profibus现场总线的温室环境监控系统设计
随着农业研究和应用技术的迅速发展，温室生产成为发展高效农业重要环节。在我国，温室生产基本上依靠人工管理，这样不仅耗费劳动力，还不能保证温室里作物的品质，难以实现原来想要的经济效益。本文设计了一套基于PROFIBUS现场总线的温室环境监控系统，本次设计控制系统硬件主要由PLC、传感器、变频器等构成，用来完成温室内的环境参数的检测和卷帘、加湿器、风机湿帘、排风机等执行机构的控制。运用现场总线构建一个一主两从的分布式控制系统。温室控制的监控软件采用西门子WINCC组态软件，通过其与西门子PLC的通信，实现远距离温室控制，从而完成温室的实时控制。本次设计经过仿真运行，能够较好的实现预期控制要求，为作物生长提供良好的环境。关键词 温室，现场总线，自动控制，PLC，WINCC
目 录
1 绪论 1
1.1 课题的研究意义及背景 1
1.2 国内外温室控制技术的发展 1
2 系统的整体设计方案 2
2.1 系统的设计任务 2
2.2 系统设计方案 2
2.3 通讯方式简介 3
2.4 现场总线概述 3
2.5 环境因子对作物的影响 4
2.6 控制算法介绍 4
3 系统硬件研究 5
3.1 PLC简介 5
3.2 PLC部分电气线路设计 7
3.3 器件选型 10
3.4 系统硬件接线图 14
4 软件部分的设计 15
4.1 WINCC部分设计 15
4.2 系统流程图 18
4.3 主从站的建立 22
4.4 主要功能模块介绍 23
4.5 PID控制器参数整定 25
5 系统的仿真与调试 26
5.1 PLC的仿真调试 26
5.2 WINCC的仿真调试 27
5.3 系统的综合调试 27
结 论 29
致 谢 30
参 考 文 献 31
附 录: PLC梯形图 32
1 绪论
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: #351916072#
1.1 课题的研究意义及背景
露天蔬菜种植已经逐渐被大棚种植所替代，大棚温室已经成为蔬菜作物种植的重要设施。不同种类的作物习性不同，对生长要求也不同，环境对作物的生长很重要，对环境进行监控能让管理更加科学和方便省事。通过对温室环境的检测，再结合作物生长的习性，从而改善作物的生长环境，使作物茁壮成长。人们现在已经不能满足于原先的温室大棚了，人们对温室大棚的要求越来越高。由于科学技术的不断发展，各种电子器件越来越便宜，把自动控制系统引入温室大棚，帮助农民科学管理大棚种植已经变得不是那么遥不可及。本文将使用PLC和传感器结合对温度、湿度等进行检测控制。结合农民希望的低成本、高性能的需求，利用现有资源设计一个低成本能实时控制温室大棚的系统，从而帮助农民自动控制温室生产，减轻他们的负担。
1.2 国内外温室控制技术的发展
国外发达国家智能温室起步早，带来的经济效益高[1]。随着微型计算机的发展迅猛，价格越来越便宜，但是性能却越来越高。原来的温室技术已经不能满足现在的生产需要，人们利用高科技将一系列科学技术引入温室大棚。外国主要利用微机作为控制核心，这项技术在发达国家有了快速发展。外国温室控制系统不仅仅是对某一个单一变量进行控制，它还考虑到各个变量之间的耦合关系，每个变量和每个变量之间存在着某种关系，因此这就需要对这些关系进行研究，所以说国外发达国家的温室技术水平非常高。
