大棚重要參數(shù)的調(diào)節(jié)與控制62.1.1溫度的調(diào)節(jié)與控制62.1.2濕度的調(diào)節(jié)與控制62.1.3溫度、濕度之間的耦合62.1.4光照的調(diào)節(jié)與控制72.1.5二氧化碳含量的調(diào)節(jié)與控制72.2溫室環(huán)境的特點(diǎn)72.3溫室的控制對(duì)象82.3.1溫度

12、82.3.2濕度82.3.3光照強(qiáng)度82.3.4二氧化碳92.3.5土壤含水量93 PLC概述103.1 PLC簡(jiǎn)介103.1.1 PLC的產(chǎn)生和定義103.1.2 PLC的開(kāi)展現(xiàn)狀113.1.3 PLC的開(kāi)展趨勢(shì)123.1.4 PLC的分類133.1.5 PLC的特點(diǎn)143.1.6 PLC的應(yīng)用153.2 PLC的組成和工作原理163.2.1 PLC的組成163.2.2 PLC的工作原理203.3 PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的根本原則、主要容及步驟243.3.1 PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的根本原則243.3.2 PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的主要容253.3.3 PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的步驟254 控制系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)方

13、案284.1系統(tǒng)的設(shè)計(jì)任務(wù)284.2系統(tǒng)的控制方案284.3系統(tǒng)的工作原理295 控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)305.1電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)305.1.1系統(tǒng)主電路設(shè)計(jì)305.1.2系統(tǒng)控制電路設(shè)計(jì)305.2 PLC硬件電路的設(shè)計(jì)345.2.1 PLC型號(hào)選擇345.2.2 PLC I/O地址分配435.2.3硬件接線圖設(shè)計(jì)455.3 PLC的硬件配置455.3.1傳感器455.3.2 S7-300各個(gè)模塊476 控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)526.1 PLC程序設(shè)計(jì)的方法536.2編程軟件STEP7概述536.3控制系統(tǒng)的程序設(shè)計(jì)536.3.1程序的設(shè)計(jì)思路546.3.2控制程序流程圖546.3.3控制程序設(shè)計(jì)及分

14、析586.4 STEP7軟件介紹677 結(jié)論70參考文獻(xiàn)71致 72. z-1 緒論1.1概述傳統(tǒng)溫室是指具有防寒、加溫和透光等設(shè)施，供冬季或極寒地區(qū)培育喜溫植物或作物的房間。而智能溫室也稱作自動(dòng)化溫室，是指配備了由計(jì)算機(jī)控制的可移動(dòng)天窗、遮陽(yáng)系統(tǒng)、保溫系統(tǒng)、升溫系統(tǒng)、濕簾窗/風(fēng)扇降溫系統(tǒng)、噴滴灌系統(tǒng)或滴灌系統(tǒng)、移動(dòng)苗床等自動(dòng)化設(shè)施，基于農(nóng)業(yè)溫室環(huán)境的高科技智能溫室。智能溫室的控制一般由信號(hào)采集系統(tǒng)、中心計(jì)算機(jī)、控制系統(tǒng)三大局部組成。本文主要討論關(guān)于智能溫室控制系統(tǒng)這一局部。智能溫室控制系統(tǒng)是近年來(lái)逐步開(kāi)展起來(lái)的一種資源節(jié)約型高效的農(nóng)業(yè)設(shè)施，其是以傳統(tǒng)的日照溫室為根底，配以計(jì)算機(jī)自控技術(shù)，智能

15、傳感技術(shù)等高尖端技術(shù)開(kāi)展起來(lái)的新型農(nóng)業(yè)根底設(shè)施。自上世紀(jì)90年代，我國(guó)農(nóng)業(yè)工程技術(shù)研究人員在吸收了興旺國(guó)家的高科技溫室技術(shù)上，加以針對(duì)我國(guó)農(nóng)業(yè)環(huán)境，傳統(tǒng)日照式溫室的溫度、濕度、日照時(shí)長(zhǎng)及二氧化碳濃度研發(fā)出了適應(yīng)我國(guó)農(nóng)業(yè)環(huán)境的智能溫室控制系統(tǒng)。1.2研究背景國(guó)外狀況世界興旺國(guó)家如荷蘭、美國(guó)、以色列等大力開(kāi)展集約化的溫室產(chǎn)業(yè)，溫室溫度、光照、水、氣、肥實(shí)現(xiàn)了計(jì)算機(jī)調(diào)控，從品種選擇、栽培管理到采收包裝形成了一整套完整的規(guī)化技術(shù)體系。美國(guó)是最早創(chuàng)造計(jì)算機(jī)的國(guó)家，也是將計(jì)算機(jī)應(yīng)用于溫室控制和管理最早、最多的國(guó)家之一。美國(guó)有興旺的設(shè)施栽培技術(shù)，綜合環(huán)境控制技術(shù)水平非常高。環(huán)境控制計(jì)算機(jī)主要用來(lái)對(duì)溫室環(huán)境(

16、氣象環(huán)境和栽培環(huán)境)進(jìn)展監(jiān)測(cè)和控制。以花卉溫室為例，溫室監(jiān)控工程包括：室氣溫、水溫、土壤溫度、鍋爐溫度、管道溫度、相對(duì)空氣濕度、保溫幕狀況、通窗狀況、泵的工作狀況、二氧化碳濃度、EC調(diào)節(jié)池和回流管數(shù)值、pH調(diào)節(jié)池和回流管數(shù)值；室外監(jiān)控工程包括：大氣溫度、太陽(yáng)輻射強(qiáng)度、風(fēng)向風(fēng)速、相對(duì)濕度等。溫室專家系統(tǒng)的應(yīng)用給種植者帶來(lái)了一定的經(jīng)濟(jì)效益，提高了決策水平，減輕了技術(shù)管理工作量，同時(shí)也為種植帶來(lái)了很大方便。以園藝業(yè)著稱的荷蘭從20世紀(jì)80年代以來(lái)就開(kāi)場(chǎng)全面開(kāi)發(fā)溫室計(jì)算機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)，并不斷地開(kāi)發(fā)模擬控制軟件。目前，荷蘭自動(dòng)化智能玻璃溫室制造水平處于世界先進(jìn)水平，擁有玻璃溫室1.2萬(wàn)多平方米，占世界1

17、/4以上，有85的溫室用戶使用計(jì)算機(jī)控制溫室環(huán)境。荷蘭開(kāi)發(fā)的溫室計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)是通過(guò)人機(jī)交互界面進(jìn)展參數(shù)設(shè)置和必要的信息顯示，可繪制出設(shè)定參數(shù)曲線、修正值曲線以及測(cè)量的數(shù)據(jù)曲線，可以從數(shù)據(jù)庫(kù)調(diào)出設(shè)定的時(shí)間段參數(shù)以便于必要的數(shù)據(jù)查詢，并能直接對(duì)計(jì)算機(jī)串行口進(jìn)展操作，完成上位機(jī)與下位機(jī)之間的通信。上位機(jī)軟件集參數(shù)設(shè)置、信息顯示、控制等功能于一體，同時(shí)還能夠很好地完成溫室灌溉和氣候的控制和管理。此外，國(guó)外溫室業(yè)正致力于向高科技方向開(kāi)展。遙測(cè)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、控制局域網(wǎng)已逐漸應(yīng)用于溫室的管理與控制中。控制要求能在遠(yuǎn)離溫室的計(jì)算機(jī)控制室就能完成，即遠(yuǎn)程控制。另外該網(wǎng)絡(luò)還連接有幾個(gè)通訊平臺(tái)，用戶可以在遙遠(yuǎn)的

