温室大棚中温室自动化控制系统方案设计

温室大棚中温室自动化控制系统解决方案设计温室自动化控制系统简介温室自动控制系统是专门为农业温室、农业环境控制、气象观测开发生产的环境自动控制系统。

可测量风向、风速、温度、湿度、光照、气压、雨量、太阳辐射量、太阳紫外线、土壤温湿度等农业环境要素，根据温室植物生长要求，自动控制开窗、卷膜、风机湿帘、生物补光、灌溉施肥等环境控制设备，自动调控温室内环境，达到适宜植物生长的范围，为植物生长提供最佳环境。

智能温室自动化控制系统是根据温室大棚内的温湿度、土壤水分、土壤温度等传感器采集到的信息，接到上位计算机上进行显示，报警，查询。

监控中心将收到的采样数据以表格形式显示和存储，然后将其与设定的报警值相比较，若实测值超出设定范围，则通过屏幕显示报警或语音报警，并打印记录。

系统组网络以及通讯协议（1）系统组网络组成根据工艺运行的需求，我们做如下的网络系统设计：网络采用以太网络设计。

每个站作为一个网络节点。

这个网络采用性能可靠的工业以太网。

可以将办公网络、自动控制网络无缝结合到该网络环境，实现“多网合一”。

整个系统可承载的数据分成如下的几个部分：1：工业控制数据2：采集数据3：工业标准的MODBUS总线通讯（2）组网特点自动化控制系统是开放的控制系统，除了具有良好的网络通讯能力外，还具有与其它控制系统通讯功能和标准的对外通讯接口，以后可以任意扩展控制系统。

整个系统采用多级网络结构，即生产管理网和生产控制网，将过程实时数据、运行操作监视数据信息同非实时信息及共享资源信息分开，分别使用不同的网络。

有效地提高了通讯的效率，降低了通讯负荷。

（3）采用的通讯协议Modbus协议是应用于自动控制器上的一种通用协议。

通过此协议，控制器相互之间、控制器经由网络(例如以太网)和其它设备之间可以通信。

它已经成为一种通用工业标准。

现代农业大棚控制系统（1）控制系统概述随着社会经济的发展，设施农业作为农业可持续发展的一个重要途径，已经越来越受到世界各国的重视，而设施农业中问世工程的建设与发展是都市型发展的重要组成部分，是设施农业发展的高级阶段。

希望通过改变植物生长的自然环境、．创造适合植物最佳的生长条件，避免外界恶劣的气候，达到调节产期，促进生长发育、防治病虫害等目的。

远程大棚监控系统是一种用于家庭、仓库(厂房、花棚和塑料薄膜大棚)内环境温湿度监控及控制的全自动远程智能调节系统。

它通过控制加热器及制冷器(通风)对温度进行自动调节，同时通过控制加湿机及除湿机的工作自动调节环境的相对湿度，使环境的温度和湿度达到适宜的范围。

（2）大棚环境特点与调控大棚因有塑料薄膜覆盖，形成了相对封闭与露地不同的特殊小气候。

进行蔬菜大棚栽培，必须掌握大棚内环境的特点，并采取相应的调控措施，满足蔬菜生长发育的条件，从而获得优质高产。

大棚内环境条件：1、光照2、温度：3、空气湿度4、空气二氧化碳浓度5、土壤湿度：（3）现代化大棚远程控制工艺本方案使用腾控系列系列高速32位控制器、高性能温度湿度以及氧气传感器、视频设备等硬件通过目前的高速光纤网络建造一个现代化农业用温室大棚环境监控系统。

本系统可自动监测调节农作物环境的温湿度、光照、O2浓度、通风、卷帘升降、滴灌控制、门禁、巡更等参数，通过HMI输出帮助种植者作全面细致的数据分析，将数据通过网络和相关的通讯协议传递给上位数据存储和显示区域，实现远程的数据采集。

