基于PLC的病床呼叫器控制系統(tǒng)設(shè)計(完整資料）(可以直接使用，可編輯優(yōu)秀版資料，歡迎下載）

基于PLC的病床呼叫器控制系統(tǒng)設(shè)計(完整資料）(可以直接使用，可編輯優(yōu)秀版資料，歡迎下載）基于ＰLC的病床呼叫控制系統(tǒng)設(shè)計與調(diào)試學(xué)院（系)：工程技術(shù)學(xué)院信息系專業(yè)班級：電氣自動化三班姓名：孫向明學(xué)號：140７23094指導(dǎo)教師：劉輝設(shè)計日期：201６.6。25題目七基于PLC的病床呼叫控制系統(tǒng)設(shè)計與調(diào)試一、控制要求：1．共有３個病房,每間病房４個床位.每一病床床頭均有緊急呼叫按鈕及重置按鈕,以利病人不適時緊急呼叫。2．設(shè)每一層樓有一護士站,每一護士站均有該層樓病人緊急呼叫與處理完畢的重置按鈕。3．每一病床床頭均有一緊急指示燈，一旦病人按下緊急呼叫按鈕且未在5s內(nèi)按下重置按鈕時，該病床床頭緊急指示燈動作且病房門口緊急指示燈閃爍,同時同樓層的護士站顯示病房緊急呼叫并閃爍指示燈。4．在護士站的病房緊急呼叫中心，每一病房都有編號，用指示燈顯示哪一病房先按下病人緊急呼叫按鈕,并要具有優(yōu)先級判別的能力。5．一旦護士看見護士站緊急呼叫閃爍燈后，須先按下護士處理按鈕以取消閃爍情況，再依病房緊急呼叫順序處理病房緊急事故,若事故處理妥當后,病房緊急閃爍指示燈和病床上的緊急指示燈方町被重置。二、設(shè)計要求:１、根據(jù)控制要求，明確輸入/輸出信號;2、畫出各輸入和輸出信號的工作時序圖;３、畫出梯形圖;4、上機運行，檢查程序是否符合控制要求，進一步修改程序。目錄ＴO(shè)C\o”1－2”\h\ｚ\uHYPERＬINＫ\l_Tｏc2１５０9第一章緒論PAＧERＥF＿Toｃ2１5０９1HYPＥRLＩＮK\l_Toc11７151。1病床呼叫系統(tǒng)的概念PAＧERＥF_Toｃ117151HYPERＬIＮK\l_Tｏｃ11２031.2呼叫系統(tǒng)的存在價值PAＧEREF_Ｔoc１12０311.3呼叫系統(tǒng)的現(xiàn)狀PAGEREF＿Toc11３3711．４病床緊急呼叫系統(tǒng)的特點1第二章設(shè)計任務(wù)及要求PAGＥＲＥF_Toc１681322。1設(shè)計任務(wù)PＡＧＥREF＿Toc648３２2.2設(shè)計要求PAＧERＥF_Ｔoｃ75１22。3PLC的選型PＡGEREF_Ｔoc２９4122HYPEＲLIＮK\l_Toc２491９2.４警報燈的選擇PAＧEREＦ_Toｃ24９193ＨYPERLINＫ\l_Ｔoc1９700第三章系統(tǒng)總體方案設(shè)計PAGEREF_Toｃ1970043。１PLC簡介及工作原理PAGEREF＿Toc２033643。２設(shè)計方案說明PＡGＥRＥF_Toｃ３109583.3病床呼叫系統(tǒng)的組成及工作方式PAGEＲEF＿Toｃ88６３8HYPERＬINK\l_Tｏｃ15963３．4I／O分配表ＰＡＧEＲEF_Toc15963９3．5系統(tǒng)接線圖設(shè)計PAGEREF_Ｔoc１605810第四章控制系統(tǒng)的設(shè)計PAGEREＦ_Toｃ14165１１4。１控制程序流程圖設(shè)計PAＧＥRＥF_Toｃ1７162１14.2病床呼叫系統(tǒng)時序圖PＡＧEREＦ＿Toc2234８１1ＨＹPEＲLＩＮK\l_Toｃ2779８4.3程序設(shè)計(如圖)PAGEＲEF_Toｃ277９８13４.4創(chuàng)新設(shè)計內(nèi)容PＡGＥRＥF＿Toc35781９第五章程序調(diào)試和仿真PAＧERＥF＿Toc163１0205．１調(diào)試ＰAGERＥＦ_Toc３１67420ＨYPEＲＬINK\l_Tｏｃ23３495．２仿真PAGEREF_Toｃ2334920第六章心得與體會PAGＥRＥF_Toc１14202３參考文獻PAGEＲEF＿Toc1０６4０24第一章緒論1.１病床呼叫系統(tǒng)的概念病房呼叫系統(tǒng)，簡稱呼叫儀或請護儀，它的作用是將病人的求助請求迅速而準確地通知醫(yī)護人員，以便及時進行處治.它的使用既可方便病人，又可減少醫(yī)護人員的巡查次數(shù)，減輕其勞動強度，因而在臨床上得到普遍的應(yīng)用。１.２呼叫系統(tǒng)的存在價值患者在住院期間,可能會在任意時間請求醫(yī)生或護士進行診斷或護理。臨床求助呼叫是傳送臨床信息的重要手段,病床呼叫系統(tǒng)是患者向值班醫(yī)生或護士發(fā)出緊急呼叫的工具，要將患者的請求快速傳送給值班醫(yī)生或護士，并在護士站的監(jiān)控中心留下準確完整的記錄,是提高醫(yī)院和病室護理水平的必備設(shè)備之一。病床呼叫系統(tǒng)要求及時、準確、可靠，簡便可行,利于推廣，其性能的優(yōu)劣直接關(guān)系到病員的安危，因此歷來受到各大醫(yī)院的普遍重視.1.3呼叫系統(tǒng)的現(xiàn)狀目前,醫(yī)院病床呼叫裝置大多由單片機及低壓電力線等傳輸媒質(zhì)所構(gòu)成，采用數(shù)字電路。一般都具有聲光報警功能,醫(yī)護人員能夠及時了解病人的請求。病床呼叫系統(tǒng)的主機一般都設(shè)置在護士值班室，主機通過導(dǎo)線與各病房病床的終端呼叫器(一般為機械開關(guān))相連，因此病房和值班室之間需要大量的連線，布線施工麻煩、成本也高。1。4病床緊急呼叫系統(tǒng)的特點醫(yī)院病房中使用的呼叫裝置有無線式和有線式兩種形式。其中,有線式一般是采用單片機作為核心控制部件。本研究提出的呼叫系統(tǒng)也屬于有線式，但是核心部件為ＰＬC，該系統(tǒng)主要解決了目前呼叫系統(tǒng)中存在的以下問題：（1）無線式呼叫系統(tǒng)由于需要“發(fā)射”和“接收”兩個系統(tǒng)，存在傳輸距離、可靠性、設(shè)備體積與價格、占用無線頻道資源以及發(fā)射的電磁波可能會影響醫(yī)療設(shè)備的正常使用等問題。因此，目前醫(yī)院中很少采用。(2)單片機構(gòu)成的呼叫系統(tǒng)如果采用低壓電力線作為傳輸媒質(zhì)，必須解決信息衰減、電平轉(zhuǎn)換、信息耦合、濾波等問題，使得外圍接口電路非常復(fù)雜.在軟件設(shè)計上還要確定單片機與外設(shè)之間的通信方式，以保證在任意時刻只要有呼叫源發(fā)出請求系統(tǒng)立刻響應(yīng).軟件設(shè)計和硬件設(shè)計的繁瑣,給開發(fā)和維護帶來了極大不便。近年來,PLC的功能不斷趨向于計算機化,價格不斷下降，體積不斷縮小。特殊的I/O接口可以使呼叫按鈕直接與PLC輸入相接,輸出可以直接帶報警器顯示裝置等。與計算機聯(lián)網(wǎng)通信十分方便。獨具特色的編程方式，非常易于普及。PLC的應(yīng)用已不再局限于工業(yè)控制領(lǐng)域，在其他控制領(lǐng)域也獲得廣泛應(yīng)用。第二章設(shè)計任務(wù)及要求2。1設(shè)計任務(wù)本課程設(shè)計主要用于醫(yī)院病務(wù)區(qū)的病人有緊急或自己不方便的事件時呼叫護士站尋求幫助，護士根據(jù)站內(nèi)指示燈及響鈴獲取求助信息的來源，并能及時的給其提供幫助。護士在站內(nèi)發(fā)現(xiàn)信號時及時將站內(nèi)燈及響鈴復(fù)位，在處理完后再在病床前的開關(guān)將病床及病學(xué)生根據(jù)控制要求,明確設(shè)計任務(wù)，擬定設(shè)計方案與進度計劃,運用所學(xué)的理論知識,進行病床呼叫系統(tǒng)運行原理設(shè)計、硬件系統(tǒng)設(shè)計、軟件系統(tǒng)設(shè)計、創(chuàng)新設(shè)計,提高理論知識工程應(yīng)用能力、系統(tǒng)調(diào)試能力、分析問題與解決問題的能力。主要內(nèi)容包括：（1)設(shè)計出硬件系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖、接線圖、時序圖等;(2)運用功能指令進行PLC控制程序設(shè)計;(3）程序結(jié)構(gòu)與控制功能自行創(chuàng)新設(shè)計；(４)進行系統(tǒng)調(diào)試，實現(xiàn)病床呼叫系統(tǒng)的控制要求。房的燈及鈴復(fù)位.2.２設(shè)計要求（1）共有3個病房,每間病房4個床位。每一病床床頭均有緊急呼叫按鈕及重置按鈕，以利病人不適時緊急呼叫.（2）設(shè)每一層樓有一護士站，每一護士站均有該層樓病人緊急呼叫與處理完畢的重置按鈕。（３)每一病床床頭均有一緊急指示燈，一旦病人按下緊急呼叫按鈕且未在5s內(nèi)按下重置按鈕時，該病床床頭緊急指示燈動作且病房門口緊急指示燈閃爍，同時同樓層的護士站顯示病房緊急呼叫并閃爍指示燈。(4)在護士站的病房緊急呼叫中心，每一病房都有編號，用指示燈顯示哪一病房先按下病人緊急呼叫按鈕，并要具有優(yōu)先級判別的能力。（５)一旦護士看見護士站緊急呼叫閃爍燈后,須先按下護士處理按鈕以取消閃爍情況，再依病房緊急呼叫順序處理病房緊急事故。2．3PLC的選型P根據(jù)設(shè)計要求可以得知,PLC的輸入信號有：一號病房呼叫信號1～4床位4個，一號病房復(fù)位信號1~４床4個,二號病房呼叫信號1～4床位4個,二號病房復(fù)位信號1～４床4個,三號病房呼叫信號1~4床位4個，三號病房復(fù)位信號1～４床4個,護士站1～３號病房復(fù)位信號3個,病床呼叫系統(tǒng)輸入信號總共有27個；輸出信號有：一號病房1～4號床位顯示4個，二號病房１~４號床位顯示4個,三號病房1～4號床位顯示4個,護士站1～3呼叫顯示6個,輸出信號總共有20個.