18、地方通過(guò)形象、直觀的圖形化界面與這種分布式的控制系統(tǒng)對(duì)話，就像在現(xiàn)場(chǎng)操作一樣，給人以身臨其境之感。國(guó)狀況我國(guó)農(nóng)業(yè)計(jì)算機(jī)的應(yīng)用開(kāi)場(chǎng)于20世紀(jì)70年代，80年代開(kāi)場(chǎng)應(yīng)用于溫室控制與管理領(lǐng)域。20世紀(jì)90年代初期，中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)氣象研究所和作物花卉研究所，研制開(kāi)發(fā)了溫室控制與管理系統(tǒng)，并開(kāi)發(fā)了基于Windows操作系統(tǒng)的控制軟 件；90年代中后期，理工大學(xué)毛罕平等人研制開(kāi)發(fā)了溫室軟硬件控制系統(tǒng)，能對(duì)營(yíng)養(yǎng)液系統(tǒng)、溫度、光照、二氧化碳、施肥等進(jìn)展綜合控制，是目前國(guó)產(chǎn)化溫室計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)較為典型的研究成果。在此期間，中國(guó)科學(xué)院現(xiàn)代化研究所、中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)、中國(guó)科學(xué)院植物生理研究所等單位也都側(cè)重不同領(lǐng)域，

19、研究溫室設(shè)施的計(jì)算機(jī)控制與管理技術(shù)?！熬盼迤陂g，國(guó)家科技攻關(guān)工程和國(guó)家自然科學(xué)基金均首次增設(shè)了工廠化農(nóng)業(yè)(設(shè)施農(nóng)業(yè))研究工程，并且在工程中加大了計(jì)算機(jī)應(yīng)用研究的力度，其中“九五國(guó)家重大科技產(chǎn)業(yè)工程“工廠化高效農(nóng)業(yè)示工程中，直接設(shè)置了“智能型連棟塑料溫室構(gòu)造及調(diào)控設(shè)施的優(yōu)化設(shè)計(jì)及實(shí)施的專題。20世紀(jì)90年代末，職業(yè)技術(shù)師學(xué)院的閆忠文研制了作物大棚溫濕度測(cè)量系統(tǒng)，能對(duì)大棚的溫濕度進(jìn)展實(shí)時(shí)測(cè)量與控制。中科院智能機(jī)械研究所研制了“農(nóng)業(yè)專家系統(tǒng)開(kāi)發(fā)環(huán)境DET系列軟件和智能溫室自動(dòng)控制系統(tǒng)，能夠有效地提高作物產(chǎn)量、縮短生長(zhǎng)期、減少人工操作的盲目性。農(nóng)業(yè)大學(xué)研制成功“WJG-1溫室環(huán)境監(jiān)控計(jì)算機(jī)管理系統(tǒng)，采

20、用了分布式控制系統(tǒng)。省農(nóng)科院自動(dòng)化控制中心研制了“GCSI型智能化溫室自動(dòng)控制系統(tǒng)，采用上位機(jī)加PLC的集散式控制方法，軟件采用智能化模糊算法。中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)設(shè)計(jì)研制的“省大型育苗溫室計(jì)算機(jī)分布式控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了計(jì)算機(jī)分布式控制。1.3研究意義溫室大棚近年來(lái)在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上占的比重越來(lái)越大，而相對(duì)來(lái)說(shuō)，溫室大棚的控制系統(tǒng)也隨著科技的進(jìn)步不斷的開(kāi)展進(jìn)步、提升。目前常見(jiàn)的是自動(dòng)化控制系統(tǒng)，正在向智能控制系統(tǒng)方向開(kāi)展。溫室大棚智能控制系統(tǒng)是其管理的智能化系統(tǒng)，因?yàn)?1世紀(jì)互聯(lián)網(wǎng)和傳感器的快速開(kāi)展和普及而逐漸應(yīng)用到蔬菜大棚上。主要監(jiān)測(cè)參數(shù)和指標(biāo)是：棚的溫度、含濕量、光照強(qiáng)度、二氧化碳含量、土壤的溫度和含濕量

21、等。一方面我們需要先向計(jì)算機(jī)輸入植物生長(zhǎng)過(guò)程中的最適合生長(zhǎng)的環(huán)境參數(shù)，另一方面在溫室大棚各處合理地安排檢測(cè)設(shè)備和傳感設(shè)備，通過(guò)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)相應(yīng)參數(shù)指標(biāo)，并實(shí)時(shí)傳遞給計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，系統(tǒng)通過(guò)比對(duì)，檢測(cè)到不適宜條件，發(fā)出指令指揮棚的自動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)展施肥、升溫、加水等正確操作，保持棚環(huán)境，保證系統(tǒng)正常運(yùn)行，使植物在最適宜情況下生長(zhǎng)。智能控制系統(tǒng)將信息技術(shù)與計(jì)算機(jī)結(jié)合起來(lái)，在農(nóng)業(yè)上加以應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)了農(nóng)業(yè)開(kāi)展的變革，也是未來(lái)農(nóng)業(yè)開(kāi)展的具體方向。智能控制系統(tǒng)在應(yīng)用上有很大的方便和優(yōu)勢(shì)。首先是，智能控制系統(tǒng)控制的精準(zhǔn)性和及時(shí)性。它的根本功能是對(duì)環(huán)境的檢測(cè)，加上一些傳感器和智能機(jī)器的應(yīng)用，加強(qiáng)了人們對(duì)于作物生長(zhǎng)環(huán)境的深層了

22、解，實(shí)現(xiàn)了科學(xué)精準(zhǔn)的控制，而且可以根據(jù)傳感器數(shù)據(jù)給出相應(yīng)的反響和操作，反響及時(shí)，給植物營(yíng)造出最適應(yīng)的生長(zhǎng)環(huán)境，溫室大棚能夠種植出高質(zhì)量、高產(chǎn)量的綠色蔬菜。其次是，可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制。目前比擬常用的是大學(xué)研發(fā)的托普物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，這種系統(tǒng)可以再距離較遠(yuǎn)時(shí)通過(guò)電腦控制棚的操作，一方面減少了操作人員的工作量，提高了工作效率，另一方面，可以使得操作人員無(wú)論在任何地方都能監(jiān)察整個(gè)大棚的狀況，實(shí)現(xiàn)了科技的有利性。 從開(kāi)展前景上里說(shuō)，溫室大棚采用智能控制系統(tǒng)是未來(lái)農(nóng)業(yè)開(kāi)展的趨勢(shì)和方向，它會(huì)將人們從繁雜的工作中解放出來(lái)，利用科技的手段得到最完美的效果，還會(huì)幫助降低本錢，是農(nóng)業(yè)走向高質(zhì)量、高效率、高收益的道路。1.4我

