实验室改良平菇育种试验箱控制系统设计【字数：11376】
本文是针对高校实验室进行平菇育种试验，而设计的一个控制系统，为实验人员研究不同阶段平菇生长的温湿度及光照提供了一个平台。本文根据现有基础设计了一套试验箱箱控制系统，该系统主要基于PLC、HMI与PID算法。该控制系统可以让试验箱根据实验设定模拟出符合条件的环境参数（包括温度、湿度、不同颜色的光照等），且在原有基础上进行改良，通过PID控制算法实现恒温恒湿功能，方便实验人员研究。
目 录
1． 绪论 1
1.1课题的目的与意义 1
1.2课题研究的现状与趋势 1
1.2.1国外发展历史与现状 1
1.2.2国内发展历史与现状 2
1.3课题研究内容 2
2． 控制系统总体方案设计 3
2.1系统总体设计要求 3
2.2控制要求的明确 3
2.3控制过程方案的制订 4
2.4手动控制方案的制订 5
2.5自动控制方案的制订 5
2.6系统经济及环境性分析 5
3． 控制系统硬件设计 6
3.1硬件设计思路 6
3.2 PLC的选型 6
3.2.1 PLC输入输出端口（I/O）的分配 7
3.3模拟量模块（A/D模块）的选型 8
3.3.1模块具体参数 9
3.3.2模块端子的排布 10
3.4传感器的选型 10
3.5加热管的选型 12
3.6加湿器的选型 13
3.7 LED灯组的选型 14
3.8排风扇的选型 15
3.9继电器的选型 16
3.10触摸屏的选型 16
3.11气缸的选型 18
3.12空压机的选型 19
3.13电磁阀的选型 19
3.14接近开关的选型 19
3.15气动原理图 20
3.16通讯模块的配置 21
3.16.1触摸屏与PLC之间的通讯 21
3.16.2触摸屏、PLC与计算机的通讯 21
3.17 I/O接线 21 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ￥351916072￥
3.18元器件清单 23
4． 控制系统PLC程序设计 24
4.1程序设计软件简介 24
4.2程序设计流程图 24
4.3 PLC程序 25
4.3.1 PID控制指令 25
4.3.2手动/自动控制方式的选择 27
4.3.3手动控制模式 27
4.3.4自动控制模式 29
5． 触摸屏画面的设计 32
5.1触摸屏画面编辑软件的简介 32
5.2触摸屏画面的设计 32
5.2.1新建一个工程 33
5.2.2触摸屏登录界面的设计 34
5.2.3参数设置界面的设计 34
5.2.4主画面及数据监测界面的设计 35
5.2.5手动控制模式画面的设计 35
结束语 37
参考文献 38
附录1.PLC命令语编程 39
附录2.PLC软元件注释表 43
附录3.程序流程图 45
附录4.PLC程序梯形图 46
附录5.接线原理图 53
附录6.元器件清单 54
附录7.气动原理图 55
附录8.元器件布置图 56
致谢 57
绪论
课题的目的与意义
如我们所知，自然界的气候是不受任何人控制、随机的，地球上的所有动植物时时刻刻都受到自然界气候的影响。在过去，科学家进行植物研究、农业种植研究都只能够在自然界中进行，不能进行人工干预，这样下来气候对于研究结果影响极大，还大量消耗了实验时间，最后还不能得出有效准确的实验数据。因而，科学家们始终致力于寻找一种可以摆脱时间和空间的限制，并且可以人工干预环境参数来进行试验。实验室育种试验箱即是在以上所说的背景下应运而生和不停发展起来的，它相当于把不受人们制约的自然界环境搬进了现代实验室中，实现了参数从不可控制到可人工控制的过程。当然，要完成对温度、湿度等的精确的控制，就要为试验箱设计一套“智慧型”系统，因此本设计就是要设计一套实验室用改良平菇育种试验箱的控制系统。