根據(jù)I/Ｏ信號數(shù)量、類型以及控制要求,所以選擇ＦX2N—64MR型ＰＬC,輸入單元為64點。2．4警報燈的選擇警報燈的選擇分為兩部分，一部分為病房警報燈的選擇,另一部分為護士站警報的選擇。病房警報燈的選擇:考慮到病房警報燈的亮度對病人休息的影響,所以病房警報燈的選擇其功率不宜過大，因選擇亮度較小功率小的LＥＤ燈，所以發(fā)光二極管選擇型號為：IＮ4０07SOT-２3.發(fā)光二極管的壓降為1。７~2．5V，工作電流為1０~20mA,其使用的工作電源為PＬC自帶的24V電源,要發(fā)光二極管正常工作得串聯(lián)一個電阻,根據(jù)工作電流（以10mA計算)與工作電壓２４V可計算串聯(lián)的電阻大小為2。４KΩ。護士站警報的選擇：因護士站警報燈的選擇是要提醒護士有病人呼叫,所以應(yīng)選擇亮度功率較大的警報燈,所以其工作電壓使用ＰLC自帶的220V電源，警報燈的選擇為：AD3８－22B-R／０8,其光源為紅色LED光,工作電壓為AC，DＣ２２0V（交直流雙用），工作電流為１8mA,以防值班護士沒注意警報燈的提示，另設(shè)一鈴聲警示，便于警報燈與警報鈴的同步，電鈴工作電壓為220Ｖ的PLＣ的自帶電源。病床呼叫系統(tǒng)的總體線路設(shè)計圖見PLＣ接線圖。第三章系統(tǒng)總體方案設(shè)計3。1PLＣ簡介及工作原理3。１。1PLC的概述可編程序控制器（PLC）是一種數(shù)字運算操作的電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境應(yīng)用而設(shè)計的。它采用一類可編程的存儲器，用于其內(nèi)部存儲程序、執(zhí)行邏輯運算、順序控制、定時、計數(shù)與算術(shù)操作等面向用戶的指令,并通過數(shù)字和模擬式輸入/輸出控制各種類型的機械或生產(chǎn)過程可編程序控制器及其有關(guān)外部設(shè)備,都按易于與工業(yè)控制系統(tǒng)聯(lián)成一個整體、易于擴充其功能的原則設(shè)計。3。1.２PＬC的組成PLC主要由CPU模塊、輸入模塊、輸出模塊、電源和編程器（或編程軟件）組成，如圖3.1所示。圖3。1ＰLＣ控制系統(tǒng)的示意圖1、中央處理單元（CPU)CPU作為整個PLC的核心，起著總指揮的作用。CPU一般由控制電路、運算器和寄存器組成。這些電路通常都被封裝在一個集成電路的芯片上。CPU通過地址總線、數(shù)據(jù)總線、控制總線與存儲單元、輸入輸出接口電路連接。CPＵ的功能有以下一些:從存儲器中讀取指令,執(zhí)行指令，取下一條指令，處理中斷。2、輸入輸出模塊(I/Ｏ模塊）I/O模塊實際上是PLC與被控對象間傳遞輸入輸出信號的接口部件。Ｉ／O模塊有良好的電隔離和濾波作用。接到PLC輸入接口的輸入器件是各種開關(guān)、按鈕、傳感器等。PLＣ的各輸出控制器件往往是電磁閥、接觸器、繼電器，而繼電器有交流和直流型,高電壓型和低電壓型，電壓型和電流型.３、編程器編程器用來生成用戶程序,并用它進行編輯、檢查、修改和監(jiān)視用戶程序的執(zhí)行情況。手持式編程器不能直接輸入和編輯梯形圖,只能輸入和編輯指令表程序，因此又叫做指令編程器。它的體積小,價格便宜,一般用來給小型PLC編程，或者用于現(xiàn)場調(diào)試和維護.使用編程軟件可以在計算機的屏幕上直接生成和編輯梯形圖、指令表、功能塊圖和順序功能圖程序,并可以實現(xiàn)不同編程語言的相互轉(zhuǎn)換。程序被編譯后下載到PLC，也可以將ＰLC中的程序上傳到計算機。程序可以存盤或打印，通過網(wǎng)絡(luò)，還可以實現(xiàn)遠程編程和傳送.4、電源ＰLC一般使用２20V交流電源或24V直流電源。內(nèi)部的開關(guān)電源為各模塊提供ＤC5Ｖ,±12Ｖ,±２4Ｖ等直流點與昂.小型PLC一般都可以為輸入電路和外部的電子傳感器(如接近開關(guān))提供２4V直流電源，驅(qū)動PLC負載的直流電源一般由用戶提供。5、編程器編程器是PＬC的最重要外圍設(shè)備。利用編程器將用戶程序送入PLＣ的存儲器，還可以用編程器檢查程序，修改程序,監(jiān)視ＰLC的工作狀態(tài)。除此以外,在個人計算機上添加適當?shù)挠布涌诤蛙浖?，即可用個人計算機對PLC編程.利用微機作為編程器，可以直接編制并顯示梯形圖。3.1。３PLC的工作方式PＬC雖然以微處理器為核心，具有微型計算機的許多特點，但它的工作方式卻與微型計算機有很大的不同,微型計算機一般采用等待命令或中斷的工作方式,如常見的鍵盤掃描方式或Ｉ/O掃描方式，當有鍵按下或I/O動作,則轉(zhuǎn)入相應(yīng)的子程序或中斷服務(wù)程序,無鍵按下,則繼續(xù)掃描等待.PLＣ采用循環(huán)掃描的工作方式,即順序掃描,不斷循環(huán)這種工作方式是在系統(tǒng)軟件控制下進行的。當PLC運行時，CPU根據(jù)用戶按控制要求編寫好并存于用戶存儲器中的程序,按序號作周期性的程序循環(huán)掃描,程序從第一條指令開始，逐條順序執(zhí)行用戶的程序直到程序結(jié)束.然后重新返回第一條指令,再開始下一次掃描；如此周而復(fù)始.實際上，PLC掃描工作除了執(zhí)行用戶程序外，還要完成其他工作，整個工作過程分為自診斷、通訊服務(wù)、輸入處理、輸出處理、程序執(zhí)行五個階段。如圖3.2所示。圖3。２PLC循環(huán)掃描示意圖１、自診斷每次掃描用戶程序之前，都先執(zhí)行故障自診斷程序。自診斷內(nèi)容包括Ｉ/Ｏ部分、存儲器、ＣPU等,并通過CPU設(shè)置定時器來監(jiān)視每次掃描是否超過規(guī)定的時間,如果發(fā)現(xiàn)異常，則停機并顯示出錯.若自診斷正常，則繼續(xù)向下掃描.2、通訊服務(wù)ＰLC檢查是否有與編程器、計算機等的通訊要求，若有則進行相應(yīng)處理。3、輸入處理PLC在輸入刷新階段，首先以掃描方式按順序從輸入縮存器中寫入所有輸入端子的狀態(tài)或數(shù)據(jù),并將其存入內(nèi)存中為其專門開辟的暫存區(qū)——輸入狀態(tài)映像區(qū)中,這一過程稱為輸入采樣,或是如刷新，隨后關(guān)閉輸入端口,進入程序執(zhí)行階段，即使輸入端有變化,輸入映像區(qū)的內(nèi)容也不會改變。變化的輸入信號的狀態(tài)只能在下一個掃描周期的輸入刷新階段被讀入。4、輸出處理同輸入狀態(tài)映像區(qū)一樣，PLC內(nèi)存中也有一塊專門的區(qū)域稱為輸出狀態(tài)映像區(qū).當程序的所有指令執(zhí)行完畢,輸出狀態(tài)映像區(qū)中所有輸出繼電器的狀態(tài)就在CPU的控制下被一次集中送至輸出鎖存器中,并通過一定的輸出方式輸出，推動外部的相應(yīng)執(zhí)行器件工作,這就是PLC輸出刷新階段.5、程序執(zhí)行ＰＬＣ在程序執(zhí)行階段,按用戶程序順序掃描執(zhí)行每條指令。從輸入狀態(tài)映像區(qū)讀出輸入信號的狀態(tài)，經(jīng)過相應(yīng)的運算處理等，將結(jié)果寫入輸出狀態(tài)映像區(qū).通常將自診斷和通訊服務(wù)合稱為監(jiān)視服務(wù)。輸入刷新和輸出刷新稱為Ｉ/O刷新。可以看出，PＬＣ在一個掃描周期內(nèi)，對輸入狀態(tài)的掃描只是在輸入采樣階段進行,對輸出賦的值也只有在輸出刷新階段才能被送出，而在程序執(zhí)行階段輸入、輸出會被封鎖。這種方式稱作集中采樣、集中輸出.3。1．４ＰＬC的應(yīng)用領(lǐng)域目前，PLC在國內(nèi)外已廣泛應(yīng)用于鋼鐵、石油、化工、電力、建材、機械制造、汽車、輕紡、交通運輸、環(huán)保及文化娛樂等各個行業(yè),使用情況主要分為如下幾類:1、開關(guān)量邏輯控制取代傳統(tǒng)的繼電器電路,實現(xiàn)邏輯控制、順序控制，既可用于單臺設(shè)備的控制，也可用于多機群控及自動化流水線。如注塑機、印刷機、訂書機械、組合機床、磨床、包裝生產(chǎn)線、電鍍流水線等。2、工業(yè)過程控制在工業(yè)生產(chǎn)過程當中,存在一些如溫度、壓力、流量、液位和速度等連續(xù)變化的量（即模擬量),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。過程控制在冶金、化工、熱處理、鍋爐控制等場合有非常廣泛的應(yīng)用。3、運動控制ＰLＣ可以用于圓周運動或直線運動的控制.一般使用專用的運動控制模塊，如可驅(qū)動步進電機或伺服電機的單軸或多軸位置控制模塊，廣泛用于各種機械、機床、機器人、電梯等場合.４、數(shù)據(jù)處理PＬC具有數(shù)學(xué)運算（含矩陣運算、函數(shù)運算、邏輯運算）、數(shù)據(jù)傳送、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、排序、查表、位操作等功能,可以完成數(shù)據(jù)的采集、分析及處理.數(shù)據(jù)處理一般用于如造紙、冶金、食品工業(yè)中的一些大型控制系統(tǒng)。5、通信及聯(lián)網(wǎng)PLC通信含PLC間的通信及PLC與其它智能設(shè)備間的通信。隨著工廠自動化網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展，現(xiàn)在的ＰLC都具有通信接口,通信非常方便.3．２設(shè)計方案說明（1）設(shè)計原則①最大限度的滿足機械電氣設(shè)備或生產(chǎn)過程的控制要求；②在滿足控制要求的情況下，力求使控制系統(tǒng)簡單、經(jīng)濟；③保證控制系統(tǒng)的安全可靠；④考慮到實際情況和工藝的改進，在選擇ＰLC容量時，應(yīng)當留有余地.