23、國(guó)溫室存在的主要問(wèn)題1)科技含量和總體開(kāi)展水平較低。我國(guó)設(shè)施栽培起步晚、根底差，沒(méi)有將其作為整體工程問(wèn)題研究。從設(shè)施裝備到栽培技術(shù)的生產(chǎn)管理不配套，生產(chǎn)不規(guī)，難以形成大規(guī)模商品生產(chǎn)。2)我國(guó)現(xiàn)有的溫室控制系統(tǒng)仍以控制一個(gè)溫室為主，沒(méi)有基于溫室群的控制系統(tǒng)。這樣降低了生產(chǎn)管理的效率。3)溫室測(cè)控系統(tǒng)的通信仍然采用有線方式。我國(guó)溫室測(cè)控系統(tǒng)的通信主要有485總線以及CAN總線等有線方式。這些有線通信方式不僅使得溫室的信號(hào)線和動(dòng)力線錯(cuò)綜復(fù)雜，而且導(dǎo)致系統(tǒng)的可靠性降低，安裝維護(hù)工作量變大，同時(shí)也不利于農(nóng)業(yè)機(jī)器人等移動(dòng)設(shè)備的作業(yè)，難以到達(dá)溫室生產(chǎn)的“工廠化農(nóng)業(yè)水平。4)缺少基于農(nóng)業(yè)專家知識(shí)的上位機(jī)管理系

24、統(tǒng)。我國(guó)目前的溫室控制系統(tǒng)中，一些上位機(jī)只限于存儲(chǔ)采集的歷史數(shù)據(jù)，沒(méi)有根據(jù)農(nóng)業(yè)專家知識(shí)的實(shí)時(shí)控制管理系統(tǒng)。5)設(shè)施水平低，抵御自然災(zāi)害的能力差。我國(guó)目前局部溫室的建筑材料主要是鋼材和玻璃。但沒(méi)有形成國(guó)家統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)和工廠系列的產(chǎn)品，且應(yīng)用率僅占設(shè)施栽培面積的10，而絕大局部由農(nóng)民自行建造的塑料日光溫室也只能起到一定的保溫作用，根本不能實(shí)現(xiàn)對(duì)溫度、濕度、光照等環(huán)境因子的調(diào)控。6)機(jī)械化水平低，調(diào)控能力差，作業(yè)主要依靠人力。生產(chǎn)管理主要靠經(jīng)歷和單因子定性調(diào)控。1.5溫室環(huán)境控制技術(shù)的開(kāi)展趨勢(shì) 1.智能化：隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、傳感技術(shù)和自動(dòng)控制技術(shù)的不斷開(kāi)展，溫室計(jì)算機(jī)環(huán)境控制系統(tǒng)的應(yīng)用將由簡(jiǎn)單的以數(shù)據(jù)采

25、集處理和監(jiān)測(cè)為主，逐步轉(zhuǎn)向以知識(shí)處理和應(yīng)用為主。因此軟件系統(tǒng)的研制開(kāi)發(fā)將不斷深入完善，其中以專家系統(tǒng)為主的智能管理系統(tǒng)已取得了不少研究成果，而且應(yīng)用前景非常廣闊。因此近幾年來(lái)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、遺傳算法、模糊推理等人工智能技術(shù)在溫室栽培中得到了不同程度的開(kāi)展和應(yīng)用。2.網(wǎng)絡(luò)化：目前，網(wǎng)絡(luò)技術(shù)己成為當(dāng)前世界最有活力、開(kāi)展最快的高科技領(lǐng)域。網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)的開(kāi)展促進(jìn)了信息傳播。因此，設(shè)施農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)化程度的提高成為可能。我國(guó)幅員遼闊，氣候復(fù)雜，勞動(dòng)者整體素質(zhì)低，利用網(wǎng)絡(luò)進(jìn)展在線和離線效勞，可以對(duì)不同區(qū)域進(jìn)展監(jiān)測(cè)、比擬，不僅給管理帶來(lái)很大的方便，而且可以提高勞動(dòng)生產(chǎn)率。3.分布式：分布式系統(tǒng)通?？煞譃樯?、下兩層。上層

26、主要用作系統(tǒng)管理，其它各種功能如測(cè)量與控制任務(wù)等，主要由下層完成。下層由許多各自獨(dú)立的功能單元組成，每個(gè)單元只完成一局部工作。面向?qū)ο蟮姆植际较到y(tǒng)，每一個(gè)功能單元針對(duì)一個(gè)對(duì)象、每一根進(jìn)線、每一根出線、每個(gè)傳感器、接觸器等都可作為對(duì)象。4.綜合環(huán)境調(diào)控：所謂綜合環(huán)境調(diào)節(jié)，就是以實(shí)現(xiàn)作物的增產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)為目標(biāo)，把影響作物生長(zhǎng)的多種環(huán)境參數(shù)，如光照、溫度、濕度、二氧化碳濃度等，都保持在適宜作物生長(zhǎng)的狀態(tài)，并盡可能使用最少量的環(huán)境調(diào)節(jié)裝置，既省時(shí)又節(jié)能，還能使勞動(dòng)者愉快地從事生產(chǎn)勞動(dòng)。5.變動(dòng)的壞境控制系統(tǒng)：當(dāng)前，主要使用準(zhǔn)確的計(jì)算機(jī)壞境控制程序根據(jù)設(shè)定值對(duì)溫室中的環(huán)境進(jìn)展調(diào)控，但研究發(fā)現(xiàn)，這并不能使溫室的

27、作物到達(dá)最正確產(chǎn)量。如作物的生長(zhǎng)和發(fā)育并不取決于*一時(shí)刻*個(gè)特定溫度，而主要取決于在一個(gè)時(shí)間段中的平均溫度水平。這導(dǎo)致控制系統(tǒng)向“自由設(shè)置系統(tǒng)的方向開(kāi)展，如綜合溫度控制系統(tǒng)的研制，在該系統(tǒng)中并不設(shè)置一個(gè)固定的溫度值，溫室中的溫度在最高和最低溫度圍可進(jìn)展變動(dòng)，以求在一個(gè)較長(zhǎng)的時(shí)間段到達(dá)理想的平均溫度。這樣計(jì)算機(jī)可以根據(jù)室外的氣候，在使用最低能耗、最正確的利用溫室中現(xiàn)有設(shè)備的情況下自由進(jìn)展調(diào)節(jié)?？勺儎?dòng)的環(huán)境控制系統(tǒng)目前主要側(cè)重于溫度、光照、相對(duì)濕度、二氧化碳濃度等方面的研究，在溫室作物產(chǎn)量上已表現(xiàn)出比擬滿意的效果。6.藍(lán)牙技術(shù)：藍(lán)牙技術(shù)是近年開(kāi)展起來(lái)的新型低本錢、短距離的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)傳輸技術(shù)。運(yùn)用這種