因为本次设计的育种试验箱是由控制系统自动控制温湿度的，并且参数信息在触摸屏上一一显示并且具有报警功能，所以科研人员就不需要全程值守在试验箱旁边，结果就是可以在很大程度上降低科研人员的工作量，提高了工作效率，相比于人工自然育种所消耗的大量时间，自动控制育种实验箱大幅度节约了时间，提高了育种实验的效率。
课题研究的现状与趋势
国外发展历史与现状
国外关于育种试验箱的研究起步较早。其育种试验箱的发展进程可大抵分为如下三个时期：第一时期为上世纪30年代到40年代，育种试验箱的雏形在此期间形成,用于人工模拟短日照试验使用的遮日箱就是一个典型的例子。第二时期是上世纪50年代到80年代，实验室育种试验箱在光源选用和控制参数技术上有了较大的提高。在上世纪50年代，研发人员开始使用电光源系统取代自然光源，并逐渐使用空调装置来对温度进行精准调节。60年代日本在前面的基础上改良了结构，使箱体可以通风排热。70年代荧光灯成为主流的光源。80年代开始，人们开始尝试使用高压汞灯，高压的金卤灯，氙灯等。第三时期为上世纪90年代至今， LED灯组在此期间被用作新光源，红光、蓝光、远红外三色光可按比例自由组合。现在，育种试验箱不再简单地控制温度，湿度和光照三个参数，也在少许非常规用途中实现了对二氧化碳、氧气、压强等的控制。
国内发展历史与现状
育种实验箱在我国出现较晚。自1976年哈尔滨物理化学仪器厂在中国开发出第一台试验箱以来，中国的实验箱发展速度非常快。接下来随着计算机技术的蓬勃发展，我国在试验箱控制系统的控制芯片上有了些许突破，从最早的8位单片机到32位高速处理器。在光源上也同样使用了LED新型光源，在其控制上填补了国内这一领域的空白，第一次实现了光源光谱柔性可调。在温度控制算法中，由早期经典PID算法逐步开发出模糊控制算法和神经算法。分流式内部除湿技术应用于湿度处理。首次完成了对空中复杂环境条件的模拟，试验箱可以精确地调控箱内温度及湿度，还能轻松模拟出电磁、电离辐射、微重力和超重力效应等。
目 录
1． 绪论 1
1.1课题的目的与意义 1
1.2课题研究的现状与趋势 1
1.2.1国外发展历史与现状 1
1.2.2国内发展历史与现状 2
1.3课题研究内容 2
2． 控制系统总体方案设计 3
2.1系统总体设计要求 3
2.2控制要求的明确 3
2.3控制过程方案的制订 4
2.4手动控制方案的制订 5
2.5自动控制方案的制订 5
2.6系统经济及环境性分析 5
3． 控制系统硬件设计 6
3.1硬件设计思路 6
3.2 PLC的选型 6
3.2.1 PLC输入输出端口（I/O）的分配 7
3.3模拟量模块（A/D模块）的选型 8
3.3.1模块具体参数 9
3.3.2模块端子的排布 10
3.4传感器的选型 10
3.5加热管的选型 12
3.6加湿器的选型 13
3.7 LED灯组的选型 14
3.8排风扇的选型 15
3.9继电器的选型 16
3.10触摸屏的选型 16
3.11气缸的选型 18
3.12空压机的选型 19
3.13电磁阀的选型 19
3.14接近开关的选型 19
3.15气动原理图 20
3.16通讯模块的配置 21
3.16.1触摸屏与PLC之间的通讯 21
3.16.2触摸屏、PLC与计算机的通讯 21
3.17 I/O接线 21 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ￥351916072￥
3.18元器件清单 23
4． 控制系统PLC程序设计 24
4.1程序设计软件简介 24
4.2程序设计流程图 24
4.3 PLC程序 25
4.3.1 PID控制指令 25