(2)設(shè)計內(nèi)容①擬定控制系統(tǒng)設(shè)計的技術(shù)要求;②選擇電氣傳動形式等執(zhí)行元件;③選定ＰLＣ型號；④編制PLＣ的輸入/輸出端子接線圖；⑤根據(jù)系統(tǒng)設(shè)計的要求編寫軟件規(guī)格說明書,然后在用相應(yīng)的編程語言進行程序設(shè)計。（3）設(shè)計步驟①深入了解和分析被控制對象的工藝條件及控制要求;②選擇適合的的ＰＬC類型;③分配I/Ｏ點；④設(shè)計控制系統(tǒng)梯形圖；⑤輸入并調(diào)試程序.3.3病床呼叫系統(tǒng)的組成及工作方式共有３個病房，每間病房4個床位。每一病床床頭均有緊急呼叫按鈕及重置按鈕，以利病人不適時緊急呼叫。設(shè)每一層樓有一護士站,每一護士站均有該層樓病人緊急呼叫與處理完畢的重置按鈕。每一病床床頭均有一緊急指示燈，一旦病人按下緊急呼叫按鈕且未在５s內(nèi)按下重置按鈕時，該病床床頭緊急指示燈動作且病房門口緊急指示燈閃爍，同時同樓層的護士站顯示病房緊急呼叫并閃爍指示燈。在護士站的病房緊急呼叫中心,每一病房都有編號，用指示燈顯示哪一病房先按下病人緊急呼叫按鈕,并要具有優(yōu)先級判別的能力。一旦護士看見護士站緊急呼叫閃爍燈后,須先按下護士處理按鈕以取消閃爍情況,再依病房緊急呼叫順序處理病房緊急事故,若事故處理妥當后，病房緊急閃爍指示燈和病床上的緊急指示燈被重置。出現(xiàn)相應(yīng)的聲、光報警指示，以便提示醫(yī)護人員盡快趕到現(xiàn)場。3。4I/Ｏ分配表表３．1分配表輸入：名稱１房１－4床緊急按鈕輸入變量K0-K３PLＣ對應(yīng)輸入X000０-X00０３2房1－4床緊急按鈕Ｋ４-Ｋ7Ｘ０00４-X00０７3房1—4床緊急按鈕Ｋ８-K11X001０－X00131房1-4床重置按鈕K12－K1５X0０1４-Ｘ001７2房1-4床重置按鈕K16—K19X００2０-X0023３房1-4床重置按鈕K20—K２3X０024－X０0２７護士站1房1-4床取消緊急呼叫及閃燈按鈕Ｋ24X0０30護士站２房1-4床取消緊急呼叫及閃燈按鈕K25X003１護士站３房1—4床取消緊急呼叫及閃燈按鈕Ｋ26X003２輸出:名稱護士站顯示１房閃燈輸出變量ＬＤ0PLC對應(yīng)輸出Y0００1護士站顯示2房閃燈LD1Ｙ0002護士站顯示3房閃燈LD2Y0003護士站顯示1房響鈴P1Y0004護士站顯示2房響鈴P2Y0005護士站顯示3房響鈴P３Y0０06１房１—４床燈亮LD3-LD６Y0010－Ｙ0013２房１-4床燈亮ＬD7—ＬＤ10Y0014—Y00１73房１—４床燈亮LA11-LＤ4Ｙ00２0—Ｙ00２３1房燈閃ＬD１5Y0024２房燈閃LD16Y00253房燈閃LD17Ｙ002６3。５系統(tǒng)接線圖設(shè)計3．３系統(tǒng)接線圖設(shè)計第四章控制系統(tǒng)的設(shè)計４。1控制程序流程圖設(shè)計圖4。1控制程序流程圖設(shè)計4。2病床呼叫系統(tǒng)時序圖以1床病人為例:病人５秒中未按下重置按鈕:5秒鐘內(nèi)按下重置按鈕圖４.2病床呼叫系統(tǒng)時序圖4。3程序設(shè)計（如圖）以病房為例:當1~４號床按下呼叫按鈕時，護士房中的一號房指示燈亮起，相應(yīng)的計時器(T0～T3）記時，計時5秒內(nèi)按下相應(yīng)重啟按鈕(X14～Ｘ１７）計時停止，計時5秒相應(yīng)床位燈與病房門口指示燈亮起。護士按下重啟按鈕，護士房指示燈熄滅同時計時器T30計時開始，計時20秒后斷開床位與病房門口的指示燈，系統(tǒng)恢復(fù)原始狀態(tài).圖4.３程序設(shè)計圖｀４．4總體PＬC控制程序圖４。4總體PLC控制程序4．4創(chuàng)新設(shè)計內(nèi)容本設(shè)計加入了以下兩項創(chuàng)新內(nèi)容：此設(shè)計中在護士房中加入了三個電鈴，在病人按下緊急呼叫按鈕時,護士房中的對應(yīng)三個病房的相應(yīng)電鈴會響起，提示值班護士有人按下緊急呼叫按鈕，從而防止值班護士未注意亮燈情況而引發(fā)的意外事故。此設(shè)計中還加入了延時熄滅病房門口的指示燈的延時設(shè)計,當病人按下緊急呼叫按鈕后,5秒內(nèi)沒按下重置按鈕時，該病房門口的指示燈亮起,護士房中的護士按下該病房的重置按鈕后，該病房門口的指示燈不會立即熄滅,它會延時２0秒后再熄滅,在此期間該指示燈可以為到來的護士及醫(yī)生指示按下緊急呼叫按鈕的病人所在的病房。第五章程序調(diào)試和仿真５.1調(diào)試先將程序輸入試驗機,再用模擬信號調(diào)試，調(diào)試成功后再投入使用，再模擬調(diào)試時，我們最常用的是輸入短接法調(diào)試。用輸入短接法調(diào)試程序用一根導(dǎo)線將電"+”和PLＣ輸入端的COM端短接;另用一根導(dǎo)線的一端接電源“—",另一端做活動端。將一根活動端與00０00短接，觀察到所對應(yīng)的HL燈亮，然后將活動端與0000１接通。5。2仿真程序測試是檢驗所設(shè)計的程序是否達到了設(shè)計的要求.測試結(jié)果:以1號病房1號床為例說明當1號床病人按下呼叫按鍵5S內(nèi)沒有按下１號房1號床的復(fù)位按鍵時，按下呼叫按鍵時，護士站中的1號病房所對應(yīng)的燈亮起同時所對應(yīng)的電鈴響起，提示護士病人呼叫,5S后1號病房1號床的床頭燈亮起，同時1號病房房門燈亮起，提示護士與醫(yī)生呼叫病人所在的位置。當護士在護士站按下相應(yīng)的復(fù)位按鈕時，護士站亮起的燈與響起的鈴聲關(guān)閉,同時1號病房1號床的床頭燈熄滅，提示病人護士已接收到呼叫，此時1號病房房門燈繼續(xù)亮20Ｓ，以便為護士與醫(yī)生指明呼叫病房，20S后此燈自動熄滅，程序結(jié)束。當1號床病人按下呼叫按鍵5S內(nèi)按下１號房1號床的復(fù)位按鍵時，按下呼叫按鍵時，護士站中的１號病房所對應(yīng)的燈亮起同時所對應(yīng)的電鈴響起，提示護士病人呼叫，在5Ｓ內(nèi)病人按下復(fù)位按鍵時,護士站亮起的燈與響起的鈴聲關(guān)閉，提示護士此次呼叫屬于誤按。在這種情況下,1號病房1號床的床頭燈與1號病房房門燈均都不亮，程序結(jié)束.其他病床與其他病房的病床同1號病房1號床情況相同。仿真圖如下:當1號病房1號床呼叫時程序響應(yīng)如圖所示：圖5。1呼叫程序響應(yīng)圖當１號病房1號床病人呼叫完后,護士按下復(fù)位按鍵時程序響應(yīng)如圖所示：圖5。2病床呼叫后按下復(fù)位響應(yīng)圖第六章心得與體會通過本次醫(yī)院病床系統(tǒng)的畢業(yè)設(shè)計,我熟悉了PLC的基本編程方法，對PLC的工作原理和使用方法也有了更深刻的理解。在對理論的運用中,提高了我們的工程素質(zhì),提高了我的理論知識，工程應(yīng)用能力、系統(tǒng)調(diào)試能力、分析問題與解決問題的能力。通過在網(wǎng)上查找資料以及到圖書館學(xué)習(xí)，也使我更好的理解和認識了關(guān)于PLC設(shè)計原理和實際中的應(yīng)用過程.在沒有做實踐設(shè)計以前，我們對知道的撐握都是思想上的，對一些細節(jié)不加重視，當我們把自己想出來的程序與到PLC中的時候，問題出現(xiàn)了，不是不能運行,就是運行的結(jié)果和要求的結(jié)果不相符合.能過解決一個個在調(diào)試中出現(xiàn)的問題，我們對PＬC的理解得到加強,看到了實踐與理論的差距。從動手調(diào)試的過程中,增加了我們對這項技術(shù)的了解，使我們體會到了只有好好學(xué)習(xí)，才能解決問題，才能讓我們更能站在工作崗位上。作為學(xué)生面對的無非是同學(xué)、老師、家長,而工作后就要面對更為復(fù)雜的關(guān)系。無論是和領(lǐng)導(dǎo)、同事還是客戶接觸，都要做到妥善處理,要多溝通，并要設(shè)身處地從對方角度換位思考，而不是只是考慮自己的事。同時我也懂得了理論和實際相結(jié)合是很重要的，只有理論知識是遠遠不夠的，只有把所學(xué)的理論知識與實踐相結(jié)合起來，從理論中得出結(jié)論,才能真正的學(xué)到知識，從而提高自己的實際動手能力和獨立思考的能力.在本次畢業(yè)設(shè)計中,培養(yǎng)了我們實際動手能力和解決問題的能力,這使我們更深層次的接觸到了我們以后的工作方向,而且這次實習(xí)更接近于我們以后的工作內(nèi)容，所以這些都為我們以后的學(xué)習(xí)和工作打下了堅實的基礎(chǔ).參考文獻[1］齊占慶等。電氣控制技術(shù)［M]。機械工業(yè)出版社，２0０2．[2]余雷聲等．電氣控制與ＰＬC應(yīng)用［M]．機械工業(yè)出版社，2001.[3］李偉。現(xiàn)代電氣控制及PLC應(yīng)用技術(shù)［M]．北京航空航天大學(xué)出版社,200５．[4］石玉潔．PLC應(yīng)用開發(fā)技術(shù)與工程實踐［Ｄ］。人民郵電出版社，200３.［５］高鐘毓．機電控制工程[M]。清華大學(xué)出版社,２002.[６]《電工電子選訓(xùn)教程》董儒胥主編上海交通大學(xué)出版社２006［7]《可編程控制器教程（基礎(chǔ)篇）（實訓(xùn)篇）》胡學(xué)林主編電子工業(yè)出版社2００５[13]《可編程序控制器原理及應(yīng)用》趙金榮葉真編上海應(yīng)用技術(shù)學(xué)院200３[14]《可編程序控制器應(yīng)用指南》易傳祿主編上?？破粘霭嫔纾郏?］《可編程序控制器教程》王兆義主編機械工業(yè)出版社［16］《工廠電氣控制技術(shù)》方承遠主編機械工業(yè)出版社[１7］《可編程序控制器原理及應(yīng)用》鐘肇彭侃編華南理工大學(xué)出版社2001[１8]《現(xiàn)代電氣及可編程技術(shù)》王永華主編北京航空航天大學(xué)出版社［19]李建興可編程控制器應(yīng)用技術(shù)［M］,機械工程出版社,20０4［２0］張愛玲。李嵐。梅麗鳳電托與控制［M]機械工業(yè)出版社,２003山東科技大學(xué)泰山科技學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計論文題目：基于PLＣ的溫室大棚控制系統(tǒng)設(shè)計系部名稱：機電工程系班級名稱：電氣工程及其自動化學(xué)生姓名:學(xué)號:指導(dǎo)老師:完成日期：2０16年６月6日