28、技術(shù)把溫室環(huán)境自動(dòng)檢測(cè)與控制系統(tǒng)中的各個(gè)電子檢測(cè)裝置和執(zhí)行機(jī)構(gòu)無(wú)線地連接起來(lái)，以到達(dá)便捷地對(duì)溫室環(huán)境參數(shù)進(jìn)展自動(dòng)檢測(cè)，靈活地對(duì)溫室環(huán)境參數(shù)進(jìn)展自動(dòng)控制的目的。便攜式環(huán)境參數(shù)采集器部裝有溫度、濕度、光照等各種傳感器，并嵌入了藍(lán)牙芯片，因此，這種參數(shù)采集器具有無(wú)線通信功能，可以便捷地放置在溫室的不同位置?？刂破魍瑯忧度肓怂{(lán)牙芯片，它一方面與便攜式環(huán)境參數(shù)采集器無(wú)線連接，另一方面通過(guò)RS-485通信總線與溫室的計(jì)算機(jī)控制裝置相連接。2 研究方案的設(shè)計(jì)2.1溫室大棚重要參數(shù)的調(diào)節(jié)與控制溫度的調(diào)節(jié)與控制與其他環(huán)境因子比擬，溫度是設(shè)施栽培中相對(duì)容易調(diào)節(jié)控制的環(huán)境因子。溫室溫度的調(diào)節(jié)和控制包括保溫、加溫和降

29、溫3種。溫度調(diào)控要求到達(dá)能維持適宜于作物生育的設(shè)定溫度。溫度的空間分布均勻，時(shí)間變化平緩。1保溫，為了提高大棚的保溫能力，常采用各種保溫覆蓋。具體方法就是增加保溫覆蓋的層數(shù)，采用隔熱性能好的保溫覆蓋材料，以提高設(shè)施的氣密性。2加溫，我國(guó)傳統(tǒng)的單屋面溫室，大多采用爐灶煤火加溫，近年來(lái)也有采用鍋爐水暖加溫或地?zé)崴訙氐?。大型連棟溫室和花卉溫室，則多采用集中供暖方式的水暖加溫，也有局部采用熱水或蒸汽轉(zhuǎn)換成熱風(fēng)的采暖方式。3降溫，保護(hù)設(shè)施降溫最簡(jiǎn)單的途徑是通風(fēng)，但在溫度過(guò)高，依靠自然通風(fēng)不能滿足作物生育要求時(shí)，必須進(jìn)展人工降溫。降溫包括遮光降溫法、屋面流水降溫法、蒸發(fā)冷卻法及強(qiáng)制通風(fēng)法。遮光降溫法是

30、一種在室外與溫室屋頂部相距40cm處掛遮光幕，對(duì)溫室降溫很有效。另一種在室掛遮光幕，降溫效果比掛在室外差；屋面流水降溫法采用時(shí)須考慮安裝本錢，去除玻璃外表的水垢污染問(wèn)題；蒸發(fā)冷卻法使空氣先經(jīng)過(guò)水的蒸發(fā)冷卻降溫后再送入室，到達(dá)降溫目的。蒸發(fā)冷卻法有濕簾風(fēng)機(jī)降溫法、細(xì)霧降溫法、屋頂噴霧法。濕度的調(diào)節(jié)與控制土壤濕度要與空氣相對(duì)濕度協(xié)調(diào)一致才能到達(dá)溫室濕度的有效控制，濕度調(diào)控圍一般在60%RH-80%RH，精度為5%。濕度的調(diào)控影響溫度，要求濕度與溫度的調(diào)控需按一定的程序進(jìn)展。常用的濕度調(diào)節(jié)方式是加濕和去濕。1加濕，一般常用的方法是水噴霧法和蒸汽加濕。水噴霧法采用雙位或多位控制來(lái)實(shí)現(xiàn)；蒸汽加濕則采用電

31、極加濕器或澆蒸加濕器實(shí)現(xiàn)。2去濕，在溫室中去濕常用以下三種方式：加熱控制法、吸附法-化學(xué)除濕器、排濕換氣。在濕度的調(diào)節(jié)系統(tǒng)中，溫室的加濕和去濕則由溫室的調(diào)節(jié)部件完成，這些部件有天窗、側(cè)窗、濕簾、風(fēng)機(jī)等。溫度、濕度之間的耦合溫度與濕度之間有一定的耦合關(guān)系，對(duì)一個(gè)因子的控制常會(huì)帶來(lái)另一個(gè)因子的變化。在冬季溫室環(huán)境控制中，默認(rèn)為溫度控制優(yōu)先的原則，在溫度條件滿足后，再來(lái)滿足濕度條件。如溫度過(guò)低、濕度過(guò)大的情況下，以加溫為主導(dǎo)，只有當(dāng)溫度上升到一定值后，才能通風(fēng)降濕，另一方面，溫度提高本身可以使相對(duì)濕度降低。在夏季降溫加濕的過(guò)程中，采用以濕度優(yōu)先的原則。當(dāng)濕度過(guò)小時(shí)，開(kāi)啟蒸發(fā)降溫加濕裝置。而當(dāng)溫度過(guò)高

32、需要啟動(dòng)蒸發(fā)降溫執(zhí)行機(jī)構(gòu)時(shí)，必須先檢測(cè)室的相對(duì)濕度，只有濕度低于*一設(shè)定圍時(shí)，才能啟動(dòng)蒸發(fā)裝置。光照的調(diào)節(jié)與控制在溫室光照強(qiáng)度調(diào)節(jié)常選用改變溫室大棚的硬件環(huán)境方法，人工調(diào)節(jié)大棚外部設(shè)施的方法來(lái)改變溫室的光照強(qiáng)度。調(diào)節(jié)方法一般有以下四種：1改善設(shè)施的透光率；2應(yīng)用反光幕；3人工補(bǔ)光；4遮光。二氧化碳含量的調(diào)節(jié)與控制大氣中二氧化碳平均濃度一般為0.03%，變幅較小。在冬春設(shè)施蔬菜生產(chǎn)中，為了保溫，設(shè)施經(jīng)常處于密閉狀態(tài)，缺少外氣體交換，二氧化碳濃度變幅較大，中午設(shè)施由于光合作用，二氧化碳濃度下降，接近甚至低于補(bǔ)償點(diǎn)，二氧化碳處于虧缺狀態(tài)應(yīng)當(dāng)及時(shí)的補(bǔ)充二氧化碳。補(bǔ)充二氧化碳的方法很多，常用的主要有三種

33、：1燃燒法；2化學(xué)反響法目前在我國(guó)的設(shè)施栽培中運(yùn)用較多；3施用顆粒有機(jī)生物氣肥法。2.2溫室環(huán)境的特點(diǎn)因?yàn)闇厥抑杏卸喾N環(huán)境因素，溫室環(huán)境是多因子的、相互影響性的、非線性的、有延時(shí)性的和親合性的復(fù)雜系統(tǒng)。如下所示：（1） 相互影響性：溫室中有多種環(huán)境因子，它們之間是有影響的，例如升高溫室中的溫度，其濕度必定相應(yīng)降低，對(duì)溫室進(jìn)展通風(fēng)降溫還會(huì)影響其二氧化碳的濃度。所以，溫室的環(huán)境都是相互影響的；（2） 非線性：溫室的各個(gè)環(huán)境因素沒(méi)有一個(gè)是穩(wěn)定不變的，溫室或多或少還是會(huì)受到外界影響。而且溫室中農(nóng)作物自身不停的進(jìn)展化學(xué)變化，也會(huì)影響環(huán)境因素，因此該環(huán)境因素都是非線性的；（3） 延時(shí)性：當(dāng)我們調(diào)控溫室環(huán)境