并采取可靠的光纤通讯网络实现远程的设备的操作和相关数据的报警提示等。

以及根据目前国家提倡的环保节能的标准对每个大棚都有相关的能源的计量装置，方便了客户对自己所用资源的调配和对运行参数的维护。

（4）控制系统的原理温室环境包括非常广泛的内容，但通常所说的温室环境主要指空气与土壤的浓度等。

计算机通过各种传感器接收各类环境因素信息，通温湿度、光照、CO2过逻辑运算和判断控制相应温室设备运作以调节温室环境。

输出和打印设备可帮助种植者作全面细致的数据分析，保存历史数据。

（5）控制系统功能1．风机控制系统2．卷帘控制系统3．滴灌控制系统4．营养液喷淋系统5．室内环境数据采集6．室内温度湿度控制系统7．室内灯光控制系统（1）系统的原理特点温室测控自动化注重于节省劳动力，提高温室生产的效率和技术水平，实现温度、湿度的测量记录和卷帘、滴灌等设备的自动化控制，实现农机和农艺的有机结合。

从而大幅度提高温室生产的技术水平，协助推进设施农业向精品、高端、高效方向发展。

（2）系统的功能数据服务器负责数据的实时采集和存储。

通讯服务器负责数据的运算和报表等逻辑的输出，操作员站进行控制回路的建立、修改局部控制器中的内部策略的参数 , 设置数据采集参数和报表供操作员对生产过程的控制回路、测量参数进行监测并实现自动记录、报表打印和报警打印；通过以太网通信完成与现场控制层的局部控制器进行通信。

通过开放的OPC技术与其他系统连接。

（3）上位组态软件及其开发我们将根据要求使用3-4套组态软件作为开发平台，开发系统是一个集成的开发环境，可以创建工程画面、分析曲线、报表生成，定义变量、编制动作脚本等，同时可以配置各种系统参数等。

我们说的“组态”就在这里完成，运行系统将开发完的系统进行执行，完成计算机监控的过程。

开发人员可以在开发环境中完成监控界面的设计、动画连接的定义、数据库的配置等。

开发系统可以方便的生成各种复杂生动的画面，可以逼真的反映现场数据。

系统硬件配置PLC的简介西门子PLC外观图如图所示PLC的概述可编程逻辑控制器（Programmable Logic Controller，简称PLC），它采用一类可编程的逻辑控制器，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，并通过数字或模拟式输入/输出控制各种类型的机械或生产过程。

基本结构可编程逻辑控制器实质是一种专用于工业控制的计算机，可编程逻辑控制器其硬件结构基本上与微型计算机相同，基本构成为：（1）电源可编程逻辑控制器的电源在整个系统中起着十分重要的作用。

如果没有一个良好的、可靠的电源系统是无法正常工作的，因此，可编程逻辑控制器的制造商对电源的设计和制造也十分重视。

一般交流电压波动在+10%（15%）范围内，可以不采取其它措施而将PLC直接连接到交流电网上去。

（2）中央处理单元（CPU）中央处理单元（CPU）是可编程逻辑控制器的控制中枢。

它按照可编程逻辑控制器系统程序赋予的功能接收并存储从编程器键入的用户程序和数据；检查电源、存储器、I/0以及警戒定时器的状态，并能诊断用户程序中的语法错误。

当可编程逻辑控制器投入运行时，首先它以扫描的方式接收现场各输入装置的状态和数据，并分别存入I/0映象区，然后从用户程序存储器中逐条读取用户程序，经过命令解释后按指令的规定执行逻辑或算数运算的结果送入I/0映象区活数据寄存器内。