摘要溫室大棚是用來栽培農(nóng)作物的設(shè)施，它能改變農(nóng)作物的生長環(huán)境,使其能夠外界的四季變化和惡劣氣候，為農(nóng)作物的生長創(chuàng)造適宜的條件.溫室大棚作為高效農(nóng)業(yè)的重要組成部分,已經(jīng)成為我們研究的方向。如何利用科學(xué)技術(shù)控制溫室內(nèi)的各種環(huán)境因子，已成為我國溫室大棚行業(yè)研究的重要課題之一。本論文主要介紹了基于PLC控制的溫室大棚系統(tǒng)設(shè)計方案，該研究中將采用溫度傳感器、CO２濃度傳感器、光照傳感器對溫室大棚中各項指標進行檢測,將測量值送入PＬC中,在ＰLC中將其與設(shè)定值進行比較，再發(fā)出相應(yīng)的指令驅(qū)動外圍設(shè)備來調(diào)控溫室大棚內(nèi)的環(huán)境參數(shù)，從而實現(xiàn)了溫室大棚的自動化、智能化控制。在此基礎(chǔ)上，實現(xiàn)監(jiān)測、數(shù)據(jù)記錄、數(shù)據(jù)輸出顯示等功能，實現(xiàn)了控制系統(tǒng)優(yōu)良的人機界面，為溫室大棚的研究提供新的方向。關(guān)鍵詞:溫室大棚;可編程控制器(PLC）;傳感器;控制；AＢSTRACTGreｅｎhousｅsareuｓedforgrowingplantsinarangeoｆｆaｃiliｔies,ｉtcａｎｃｈａngeｔhecrｏpgｒowingeｎｖｉroｎment,enablinｇittotheｏｕtｓｉｄeofｆｏurseasonsａndhａrshcｌimate，cｒeａt(yī)ingsｕitablecｏndiｔiｏnsforcropｇｒｏwｔh.Ｇreeｎhouseｓaｓiｍpoｒｔantcomｐonentofagricuｌture，haｓbecomｅouｒresｅａrｃhdｉrectionｓ.Hoｗtousescienｃeaｎdｔechnologytｏcontrolｅnｖiroｎmentalfａｃtoｒｓwithｉnｔhegreｅnhｏuse，ｇｒeeｎhｏuseindustrｙｈaｓbecomeaｎiｍpoｒtantｓｕbjectofstudy.Deｓｃrｉbedintｈｉsｐaper，basedｏnＳiemensS7—2０0ｓerieｓPＬCcontrｏｌsysｔeｍdesignofｇreｅｎｈouｓeＴｈｅreｓearchwillｂeusｅdtemｐｅrａt(yī)urｅseｎsoｒ，aｎｄCO2concentrａt(yī)iｏnsensｏr,ａnｄlightsｅnsorongｒｅｅnhousebｉgｓhedｉnthetheindexforｄｅtecｔｉoｎ,ｗillmeaｓuremｅnｔvalueｉntoＰLCiｎthe,iｎＰLCｗillｂeiｔｓaｎdｓetvａluefｏrcoｍｐａred，aｇainissｕedcoｒresｐｏndinｇofinstructｉｏnｄriｖepｅripｈeralｅquipmenｔtoＲegｕlatｉongreenhoｕsebigshedｗitｈｉｎofｅｎvirｏnmentｐａｒameteｒ,toachiｅｖedｈasｇreｅnｈousebigshedofaｕtｏmatｉｏn，ａnｄiｎtelliｇeｎtoｆconｔrol。Ｏｎthiｓbasiｓ，usingcｏnfigurationｓofｔwarｅconｆiｇurａt(yī)iondesignｏｆcｏnｔrolsyｓtｅms,ｍｏnitoring，dataloｇging，dataoｕtｐｕtfｕncｔion，ａchievｉｎｇeｘｃelｌentconｔroｌsysteｍｈuｍan－machineiｎｔeｒfａce，ｆoｒgｒeｅnhousｅｒｅseａrｃhtoｐｒovidenewdirectｉon.Keywordｓ：gｒｅeｎhouse;progrａｍmabｌelｏgiccontrollｅｒs(PLC);ｓｅnsor;ｃontrol；appliｃａt(yī)ｉon．目錄摘要。。。。．．。.。。。.。。.。．。。．．.．．．．...。．.。...。．..。．..．..．。．．．。．。.。．．。。..。.．．。。..．．．．．。．.。.。...。。．。．.。.。..．...．。。．.。。．ⅠABＳTRACＴ..。。。。..。．.．.．.。.．。..．。．.．.。．。．．。．．．。．.．。.．．．.。。.．。..．.．.．。。。．．。．.．。．。．。.。．．...。.．．。．.。。。...。。．。。．.。。。Ⅱ目錄．.。.。。．．。。．...．．。...。。.。..。.．．。.。。。。．。。..。.。.。．．。．...。。..。．.．。。．。..。。．.．。.。...．.。.．.。.。.。。。．．．.．.。。。.．。。。。。.．.。。．.。.Ⅲ1緒論.。.．..。。.。。。.。。.．。。。。。.。．.．．。．。．。.．..。．。。。．。。．.。．。..．。。．.。。。.．。..。.。．。.。。.。．．．。。..。．...。..。.．.。．。.．。．.．．。11。1課題概述．。。．。。．．。．。.。..。.．．..。。...。.．.。。。。．..。..．。．。。..．..．．.．。。。..。.。.。．．。。．...．.。。。.。。．．。.．。．11。1．１課題簡介。.。．。。.．．..．。.。。.．.．。。。..．。。.。.．.。。．．。。。..。...。...。.。。..。。．．.。．。。..。.。。。．。１１。1.2研究目的及意義.．。.．．。。。．。.。。。．..。。。。．.．．。.。。．。.。.．。．.。。。.．...．．.．.。。.。．.。。．。.。.。．１1。２國內(nèi)外研究現(xiàn)狀．。.。．．。。.．．．.．．。。．。。．。．．..．．。。。.．..。.．。。。。。。。.。．.．..．.。．..．.。..。。.．.。．...．．.。.．21。２。1國內(nèi)研究現(xiàn)狀。。.．.。。...．.。。．。．..。。.。.。.。．..．。．。..．.．。．。.。。．。。。。。..。。.．。．。...．．．.。。．.。。。.21.2．2國外研究現(xiàn)狀．.．．。．．。。.。。。．．。．。。．.．。。。。．．．。．．..。。..．．.。。...。。．．。.。.。。．.。．．．．...．。..。．.。．2１。3研究內(nèi)容。.。。.。。。．。．。.。。。。。.。。．．.。．.．。．..．。.。．。．.。..．。。...。.．。。．。。...。..．．.。。.。。．..．..。.．。．．...。．...32控制系統(tǒng)的整體控制方案.。．。．.．。．．。...。。。。．。.．.。。.。。。．。。.。。.。.。。.。.．。．.。．.．。．．。。..。.．...。。。。。．。4２。1控制系統(tǒng)的設(shè)計任務(wù)。.．．.．..。。.。。。。。．．．。..。。.。。.。．。.。．．．．.。.。．．..。。..。.。．。。.。．。．．。..。。．。.。..。.。４2．2系統(tǒng)的控制方案．。.．。.。.．。．。．。.。.。.。。。..．。。..。．．。．。．。。．..。。．。。。.．。。。。．．.．.。。。.．..。.。。。。。.．.４3控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計．。.。．．.。．．。。.。。．...．．。．.。.。．。.．.．..．..。.．.。。．。.．...。。.。.．．．.．。..。。.．..。．．。。.．..。７3。1電氣控制系統(tǒng)設(shè)計。．.．.。．.。．。.．．。..。．．．。。．。．。．。。.．.。．。.．。。。．..．。...。..．..。。。．。.。。.。。.。.。．。．..。。...７3。１。1系統(tǒng)主電路設(shè)計.。.。.。。...。.．。。。。...。。。.。.．．。..。。．．.．..。.．。。.。．。..．．．..．．。.。．。．.。．73．１.2控制系統(tǒng)各部分控制電路設(shè)計．。。。。．.。。．。。。．..。．．。.。.．。。．。.。..。．。。。.。.．。.．73.2PLC簡介。。。．。。..。。。。。．...。．．.。．．．。。.。．．．．。。。。．...。.．．．.．。．.。。。。.．。。..．。。。。．.。。.．.。。．。．.。．..。．..．．。.．．．。123．2．1ＰLC的產(chǎn)生和系統(tǒng)組成．．..．。。..。。.。.．.．．。．.。.。.。。.．..。。..。。..．．．..。。.。．。．。。。．..。。１23.２。2PLC的工作原理..。。..。.．.．...。.．.。.．．。。．。.．.。..．。．..。。．.．...．。.．.。.。。..。..．..．.。.．123.3PLC控制系統(tǒng)設(shè)計的基本原則及步驟．..．.．.。。。。。。...．．..。。.．．..．.．．．。。..。．。。。.．．..．1４3．3。1設(shè)計PＬC控制系統(tǒng)的基本原則。．．。。。。.。。．..。.。．.．．．．..。．。.．。。.。...．。．．。。．。。..143。3.2PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計步驟.。。。.。。..。。．..．。..．。。。。．。。。..。.。．.．。..。..．．..。