plc智能温室监控系统的设计
摘 要本设计主要是对现代植物种植对智能温室控制的需求，而设计的温室自动智能控制系统。本文通过对温室执行系统的研究，相应的变化对温室环境的研究，把PLC和传感器等技术实践到智能温室控制系统的设计，研发出基于PLC控制的温室大棚智能控制体系。温室的环境体系是一个随着时间，环境变化的非常复杂的大型系统，很难建立体系的参数量模型， 采用一般的控制方法很难获得满意的静、动态性能。 此次论文设计系统的硬件部分主要由PLC和多种传感器所构成，各种各样的传感器一般是用来检测温室内部的温度、湿度、CO2的浓度、光照强度等，PLC主要用来控制温室内的窗户、通风口、C02补气阀、补光灯等执行设备的。可编程控制器是一种应用很广泛的自动控制装置，它将传统的继电器控制技术、计算机技术和通讯技术融为一体，具有控制能力强、操作灵活方便、可靠性高、适宜长期连续工作的特点，非常适合温度控制的要求。编程时运用了编程软件STEP 7 -Micro WIN中自带的PID控制模块，让程序更加简单易懂，运行的速度更加节省时间。本设计的智能温室系统运行后可以更好地体现出对智能大棚系统里面的各方面环境因子的控制调节，给植物创造了更适合的生长气候和环境。本课题设计体系操作简单、作业稳定性能较高,具有强大的实用性,非常适合现如今的农业产业化的需求,实际应用范围较大,并且很节省经济效益，据有非常好的发展前景。
目 录
第一章 温室市场现状与技术发展形势 1
1.1论文研究背景和意义 1
1.2温室产业的发展历程 1
1.2.1国外温室产业的发展经历 1
1.2.2国内温室产业的发展经历 2
1.3温室环境控制技术的现代化发展趋势 4
第二章 控制系统设计的初步方案 6
2.1方案论述 6
2.2系统总体方案设计 6
第三章 系统设计的硬件设计 9
3.1 PLC（可编程控制器）的选择 9
3.1.1 PLC的工作过程 9
3.1. 2PLC的模块安装 10
3.1.3PLC数字型号模块及扩展 10
3.1.4在STEP7中的硬件组态过程 11
3.2传感器的选择 12
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3.2.1温度传感器 12
3.2.2光照传感器 12
3.2.3二氧化碳浓度传感器 13
3.2 .4PLC（可编程控制器）与传感器的连接方法 13
3.4 电路的设计 13
3.4.1控制电路原理图 13
第四章 系统设计的软件设计 15
4.1温室控制系统PLC软件设计 15
4.2.1温度控制 15
4.2.2光照控制 16
4.2.3CO2浓度控制 17
4.3PLC I/O地址设置 18
第五章 系统模拟仿真 19
结束语 21
致 谢 22
参考文献 23
附录A系统设计的主要程序 24
第一章 温室市场现状与技术发展形势
1.1论文研究背景和意义
中国是世界排名第一的农业生产大国，农业的发展在中国的经济体系中有着非常重要的地位和意义。随着农业的现代化发展，一些问世的温湿度监测与控制也越来越趋向于自动化、智能化的方向发展。作为一个占全世界人口五分之一的大国，可是土地资源较为匮乏。因此我国农业成精细式发展已经变成了一种必需品。智能温室控制农业是当中的一项重要的必经之路，受到前所未有的重视。
农作物以及植物的生长受一些客观因素影响，如，温度、湿度、光照强度等等。而我国的现代化温室是在引进国外技术与自我开发的基础上发展起来的。温室大棚系统可以避免农作物受到自然因子的变化，可以让农作物在最合适的环境中生长，让农作物与环境因子相辅相成，从而实现智能大棚的温度控制，让系统可以自动调整温度，用来满足温湿度需要，是本课题研究的重点。以往的一些温室都是靠温度计监测，人工读取，再由人来调节温度。这种方式不但浪费了大量人力物力，控制的精度也很难保证。
目前，我国的绝大多数温室设备都比较老旧，已经很难跟上生产生活的需要。这种温度采集一般需要在温室内布置大量的测温电缆，才能把传感器上采集到的温度信号送到主机上。
为了解决上述种种问题，本论文是把PLC可编程控制技术、数字通信与传感器技术都结合起来，研发出一种能够自动控制的智能大棚环境的智能系统，对增加农作物的质量与产量有着举足轻重的影响。
1.2温室产业的发展历程