4.3.2手动/自动控制方式的选择 27
4.3.3手动控制模式 27
4.3.4自动控制模式 29
5． 触摸屏画面的设计 32
5.1触摸屏画面编辑软件的简介 32
5.2触摸屏画面的设计 32
5.2.1新建一个工程 33
5.2.2触摸屏登录界面的设计 34
5.2.3参数设置界面的设计 34
5.2.4主画面及数据监测界面的设计 35
5.2.5手动控制模式画面的设计 35
结束语 37
参考文献 38
附录1.PLC命令语编程 39
附录2.PLC软元件注释表 43
附录3.程序流程图 45
附录4.PLC程序梯形图 46
附录5.接线原理图 53
附录6.元器件清单 54
附录7.气动原理图 55
附录8.元器件布置图 56
致谢 57
绪论
课题的目的与意义
如我们所知，自然界的气候是不受任何人控制、随机的，地球上的所有动植物时时刻刻都受到自然界气候的影响。在过去，科学家进行植物研究、农业种植研究都只能够在自然界中进行，不能进行人工干预，这样下来气候对于研究结果影响极大，还大量消耗了实验时间，最后还不能得出有效准确的实验数据。因而，科学家们始终致力于寻找一种可以摆脱时间和空间的限制，并且可以人工干预环境参数来进行试验。实验室育种试验箱即是在以上所说的背景下应运而生和不停发展起来的，它相当于把不受人们制约的自然界环境搬进了现代实验室中，实现了参数从不可控制到可人工控制的过程。当然，要完成对温度、湿度等的精确的控制，就要为试验箱设计一套“智慧型”系统，因此本设计就是要设计一套实验室用改良平菇育种试验箱的控制系统。
因为本次设计的育种试验箱是由控制系统自动控制温湿度的，并且参数信息在触摸屏上一一显示并且具有报警功能，所以科研人员就不需要全程值守在试验箱旁边，结果就是可以在很大程度上降低科研人员的工作量，提高了工作效率，相比于人工自然育种所消耗的大量时间，自动控制育种实验箱大幅度节约了时间，提高了育种实验的效率。
课题研究的现状与趋势
国外发展历史与现状
国外关于育种试验箱的研究起步较早。其育种试验箱的发展进程可大抵分为如下三个时期：第一时期为上世纪30年代到40年代，育种试验箱的雏形在此期间形成,用于人工模拟短日照试验使用的遮日箱就是一个典型的例子。第二时期是上世纪50年代到80年代，实验室育种试验箱在光源选用和控制参数技术上有了较大的提高。在上世纪50年代，研发人员开始使用电光源系统取代自然光源，并逐渐使用空调装置来对温度进行精准调节。60年代日本在前面的基础上改良了结构，使箱体可以通风排热。70年代荧光灯成为主流的光源。80年代开始，人们开始尝试使用高压汞灯，高压的金卤灯，氙灯等。第三时期为上世纪90年代至今， LED灯组在此期间被用作新光源，红光、蓝光、远红外三色光可按比例自由组合。现在，育种试验箱不再简单地控制温度，湿度和光照三个参数，也在少许非常规用途中实现了对二氧化碳、氧气、压强等的控制。
国内发展历史与现状
育种实验箱在我国出现较晚。自1976年哈尔滨物理化学仪器厂在中国开发出第一台试验箱以来，中国的实验箱发展速度非常快。接下来随着计算机技术的蓬勃发展，我国在试验箱控制系统的控制芯片上有了些许突破，从最早的8位单片机到32位高速处理器。在光源上也同样使用了LED新型光源，在其控制上填补了国内这一领域的空白，第一次实现了光源光谱柔性可调。在温度控制算法中，由早期经典PID算法逐步开发出模糊控制算法和神经算法。分流式内部除湿技术应用于湿度处理。首次完成了对空中复杂环境条件的模拟，试验箱可以精确地调控箱内温度及湿度，还能轻松模拟出电磁、电离辐射、微重力和超重力效应等。
版权保护: 本文由 hbsrm.com编辑，转载请保留链接: www.hbsrm.com/jxgc/jdgc/373.html