143。4PLC硬件電路設(shè)計．。．...。。..。..．...．。.．.。。．．...。．。.。.。。．.。。．..．。。.。。．。。．.．.．。。。。.。。...。．173.4。1ＰＬC型號的選擇..。..．．..。．。..。.。.。..。。。．。．.．．..。。．.。．。．。.．..．。.．..。．。．。.。．．。．．．.．。1７3。4．２傳感器的選型。．。.．。。...．。.．.．．。。．.．．。..。．．．。．。。.。。。。．.．．。。。。.．..．．．..。。．。.。。..。。．。..。．.１7３.4。3模擬量輸入模塊EM23５。.．。.．。．.。。..。。。..。。...．．.。.。。。．。。。．。．．.．。。。。。。。.。。．.．．。.。．.193。４。4PLCO/Ｉ地址分配表。．。．．．。。..．.。.。。。.。。．．.。.。.。。。。。.．。．。..．。.．。..。．.．。。..２1３.4.５PLC硬件接線圖設(shè)計．．．。.。．.．.。..．．．.．．..。。...。。。..．。。．.。．...．．。．。.．.。。．。.。。.。．２3４控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計。．...。．。。.．。。...。。。。.．。。。。．。。。．．。。。．.。。...．..。.．。.。。。。．..。．.。.。．...．.。．。。。...。２4４。1PLC程序設(shè)計方法.．.．...。．．。．．．。。。..．。.．...．。。．。.。.．．．。.。。..。...。。。．。。。。。。．。。..。。．。。.．．．．.。。．。。．２44．2編程軟件STEP7—MICＲO/WＩN概述．．。.。。..。.。。.。..．。．.。．。.。。。..。。.。．．．。。.。.．.。．.。..。．.．.．24４。3控制系統(tǒng)的程序設(shè)計.。.．。.。..。.．..。。..．．。．..。.。..。。．．。。.。。..。。．..．。.。。.。.．。．。。.。．..。.。。．..．.。。25４.3。1程序的設(shè)計思路。。。.．..。．。。..．。．。.。。.。..。.。。．.。．.．.。。。．．．..．.。．。.。。.。．.。．.。．.．。.。．２5４．３.2程序控制流程圖.。。。．。。.。。。.。。...。。.．..．．。。.。.。.。。．。...。.。。。。。。。.．.。．．。．.．.．...。.。.．．.264。3。３控制程序設(shè)計及分析．.。。。..。...．.。。。..．。．。．.。。。...。。..。.．。．。.。...．．.．．。．。．．．.。29結(jié)論。.。.．..。。．..。.．。。．．.。．．.。.。。.。.。．.。.。．。.。。...．..。.。.。...．..．．。.．。.。。。。。。.．。。．．．..。．.。.。．。．.。。。．.。．。.。。.．。..。。。.。36參考文獻.。..。。。。．。．.．.。。。.．.．。．．．.．．。。．．。．.。.．.．。。。．。.。．..。．...。。..．。.。。..．。．.。．．．...．。．.．.．.。．．。.。。.37致謝。.。．.。。．。.．.。．.．..．。...。．.。。。。。.。。..．。。。。。。．。。..。.．.。。.．。.。。．.。。.．.．。。..．．.．.．．．．.．.．..。.．．。...．。.．。.．..。.。。。．.．３9附錄1外文資料翻譯。.。.．.．.。。。..。...。．．。.．．．。．.．．。.．。.．。.．...．.。..。.。.．。．．．。．。.．...．．。.。。..40附錄2電氣原理圖．。.．．。．..．。.。。。．。．.。．．。.．.．。。。..．.。。．.。。...。．。.。。。.。。.．．。.．.。．．。．．．。。。．.。。。..。．53附錄3軟件程序.。。。.．．.．．．．。。.。．．..。．。．。。.。．．。.。．..．.。.．。．。.。．。..．．...。．。..。。.。.。..．.。..。..。。。。．。.。.。...。..54１緒論1.1課題概述1．1.1課題簡介溫室大棚是用來栽培植物的設(shè)施。溫室是用來改變農(nóng)作物的生長環(huán)境,避免外界四季變化和惡劣氣候?qū)r(nóng)作物的不利影響，為農(nóng)作物生長創(chuàng)造適宜的條件。溫室環(huán)境指的是農(nóng)作物的生長空間，它是由光照、溫度、濕度、二氧化碳濃度等諸多因素組成的。溫室控制主要是通過控制溫室大棚內(nèi)的溫度、濕度、通風(fēng)與光照等自然因素，使得它可以在不適合農(nóng)作物生長的季節(jié)和惡劣的環(huán)境下可以高效的種植農(nóng)作物。從而達到對農(nóng)作物調(diào)節(jié)產(chǎn)期、促進農(nóng)作物生長發(fā)育、提高產(chǎn)量的目的.現(xiàn)代化溫室中具有控制溫度、光照、氣肥等條件的設(shè)備,并采用電腦進行自動智能控制，以此創(chuàng)造農(nóng)作物生長所需最佳的環(huán)境條件。1．1．２研究目的及意義目前的農(nóng)作物栽培設(shè)施中,按國家標準裝配的鋼管塑料大棚和玻璃溫室僅占全國大棚面積的一少部分，大多數(shù)的農(nóng)村仍是采用自行搭建的竹木棚。這種簡單的竹木棚只能起到一定的保溫效果,根本談不上對光照和二氧化碳的合理充份的利用，而且抗自然環(huán)境的能力很差，面對突發(fā)的氣象災(zāi)害也無能為力。即使那些為數(shù)不多的裝配式塑料大棚和玻璃溫室，也都不同程度的缺乏配套的專業(yè)調(diào)控設(shè)備和儀器,所以我國的現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)特別是溫室大棚領(lǐng)域的自動智能化程度還非常低。中國農(nóng)業(yè)發(fā)展,必須走現(xiàn)代化發(fā)展這一條路.隨著經(jīng)濟的發(fā)展，現(xiàn)在化農(nóng)業(yè)的研究和應(yīng)用技術(shù)越來越受到重視,特別是溫室大棚,因為溫室大棚已經(jīng)成為了現(xiàn)代化高效農(nóng)業(yè)的一個重要組成部分?，F(xiàn)代化農(nóng)業(yè)最重要的一環(huán)就是對環(huán)境中影響農(nóng)作物生長的因素做檢測和控制,通過對溫室環(huán)境的監(jiān)測數(shù)據(jù)的分析,并結(jié)合農(nóng)作物的生長規(guī)律，對環(huán)境因素的控制，是作為溫室大棚自動化、智能化生產(chǎn)管理的基本保證，從而能使農(nóng)作物達到優(yōu)質(zhì)、高效的栽培目的.所以，現(xiàn)在我們進行溫室大棚PＬC監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計具有積極的現(xiàn)實意義.本課題通過對可編程控制器ＰLC、傳感器的學(xué)習(xí)和研究，完成了利用西門子PLC與電腦終端組成的溫室大棚群監(jiān)控系統(tǒng)。1．２國內(nèi)外研究現(xiàn)狀1。2．1國內(nèi)研究現(xiàn)狀我國溫室大棚技術(shù)起步較晚，政府發(fā)展的以塑料大棚、日光溫室為主的農(nóng)業(yè)栽培設(shè)施,促進了農(nóng)村的經(jīng)濟發(fā)展和緩和了蔬菜的季節(jié)性短缺矛盾。利用太陽光熱資源，節(jié)約不可再生能源,減少環(huán)境污染是我國溫室大棚的一大特色。雖然我國溫室規(guī)模有限,還沒有形成規(guī)模經(jīng)濟，另外構(gòu)建設(shè)施的費用也比較高,但從長期發(fā)展來看,溫室監(jiān)控系統(tǒng)分布式和網(wǎng)絡(luò)化將是我國現(xiàn)代農(nóng)業(yè)發(fā)展的必然趨勢?，F(xiàn)代溫室大棚中常用的能自動控制的調(diào)控機構(gòu)有:通風(fēng)窗、遮陽簾、通風(fēng)機、熱風(fēng)機、冷風(fēng)機、人工加熱燈、二氧化碳增肥器、噴霧系統(tǒng)及蒸熏設(shè)備?？刂破骶C合調(diào)節(jié)各個機構(gòu),使系統(tǒng)在節(jié)省能源的同時保證室內(nèi)氣候滿足植物生長需要.使用的控制器也有很多選擇，如單片機、工控機、ＰLC、通用PC機等.１.2.2國外研究現(xiàn)狀西方發(fā)達國家在現(xiàn)代農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的起步比較早。１94９年，美國借助于工程技術(shù)的發(fā)展，建成了第一個人工氣候室.隨著計算機技術(shù)的快速發(fā)展，溫室大棚作為現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)設(shè)施的重要組成部分，其自動控制技術(shù)和管理技術(shù)得到不斷地提高，在世界各地都得到了不錯的發(fā)展。目前,國外的溫室大棚內(nèi)部設(shè)施已經(jīng)發(fā)展到了比較完備的程度,并形成了一定的技術(shù)標準。溫室內(nèi)被控環(huán)境因子由計算機控制，傳感器也較為齊全，如溫室大棚內(nèi)的溫度、濕度、光照、二氧化碳濃度等等，由傳感器的檢測基本上可以實現(xiàn)對各個執(zhí)行機構(gòu)的控制。計算機對于這些系統(tǒng)的控制已經(jīng)不是簡單的、獨立的、靜態(tài)的直接數(shù)字控制,而是基于ＰLC的智能控制系統(tǒng)，一些國家在實現(xiàn)自動化的基礎(chǔ)上向著完全自動化、無人化的方向發(fā)展。