毕业设计论文基于PLC的智能温室控制系统设计.docx
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毕业设计论文基于PLC的智能温室控制系统设计
毕业设计（论文）-基于PLC的智能温室控制系统设计
毕业设计（论文）任务书
题目基于PLC的智能温室控制系统设计
学生姓名班级学号
题目类型工程指导教师系主任
一、毕业设计（论文）的技术背景和设计依据
温室产业及相关技术在国内外的发展速度很快。
高水平大型温室的环境控制系统能够根据传感器采集室温、叶湿、地湿、室内温度、土壤含水量、溶液浓度、二氧化碳浓度、风速、风向、以及植物作物生长状态等有关参数，结合作物生长所需最佳条件，有效调节有关设备装置，将室内温、湿、光、水、肥、气等诸因素综合协调调节到最佳状态。
（1）根据外界环境对植物影响因素，选择作物环境条件的实时检测系统、智能温室控制系统两个部分。
自动检测包括:
温室、湿度、光照、二氧化碳、土壤水分等传感器与变送器。
智能控制系统包括:
双向天窗角度开闭驱动，遮阳网驱动，通风机，喷灌滴灌控制，节能加温、降温控制等。
（2）开发智能温室组态监控界面。
二、毕业设计（论文）的任务
1.熟悉题目要求，查阅相关科技文献
2.方案设计（包括方案论证与确定、技术经济分析等内容）
3.硬件和软件设计（其中还包括理论分析、设计计算、实验及数据处理、设备及元器件选择等）
4.撰写设计说明书（毕业论文），绘制图纸
5.指定内容的外文资料翻译
6.其它
三、毕业设计（论文）的主要内容、功能及技术指标
1、毕业设计（论文）的主要内容
（1）智能温室控制系统硬件设计
（2）智能温室控制系统程序设计
2、功能与技术指标
（1）介绍所使用PIC及控制系统所涉及其它设备的基本情况
（2）系统软件设计主要包括PIC控制程序和上位机组态软件
3、其它需要说明的问题
四、毕业设计（论文）提交的成果
1、开题报告（不少于3000字）
2、设计说明书（约3万字左右），或毕业论文（约2万字左右）
3、图纸（2#图纸至少三张，图纸数量根据论文情况自定）
4、中、英文摘要（中文摘要约200字，3—5个关键词）
5、论文简介
6、外文资料翻译（约5000汉字）
五、毕业设计（论文）的主要参考文献和技术资料
1、参考文献和技术资料
I
[1]郁汉琪.可编程控制器原理及应用.中国电力出版社，2004
[2]努尔哈孜?
朱玛力.可编程控制器在电炉温度控制系统中应用的研究.新疆大学学报，2006，13
（2）:
267—268
[3]黄柱深，黄超麟.基于PLC的高精度温度控制系统.机电工程技术，2006，10
（2）:
123—125
[4]高钦和.可编程控制器应用技术与设计实例.人民邮电出版社，2004
可编程控制器原理及应用.中国林业出版社，2006[5]赵燕.
[6]李方园.人机界面设计及应用.化学工业出版社，2008
[7]严盈富.触摸屏与PLC入门.人民邮电出版社，2006
[8]张扬.S7—200PLC原理与应用系统设计.机械工业出版社，2007[9]付家才.PLC实验与实践.高等教育出版社，2006
[10]刘继修.PLC应用系统设计.福建科技出版社，2007
[11]徐亚飞，刘官敏，高国章.温箱温度PID与预测控制.武汉理工大学学报交通科学与工程版，2004，28（4）:
554—557
[12]曾贵娥，邱丽，朱学锋.PID控制器参数整定方法的仿真与实验研究.石油化工自动化，2005，7（4）:
89—91
[13]肖宝兴.西门子S7—200PLC的使用经验和技巧.机械工业出版社，2011六、毕业设计（论文）加选专题部分
毕业设计（论文）选做内容说明
七、毕业设计（论文）各阶段安排
设计（论文）内容起止周完成情况
熟悉设计题目要求，查阅相关文献资料。
1—2
初步完成硬件系统设计。
3—4
优化系统硬件，确定硬件系统。
5—6
初步完成软件系统设计。
7—9
优化系统软件，确定软件系统。
10—11
整理材料，撰写论文，准备毕业答辩。
12
指导教师签字:
II
摘要
温室大棚对现在的人们来说，是非常熟悉的一个名词，因为现在我们生活中的很多花卉、蔬菜、水果都是从温室大棚中种植出来的。
如何利用自动检测与自动控制系统有效的控制好温室大棚内的各种环境因子，以提高温室大棚环境的控制精度和效果，对我国温室业的发展有着不可估量的重要意义。
本设计采用西门子S7-300系列可编程控制器来实现自动化控制的温室大棚。
温度、湿度等环境因子在植物过程中起重要作用，在检测这环境因子的时候考虑到精度，反应速度，方便设备连接等问题，将采用温度传感器，湿度传感器对环境各项指标进行检测，传感器将检测的结果送入PLC中，由PLC将其与设定值进行比较，再发出相应的指令驱动电机）卷帘等设备运行或停止来调节室内的温度、湿度，从而达到智能化，自动化控制的目的。
关键词:
蔬菜大棚;PLC;温湿度控制;
III
Abstract
Greenhouseforthepeoplenowisaveryfamiliarnoun,becausenowweliveinalotofflowers,vegetables,fruitwhichfromgreenhouseshelterofplantingout.Howtouseautomaticdetectionandautomaticcontrolsystemofeffectivecontrolofgreenhousetrellisinside,inordertoimprovetheenvironmentalfactortrellisenvironmentcontrolprecisionofthegreenhouseeffectandhasbecomethegreenhouseindustryresearchinChinaatpresent.