34、時(shí)，各個(gè)環(huán)境不是瞬時(shí)就能改變的，這需要一個(gè)過(guò)程，而且傳感器采集到數(shù)據(jù)后，傳送到相應(yīng)的控制器，控制器處理數(shù)據(jù)判斷數(shù)據(jù)，做出控制調(diào)整還需要一個(gè)過(guò)程。通常改變溫室的*個(gè)環(huán)境因素是慢慢擴(kuò)散的一種現(xiàn)象，例如對(duì)溫室加溫，溫度變化就是擴(kuò)散的過(guò)程；對(duì)溫室補(bǔ)充二氧化碳，二氧化碳濃度的變化也是擴(kuò)散過(guò)程，這就是溫室環(huán)境的延時(shí)性；（4） 親合性：溫室系統(tǒng)包含了多種的環(huán)境因素，各因素之間不是相互獨(dú)立互不干擾的，各個(gè)因素的控制過(guò)程是彼此耦合在一起的，當(dāng)我們對(duì)其中一個(gè)變量進(jìn)展調(diào)控，會(huì)影響其他變量發(fā)生相應(yīng)的改變。綜上四個(gè)特點(diǎn)可知，溫室系統(tǒng)是復(fù)雜的，具有多種環(huán)境影響因子的，對(duì)溫室系統(tǒng)提出的控制要求并不是一成不變的，要根據(jù)不同作

35、物相應(yīng)調(diào)整，因此想要建立精準(zhǔn)控制模型幾乎無(wú)法實(shí)現(xiàn)。通常溫室控制中我們往往采取區(qū)間化控制，例如*作物只要求環(huán)境溫度控制在一定的區(qū)間就能良好的生長(zhǎng)，我們?cè)谠O(shè)計(jì)溫室控制系統(tǒng)時(shí)只要保證溫室部溫度調(diào)控在*一區(qū)間即可，完全沒(méi)必要對(duì)溫度或其他環(huán)境因素進(jìn)展精準(zhǔn)控制。2.3溫室的控制對(duì)象影響農(nóng)作物生長(zhǎng)發(fā)育的因素主要有兩個(gè)，其一是由農(nóng)作物自身的遺傳特性決定的，即所謂的品種。如果想通過(guò)改變農(nóng)作物的遺傳特性到達(dá)促進(jìn)農(nóng)作物生長(zhǎng)發(fā)育的目的需要大量的人力財(cái)力投入，而且會(huì)形成轉(zhuǎn)基因食品；其二是農(nóng)作物所在的生長(zhǎng)環(huán)境，智能溫室部就是一個(gè)小生態(tài)，在目前的科學(xué)技術(shù)幫助下，完全通過(guò)調(diào)控智能溫室的環(huán)境因子的方式有效的提高農(nóng)業(yè)產(chǎn)量。溫度溫

36、度是否適宜，是農(nóng)作物生長(zhǎng)過(guò)程中非常重要的因素之一，溫度可以影響農(nóng)作物體在的化學(xué)變化。每種農(nóng)作物對(duì)溫度都有其獨(dú)特的要求，擁有最適宜溫度以及最高最低溫度。當(dāng)農(nóng)作物在極限溫度下，雖然還能維持生存，但已經(jīng)極大的影響其生長(zhǎng)發(fā)育；只有生長(zhǎng)在最適溫度下，農(nóng)作物才能迅速*生長(zhǎng)，到達(dá)最正確狀態(tài)。因此，對(duì)溫室的環(huán)境溫度進(jìn)展圍的調(diào)控可以提高農(nóng)作物的產(chǎn)量，較為常見(jiàn)的溫控設(shè)備包括加熱設(shè)備和通風(fēng)風(fēng)機(jī)，同時(shí)在溫室過(guò)安裝溫度傳感器獲取溫室溫度，將采集的數(shù)值與農(nóng)作物最適宜溫度比照，執(zhí)行相應(yīng)升降溫操作，啟動(dòng)相應(yīng)控制設(shè)備。濕度農(nóng)作物對(duì)空氣濕度也有不同的要求，如果更加細(xì)致的分析，同一種農(nóng)作物在它整個(gè)生命周期中的不同階段以及一天中的不

37、同時(shí)段對(duì)空氣濕度也有不同的需求。針對(duì)溫室中所種植不同類別的作物的不同特性，溫室控制系統(tǒng)應(yīng)當(dāng)控制溫室保持相應(yīng)的濕度環(huán)境，保證當(dāng)前農(nóng)作物快速*生長(zhǎng)。同時(shí)濕度調(diào)控與溫度調(diào)控還存在一定的耦合關(guān)系，對(duì)其中一個(gè)因子調(diào)控常會(huì)帶來(lái)另外一個(gè)因子的變動(dòng)，而且影響較大。因此，在溫室環(huán)境控制中要綜合的考慮這兩個(gè)因素之間的耦合性。光照強(qiáng)度是農(nóng)作物生長(zhǎng)必不可少的，沒(méi)有，農(nóng)作物或植物就無(wú)法進(jìn)展光合作用，進(jìn)而農(nóng)作物無(wú)法生長(zhǎng)發(fā)育。是作物光合作用非常重要的條件，同時(shí)它又是控制農(nóng)作物光周期的因素。充足的光照可以促進(jìn)光合作用，使農(nóng)作物合成更多的有機(jī)物，從而提高農(nóng)作物的產(chǎn)量與質(zhì)量。如果光照缺乏或光照強(qiáng)度過(guò)強(qiáng)，都會(huì)極大的影響農(nóng)作物正常的

38、光合作用，還會(huì)減退葉片的同化作用，造成植株脆弱，引發(fā)病蟲(chóng)害，導(dǎo)致落花落果，產(chǎn)量低，質(zhì)量差等問(wèn)題。在溫室中，部的光照強(qiáng)度與外部的光照強(qiáng)度有著明顯的相關(guān)性，但是與室外相比室的光照強(qiáng)度明顯較低。當(dāng)溫室光照強(qiáng)度不能滿足農(nóng)作物生長(zhǎng)需求時(shí)，需要補(bǔ)光燈進(jìn)展補(bǔ)光。二氧化碳二氧化碳也是農(nóng)作物進(jìn)展光合作用必不可少的，光合作用就是植物合成有機(jī)物的過(guò)程，而二氧化碳就是為這個(gè)過(guò)程提供了碳源，但是二氧化碳濃度過(guò)高和缺乏都影響作物的生長(zhǎng)，在一定程度上會(huì)降低產(chǎn)量。一定量的提高二氧化碳濃度可以讓農(nóng)作物的物候期提前，提高農(nóng)作物體有機(jī)物含量。大局部農(nóng)作物的產(chǎn)量隨二氧化碳濃度升高而升高，并且還可以影響*些農(nóng)作物的蛋白質(zhì)、氨基酸和淀粉

39、的含量。同時(shí)二氧化碳的充足還能保證作物幼苗期的質(zhì)量，促進(jìn)其快速生長(zhǎng)，抑制或減輕疾病的發(fā)生。土壤含水量土壤中總有一定間隙的，而占據(jù)了間隙的是水與空氣。當(dāng)水分含量太少時(shí)，植物根系吸收的水分不充足，而植物的蒸騰作用又使植物失去大量水分，從而導(dǎo)致植物失水萎蔫。同時(shí)土壤缺乏水分時(shí)，造成土壤板結(jié)、裂縫的產(chǎn)生會(huì)將植物根系拉斷，嚴(yán)重時(shí)直接導(dǎo)致植物死亡。當(dāng)含水量過(guò)多時(shí)，土壤縫隙中空氣所占的比例就很小，導(dǎo)致植物根系有氧呼吸大大減弱，植物根系被迫轉(zhuǎn)向無(wú)氧呼吸。無(wú)氧呼吸會(huì)生成酒精傷害作物根部，導(dǎo)致根部潰爛。嚴(yán)重時(shí)同樣致使植物枯萎死亡。3 PLC概述3.1 PLC簡(jiǎn)介3.1.1 PLC的產(chǎn)生和定義在PLC誕生之前，繼電