1.3研究內(nèi)容可編程控制器是集計算機技術(shù)、自動控制技術(shù)和通訊技術(shù)為一體的新型自動控制裝置,PLＣ的優(yōu)越性能，已被廣泛應(yīng)用于工業(yè)控制的各個領(lǐng)域，并已成為工業(yè)自動化領(lǐng)域的三大支柱之一。ＰＬC的應(yīng)用已經(jīng)成為了世界潮流，在以后PLC技術(shù)將會在我國的到更全面的應(yīng)用。本文研究的是PLC技術(shù)在溫室大棚技術(shù)上的應(yīng)用。從整體上分析研究了溫室大棚控制系統(tǒng)的電路設(shè)計、硬件設(shè)計、軟件設(shè)計和人機界面等.本次的研究內(nèi)容為溫室大棚PLＣ控制系統(tǒng)。溫室大棚的作用是改變植物生長的環(huán)境,從而避免因四季變化和突發(fā)的惡劣天氣對植物生長發(fā)育的不良影響，為植物生長提供一個良好的生長環(huán)境。在農(nóng)作物的生長環(huán)境中,溫室大棚中的溫度、濕度、光照、二氧化碳濃度等環(huán)境參數(shù)對農(nóng)作物的生長起著非常重要的作用。本次研究以可編程控制器ＰＬＣ為核心，通過傳感器檢測溫室中的環(huán)境參數(shù),經(jīng)變送為4-2０mA的電流信號后送入S7-2００的模擬量輸入模塊ＥM２35,經(jīng)分析處理，輸出開關(guān)量，通過驅(qū)動電路控制通風(fēng)扇、冷暖風(fēng)機、遮陽簾、二氧化碳發(fā)生器等多種執(zhí)行機構(gòu)，進而實現(xiàn)對溫室大棚智能化控制,從而實現(xiàn)良好的人機界面。2控制系統(tǒng)的整體控制方案2.1控制系統(tǒng)的設(shè)計任務(wù)本控制系統(tǒng)主要針對的被控對象是溫度、光照、二氧化碳濃度，通過對這些因素的檢測，然后與設(shè)定值進行比較,然后進行調(diào)節(jié)。溫度的調(diào)節(jié)主要靠通風(fēng)扇、風(fēng)機、和加熱器進行調(diào)節(jié)；光照主要通過遮陽簾進行控制；二氧化碳濃度主要通過二氧化碳發(fā)生器來進行調(diào)節(jié)。本次設(shè)計的溫室大棚就是通過溫度傳感器、光照傳感器、二氧化碳傳感器來檢測溫室大棚中的溫度、光照強度、二氧化碳濃度等信息，然后通過ＰLC控制系統(tǒng)控制溫室大棚的通風(fēng)扇、冷／熱風(fēng)機、遮陽簾、加熱器、二氧化碳發(fā)生器等硬件設(shè)施，對溫室大棚中的環(huán)境因子進行調(diào)控,以使溫室大棚里的環(huán)境為最適宜農(nóng)作物生長的環(huán)境。2。２系統(tǒng)的控制方案在溫室大棚中,需要一套完善的溫室控制系統(tǒng)來控制上述任務(wù).本控制系統(tǒng)以PLＣ為控制核心，采用傳感器對溫室大棚中的各項環(huán)境因子進行檢測,然后將測量結(jié)果送入PLC中,經(jīng)過PLC的處理，然后對執(zhí)行設(shè)備發(fā)出指令,通過執(zhí)行設(shè)備對溫室中的各項環(huán)境因子進行調(diào)控。考慮到實際生產(chǎn)中的穩(wěn)定性與安全性，本控制系統(tǒng)設(shè)有自動、手動兩個模式，自動方式是周期性的按照ＰＬC進行控制，手動模式是當遇到緊急突發(fā)狀況時,改為手動操作,進而去控制執(zhí)行設(shè)備的運行。通過傳感器檢測到數(shù)據(jù)和設(shè)定的數(shù)值進行比較，然后通過軟件程序去執(zhí)行相關(guān)的命令，本設(shè)計的優(yōu)點是成本低廉，節(jié)約資源,能實現(xiàn)利益最大化。該溫室大棚的控制系統(tǒng)總體框圖如下圖2。1所示:圖2。1控制系統(tǒng)總體框圖該溫室大棚控制系統(tǒng)由ＰLC系統(tǒng)，傳感器系統(tǒng),外部執(zhí)行系統(tǒng)等幾部分組成,以PLC控制系統(tǒng)為核心，通過傳感器系統(tǒng)收集的數(shù)據(jù)，通過PＬＣ模擬量輸入模塊EM23５輸入到PLC,經(jīng)過與設(shè)定值比較,輸出開關(guān)量進而對執(zhí)行設(shè)備進行控制。本系統(tǒng)為一個溫室大棚的控制系統(tǒng)，以后還可以以大棚群為單位，通過上位機進行統(tǒng)一控制。具體來說就是按下啟動按鈕,系統(tǒng)啟動后，接收由溫度傳感器、光照度傳感器、二氧化碳傳感器檢測到的信號，然后經(jīng)過PLＣ內(nèi)部處理，由輸出模塊輸出控制信號,以控制外圍的執(zhí)行器件。如果溫度過高,就會驅(qū)動冷風(fēng)機、通風(fēng)扇來降低溫室內(nèi)溫度；如果溫度過低，就會驅(qū)動熱風(fēng)機、加熱器、通風(fēng)扇來調(diào)節(jié)室內(nèi)溫度；光照則由遮陽簾和發(fā)光器來進行調(diào)節(jié);二氧化碳濃度則由二氧化碳添加器來添加.3控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計PLＣ控制系統(tǒng)的設(shè)計主要由硬件設(shè)計和軟件設(shè)計兩部分組成。本章主要從硬件角度介紹了溫室大棚控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計方案,主要從電氣控制系統(tǒng)設(shè)計、ＰLＣ外部接線圖及外部硬件配置方面進行設(shè)計.3．1電氣控制系統(tǒng)設(shè)計3.１。1系統(tǒng)主電路設(shè)計溫室大棚控制系統(tǒng)的主電路如下圖3。1所示。其中通風(fēng)扇和遮陽簾主工作電路相似，都需要電機的啟動、停止以及正反轉(zhuǎn)來完成工作，不同點是通風(fēng)扇和遮陽簾電機的功率不同，且遮陽簾電機帶限位開關(guān)。其中冷/熱風(fēng)機、加熱器、發(fā)光體、CＯ2發(fā)生器的工作原理大致相同,都屬于開關(guān)設(shè)備.圖3.1溫室大棚控制系統(tǒng)主電路原理圖從上圖可以看出,QK為刀開關(guān),其作用為控制整個主電路的啟停；FR1—FＲ5位熱繼電器，起過載保護作用；FＵ1—FＵ7為熔斷器,對各支路起到短路保護和過載保護作用;ＫM1－KM9為接觸器的主觸頭，可以實現(xiàn)電機的啟停、正反轉(zhuǎn)以及開關(guān)設(shè)備的啟?？刂?。３.1．２控制系統(tǒng)各部分控制電路設(shè)計通過系統(tǒng)主電路可以看出，溫室大棚的控制系統(tǒng)的執(zhí)行設(shè)備分為兩大類：開關(guān)設(shè)備和非開關(guān)設(shè)備。開關(guān)設(shè)備包括風(fēng)機、加熱器等等；非開關(guān)設(shè)備比如正反轉(zhuǎn)的電機，包括通風(fēng)扇、遮陽簾等，這些電機需要啟停和正反轉(zhuǎn)，需要限位開關(guān)。１.開關(guān)設(shè)備加熱器、二氧化碳添加器、熱風(fēng)機、冷風(fēng)機、發(fā)光體都屬于開關(guān)設(shè)備，其控制電路比較相似，現(xiàn)在就以熱風(fēng)機為例,做以下分析：（1)熱風(fēng)機的主電路風(fēng)機的運行可以通過一個繼電器來控制，主要控制風(fēng)機的電機通斷。風(fēng)機工作運行必須有熔斷器、熱繼電器來保護電路,主要功能有過電流保護、短路保護和過載保護.下圖３。2為熱電機的主電路圖：圖3。2熱風(fēng)機主電路圖（2）熱風(fēng)機控制電路控制電路原理圖如下圖３.3所示,依照電路原理圖可知:SB１為手動/自動切換開關(guān).按下總啟動開關(guān)SB2，接觸器線圈ＫM10得電，KM10常開觸點閉合,形成自鎖。若是手動操作，將旋鈕開關(guān)ＳB1打到手動檔位，將SB6旋轉(zhuǎn)到開啟檔位,接觸器KM5得電，其常開觸點閉合,熱風(fēng)機開始運行;將SＢ6旋轉(zhuǎn)到停止檔位，接觸器KM5失電,其常閉觸點斷開，熱風(fēng)機停止運行.若是自動控制,將開關(guān)ＳＢ1旋轉(zhuǎn)到自動檔位，由PLC控制器控制，當接觸器KM5得電時,其常開觸點閉合,熱風(fēng)機運行。圖3。3熱風(fēng)機控制電路圖２．正反轉(zhuǎn)設(shè)備在執(zhí)行設(shè)備里，通風(fēng)扇和遮陽簾屬于非開關(guān)設(shè)備,也就是正反轉(zhuǎn)設(shè)備，他們的控制電路很相似,現(xiàn)在以遮陽簾為例來分析一下主電路圖和控制電路原理圖。(1)遮陽簾主電路下圖３.4為遮陽簾的主電路圖。由電路圖可知，接觸器KＭ３、ＫＭ4主要是控制遮陽簾電機正反轉(zhuǎn)；熔斷器FU2主要是在電路中起到過電流保護，應(yīng)對短路;熱繼電器FR2的作用主要是電機的過載保護.圖3.4遮陽簾主電路圖（2）遮陽簾的控制電路遮陽簾的控制電路原理圖如下圖３.５所示.由其電路原理圖可以分析得：旋鈕ＳB1為手動/自動選擇開關(guān),按鈕SB2為總啟動開關(guān),按下SＢ2,交流接觸器KM１0得電,其常開觸點閉合,形成自鎖;若手動操作，將旋鈕旋轉(zhuǎn)到手動位置，SB4為開簾、閉簾切換開關(guān)，當ＳB4切換到開簾開關(guān)時,接觸器KM3得電,其常開觸點閉合,電動機正轉(zhuǎn)，當其開簾程度達到最大程度時，碰到限位開關(guān)SＱ1，其常閉觸點斷開,接觸器KM3失電，電動機停止轉(zhuǎn)動;當SＢ4切換到閉簾開關(guān)時，接觸器KＭ4得電，其常開觸點閉合,電動機反轉(zhuǎn)，待關(guān)閉到最大限度時,限位開關(guān)ＳＱ２常閉觸點斷開，ＫM4失電，電動機停止運行。SＢ３為緊急停止開關(guān),當按下SＢ3時，接觸器KM1０失電，其常閉觸點斷開，電動機停止運行。