ThisdesignUSEStheSiemenss7-300PLCtorealizetheautomationcontrolgreenhousetrellis.Temperature,humidityenvironmentfactorsintheprocessofplantsplaysanimportantroleindetectingtheenvironmentalfactor,whenconsideringtheaccuracy,thereactionspeed,convenientdeviceconnectedbysuchissues,willthetemperaturesensor,humiditysensorsdetecttheindicatorsofenvironment,thesensorwilltestresultsbyPLCsentPLCcompareitwithsetting,thensendsoutthecorrespondingorder-drivenheatingelement,,thefan,ventilationwindow,fillinglightequipment,sunshadeshadeequipmentoperationorstoptoadjustindoortemperature,light,humidity,soastoachievethepurposeofintelligent,automationcontrol.DiscussPLCcontrolsystemapplicationinplantsgreenhousecanopy,
Keywords:
Vegetablesgreenhouse;PLCsystem;Temperatureandhumidity
control
IV
1绪论.............................................错误～未定义书签。
1.1概述........................................错误～未定义书签。
1.2研究背景....................................错误～未定义书签。
1.2.1国外状况..............................错误～未定义书签。
1.2.2国内状况..............................错误～未定义书签。
1.3研究意义....................................错误～未定义书签。
1.4我国温室存在的主要问题......................错误～未定义书签。
1.5温室环境控制技术的发展趋势..................错误～未定义书签。
2研究方案的设计...................................错误～未定义书签。
2.1温室大棚内重要参数的调节与控制..............错误～未定义书签。
2.1.1温度的调节与控制......................错误～未定义书签。
2.1.2湿度的调节与控制......................错误～未定义书签。
2.1.3温度、湿度之间的耦合..................错误～未定义书签。
2.1.4光照的调节与控制......................错误～未定义书签。
2.1.5二氧化碳含量的调节与控制..............错误～未定义书签。
2.2温室环境的特点..............................错误～未定义书签。
2.3温室的控制对象..............................错误～未定义书签。
2.3.1温度..................................错误～未定义书签。
2.3.2湿度..................................错误～未定义书签。
2.3.3光照强度..............................错误～未定义书签。
2.3.4二氧化碳..............................错误～未定义书签。
2.3.5土壤含水量............................错误～未定义书签。
3PLC概述.........................................错误～未定义书签。
3.1PLC简介....................................错误～未定义书签。
3.1.1PLC的产生和定义......................错误～未定义书签。
3.1.2PLC的发展现状........................错误～未定义书签。
3.1.3PLC的发展趋势........................错误～未定义书签。
3.1.4PLC的分类............................错误～未定义书签。
3.1.5PLC的特点............................错误～未定义书签。
3.1.6PLC的应用............................错误～未定义书签。
V
3.2PLC的组成和工作原理........................错误～未定义书签。
3.2.1PLC的组成............................错误～未定义书签。
3.2.2PLC的工作原理........................错误～未定义书签。