40、器控制系統(tǒng)已廣泛應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)的各個(gè)領(lǐng)域，起著不可替代的作用。隨著生產(chǎn)規(guī)模的逐步擴(kuò)大，繼電器控制系統(tǒng)已越來(lái)越難以適應(yīng)現(xiàn)代化工業(yè)生產(chǎn)的要求。繼電器控制系統(tǒng)通常是針對(duì)*一固定的動(dòng)作順序或生產(chǎn)工藝而設(shè)計(jì)，他的控制功能也局限于邏輯控制、定時(shí)、計(jì)數(shù)等一些簡(jiǎn)單的控制，一旦動(dòng)作順序或生產(chǎn)工藝發(fā)生變化，就必須重新進(jìn)展設(shè)計(jì)、布線、裝配和調(diào)試，造成時(shí)間和資金的嚴(yán)重浪費(fèi)。繼電器控制系統(tǒng)體積大、耗電多、可靠性差、壽命短、運(yùn)行速度慢、適應(yīng)性差。為了改變這一現(xiàn)狀，1968年美國(guó)最大的汽車制造商通用汽車公司GM，為了適應(yīng)汽車型號(hào)不斷更新的需求，并能在競(jìng)爭(zhēng)劇烈的汽車工業(yè)中占有優(yōu)勢(shì)，提出要研制一種新型的工業(yè)控制裝置來(lái)取代繼電器

41、控制裝置，為此，擬定了10項(xiàng)公開(kāi)招標(biāo)的技術(shù)要求，即： 1、編程簡(jiǎn)單，可在現(xiàn)場(chǎng)修改程序； 2、維護(hù)方便，最好是插件式； 3、可靠性高于繼電器控制柜； 4、體積小于繼電器控制柜； 5、可將數(shù)據(jù)直接送入管理計(jì)算機(jī)； 6、在本錢上可與繼電器控制柜競(jìng)爭(zhēng)； 7、輸入可以是交流115V； 8、輸出可以是交流115V、2A以上，可直接驅(qū)動(dòng)電磁閥等； 9、在擴(kuò)展時(shí)，原有系統(tǒng)只要很小變更； 10、用戶程序存儲(chǔ)器容量至少能擴(kuò)展到4KB；根據(jù)招標(biāo)的技術(shù)要求，第二年，美國(guó)數(shù)字設(shè)備公司DEC研制出了世界上第一臺(tái)PLC，并在通用汽車公司自動(dòng)裝配線上試用成功。這種新型的工控裝置，以其體積小、可變性好、可靠性高、使用壽命長(zhǎng)、簡(jiǎn)

42、單易懂、操作維護(hù)方便等一系列優(yōu)點(diǎn)，很快就在美國(guó)的許多行業(yè)里得到推廣應(yīng)用，也受到了世界上許多國(guó)家的高度重視。1971年，日本從美國(guó)引進(jìn)了這項(xiàng)新技術(shù)，很快研制出了他們的第1臺(tái)PLC。1973年，西歐國(guó)家也研制出他們的第1臺(tái)PLC。我國(guó)從1974年開(kāi)場(chǎng)研制，到1977年開(kāi)場(chǎng)應(yīng)用于工控領(lǐng)域。在這一時(shí)期，PLC雖然采用了計(jì)算機(jī)的設(shè)計(jì)思想，但實(shí)際上PLC只能完成順序控制，僅有邏輯運(yùn)算等簡(jiǎn)單功能，所以人們將它稱為可編程邏輯控制器Programmable Logic Controller簡(jiǎn)稱為PLC。20世紀(jì)70年代末至80年代初期，微處理器日趨成熟，使PLC的處理速度大大提高，增加了許多功能。在軟件方面，除

43、了保持原有的邏緝運(yùn)算、計(jì)時(shí)、計(jì)數(shù)等功能以外，還增加了算術(shù)運(yùn)算、數(shù)據(jù)處理、網(wǎng)絡(luò)通信、自診斷等功能。在硬件方面，除了保持原有的開(kāi)關(guān)模塊以外，還增加了模擬量模塊、遠(yuǎn)程I/O模塊、各種特殊功能模塊，并擴(kuò)大了存儲(chǔ)器的容量，而且還提供一定數(shù)量的數(shù)據(jù)存放器。為此，美國(guó)電氣制造協(xié)會(huì)將可編程序邏輯控制器，正式命名為編程序控制器Programmable Controller，簡(jiǎn)稱PC。但由于PC容易和個(gè)人計(jì)算機(jī)PCPersonal puter混淆，故人們?nèi)粤?xí)慣地用PLC作為可編程序控制器的簡(jiǎn)稱。1985年，國(guó)際電工委員會(huì)(IEC)對(duì)PLC作出如下定義：可編程序控制器是一種數(shù)字運(yùn)算操作電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用

44、而設(shè)計(jì)。它采用了可編程序的存儲(chǔ)器，用來(lái)在其部存儲(chǔ)執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序控制、定時(shí)、計(jì)數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等操作的指令，并通過(guò)數(shù)字的，模擬的輸入和輸出，控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過(guò)程。可編程序控制器及其有關(guān)的外圍設(shè)備，都應(yīng)按易于與工業(yè)控制系統(tǒng)形成一個(gè)整體、易于擴(kuò)大其功能的原則設(shè)計(jì)。由該定義可知：PLC是一種由“事先存貯的程序來(lái)確定控制功能的工控類計(jì)算機(jī)。PLC它是按照成熟而有效的繼電器控制概念和設(shè)計(jì)思想，利用不斷開(kāi)展的新技術(shù)、新電子器件，逐步形成了具有特色的各種系列產(chǎn)品，是一種數(shù)字運(yùn)算操作的專用電子計(jì)算機(jī)。它是將邏輯運(yùn)算，順序控制，時(shí)序和計(jì)數(shù)以及算術(shù)運(yùn)算等控制程序，用一串指令的形式存放到存儲(chǔ)器中，然后根據(jù)存儲(chǔ)

45、的控制容，經(jīng)過(guò)模擬，數(shù)字等輸入輸出部件，對(duì)生產(chǎn)設(shè)備和生產(chǎn)過(guò)程進(jìn)展控制的裝置。3.1.2 PLC的開(kāi)展現(xiàn)狀目前，隨著大規(guī)模和超大規(guī)模集成電路等微電子技術(shù)的開(kāi)展，PLC已由最初一位機(jī)開(kāi)展到現(xiàn)在的以16位和32位微處理器構(gòu)成的微機(jī)化PC，而且實(shí)現(xiàn)了多處理器的多通道處理。如今，PLC技術(shù)已非常成熟，不僅控制功能增強(qiáng)，功耗和體積減小，本錢下降，可靠性提高，編程和故障檢測(cè)更為靈活方便，而且隨著遠(yuǎn)程I/O和通信網(wǎng)絡(luò)、數(shù)據(jù)處理以及圖象顯示的開(kāi)展，使PLC向用于連續(xù)生產(chǎn)過(guò)程控制的方向開(kāi)展，成為實(shí)現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)自動(dòng)化的一大支柱?，F(xiàn)在，世界上有200多家PLC生產(chǎn)廠家，400多品種的PLC產(chǎn)品，按地域可分成美國(guó)、歐洲、