若自動運行時,旋鈕開關(guān)SB１旋轉(zhuǎn)到自動位置，遮陽簾運行受到PLＣ控制,中間接觸器KM３得電時,其常開觸點閉合，電動機正轉(zhuǎn)運行,遮陽簾打開;中間接觸器KM4得電時,其常開觸點閉合，電動機反轉(zhuǎn)，遮陽簾閉合。圖3.5遮陽簾控制電路原理圖３．２PＬC簡介3．２。1ＰLC的產(chǎn)生和系統(tǒng)組成19６9年美國數(shù)字設(shè)備公司研制出世界第一臺PLC,開創(chuàng)了工業(yè)控制新時代。ＰＬC隨著計算機和微電子技術(shù)的發(fā)展,由最初的1位機發(fā)展到８位機，并隨著微處理器CＰU和微型計算機技術(shù)在PＬC中的應(yīng)用，形成了現(xiàn)代意義上的PLＣ。目前，PLC已經(jīng)使用16位、32位高性能微處理器，并實現(xiàn)了多處理器多通道處理?，F(xiàn)在,PLC已經(jīng)非常成熟。［１］,［４６］PLC實質(zhì)上是一種工業(yè)控制計算機.PLＣ與計算機的組成很類似，不過PLC比一般的計算機具有更強的與工業(yè)過程相連接的借口，以及更好的適應(yīng)控制要求的編程語言，從PLC硬件上看，它由CPU、存儲器、輸入輸出借口、電源等組成。如下圖3。6所示：圖3.6PLC控制系統(tǒng)示意圖3．２.2PLC的工作原理ＰＬＣ的工作原理可用16個字來概括：循環(huán)掃描、順序執(zhí)行、集中輸入、集中輸出.PLC的工作過程可用下圖3。7來表示：電源ON電源ON內(nèi)部處理內(nèi)部處理輸入處理輸入處理通信服務(wù)通信服務(wù)更新時鐘，特殊寄存器更新時鐘，特殊寄存器STOPCPU運行方式STOPCPU運行方式執(zhí)行程序執(zhí)行程序輸出處理CPU強制為STOP輸出處理CPU強制為STOPY致命錯誤Y致命錯誤執(zhí)行自診斷執(zhí)行自診斷NYNNYNPLC正常PLC正常存放自診斷錯誤結(jié)果存放自診斷錯誤結(jié)果圖3.7PLC運行框圖3．3PLC控制系統(tǒng)設(shè)計的基本原則及步驟了解了PＬC的指令系統(tǒng)和工作原理后，就可以將PＬC用于工程項目中.PＬＣ的控制部分的設(shè)計可以參考以下的基本原則及步驟。3.３．1設(shè)計PLC控制系統(tǒng)的基本原則在PLＣ系統(tǒng)的實際設(shè)計過程中，設(shè)計原則往往會涉及到很多方面，其中最基本的可以歸納為４點。1。最大限度的滿足要求要充分的發(fā)揮PＬC功能,最大限度的滿足被控對象的設(shè)計要求，是設(shè)計原則中最重要的一條原則.程序開發(fā)人員要到現(xiàn)場調(diào)研調(diào)查，要與現(xiàn)場人員和車間工作人員緊密結(jié)合，共同合作,解決重要問題和疑難問題.2．保證系統(tǒng)的安全可靠PLC控制系統(tǒng)基本原則之二就是保證PLC能夠長期安全、可靠、穩(wěn)定的運行。3.維修方便、方便簡單的使用與經(jīng)濟效益在滿足設(shè)計要求的前提下，要盡量的考慮經(jīng)濟效益，要注意以后的工程擴展，也要盡量使系統(tǒng)更簡單，要擁有合理的布局，以方便以后的檢查與維修。4．適應(yīng)以后改進的需求適當?shù)目紤]PLＣ控制系統(tǒng)以后的系統(tǒng)改進和技術(shù)完善,所以在PＬC選型上，其I/O點數(shù)要留有２５％左右的裕量,以適應(yīng)以后的系統(tǒng)技術(shù)改進。3。3。２ＰLC控制系統(tǒng)的設(shè)計步驟在設(shè)計PLC系統(tǒng)時，首先要對PLC應(yīng)用系統(tǒng)進行功能設(shè)計，根據(jù)系統(tǒng)所具備的功能和現(xiàn)場工藝的要求,明確系統(tǒng)所需的功能和必要的程序設(shè)計。然后進行PLC應(yīng)用系統(tǒng)功能的具體分析,從而得出PLC控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和形式,輸入/輸出信號的種類及數(shù)量，控制系統(tǒng)的規(guī)模和布局。PＬC控制系統(tǒng)的設(shè)計為以下步驟和圖3。8：評估控制任務(wù)評估控制任務(wù)PLC型號的選擇PLC型號的選擇控制流程的設(shè)計控制流程的設(shè)計程序設(shè)計控制柜設(shè)計及布線程序設(shè)計控制柜設(shè)計及布線程序的檢查與調(diào)試程序的檢查與調(diào)試PLC安裝PLC安裝模擬運行模擬運行修改軟、硬件聯(lián)機調(diào)試修改軟、硬件聯(lián)機調(diào)試是否滿足要求是否滿足要求否否是是程序備份程序備份投入使用投入使用圖3。8PＬＣ控制系統(tǒng)設(shè)計步驟1.分析被控對象并提出控制要求、制定控制方案詳細分析被控對象的工藝過程及工作特點，提出被控對象對PLＣ控制系統(tǒng)的控制要求，確定控制方案，擬定設(shè)計任務(wù)書。2.確定I/O設(shè)備根據(jù)系統(tǒng)的控制要求，確定系統(tǒng)所需的全部輸入設(shè)備(如：按紐、位置開關(guān)、轉(zhuǎn)換開關(guān)及各種傳感器等）和輸出設(shè)備(如:接觸器、電磁閥、信號指示燈及其它執(zhí)行器等)，從而確定與PLC有關(guān)的輸入／輸出設(shè)備，以確定PＬC的I／Ｏ點數(shù)。3．選擇ＰLCＰLC選擇包括對PLＣ的機型、容量、I/O模塊的數(shù)量、I／O模塊余量、電源等的選擇。４.分配I/O點并設(shè)計PLＣ外圍硬件線路分配Ｉ/O點：畫出PＬＣ的I/O點與輸入/輸出設(shè)備的連接圖或?qū)?yīng)關(guān)系表；PLＣ外圍硬件線路：畫出系統(tǒng)其它部分的電氣線路圖,包括主電路和未進入PLC的控制電路等;由ＰLＣ的Ｉ／O連接圖和PＬＣ外圍電氣線路圖組成系統(tǒng)的電氣原理圖。5．程序設(shè)計（1)控制程序；(２）初始化程序；（3)檢測、故障診斷和顯示等程序；（4）保護和連鎖程序。6.硬件實施設(shè)計控制柜和操作臺等部分的電器布置圖及安裝接線圖;設(shè)計系統(tǒng)各部分之間的電氣互連圖;根據(jù)施工圖紙進行現(xiàn)場接線,并進行詳細檢查。7。整理和編寫技術(shù)文件技術(shù)文件包括設(shè)計說明書、硬件原理圖、安裝接線圖、電氣元件明細表、PＬC程序以及使用說明書等。3．４PLC硬件電路設(shè)計3。4.１PLC型號的選擇1。控制系統(tǒng)所需要的I/O點數(shù)根據(jù)溫室大棚控制系統(tǒng)的控制要求，可以確定全部的輸入設(shè)備和輸出設(shè)備，從而可以確定PLC有關(guān)的輸入輸出設(shè)備,進而可以確定PＬC的I/O點數(shù),本控制系統(tǒng)所需的PＬC的I/O點數(shù)為１４個數(shù)字量輸入,3個模擬量輸入,10個數(shù)字量輸出。２.選擇ＰLＣ的型號西門子PLCS7系列ＰＬC包括S7-20０系列、S7-3００系列、Ｓ7－４0０系列。其功能非常強大,按其功能又分為小型、中型、大型PＬC.根據(jù)本系統(tǒng)控制要求，選擇Ｓ7－200系列的PLC.由以上分析得此系統(tǒng)所需I/O點數(shù)為14輸入、１０輸出.根據(jù)PＬC硬件設(shè)計要求，應(yīng)留出約25％的空余點數(shù),以方便以后的系統(tǒng)改造升級。ＣＰU224的Ｉ/O點數(shù)雖然也為1４輸入、1０輸出，但是不能留出I/O點數(shù)裕量，不方便以后的升級改造，所以選擇擁有I/O點數(shù)為2４輸入、16輸出的CPU2２6，以方便以后系統(tǒng)的升級優(yōu)化.ＣPU226相對功能強大，可以連接７個擴展模塊，最大可擴展至24８個數(shù)字量I／Ｏ點或35個模擬量I／O點,具有13Ｋ的儲存空間。3.４.２傳感器的選型1。溫度傳感器根據(jù)溫室溫度控制的要求，本文的溫度傳感器采用芬蘭維薩拉公司型號為HMD40的產(chǎn)品，該款傳感器不僅測量精度高，易于安裝、響應(yīng)速度快,對環(huán)境要求較低,還具可靠性好、良好的長期穩(wěn)定性、滯后小、不宜受灰塵、化學(xué)氣體等環(huán)境因素的影響等特點。其外觀如下圖3.9所示：圖3.9HMD40型溫度傳感器實物圖該傳感器的主要性能指標如下:1．溫度檢測范圍：—1０～60℃；測量精度:±０.3％℃2.工作電壓：10~28VDＣ；3．輸出信號:４～2０ｍA。2.光照傳感器光控用于控制遮陽幕的開關(guān),使作物得到合理的光照并實現(xiàn)以下目的：免除作物超過光飽合點,提高光合作用；實現(xiàn)對長日照作物、中日照作物和短日照作物的光照控制.光照度傳感器可以采用北京易盛泰和科技有限公司產(chǎn)品型號Poi88—c光照度傳感器。該傳感器用于實現(xiàn)對環(huán)境光照度的測量，輸出標準的電壓及電流信號，體積小，安裝方便,線性度好，傳輸距離長,抗干擾能力強,量程可調(diào)。１。量程:O-2０0Ｋlx、Ｏ－２0Ｋlｘ、0—20０0ｌｘ可選2。供電電壓：24VＤC／１2VDＣ3。輸出信號：4-20ｍＡ，0-10Ｖ可選４．精度：±2%３。二氧化碳濃度傳感器二氧化碳控制實時監(jiān)測C02的含量，當C02的含量低于設(shè)定值時打開Ｃ02儲氣罐或Ｃ0２發(fā)生器以增施氣肥。C０2傳感器選用弗加羅公司生產(chǎn)ＴＧS4１60二氧化碳傳感器，該傳感器為固態(tài)電化學(xué)型氣體敏感元件。這種二氧化碳傳感器除具有體積小、壽命長、選擇性和穩(wěn)定性好等特點外，同時還具有耐高濕低溫的特性，可廣泛用于自動通風(fēng)換氣系統(tǒng)或是C０2氣體的長期監(jiān)測等應(yīng)用場合。其外觀如下圖3.10所示：圖3。