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S7-200在恒温塑料大棚中的应用
文章作者admin: 时间:2021-04-07 19:46
 S7-200在恒温塑料大棚中的应用

                                  刘 涛 李汉挺

                       (济宁职业技术学院,山东济宁272037)

    摘 要:塑料大棚的蔬菜、花卉对温度有着严格要求,因而实现温室中温度、湿度控制尤为重要。而温度、湿度的检测和控制一直是农业大棚中的控制重点。介绍基于西门子S7-200的温度控制系统,以CPU224为控制器,采用分布式控制方式,具体说明其硬件组成和软件编程。

    关键词:PLC;恒温大棚;S7-200;温度;湿度

    我国塑料大棚蔬菜、花卉的栽培面积达到200万亩占到设施栽培面积的五分之一。塑料大棚充分利用太阳能,有一定的保温作用,但是,气温低时,大棚的上有厚厚的棉被,气温实在低得时候会生暖气。而到了中午时气温会很高。所以棚内的每隔一段距离会有一个通风孔温度高时要打开通风孔调节温度。调节方法很原始,为此,我们设计了一个大棚智能温室控制系统,它能根据实时采集的参数,通过一些列设备的动作调整大棚的参数如温度、湿度、光照等,达到植物所需的生长环境。通过本系统可以实现提高产品产量、节约能源、节省劳动力的目的。可编程控制器(PLC)是以计算机技术为核心的通用自动控制装置,与其他的控制器相比,PLC有很多优点,可靠性更强,本系统选用了西门子公司的S7-200系列产品。该系列具有丰富的指令集,强大的通讯能力,丰富的扩展模块,能满足温度、湿度控制的要求。

    1 大棚简介及技术要求

    大棚的温度控制是一个滞后性强,干扰大的多输入、多输出系统,变量之间存在耦合现象,本大棚配置了室外温度、湿度、风向、风速、光照传感器以及室内温度、湿度传感器。其主要控制对性是大棚中的温度、湿度;被控的对象是风扇、内帘、外帘、加热器、天窗、喷水阀(6个);控制方式是用户根据不同作物、生物需要的相应的环境条件,设置目标参数,PLC控制器自动控制设备的动作。

    2 系统设计方案

    2·1 系统组成

    系统采用S-200采集数据、控制输出的功能,上位机可选用工业组态软件(组态王、WinCC)。

    2·2 PLC选型及地址分配

    系统的主控设备采用西门子200系列CPU224,扩展模块包括2个模拟量输入EM231,3个开关量输出模块EM222。其中CUP224集成了数字量14路输入,10路输出,EM231为模拟量4路输入,EM222为数字量8路输出,具体的I/O分配表如表1所示。

    2·3 硬件构成

    整个硬件结构如图1所示。上位机主要作用是参数设定和实时监控,PLC通过采集到外部室外传感器信号与室内采集的信号进行比较,按照算法进行设备驱动,操作执行结构,达到用户需求的自动灌溉和环境控制。

                 

    3 程序设计

    程序设计要求能实现系统手动、半自动、全自动切换控制。手动控制完全脱离PLC,在电气控制柜上进行直接控制执行机构,主要用于程序、设备的调试;半自动是在上位机监控系统中进行手动远程操作设备,主要是用于算法不能满足生产需要时,或临时使用;全自动式完全不要人工操作,按照事先设定的参数,全自动的进行整体的温度、湿度的控制。整个控制系统主要包括数据采集、温度控制、湿度控制三部分。

    3·1 数据采集

    模拟量比例换算:因为A/D、D/A转换之间的对应关系,S7-200CPU内部用数值表示外部的模拟量信号,两者之间有一定的数学关系,即模拟量/数值量的换算关系。例如,使用一个(0~20)mA的模拟量信号输入,在S7-200CPU内部,(0~20)mA对应于数值范围0~32000;对于(4~20)mA的信号,对应的内部数值为6400~32000。

    下面是采集室外温度的程序,输入信号(0~5)V,对应量程为-10°C~50°C,其程序如下:

                 

    3·2 环境控制

    环境控制是针对温室内辐射度、温度、湿度、CO2的浓度等环境因子进行调节控制,主要是参照室外气象数据以及植物的需求进行参数算法调节分析,达到植物所需的生长环境,起到节能、高效的作用。环境控制主要有加热系统、通风系统、幕帘系统、二氧化碳系统、喷雾系统等组成,各个系统之间相互配合,共同完成对环境因子的高效、精确、快捷调节。温室环境控制结构如图2所示。

               

    以幕帘系统为例,幕帘系统有遮阴和节能保温的作用,其遮阴工作原理为:设定辐射临界值及盲区,若辐射度当前值>临界值+盲区,则用当前值减去临界值进行每分钟累积,当累计值超过设定值时,幕帘展开。

    4 结束语

    智能温室控制系统采用PLC设计,具有反应速度快、系统稳定、维护简单等优势,且能满足温室大棚的控制精确的需要,经测试能满足用户的需要。温室控制针对不同作物、不同环境进行在线控制,在控制的基础上增加远程监控是未来的发展趋势。

    参考文献

    [1]周万珍.PLC分析与设计应用[M].北京:电子工业出版社,2004.

    [2]廖常初.PLC编程及应用[M].2版.北京:机械工业出版社,2005.

    [3]绍惠鹤工业过程高级控制[M]上海;上海交通大学,1997.

    [4]李慧.温室控制技术的发展方向[J].林业机械与土木设备,2004.


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