3.3PLC控制系统设计的基本原则、主要内容及步骤..错误～未定义书签。
3.3.1PLC控制系统设计的基本原则............错误～未定义书签。
3.3.2PLC控制系统设计的主要内容............错误～未定义书签。
3.3.3PLC控制系统设计的步骤................错误～未定义书签。
4控制系统的总体设计方案...........................错误～未定义书签。
4.1系统的设计任务..............................错误～未定义书签。
4.2系统的控制方案..............................错误～未定义书签。
4.3系统的工作原理..............................错误～未定义书签。
5控制系统的硬件设计...............................错误～未定义书签。
5.1电气控制系统设计............................错误～未定义书签。
5.1.1系统主电路设计........................错误～未定义书签。
5.1.2系统控制电路设计......................错误～未定义书签。
5.2PLC硬件电路的设计..........................错误～未定义书签。
5.2.1PLC型号选择..........................错误～未定义书签。
5.2.2PLCI/O地址分配......................错误～未定义书签。
5.2.3硬件接线图设计........................错误～未定义书签。
5.3PLC的硬件配置..............................错误～未定义书签。
5.3.1传感器................................错误～未定义书签。
5.3.2S7-300各个模块.......................错误～未定义书签。
6控制系统的软件设计...............................错误～未定义书签。
6.1PLC程序设计的方法..........................错误～未定义书签。
6.2编程软件STEP7概述..........................错误～未定义书签。
6.3控制系统的程序设计..........................错误～未定义书签。
6.3.1程序的设计思路........................错误～未定义书签。
6.3.2控制程序流程图........................错误～未定义书签。
6.3.3控制程序设计及分析....................错误～未定义书签。
6.4STEP7软件介绍..............................错误～未定义书签。
7结论.............................................错误～未定义书签。
VI
参考文献...........................................错误～未定义书签。
致谢.............................................错误～未定义书签。
VII
1绪论
1.1概述
传统温室是指具有防寒、加温和透光等设施，供冬季或极寒地区培育喜温植物或作物的房间。
而智能温室也称作自动化温室，是指配备了由计算机控制的可移动天窗、遮阳系统、保温系统、升温系统、湿帘窗/风扇降温系统、喷滴灌系统或滴灌系统、移动苗床等自动化设施，基于农业温室环境的高科技智能温室。
智能温室的控制一般由信号采集系统、中心计算机、控制系统三大部分组成。
本文主要讨论关于智能温室控制系统这一部分。
智能温室控制系统是近年来逐步发展起来的一种资源节约型高效的农业设施，其是以传统的日照温室为基础，配以计算机自控技术，智能传感技术等高尖端技术发展起来的新型农业基础设施。
自上世纪90年代，我国农业工程技术研究人员在吸收了发达国家的高科技温室技术上，加以针对我国农业环境，传统日照式温室的温度、湿度、日照时长及二氧化碳浓度研发出了适应我国农业环境的智能温室控制系统。
1.2研究背景
1.2.1国外状况
世界发达国家如荷兰、美国、以色列等大力发展集约化的温室产业，温室内温度、光照、水、气、肥实现了计算机调控，从品种选择、栽培管理到采收包装形成了一整套完整的规范化技术体系。
美国是最早发明计算机的国家，也是将计算机应用于温室控制和管理最早、最多的国家之一。
美国有发达的设施栽培技术，综合环境控制技术水平非常高。
环境控制计算机主要用来对温室环境（气象环境和栽培环境）进行监测和控制。
以花卉温室为例，温室内监控项目包括:
室内气温、水温、土壤温度、锅炉温度、管道温度、相对空气湿度、保温幕状况、通窗状况、泵的工作状况、二氧化碳浓度、EC调节池和回流管数值、pH调节池和回流管数值;室外监控项目包括:
大气温度、太阳辐射强度、风向风速、相对湿度等。
温室专家系统的应用给种植者带来了一定的经济效益，提高了决策水平，减轻了技术管理工作量，同时也为种植带来了很大方便。
以园艺业著称的荷兰从20世纪80年代以来就开始全面开发温室计算机自动控制系统，并不断地开发模拟控制软件。
目前，荷兰自动化智能玻璃温室制造水平处于世界先进水平，拥有玻璃温室1.2万多平方米，占世界1/4以上，有85,