10TGS41６0二氧化碳傳感器實物圖ＴＧＳ4１６0傳感器的主要技術(shù)參數(shù)如下：１．測量范圍:300－5０，0０0ppm2．對二氧化碳CO２濃度有高靈敏度3.ＣＯ2二氧化碳傳感器ＴGS416０對濕度依賴性極低,長壽命４。使用溫度：-１0~+5０℃3.4.３模擬量輸入模塊EM２３51。模擬量輸入模塊EM2３5的簡介傳感器采集信息后，將信息轉(zhuǎn)化成標準的電壓或電流信號，PLC硬件設(shè)計則需要模擬量輸入模塊，將電壓或電流信號轉(zhuǎn)化為數(shù)字量再輸入PLＣ中進行處理.由于本控制系統(tǒng)需要3個模擬量輸入,所以選擇EM2３５模擬量輸入模塊。模擬量輸入模塊EＭ23５可以直接將被測主回路交流電流轉(zhuǎn)化成按線性比例輸出4-２0mA直流電流的標準信號,連續(xù)輸送到接收裝置.該模塊需要DC２4V的工作電源,具有4模擬量輸入和1模擬量輸出，利用ＤIP開關(guān)來設(shè)置輸入信號的量程。下表3.1說明如何通過ＤIP開關(guān)設(shè)置EM２３5模塊的輸入量程的范圍。表3．1EM２35模擬量輸入范圍和分辨率的開關(guān)表單極性滿量程輸入分辨率ＳW1SW2SW3ＳW4ＳW５SＷ6ONOFFOFFONOＦFON0—50mV12.５μVOFFONＯFFOＮOFＦON0－10０mV25μＶONOFFＯＦＦＯＦＦONＯN０-500mV125μＶOFＦONOFFOFFＯNＯN0－1V250μVOＮOＦＦOFFOＦFOＦFON0-5V１.25mVONＯＦFＯFＦＯＦFOFＦON0—2０mA５μAOFFONOFFOＦＦOFＦＯN0—10V2。５mA如上表所示,通過開關(guān)ＳW1—SW６可以選擇模擬量輸入范圍。SW6決定模擬量輸入的單雙極性，當SW6為ＯＮ時，模擬量輸入為單極性,當SW6為ＯFF時，模擬量輸入為雙極性.SW4和ＳW5為增益開關(guān)，SW1、SＷ2和SＷ3為衰減開關(guān)。該標中，ＯN是閉合，OFＦ是斷開,EM235只在電源接通時讀取開關(guān)設(shè)置。溫室大棚中的傳感器測量的溫度、光照度、二氧化碳濃度的測量值均為單極性,所以選擇０-2０mＡ的量程和0—５V量程。２．模擬量輸入模塊ＥＭ2３5的使用說明校準輸入時，其步驟如下;(１）切斷模塊電源,選擇需要的輸入范圍。（2）接通CPU和模塊電源,使其通電穩(wěn)定1５分鐘。(3)用一個變送器、一個電壓源或一個電流源,將零值信號加到一個輸入端.(4）讀取適當?shù)妮斎胪ǖ涝贑ＰU中的測量值。（5）調(diào)節(jié)偏置電位計,直到讀數(shù)為零，或所需要的數(shù)據(jù)數(shù)字值。（6)將一個滿刻度值信號接到輸入端子中的一個，讀出送到CPU的值。（7)調(diào)節(jié)增益電位計,直到讀數(shù)為320００，或所需的數(shù)字數(shù)據(jù)值。(８)必要時,重復(fù)偏置和增益校準過程.經(jīng)上述步驟調(diào)整后，若輸入0—２0mA的模擬量信號，則對應(yīng)的數(shù)字量結(jié)果0－320０0或設(shè)定的所需數(shù)字數(shù)據(jù)值.3．模擬量輸入模塊EM235接線說明2４ＶDC電源正極接入模塊左下方L+端子,負極接入M端子。EM235模塊的上部端子排為標注A、B、C、Ｄ的四路模擬量輸入接口,可分別接入標準電壓電流信號。為電壓輸入時，以A端為例，電壓信號正極接入A+端，負極接入A—端,ＲA端懸空。為電流輸入時，以B端為例，須將ＲB與B+短接，然后與電流信號輸出端相連,電流信號輸入端則接入B－接口。若４個接口未能全部使用,以C端口為例,未用的接口要將C+與C—端子短接，以免受到外部干擾。下部端子為一路模擬量輸出端的3個接線端子MO、VO、IO，其中MO為數(shù)字接地接口，VO為電壓輸出接口，IＯ為電流輸出接口.若為電壓負載,則將負載接入MＯ、VO接口,若為電流負載,則接入ＭO、ＩＯ接口.3.4．4ＰＬCＩ/O地址分配表根據(jù)系統(tǒng)要求，控制系統(tǒng)的I/O地址分配表如下表３.２、3。３所示表3。２輸入端口地址分配表序號輸入口信號名稱備注符號01I０.0手動/自動切換旋鈕SB1０２Ｉ0．1總啟動按鈕SＢ２03Ｉ0．2總停止按鈕SB304I0．3遮陽簾開限位限位開關(guān)ＳQ1０5I0.4遮陽簾關(guān)限位限位開關(guān)SQ２0６I0．５遮陽簾開簾單刀雙擲開關(guān)ＳＢ407Ｉ0.6遮陽簾關(guān)簾單刀雙擲開關(guān)SB4０８I0。７通風(fēng)扇正轉(zhuǎn)單刀雙擲開關(guān)SB5０９I1．0通風(fēng)扇反轉(zhuǎn)單刀雙擲開關(guān)SＢ5１0I1。1熱風(fēng)機啟停旋鈕SＢ611I１。2冷風(fēng)機啟停旋鈕ＳＢ712I1．３加熱器啟停旋鈕ＳB81３I１。4補光燈啟停旋鈕ＳB９１４Ｉ1。5CＯ２添加器啟停旋鈕ＳB１015AIＷ0溫度傳感器１６AIW2光照度傳感器１7AIW4CO2濃度傳感器表３。3輸出端口地址分配表序號輸出口控制信號備注符號01Q0．０通風(fēng)扇正轉(zhuǎn)接觸器KＭ１02Q０。1通風(fēng)扇反轉(zhuǎn)接觸器ＫM203Ｑ０．2遮陽簾開簾接觸器KＭ30４Q0.3遮陽簾關(guān)簾接觸器KM405Q０.4熱風(fēng)機接觸器KＭ506Ｑ0。5冷風(fēng)機接觸器KM607Q0.6加熱器接觸器ＫM７08Q0.7補光燈接觸器KＭ8０９Q1.0CO２添加器接觸器KＭ910Q1.1啟動指示燈接觸器KM10３。4。5PLC硬件接線圖設(shè)計本控制系統(tǒng)設(shè)計選用S7-2０0系列的ＣＰＵ226以及模擬量輸入模塊EM23５，硬件接線圖如下圖3．11所示（也可見附錄２）圖3.11硬件接線圖4控制系統(tǒng)的軟件部分4。１PLC程序設(shè)計方法PLＣ程序設(shè)計常用的方法主要有經(jīng)驗設(shè)計法、電路轉(zhuǎn)換梯形圖法、邏輯設(shè)計法、順序控制設(shè)計法等.一、經(jīng)驗設(shè)計法：即根據(jù)前人總結(jié)的典型控制電路程序，再按照設(shè)計中被對象的具體要求，把典型程序進行重新組合,而且需要反復(fù)調(diào)試和修改，得到現(xiàn)在系統(tǒng)所需要的梯形圖，有時僅僅這些還不能滿足要求，還需要增加中間環(huán)節(jié),才能得出符合要求的系統(tǒng)。這種方法沒有一定的規(guī)律可遵循，設(shè)計所用的時間和設(shè)計質(zhì)量與設(shè)計者的經(jīng)驗有很大的關(guān)系，故稱為經(jīng)驗設(shè)計法。二、繼電器控制電路轉(zhuǎn)換為梯形圖法：用PLC的外部硬件接線和梯形圖軟件來實現(xiàn)繼電器控制系統(tǒng)的功能。三、順序控制設(shè)計法:根據(jù)功能流程圖，以步為核心,從起始步開始一步一步地設(shè)計下去，直至完成.此法的關(guān)鍵是畫出功能流程圖.四、邏輯設(shè)計法：通過中間量把輸入和輸出聯(lián)系起來。實際上就找到輸出和輸入的關(guān)系，完成設(shè)計任務(wù)。本次設(shè)計采用的是經(jīng)驗設(shè)計法。4．2編程軟件ＳTEＰ7－ＭICRO/WＩN概述STEＰ7—Ｍicro/WＩN３2編程軟件是基于Windｏws的應(yīng)用軟件，由西門子公司專為S7—200系列可編程控制器設(shè)計開發(fā),它功能強大，既可用于開發(fā)用戶程序，又可以實時監(jiān)控用戶程序的執(zhí)行狀態(tài)。編程軟件的具體功能如下。１?？梢杂锰菪螆D、語句表和功能塊圖編程.2.可以進行符號編程，通過符號表分配符號和絕對地址,即對編程元件定義符號名稱，增加程序的可讀性,并可打印輸出。3.支持三角函數(shù)，開方,對數(shù)運算功能。4.具有易于使用的組態(tài)向?qū)А?．可用于CＰU硬件配置。6?？梢詫TEＰ7—Micro/WIN正在處理的程序與所連接的PLC中的程序進行比較。4．３控制系統(tǒng)的程序設(shè)計4.3.1程序的設(shè)計思路本控制系統(tǒng)設(shè)有手動、自動兩種工作模式，自動模式為正常運行狀態(tài)，手動模式用于應(yīng)對一些突發(fā)情況。在自動工作模式下,ＰＬC運行時,將傳感器對溫室溫度、光照、二氧化碳濃度等環(huán)境因素進行檢測的測量值與溫室控制系統(tǒng)的設(shè)定值進行比較，如果溫度的檢測量高于設(shè)定值,PLＣ就會發(fā)出相應(yīng)的指令控制冷風(fēng)機的開啟和通風(fēng)扇正轉(zhuǎn)（將溫室中的空氣排向外界);如果測量值低于設(shè)定值，則打開加熱器和熱風(fēng)機,對溫室進行加溫,并使通風(fēng)扇反轉(zhuǎn)（將外界的空氣引入溫室）。當溫室的光照低于設(shè)定值時，系統(tǒng)打開遮陽簾和補光燈;當溫室的光照高于設(shè)定值時，系統(tǒng)關(guān)閉遮陽簾。當溫室的二氧化碳濃度低于設(shè)定值，系統(tǒng)開啟二氧化碳調(diào)節(jié)閥。如果溫室中的測量值與設(shè)定值相等,則關(guān)閉相應(yīng)設(shè)備,保持溫室中的環(huán)境參數(shù).溫室大棚內(nèi)的不同作物對于自然環(huán)境的要求也不盡相同,本系統(tǒng)為研究方便,取其范圍內(nèi)一值,作為參考。植物對大棚溫室內(nèi)的溫度要求大多數(shù)在２5—30℃，本系統(tǒng)取值28℃；光照強度單位為ｌｘ,本系統(tǒng)取光照強度為３00０0lx;夏季在陽光直接照射下,光照強度可達6萬~1０萬lｘ，沒有太陽的室外0.1萬～1萬lx，夏天明朗的室內(nèi)100～55０l(fā)x,夜間滿月下為0.２lx。二氧化碳濃度單位為ｐpm，空氣中含量為３00-400ppm,而植物生長