等所有的用户程序执行完毕之后，最后将I/0映象区的各输出状态或输出寄存器内的数据传送到相应的输出装置，如此循环运行，直到停止运行。

为了进一步提高可编程逻辑控制器的可靠性，近年来对大型可编程逻辑控制器还采用双CPU构成冗余系统，或采用三CPU的表决式系统。

这样，即使某个CPU出现故障，整个系统仍能正常运行。

（1）存储器1.存放系统软件的存储器称为系统程序存储器。

2.存放应用软件的存储器称为用户程序存储器。

（2）输入输出接口电路1.现场输入接口电路由光耦合电路和微机的输入接口电路，作用是可编程逻辑控制器与现场控制的接口界面的输入通道。

2.现场输出接口电路由输出数据寄存器、选通电路和中断请求电路集成，作用可编程逻辑控制器通过现场输出接口电路向现场的执行部件输出相应的控制信号。

工作原理当可编程逻辑控制器投入运行后，其工作过程一般分为三个阶段，即输入采样、用户程序执行和输出刷新三个阶段。

完成上述三个阶段称作一个扫描周期。

在整个运行期间，可编程逻辑控制器的CPU以一定的扫描速度重复执行上述三个阶段。

（1）输入采样阶段在输入采样阶段，可编程逻辑控制器以扫描方式依次地读入所有输入状态和数据，并将它们存入I/0映象区中的相应的单元内。

输入采样结束后，转入用户程序执行和输出刷新阶段。

在这两个阶段中，即使输入状态和数据发生变化，I/0映象区中的相应单元的状态和数据也不会改变。

因此，如果输入是脉冲信号，则脉冲信号的宽度必须大雨一个扫描周期，才能保证在任何情况下，该输入均能被读入。

（2）用户程序执行阶段在用户程序执行阶段，可编程逻辑控制器总是按由上而下的顺序依次地扫描用户程序（梯形图）。

在扫描每一条梯形图时，又总是先扫描梯形图左边的由各触点构成的控制线路，并按先左后右、先上后下的循序对由触点构成的控制线路进行逻辑运算，然后根据逻辑运算的结果，刷新该逻辑线圈在系统RAM 存储区中对应位的状态；或者刷新该输出线圈在I/0映象区中对应位的状态；或者确定是否要执行该梯形图所规定的特殊功能指令。

即，在用户程序执行过程中，只有输入点在I/0映象区内的状态和数据不会发生变化，而其他输出点和软设备在I/0映象区或系统RAM存储区内的状态和数据都有可能发生变化，而且排在上面的梯形图，其程序执行结果会对排在下面的凡是用到这些线圈或数据的梯形图起作用；相反，排在下面的梯形图，其被刷新的逻辑线圈的状态或数据只能到下一个扫描周期才能对排在其上面的程序起作用。

在程序执行的过程中如果使用立即I/0指令则可以直接存取I/0点。

即使用I/0指令的话，输入过程影像寄存器的值不会被更新，程序直接从I/0模块去痣，输出过程影像寄存器会被立即更新，这与立即输入有些区别。

（3）输出刷新阶段当扫描用户程序结束后，可编程逻辑控制器就进入输出刷新阶段。

在此期间，CPU按照I/0映象区内对应的状态和数据刷新所有的输出锁存电路，再经输出电路驱动相应的外设。

这时，才是可编程逻辑控制器的真正输出。

功能特点可编程逻辑控制器具有以下鲜明的特点（1）系统构成灵活，扩展容易，以开关量控制为其特长；也能进行连续过程的PID回路控制；并能与上位机构成复杂的控制系统，如DDC和DCS等，实现生产过程的综合自动化。

（2）使用方便，编程简单，采用简明的梯形图、逻辑图或语句表等编程语言，而无需计算机知识，因此系统开发周期短，现场调试容易。

另外，可在线修改程序，改变控制方案而不拆动硬件。

（3）能适应各种恶劣的运行环境，抗干扰能力强，可靠性强，远高于其他各种机型。

选型规则在可编程逻辑控制器系统设计时，首先应确定控制方案，下一步工作就是可编程逻辑控制器工程设计选型。

工艺流程的特点和应用要求是设计选型的主要依据。

可编程逻辑控制器及有关设备应是集成的、标准的，按照易于与工业控制系统形成一个整体，易于扩充其功能的原则选型所选用可编程逻辑控制器应是在相关工业领域有投运业绩、成熟可靠的系统，可编程逻辑控制器的系统硬件、软件配置及功能应与装置规模和控制要求相适应。