1
的温室用户使用计算机控制温室环境。
荷兰开发的温室计算机控制系统是通过人机交互界面进行参数设置和必要的信息显示，可绘制出设定参数曲线、修正值曲线以及测量的数据曲线，可以从数据库内调出设定的时间段内参数以便于必要的数据查询，并能直接对计算机串行口进行操作，完成上位机与下位机之间的通信。
上位机软件集参数设置、信息显示、控制等功能于一体，同时还能够很好地完成温室灌溉和气候的控制和管理。
此外，国外温室业正致力于向高科技方向发展。
遥测技术、网络技术、控制局域网已逐渐应用于温室的管理与控制中。
控制要求能在远离温室的计算机控制室就能完成，即远程控制。
另外该网络还连接有几个通讯平台，用户可以在遥远的地方通过形象、直观的图形化界面与这种分布式的控制系统对话，就像在现场操作一样，给人以身临其境之感。
1.2.2国内状况
我国农业计算机的应用开始于20世纪70年代，80年代开始应用于温室控制与管理领域。
20世纪90年代初期，中国农业科学院农业气象研究所和作物花卉研究所，研制开发了温室控制与管理系统，并开发了基于Windows操作系统的控制软件;90年代中后期，江苏理工大学毛罕平等人研制开发了温室软硬件控制系统，能对营养液系统、温度、光照、二氧化碳、施肥等进行综合控制，是目前国产化温室计算机控制系统较为典型的研究成果。
在此期间，中国科学院石家庄现代化研究所、中国农业大学、中国科学院上海植物生理研究所等单位也都侧重不同领域，研究温室设施的计算机控制与管理技术。
“九五”期间，国家科技攻关项目和国家自然科学基金均首次增设了工厂化农业（设施农业）研究项目，并且在项目中加大了计算机应用研究的力度，其中“九五”国家重大科技产业工程“工厂化高效农业示范工程”中，直接设置了“智能型连栋塑料温室结构及调控设施的优化设计及实施”的专题。
20世纪90年代末，河北职业技术师范学院的闫忠文研制了作物大棚温湿度测量系统，能对大棚内的温湿度进行实时测量与控制。
中科院合肥智能机械研究所研制了“农业专家系统开发环境—DET系列软件”和智能温室自动控制系统，能够有效地提高作物产量、缩短生长期、减少人工操作的盲目性。
北京农业大学研制成功“WJG-1”温室环境监控计算机管理系统，采用了分布式控制系统。
河南省农科院自动化控制中心研制了“GCS—I型智能化温室自动控制系统”，采用上位机加PLC的集散式控制方法，软件采用智能化模糊算法。
中国农业大学设
2
计研制的“山东省济宁大型育苗温室计算机分布式控制系统”，实现了计算机分布式控制。
1.3研究意义
温室大棚近年来在农业生产上占的比重越来越大，而相对来说，温室大棚的控制系统也随着科技的进步不断的发展进步、提升。
目前常见的是自动化控制系统，正在向智能控制系统方向发展。
温室大棚智能控制系统是其管理的智能化系统，因为21世纪互联网和传感器的快速发展和普及而逐渐应用到蔬菜大棚上。
主要监测参数和指标是:
棚内的温度、含湿量、光照强度、二氧化碳含量、土壤的温度和含湿量等。
一方面我们需要先向计算机内输入植物生长过程中的最适合生长的环境参数，另一方面在温室大棚各处合理地安排检测设备和传感设备，通过实时监测相应参数指标，并实时传递给计算机系统，系统通过比对，检测到不适宜条件，发出指令指挥棚内的自动系统进行施肥、升温、加水等正确操作，保持棚内环境，保证系统正常运行，使植物在最适宜情况下生长。
智能控制系统将信息技术与计算机结合起来，在农业上加以应用，实现了农业发展的变革，也是未来农业发展的具体方向。
智能控制系统在应用上有很大的方便和优势。
首先是，智能控制系统控制的精准性和及时性。
它的基本功能是对环境的检测，加上一些传感器和智能机器的应用，加强了人们对于作物生长环境的深层了解，实现了科学精准的控制，而且可以根据传感器数据给出相应的反馈和操作，反应及时，给植物营造出最适应的生长环境，温室大棚能够种植出高质量、高产量的绿色蔬菜。
其次是，可实现远程控制。
目前比较常用的是浙江大学研发的托普物联网技术，这种系统可以再距离较远时通过电脑控制棚内的操作，一方面减少了操作人员的工作量，提高了工作效率，另一方面，可以使得操作人员无论在任何地方都能监察整个大棚的状况，实现了科技的有利性。
从发展前景上里说，温室大棚采用智能控制系统是未来农业发展的趋势和方向，它会将人们从繁杂的工作中解放出来，利用科技的手段得到最完美的效果，还会帮助降低成本，是农业走向高质量、高效率、高收益的道路。
1.4我国温室存在的主要问题
1）科技含量和总体发展水平较低。
我国设施栽培起步晚、基础差，没有将其作为整体工程问题研究。
从设施装备到栽培技术的生产管理不配套，生产不规范，难以形成大规模商品生产。
3
2）我国现有的温室控制系统仍以控制一个温室为主，没有基于温室群的控制系统。
这样降低了生产管理的效率。
3）温室测控系统的通信仍然采用有线方式。
我国温室测控系统的通信主要有485总线以及CAN总线等有线方式。
这些有线通信方式不仅使得温室内的信号线和动力线错综复杂，而且导致系统的可靠性降低，安装维护工作量变大，同时也不利于农业机器人等移动设备的作业，难以达到温室生产的“工厂化农业”水平。
4）缺少基于农业专家知识的上位机管理系统。
我国目前的温室控制系统中，一些上位机只限于存储采集的历史数据，没有根据农业专家知识的实时控制管理系统。
5）设施水平低，抵御自然灾害的能力差。
我国目前部分温室的建筑材料主要是钢材和玻璃。
但没有形成国家统一的标准和工厂系列的产
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