温室是指具有屋型和墙面结构，并且具有增、保温性能，可以在寒冷条件下进行植物物产量的保护措施的总称。我们把温室智能控制系统一般定义为：温室自动控制系统是专门为农业温室、农业环境控制、气象观测开发并且生产的一系列自动控制系统。可以用来测量温度、光照、风向、风速、气压、雨量、太阳紫外线、土壤的温湿度等农业环境因素。温室控制系统可以依据植物生长需求，自动控制风机湿帘、生物补光、开窗、卷膜、灌溉施肥等环境控制系统，自动控制温室内的环境，让植物达到适宜生长的环境，为植物生长提供最适合生长的环境。
1.2.1国外温室产业的发展经历
当代智能温室中一般的可自动控制的调节机构有很多种类。控制器总体调节所有机构，让系统在工作中节省资源的同时，也能够确保房间内的气温可以满足农作物的生长需要。常用的控制器可能有许多种类，比如单片机、PLC、通用PC机等。控制器互相能够利用局域网或现场总线进行调节信息的互相交换。国内和国外的研究学者对控制系统和控制算法的研究做出了很大的贡献。
很多北美洲的发达国家对现代温室大棚控制系统研究的比较早，大多数都是开始于20世纪初期，现在我们提到智能大棚控制系统时，一般最先想到的是荷兰。荷兰的温室智能控制系统较为发达，涉及面积也较广泛。
目前，国外现代化温室的内部设施己经发展到比较完备的程度，并形成了一定的标准。温室内的各环境因子大多由计算机集中控制，检测传感器也较为齐全，如温室内外的温度、湿度、光照度、二氧化碳浓度、营养液浓度等，由传感器的检测基本上可以实现对各个执行机构的自动控制，如无级调节的天窗通风系统，湿帘与风扇配套的降温系统，由热水锅炉或热风机组成的加温系统，可定时喷灌或滴灌的灌溉系统，二氧化碳施肥系统，以及适用于温室作业的农业机械等。计算机对这些系统的控制己经不是简单的、独立的、静态的直接数字控制，而是基于环境模型上的监督控制，以及基于专家系统上的人工智能控制， 一些国家在实现自动化的基础上正在向着完全自动化、无人化的方向发展。
经过以上举例可以看出，国外智能温室发展早，效益高。每个温室技术发达的国家，都会依照自己国家的特色，研究出了更适应自己国家国情的特殊技术，智能大棚的创建可以说是构造了农业技术的生命，并且促进了大棚技术的发展。
1.2.2国内温室产业的发展经历
中国最早在两千年以前就发现，可以借用一些保护措施种植时令蔬菜，我国是温室大棚栽培最早的国家。我国的大棚产业开始比较迟。我国的智能温室系统的技术人员在学习其他发达国家的高科技技术的基础上，使用并且添加了温室中温度、湿度、CO2浓度等因素控制的研究，并且一点点的研发出既适宜我国经济国情又可以满足不同气候条件要求的温室大棚控制系统。从20世纪70年代起，我国农业工人开始学习并且借鉴国外在智能温室控制系统方面的先进经验，致力于温室控制系统的研究。我国1980年代左右，随着经济的发展和科学的进步，温室进入超高速发展阶段。此阶段主要发展用塑料薄膜作为覆盖材料的温室大棚，基本解决了北方等地区普遍蔬菜淡季供应的问题。从1990年代开始，我国的很多高等学府也开始研发自己的温室系统，我国的设施农业逐渐向科学化方向发展，此时的温室系统的面积增加迅速，并且产量和质量也有了突飞猛进的提高。
目 录
第一章 温室市场现状与技术发展形势 1
1.1论文研究背景和意义 1
1.2温室产业的发展历程 1
1.2.1国外温室产业的发展经历 1
1.2.2国内温室产业的发展经历 2
1.3温室环境控制技术的现代化发展趋势 4
第二章 控制系统设计的初步方案 6
2.1方案论述 6
2.2系统总体方案设计 6
第三章 系统设计的硬件设计 9
3.1 PLC（可编程控制器）的选择 9
3.1.1 PLC的工作过程 9
3.1. 2PLC的模块安装 10
3.1.3PLC数字型号模块及扩展 10
3.1.4在STEP7中的硬件组态过程 11
3.2传感器的选择 12
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072*
3.2.1温度传感器 12
3.2.2光照传感器 12
3.2.3二氧化碳浓度传感器 13
3.2 .4PLC（可编程控制器）与传感器的连接方法 13
3.4 电路的设计 13
3.4.1控制电路原理图 13
第四章 系统设计的软件设计 15
4.1温室控制系统PLC软件设计 15
4.2.1温度控制 15
4.2.2光照控制 16
4.2.3CO2浓度控制 17
4.3PLC I/O地址设置 18
第五章 系统模拟仿真 19
结束语 21
致 谢 22
参考文献 23
附录A系统设计的主要程序 24
第一章 温室市场现状与技术发展形势
1.1论文研究背景和意义