46、和日本等三個(gè)流派產(chǎn)品，各流派PLC產(chǎn)品都各具特色。其中，美國(guó)是PLC生產(chǎn)大國(guó)，有100多家PLC廠商，著名的有A-B公司、通用電氣GE公司、莫迪康MODICON公司。歐洲PLC產(chǎn)品主要制造商有德國(guó)的西門子SIEMENS公司、AEG公司、法國(guó)的TE公司。日本有許多PLC制造商，如三菱、歐姆龍、松下、富士等，國(guó)的三星SAMSUNG、LG等，這些生產(chǎn)廠家的產(chǎn)品占有80%以上的PLC市場(chǎng)份額。經(jīng)過(guò)多年的開(kāi)展，國(guó)PLC生產(chǎn)廠家約有三十家，國(guó)PLC應(yīng)用市場(chǎng)仍然以國(guó)外產(chǎn)品為主。國(guó)公司在開(kāi)展PLC業(yè)務(wù)時(shí)有較大的競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)，如：需求優(yōu)勢(shì)、產(chǎn)品定制優(yōu)勢(shì)、本錢優(yōu)勢(shì)、效勞優(yōu)勢(shì)、響應(yīng)速度優(yōu)勢(shì)。3.1.3 PLC的開(kāi)展趨勢(shì)

47、隨著PLC應(yīng)用領(lǐng)域日益擴(kuò)大，PLC技術(shù)及其產(chǎn)品構(gòu)造都在不斷改良，功能日益強(qiáng)大，性價(jià)比越來(lái)越高。 1在產(chǎn)品規(guī)模方面，向兩極開(kāi)展。 一方面，大力開(kāi)展速度更快、性價(jià)比更高的小型和超小型PLC。以適應(yīng)單機(jī)及小型自動(dòng)控制的需要。另一方面，向高速度、大容量、技術(shù)完善的大型PLC方向開(kāi)展。隨著復(fù)雜系統(tǒng)控制的要求越來(lái)越高和微處理器與計(jì)算機(jī)技術(shù)的不斷開(kāi)展，人們對(duì)PLC的信息處理速度要求也越來(lái)越高，要求用戶存儲(chǔ)器容量也越來(lái)越大。 2向通信網(wǎng)絡(luò)化開(kāi)展PLC網(wǎng)絡(luò)控制是當(dāng)前控制系統(tǒng)和PLC技術(shù)開(kāi)展的潮流。PLC與PLC之間的聯(lián)網(wǎng)通信、PLC與上位計(jì)算機(jī)的聯(lián)網(wǎng)通信已得到廣泛應(yīng)用。目前，PLC制造商都在開(kāi)展自己專用的通信模

48、塊和通信軟件以加強(qiáng)PLC的聯(lián)網(wǎng)能力。各PLC制造商之間也在協(xié)商指定通用的通信標(biāo)準(zhǔn)，以構(gòu)成更大的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。PLC已成為集散控制系統(tǒng)DCS不可缺少的組成局部。 3向模塊化、智能化開(kāi)展為滿足工業(yè)自動(dòng)化各種控制系統(tǒng)的需要，近年來(lái)，PLC廠家先后開(kāi)發(fā)了不少新器件和模塊，如智能I/O模塊、溫度控制模塊和專門用于檢測(cè)PLC外部故障的專用智能模塊等，這些模塊的開(kāi)發(fā)和應(yīng)用不僅增強(qiáng)了功能，擴(kuò)展了PLC的應(yīng)用圍，還提高了系統(tǒng)的可靠性。4編程語(yǔ)言和編程工具的多樣化和標(biāo)準(zhǔn)化多種編程語(yǔ)言的并存、互補(bǔ)與開(kāi)展是PLC軟件進(jìn)步的一種趨勢(shì)。 PLC廠家在使硬件及編程工具換代頻繁、豐富多樣、功能提高的同時(shí)，日益向MAP(制造自動(dòng)化

49、協(xié)議)靠攏，使PLC的根本部件，包括輸入輸出模塊、通信協(xié)議、編程語(yǔ)言和編程工具等方面的技術(shù)規(guī)化和標(biāo)準(zhǔn)化。3.1.4 PLC的分類 1按I/O點(diǎn)數(shù)分類PLC所能承受的輸入信號(hào)個(gè)數(shù)和輸出信號(hào)個(gè)數(shù)分別稱為PLC的輸入點(diǎn)數(shù)和輸出點(diǎn)數(shù)。其輸入、輸出點(diǎn)數(shù)的數(shù)目之和稱為PLC的輸入/輸出點(diǎn)數(shù)，簡(jiǎn)稱I/O點(diǎn)數(shù)。I/O點(diǎn)數(shù)是選擇PLC的重要依據(jù)之一。一般而言，PLC控制系統(tǒng)處理的I/O點(diǎn)數(shù)較多時(shí)，則控制關(guān)系比擬復(fù)雜，用戶要求的程序存儲(chǔ)器容量也較大，要求PLC指令及其他功能比擬多。按PLC輸入、輸出點(diǎn)數(shù)的多少可將PLC分為以下三類。 1小型機(jī)小型PLC輸入、輸出總點(diǎn)數(shù)一般在256點(diǎn)以下，用戶程序存儲(chǔ)器容量在4K字

50、左右。小型PLC的功能一般以開(kāi)關(guān)量控制為主，適合單機(jī)控制和小型控制系統(tǒng)。 2中型機(jī)中型PLC的輸入、輸出總點(diǎn)數(shù)在2562048點(diǎn)之間，用戶程序存儲(chǔ)器容量到達(dá)8K字左右。中型機(jī)適用于組成多機(jī)系統(tǒng)和大型控制系統(tǒng)。(3) 大型機(jī)大型PLC的輸入、輸出總點(diǎn)數(shù)載2084點(diǎn)以上，用戶程序存儲(chǔ)器容量到達(dá)16K字以上。大型機(jī)適用于組成分布式控制系統(tǒng)和整個(gè)工廠的集散控制網(wǎng)絡(luò)。上述劃分沒(méi)有一個(gè)十分嚴(yán)格的界限，隨著PLC技術(shù)的飛速開(kāi)展，一些小型PLC也具備中型或大型PLC的功能，這也是PLC的開(kāi)展趨勢(shì)。2按構(gòu)造形式分類按照PLC的構(gòu)造特點(diǎn)可分為整體式、模塊式兩大類。 1整體式構(gòu)造把PLC的CPU、存儲(chǔ)器、輸入/輸出