由于受到我国实际情况和经济发展水平影响，我国温室大棚技术开始比较迟，大约开始于上个世纪八十年代。我国科技人员在不断他们的先进技术，并且在他们的基础上，逐渐掌握了使用计算机控制温室的技术，但是该项技术只能控制温室内单一的环境因子，不能够进行综合控制[2]。我国现阶段的温室大棚结构比较简单，对环境调控能力有限，大部分要靠人工来完成,因此我国先后从欧洲、日本、美国等发达国家进口了一批温室产品，但是由于我国地理环境和别国有所差异，加上引进技术成本大，国内温室管理技术的落后和缺乏相应的技术人才，导致温室的管理不到位，作物的产量低、质量不佳,从而不能达到预期的效果，因此开发研制出适合我国国情的温室控制技术至关重要。在九十年代晚期，我国农业技术人员对国外温室技术不断探索与研究，并针对我国的地理条件、气候状况的实际情况，不断改进和完善相应的技术，终于成功开发出了适合中国气候环境和市场经济的温室。近年来，我国温室技术发展快速，并在很多方面取得了巨大的进步。总之，我国的温室技术不再是过去简单的吸收和简单应用国外的先进技术，而是走上了自主研发适合于我国农业生产的道路。
2 系统的整体设计方案
2.1 系统的设计任务
植物温室大棚可以给作物提供一个很好的生长环境，防止不适宜的环境对植物生长造成破坏。在搭建温室时，一般用一些采光比较好的材料，外面加上一些可以遮住阳光的材料。温室可以培养出反季节的植物，改变温室环境，可以让植物快速生长，从而可以增加产量。温室中的温度、湿度、光照度和二氧化碳浓度等因素对植物的生长起着重要作用[3]。本设计主要研究和控制的对象指温度、湿度和土壤湿度，并根据不同的季节气候，植物生长的不同阶段所需要的环境对温室内环境的进行调控。植物生在要在适合的环境当中，在生长过程中会受到很多因素的影响，其中温度、湿度、和光照度影响最大。现代温室有内外遮阳系统、加温系统、加湿系统、灌溉系统等设备，一套很好的监控系统就可以很好的控制这些设备。
2.2 系统设计方案
2.2.1 系统工作原理
本次设计的系统利用PLC作为控制核心，传感器传送来的数据经过变送转换成电流信号，然后传到模拟量输入模块，PLC经过PID控制算法对数据进行处理，输出相应的开关量来驱动执行机构工作。通过PROFIBUS现场总线来实现各个温室间的信息交流，通过从站我们可以采集到温室内的环境参数，从站将采集来的数据传送给主站，主站经过处理并向从站发出指令[5]。执行机构的工作可以实时的改变温室里的环境，从而让温室内的作物更好地工作。通过WINCC组态完成数据管理、报警和温室监控等功能。我们可以在监控界面上设置温室内各个环境参数的上下线，从而让该系统更好地工作，监控系统可以对各个温室进行监视和控制，从而为管理人员提供很好的帮助和鞠策，其方案图如图21所示。
目 录
1 绪论 1
1.1 课题的研究意义及背景 1
1.2 国内外温室控制技术的发展 1
2 系统的整体设计方案 2
2.1 系统的设计任务 2
2.2 系统设计方案 2
2.3 通讯方式简介 3
2.4 现场总线概述 3
2.5 环境因子对作物的影响 4
2.6 控制算法介绍 4
3 系统硬件研究 5
3.1 PLC简介 5
3.2 PLC部分电气线路设计 7
3.3 器件选型 10
3.4 系统硬件接线图 14
4 软件部分的设计 15
4.1 WINCC部分设计 15
4.2 系统流程图 18
4.3 主从站的建立 22
4.4 主要功能模块介绍 23
4.5 PID控制器参数整定 25
5 系统的仿真与调试 26
5.1 PLC的仿真调试 26
5.2 WINCC的仿真调试 27
5.3 系统的综合调试 27
结 论 29
致 谢 30
参 考 文 献 31
附 录: PLC梯形图 32
1 绪论
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: #351916072#
1.1 课题的研究意义及背景
露天蔬菜种植已经逐渐被大棚种植所替代，大棚温室已经成为蔬菜作物种植的重要设施。不同种类的作物习性不同，对生长要求也不同，环境对作物的生长很重要，对环境进行监控能让管理更加科学和方便省事。通过对温室环境的检测，再结合作物生长的习性，从而改善作物的生长环境，使作物茁壮成长。人们现在已经不能满足于原先的温室大棚了，人们对温室大棚的要求越来越高。由于科学技术的不断发展，各种电子器件越来越便宜，把自动控制系统引入温室大棚，帮助农民科学管理大棚种植已经变得不是那么遥不可及。本文将使用PLC和传感器结合对温度、湿度等进行检测控制。结合农民希望的低成本、高性能的需求，利用现有资源设计一个低成本能实时控制温室大棚的系统，从而帮助农民自动控制温室生产，减轻他们的负担。