中国是世界排名第一的农业生产大国，农业的发展在中国的经济体系中有着非常重要的地位和意义。随着农业的现代化发展，一些问世的温湿度监测与控制也越来越趋向于自动化、智能化的方向发展。作为一个占全世界人口五分之一的大国，可是土地资源较为匮乏。因此我国农业成精细式发展已经变成了一种必需品。智能温室控制农业是当中的一项重要的必经之路，受到前所未有的重视。
农作物以及植物的生长受一些客观因素影响，如，温度、湿度、光照强度等等。而我国的现代化温室是在引进国外技术与自我开发的基础上发展起来的。温室大棚系统可以避免农作物受到自然因子的变化，可以让农作物在最合适的环境中生长，让农作物与环境因子相辅相成，从而实现智能大棚的温度控制，让系统可以自动调整温度，用来满足温湿度需要，是本课题研究的重点。以往的一些温室都是靠温度计监测，人工读取，再由人来调节温度。这种方式不但浪费了大量人力物力，控制的精度也很难保证。
目前，我国的绝大多数温室设备都比较老旧，已经很难跟上生产生活的需要。这种温度采集一般需要在温室内布置大量的测温电缆，才能把传感器上采集到的温度信号送到主机上。
为了解决上述种种问题，本论文是把PLC可编程控制技术、数字通信与传感器技术都结合起来，研发出一种能够自动控制的智能大棚环境的智能系统，对增加农作物的质量与产量有着举足轻重的影响。
1.2温室产业的发展历程
温室是指具有屋型和墙面结构，并且具有增、保温性能，可以在寒冷条件下进行植物物产量的保护措施的总称。我们把温室智能控制系统一般定义为：温室自动控制系统是专门为农业温室、农业环境控制、气象观测开发并且生产的一系列自动控制系统。可以用来测量温度、光照、风向、风速、气压、雨量、太阳紫外线、土壤的温湿度等农业环境因素。温室控制系统可以依据植物生长需求，自动控制风机湿帘、生物补光、开窗、卷膜、灌溉施肥等环境控制系统，自动控制温室内的环境，让植物达到适宜生长的环境，为植物生长提供最适合生长的环境。
1.2.1国外温室产业的发展经历
当代智能温室中一般的可自动控制的调节机构有很多种类。控制器总体调节所有机构，让系统在工作中节省资源的同时，也能够确保房间内的气温可以满足农作物的生长需要。常用的控制器可能有许多种类，比如单片机、PLC、通用PC机等。控制器互相能够利用局域网或现场总线进行调节信息的互相交换。国内和国外的研究学者对控制系统和控制算法的研究做出了很大的贡献。
很多北美洲的发达国家对现代温室大棚控制系统研究的比较早，大多数都是开始于20世纪初期，现在我们提到智能大棚控制系统时，一般最先想到的是荷兰。荷兰的温室智能控制系统较为发达，涉及面积也较广泛。
目前，国外现代化温室的内部设施己经发展到比较完备的程度，并形成了一定的标准。温室内的各环境因子大多由计算机集中控制，检测传感器也较为齐全，如温室内外的温度、湿度、光照度、二氧化碳浓度、营养液浓度等，由传感器的检测基本上可以实现对各个执行机构的自动控制，如无级调节的天窗通风系统，湿帘与风扇配套的降温系统，由热水锅炉或热风机组成的加温系统，可定时喷灌或滴灌的灌溉系统，二氧化碳施肥系统，以及适用于温室作业的农业机械等。计算机对这些系统的控制己经不是简单的、独立的、静态的直接数字控制，而是基于环境模型上的监督控制，以及基于专家系统上的人工智能控制， 一些国家在实现自动化的基础上正在向着完全自动化、无人化的方向发展。
经过以上举例可以看出，国外智能温室发展早，效益高。每个温室技术发达的国家，都会依照自己国家的特色，研究出了更适应自己国家国情的特殊技术，智能大棚的创建可以说是构造了农业技术的生命，并且促进了大棚技术的发展。
1.2.2国内温室产业的发展经历
中国最早在两千年以前就发现，可以借用一些保护措施种植时令蔬菜，我国是温室大棚栽培最早的国家。我国的大棚产业开始比较迟。我国的智能温室系统的技术人员在学习其他发达国家的高科技技术的基础上，使用并且添加了温室中温度、湿度、CO2浓度等因素控制的研究，并且一点点的研发出既适宜我国经济国情又可以满足不同气候条件要求的温室大棚控制系统。从20世纪70年代起，我国农业工人开始学习并且借鉴国外在智能温室控制系统方面的先进经验，致力于温室控制系统的研究。我国1980年代左右，随着经济的发展和科学的进步，温室进入超高速发展阶段。此阶段主要发展用塑料薄膜作为覆盖材料的温室大棚，基本解决了北方等地区普遍蔬菜淡季供应的问题。从1990年代开始，我国的很多高等学府也开始研发自己的温室系统，我国的设施农业逐渐向科学化方向发展，此时的温室系统的面积增加迅速，并且产量和质量也有了突飞猛进的提高。
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