51、單元、電源等集成在一個(gè)根本單元中，其構(gòu)造緊湊，體積小，本錢低，安裝方便。根本單元上設(shè)有擴(kuò)展端口，通過(guò)電纜與擴(kuò)展單元相連，可配接特殊功能模塊。微型和小型PLC一般為整體式構(gòu)造，S7-200系列屬整體式構(gòu)造。 2模塊式構(gòu)造模塊式構(gòu)造的PLC由一些模塊單元構(gòu)成，這些標(biāo)準(zhǔn)模塊包括CPU模塊、輸入模塊、輸出模塊、電源模塊和各種特殊功能模塊等，使用時(shí)將這些模塊插在標(biāo)準(zhǔn)機(jī)架即可。各模塊功能是獨(dú)立的，外形尺寸是統(tǒng)一的。模塊式PLC的硬件組態(tài)方便靈活，裝配和維修方便，易于擴(kuò)展。目前，中、大型PLC多采用模塊式構(gòu)造形式，如西門子的S7-300和S7-400系列。3.1.5 PLC的特點(diǎn) 1可靠性高，抗干擾能力強(qiáng)

52、工業(yè)生產(chǎn)一般對(duì)控制設(shè)備的可靠性要求很高，并且要有很強(qiáng)的抗干擾能力。PLC能在惡劣的環(huán)境中可靠的工作，平均無(wú)故障時(shí)間到達(dá)數(shù)萬(wàn)小時(shí)以上，已被公認(rèn)為最可靠的工業(yè)控制設(shè)備之一。PLC本身具有較強(qiáng)的自診斷功能，保證硬件核心設(shè)備CPU、存儲(chǔ)器、I/O總線等在正常情況下執(zhí)行用戶程序，一旦出現(xiàn)故障則立即給出出錯(cuò)信號(hào)，停頓用戶程序的執(zhí)行，切斷所有輸出信號(hào)，等待修復(fù)。PLC的主要模塊均采用大規(guī)模和超大規(guī)模集成電路，I/O系統(tǒng)設(shè)計(jì)有完善的通道保護(hù)與信號(hào)調(diào)理電路。在構(gòu)造上對(duì)耐熱、防潮、防塵、抗震等都有準(zhǔn)確的考慮，在硬件上采用隔離，屏蔽、濾波、接地等抗干擾措施，在軟件上采用數(shù)字濾波等措施。與繼電器系統(tǒng)和通用計(jì)算機(jī)相比，

53、PLC更能適應(yīng)工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境要求。2硬件配套齊全，使用方便，適應(yīng)性強(qiáng)PLC是通過(guò)執(zhí)行程序?qū)崿F(xiàn)控制的。當(dāng)控制要求發(fā)生改變時(shí)，只要修改程序即可，最大限度地縮短了工藝更新所需要的時(shí)間。PLC的產(chǎn)品已標(biāo)準(zhǔn)化、系列化、模塊化，而且PLC及配套產(chǎn)品的模塊品種多，用戶可以靈活方便地進(jìn)展系統(tǒng)配置組合成各種不同規(guī)模、不同功能的控制系統(tǒng)。在PLC控制系統(tǒng)中，只需在PLC的端子上接入相應(yīng)的輸入/輸出信號(hào)線即可，不需要進(jìn)展大量且復(fù)雜的硬接線，并且PLC有較強(qiáng)的帶負(fù)載能力，可以直接驅(qū)動(dòng)一般的電磁閥和交流接觸器。3編程直觀、易學(xué)易會(huì)PLC提供了多種編程語(yǔ)言，其中梯形圖使用最普遍。PLC是面向用戶的設(shè)備，PLC的設(shè)計(jì)者充分考

54、慮到現(xiàn)場(chǎng)工程技術(shù)人員的技能和習(xí)慣，因此PLC程序的編制采用梯形圖的簡(jiǎn)單指令形式。梯形圖與繼電原理圖相似，這種編程語(yǔ)言形象直觀，易學(xué)易懂，不需要專門的計(jì)算機(jī)知識(shí)和語(yǔ)言，現(xiàn)場(chǎng)工程技術(shù)人員可在短時(shí)間學(xué)會(huì)使用。用戶在購(gòu)置PLC后，只需按說(shuō)明書(shū)的提示，做少量的接線和進(jìn)展簡(jiǎn)易的用戶程序編制工作，就可靈活方便地將PLC應(yīng)用于生產(chǎn)實(shí)踐。4系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、安裝、調(diào)試工作量小，維護(hù)方便PLC用軟件取代了繼電器控制系統(tǒng)量的中間繼電器、時(shí)間繼電器、計(jì)數(shù)器等器件，使控制柜的設(shè)計(jì)、安裝、接線工作量大為減少。同時(shí)PLC的用戶程序大局部可以在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)展模擬調(diào)試，模擬調(diào)試好后再將PLC控制系統(tǒng)安裝到生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)，進(jìn)展聯(lián)機(jī)調(diào)試，既平安，

55、又快捷方便。PLC的故障率很低，并且有完善的自診斷和顯示功能。當(dāng)發(fā)生故障時(shí)，可以根據(jù)PLC的狀態(tài)指示燈顯示或編程器提供的信息迅速查找到故障原因，排除故障。5體積小，能耗低由于PLC采用了半導(dǎo)體集成電路，其體積小，重量輕，構(gòu)造緊湊、功耗低、便于安裝，是機(jī)電一體化的理想控制器。對(duì)于復(fù)雜的控制系統(tǒng)，采用PLC后，一般可將開(kāi)關(guān)柜的體積縮小到原來(lái)的1/101/2。3.1.6 PLC的應(yīng)用 目前，PLC在國(guó)外已廣泛應(yīng)用于鋼鐵、石油、化工、電力、建材、機(jī)械制造、汽車、輕紡、交通運(yùn)輸、環(huán)保及文化娛樂(lè)等各個(gè)行業(yè)，隨著其性能價(jià)格比的不斷提高，應(yīng)用的圍還在不斷擴(kuò)大，PLC的應(yīng)用大致可歸納為以下幾類。1開(kāi)關(guān)量的邏輯控

56、制這是PLC最根本、最廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域。PLC的邏輯控制取代傳統(tǒng)的繼電系統(tǒng)控制電路，實(shí)現(xiàn)邏輯控制、順序控制，既可用于單機(jī)控制，也可用于多機(jī)群控及自動(dòng)化生產(chǎn)線的控制等。如機(jī)床電氣控制、裝配生產(chǎn)線、電梯控制、冶金系統(tǒng)的高爐上料系統(tǒng)以及各種生產(chǎn)線的控制。2運(yùn)動(dòng)控制PLC可以用于圓周運(yùn)動(dòng)或直線運(yùn)動(dòng)的控制。目前，大多數(shù)的PLC制造商都提供拖動(dòng)步進(jìn)電機(jī)或伺服電機(jī)的單軸或多軸位置控制模塊，這一功能可廣泛用于各種機(jī)械，如金屬切削機(jī)床、金屬成型機(jī)床、機(jī)器人、電梯等。3過(guò)程控制過(guò)程控制是指對(duì)溫度、壓力、流量、速度等連續(xù)變化的模擬量的閉環(huán)控制。PLC采用相應(yīng)的A/D和D/A轉(zhuǎn)換模塊及各種各樣的控制算法程序來(lái)處理模擬量，完成閉環(huán)控制。PID調(diào)節(jié)是一般閉環(huán)控制系統(tǒng)中用得較多的一種調(diào)節(jié)方法。過(guò)程控制在冶金、化