基于PLC 温室大棚系统设计

基于PLC 温室大棚系统设计

钟立科赵淑萍

山东协和学院  工学院，山东  济南  250109

【摘要】本文介绍的是基于PLC的温室大棚温湿度监控系统设计方案。以草莓作物为例，根据温室大棚的总体需求，设定具体的适宜温度和湿度进行调控，设计并实现基于PLC的草莓温室大棚监控系统。本系统通过温室大棚中辅以CO2浓度和光照强度监测的温度和湿度的实时监测来控制温室前后窗的开关，风机、供热水泵和湿帘水泵的启停，遮阳帘的收放，定时定量的喷灌从而达到温室大棚的温湿度监控。

【关键词】温室大棚PLC 监控系统

1  S7-200温室大棚监控控制系统的硬件设计

1.1  PLC型号的选择

用户选择PLC型号时应该进行综合的考虑，主要以系统的要求和财力等为主要考虑因素，因此，较为合适的PLC和合适的输入输出器件应该是有着较高性能与价格比的PLC和器件。

实时模式的情况下，西门子S7-200PLC的特点有着较快的速度、通讯功能和较高的生产力等。模块化设计的一致性加快了低性能定制产品的创造进程以及其可扩展性的解决方案。西门子的S7 - 200微型PLC能够成为独立的微型PLC解决方案或者和其他的控制器结合在一起使用。

1.2  主电路的设计

220V交流电源经L、N接入设备。

QF1的功能是总电源开关，接通断开整台设备。

220V交流电源经过QF1断路器和FU1熔断器，给PLC和所有电机电器等设备供电[18]。

220V交流电源经过QF1断路器和FU1熔断器，再经过所有设备各自的断路器和熔断器与前窗电机、后窗电机、遮阳幕电机、环流风机、湿帘风机、湿帘水泵、供热水泵、后窗风机、钠光灯和控制柜相连进行供电。

M1是控制前窗开闭的电机，PLC控制KM1和KM2线圈是否通电，控制KM1和KM2线圈常开触点断开或者闭合，从而控制前窗的开启和关闭。当需要开启前窗时，PLC控制KM1线圈通电，KM2线圈断电，220V交流电源经过交流电源220V输出，KM1线圈和电机线圈构成回路，启动电机转动，打开前窗。

当需要关闭前窗时，PLC控制KM2线圈通电，KM1线圈断电，220V交流电源经过交流电源220V输出，电机线圈和KM2线圈构成回路，启动电机转动，关闭前窗。

M2是控制后窗开闭的电机，PLC控制KM3和KM4线圈是否通电，控制KM3和KM4线圈常开触点断开或者闭合，从而控制后窗的开启和关闭。当需要开启后窗时，PLC控制KM3线圈通电，KM4线圈断电，220V交流电源经过交流电源220V输出，KM3线圈和电机线圈构成回路，启动电机转动，打开前窗。

当需要关闭前窗时，PLC控制KM4线圈通电，KM3线圈断电，220V交流电源经过交流电源220V输出，电机线圈和KM4线圈构成回路，启动电机转动，关闭前窗。

M3是控制遮阳帘收合的电机，PLC控制KM5和KM6线圈是否通电，当需要受光时，PLC控制KM5线圈通电，KM6线圈断电，220V交流电源经过交流电源220V输出，KM5线圈和电机线圈构成回路，启动电机转动，打开遮阳棚。

当需要遮光时，PLC控制KM6线圈通电，KM5线圈断电，220V交流电源经过交流电源220V输出，电机线圈和KM6线圈构成回路，启动电机转动，收起遮阳帘。

M4是环流风机，PLC控制KM7线圈是否通电，控制M4启动环流风机或者关闭环流风机。

M5是湿帘风机，PLC控制KM8线圈是否通电，控制M5启动湿帘风机或者关闭湿帘风机。

M6是湿帘水泵，PLC控制KM9线圈是否通电，控制M6启动湿帘水泵或者关闭湿帘水泵。

M7是供热水泵，PLC控制KM10线圈是否通电，控制M7启动湿供热水泵或者关闭供热水泵。

M8是后窗风机，PLC控制KM11线圈是否通电，控制M8启动后窗风机或者关闭后窗风机。

H1是钠光灯，PLC控制KM12线圈是否通电，控制H1启动钠光灯或者关闭钠光灯。

2  S7-200温室大棚监控控制系统的程序设计

2.1开机初始化，参数设定

当PLC系统开始运作时，先将数据进行初始化。温度设定为25摄氏度，内部地址为VD100[20]。相对湿度设定为70%，内部地址为VD104。光照强度为150000lx，内部地址为VD108。二氧化碳浓度为2000ppm，内部地址为VD112。