1.2 国内外温室控制技术的发展
国外发达国家智能温室起步早，带来的经济效益高[1]。随着微型计算机的发展迅猛，价格越来越便宜，但是性能却越来越高。原来的温室技术已经不能满足现在的生产需要，人们利用高科技将一系列科学技术引入温室大棚。外国主要利用微机作为控制核心，这项技术在发达国家有了快速发展。外国温室控制系统不仅仅是对某一个单一变量进行控制，它还考虑到各个变量之间的耦合关系，每个变量和每个变量之间存在着某种关系，因此这就需要对这些关系进行研究，所以说国外发达国家的温室技术水平非常高。
由于受到我国实际情况和经济发展水平影响，我国温室大棚技术开始比较迟，大约开始于上个世纪八十年代。我国科技人员在不断他们的先进技术，并且在他们的基础上，逐渐掌握了使用计算机控制温室的技术，但是该项技术只能控制温室内单一的环境因子，不能够进行综合控制[2]。我国现阶段的温室大棚结构比较简单，对环境调控能力有限，大部分要靠人工来完成,因此我国先后从欧洲、日本、美国等发达国家进口了一批温室产品，但是由于我国地理环境和别国有所差异，加上引进技术成本大，国内温室管理技术的落后和缺乏相应的技术人才，导致温室的管理不到位，作物的产量低、质量不佳,从而不能达到预期的效果，因此开发研制出适合我国国情的温室控制技术至关重要。在九十年代晚期，我国农业技术人员对国外温室技术不断探索与研究，并针对我国的地理条件、气候状况的实际情况，不断改进和完善相应的技术，终于成功开发出了适合中国气候环境和市场经济的温室。近年来，我国温室技术发展快速，并在很多方面取得了巨大的进步。总之，我国的温室技术不再是过去简单的吸收和简单应用国外的先进技术，而是走上了自主研发适合于我国农业生产的道路。
2 系统的整体设计方案
2.1 系统的设计任务
植物温室大棚可以给作物提供一个很好的生长环境，防止不适宜的环境对植物生长造成破坏。在搭建温室时，一般用一些采光比较好的材料，外面加上一些可以遮住阳光的材料。温室可以培养出反季节的植物，改变温室环境，可以让植物快速生长，从而可以增加产量。温室中的温度、湿度、光照度和二氧化碳浓度等因素对植物的生长起着重要作用[3]。本设计主要研究和控制的对象指温度、湿度和土壤湿度，并根据不同的季节气候，植物生长的不同阶段所需要的环境对温室内环境的进行调控。植物生在要在适合的环境当中，在生长过程中会受到很多因素的影响，其中温度、湿度、和光照度影响最大。现代温室有内外遮阳系统、加温系统、加湿系统、灌溉系统等设备，一套很好的监控系统就可以很好的控制这些设备。
2.2 系统设计方案
2.2.1 系统工作原理
本次设计的系统利用PLC作为控制核心，传感器传送来的数据经过变送转换成电流信号，然后传到模拟量输入模块，PLC经过PID控制算法对数据进行处理，输出相应的开关量来驱动执行机构工作。通过PROFIBUS现场总线来实现各个温室间的信息交流，通过从站我们可以采集到温室内的环境参数，从站将采集来的数据传送给主站，主站经过处理并向从站发出指令[5]。执行机构的工作可以实时的改变温室里的环境，从而让温室内的作物更好地工作。通过WINCC组态完成数据管理、报警和温室监控等功能。我们可以在监控界面上设置温室内各个环境参数的上下线，从而让该系统更好地工作，监控系统可以对各个温室进行监视和控制，从而为管理人员提供很好的帮助和鞠策，其方案图如图21所示。
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