灌溉系统在相对湿度小于90%是开始灌溉，直到到达90%。

2.2  CO2检测控制程序

对CO2浓度的测量范围进行设置，设值范围为0-3000PPM。

符号地址注释

Always_On SM0.0 始终接通为ON

CO2传感器AIW6 CT1

CO2检测VD12

2.3液位读取程序

对水箱的液位进行读取，从而达到对灌溉的水量定量。

2.4自动运行标志程序

当启动自动运行时，系统开始自动进行操作判断。

符号地址注释

启动按钮I0.0 SB1

上位启动M1.0

上位停止M1.1

停止按钮I0.1 SB2

自动运行M0.0

2.5调用自动程序

对自动程序进行调用，使系统进入自动运行状态。

符号地址注释

上位机自动选择M1.2

自动手动模拟选择开关I0.2 SA1

2.6调用手动程序

对手动操作程序进行操作，使系统进入人工操作状态。

符号地址注释

上位机自动选择M1.2

手动模式M0.1

自动手动模拟选择开关I0.2 SA1

2.7环流风机启动程序

对温室大棚的温湿度进行检测，并加以判断来决定环流风机是否启动。

符号地址注释

启动环流风机Q0.6 KM7

湿度低标志M3.2

湿度中标志M3.1

手动模式M0.1

手动启动环流风机M5.0

温度高标志M2.0

自动运行M0.0

2.8启动供热水泵程序

当温度过低时，为了保护作物需要提高温室大棚的室温，为此需要启动供热水泵来升温。

符号地址注释

启动供热水泵Q1.1 KM10

湿度低标志M3.2

湿度高标志M3.0

湿度中标志M3.1

手动模式M0.1

手动启动供热水泵M5.3

温度低标志M2.2

自动运行M0.0

2.10启动湿帘风机程序

当湿度过低时，为了给作物表面提供足够的水分，需要通过启动湿帘风机来加快湿帘上水分的蒸发来提高大棚中的相对湿度。

符号地址注释

启动湿帘风机Q0.7 KM8

湿度低标志M3.2

手动模式M0.1

手动启动湿帘风机M5.1

自动运行M0.0

2.11放下外遮阳幕程序

当湿度较低且温度较高时会对作物造成伤害，需要在适当的时侯放下遮阳帘来遮挡阳光。

符号地址注释

放下外遮阳幕Q0.5 KM6

湿度低标志M3.2

收起外遮阳幕Q0.4KM5

手动放下外遮阳幕M4.5

手动模式M0.1

外遮阳幕开到位行程开关I0.3 SQ1

温度高标志M2.0

自动运行M0.0

3仿真实验及结果分析

软件编译完成之后，需要进行仿真以确定设计是否达到要求。使用S7-200仿真软件，CPU调到CPU226，与软件编译的型号一致。

3.1  打开开关初始化，温度低，湿度低

运行仿真，打开开关，系统进行初始化，关前窗，关后窗，收起遮阳帘，启动湿帘风机从70%加湿到90%，启动供热水泵进行加热，开启钠光灯，补充CO2，并提醒喷灌。

当前窗、后窗关闭到指定位置，遮阳帘收到指定位置，会碰到终端的触碰传感器并给予停止信号，使其结束进程。

3.2  温度适中，湿度低

开前窗和开后窗，供热水泵停止工作，不再加热。

3.3  温度高，湿度低

此时通风已经无法降温，甚至室外温度更高，因此关前窗和后窗，放下遮阳帘，开启环流风机和湿帘水泵，以此来降低室内温度并增加室内湿度。

3.4  温度低，湿度高

温度低，启动供热水泵进行加热。

3.5  温度适中，湿度高

温度适中，开启前窗和后窗进行通风，与室外达到平衡。

3.6  温度高，湿度高

温度和湿度都高，开启前窗和后窗并打开后窗风机加大通风力度进行温室大棚的温湿度调节。

参考文献

[1]江毅,刘骏,王士苗,李艳华,秦萌,张学敏,周晓超.河南温室大棚黄瓜高效栽培技术[J]. 农业科技通讯, 2023, 10(02):203-206.

[2]冯毅,吴必瑞. 基于组态王和PLC的蔬菜温室温湿度监控系统[J]. 中国农机化学报, 2018,10(1): 132-135.

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