CN206671862U - 基于plc的温室环境因子智能控制装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种基于PLC的温室环境因子智能控制装置；该装置含有PLC控制电路、PC上位机、触摸屏、信号采集设备和现场执行设备，PLC控制电路中含有PLC控制器、PLC模拟量输入模块和交直流电源切换盘，外部输入的交流市电通过交直流电源切换盘给PLC控制器和PLC模拟量输入模块供电，PLC模拟量输入模块与PLC控制器的扩展口连接；PLC控制器的第一、二通讯口分别与触摸屏的第一通讯口和PC上位机的第一通讯口连接，PC上位机的第二通讯口与触摸屏的第二通讯口连接，信号采集设备与PLC模拟量输入模块的输入端连接，现场执行设备与PLC控制电路的输出端连接；本实用新型的控制精度高、稳定性好、操作简单。

Description

基于PLC的温室环境因子智能控制装置

（一）、技术领域：

本实用新型涉及一种温室环境控制装置，特别涉及一种基于PLC的温室环境因子智能控制装置。

（二）、背景技术：

温室技术的合理开发利用有利于调节农作物生长的温度和湿度，有利于保证农作物进行光合作用的CO₂和光照量等优势，从而有利于保护生态环境，提高农产品的产量及在国际市场的竞争力，是高效农业化的必由之路。目前，对温室中农作物生长的环境因子控制技术不够成熟，控制效果不够理想，成本高，致使开发的大量温室控制装置不能广泛推广应用，甚至仍有大量的温室采用悬挂温度计、湿度计等简易测量装置进行人工查看与记录数据，费时费力，生产效率低，控制精度低。因此，针对温室环境因子研究开发性能优越、运行可靠的智能控制装置在农业领域仍是有待解决的问题。

（三）、实用新型内容：

本实用新型要解决的技术问题是：提供一种基于PLC的温室环境因子智能控制装置，该控制装置的控制精度高、稳定性好，而且操作简单。

本实用新型的技术方案：

一种基于PLC的温室环境因子智能控制装置，含有PLC控制电路和PC上位机，还含有触摸屏、信号采集设备和现场执行设备，PLC控制电路的第一通讯口与触摸屏的第一通讯口连接，PLC控制电路的第二通讯口与PC上位机的第一通讯口连接，PC上位机的第二通讯口与触摸屏的第二通讯口连接，信号采集设备与PLC控制电路的输入端连接，现场执行设备与PLC控制电路的输出端连接。

PLC控制电路中含有PLC控制器、PLC模拟量输入模块和交直流电源切换盘，外部输入的交流市电通过交直流电源切换盘给PLC控制器和PLC模拟量输入模块供电，PLC模拟量输入模块与PLC控制器的扩展口连接，PLC控制器的第一通讯口和第二通讯口分别为PLC控制电路的第一通讯口和第二通讯口；信号采集设备与PLC模拟量输入模块的输入端连接。

信号采集设备含有温湿度传感器、CO₂ 浓度传感器和光照传感器，温湿度传感器的湿度信号输出端和温度信号输出端分别与PLC模拟量输入模块的第一模拟量输入端和第二模拟量输入端连接；CO₂ 浓度传感器的CO₂ 浓度信号输出端与PLC模拟量输入模块的第三模拟量输入端连接；光照传感器的光照信号输出端与PLC模拟量输入模块的第四模拟量输入端连接。

温湿度传感器的型号为：JCJ100BA，CO₂浓度传感器的型号为：DCO₂T8，光照传感器的型号为：LCGZ1；温湿度传感器、CO₂ 浓度传感器和光照传感器均采用24V直流电源供电。

温湿度传感器、CO₂ 浓度传感器和光照传感器对温室环境因子进行数据采集并转换为4-20mA的电流信号，再经PLC模拟量输入模块送入PLC控制器，然后，PLC控制器通过模糊控制算法对数据进行处理后控制各种现场设备，从而调控各现场设备实现对温室环境因子的补偿调节。

现场执行设备含有遮阳设备、加湿设备、通风设备、加温设备、降温设备、CO₂补充设备和补光设备；遮阳设备中含有遮阳电机，加湿设备中含有水泵，通风设备中含有开窗电机，加温设备中含有加热器，降温设备中含有风扇，CO₂补充设备中含有电磁阀，补光设备中含有补光灯；PLC控制电路中还含有交流接触器、第一中间继电器和第二中间继电器；遮阳电机、开窗电机、水泵、风扇和加热器均通过交流接触器的触点接在交流市电上，交流接触器的线圈通过第一中间继电器的触点接在交流市电上，第一中间继电器的线圈接在PLC控制器的第一中间继电器信号输出端；补光灯通过第二中间继电器的触点接在交流市电上，第二中间继电器的线圈接在PLC控制器的第二中间继电器信号输出端；电磁阀的线圈接在PLC控制器的电磁阀信号输出端。

PLC控制器的输入端接有按钮和行程开关，按钮和行程开关用于手动控制各现场设备的运行与停止。

遮阳电机用来驱动遮阳设备中的遮阳网，使遮阳网打开或收起，从而调节温室中日照的强度；开窗电机用来驱动通风设备中的通风窗，使通风窗打开或关闭，从而调节温室中的通风；水泵可使加湿设备中的喷淋器喷出水雾，给温室加湿；加热器可使温室中的温度升高；风扇可使温室中的温度降低；电磁阀打开时可使CO₂补充设备中的CO₂释放到温室中；补光灯可给温室补充光线。

PLC控制器的第一通讯口和触摸屏的第一通讯口均为MPI接口，PLC控制器的第二通讯口和触摸屏的第二通讯口均为RS485接口，PC上位机的第一通讯口和第二通讯口均为RS485接口。

PLC控制器的型号为：西门子ST-200 CPU226，PLC模拟量输入模块的型号为：西门子EM231，触摸屏为西门子smart700IE模块，PC上位机为联想电脑。

PC上位机用来实现触摸屏和PLC控制器的编程和程序的下载，PC上位机与PLC控制器和触摸屏之间采用PPI通信协议，在PC上位机安装的STEP 7-Micro/WIN V4.0和WINCCFlexible2008软件中实现PLC控制程序和触摸屏画面的设计，然后下载到PLC控制器和触摸屏；PLC控制器接收PC上位机下载的程序以及PLC模拟量输入模块通过传感器传送过来的实时数据，并通过模糊控制算法对数据进行处理，然后把相关数据传送给触摸屏,并控制遮阳、加湿、通风等设备的工作；触摸屏接收PC上位机下载的画面程序与PLC控制器传送的各种现场实时信息（包括各环境因子的实时状态信息与各设备的实时运行状态情况），并能够在画面上实现温室现场参数的修改、现场设备运行状态的控制和监测。

该智能控制装置可实现现场执行设备的手动控制和模糊自动控制，手动控制是在紧急情况或调试时采用的控制方式，模糊自动控制是通过模糊控制算法对从温室采集的实时数据进行处理后自动控制各种现场执行设备。因此，该智能控制装置不仅控制精确，而且控制安全可靠。

本实用新型的有益效果：

1、本实用新型针对温室系统的非线性、时变和大惯性特点，采用PLC控制器对温室的温度、湿度、光照及CO₂等环境因子进行监测和模糊控制，控制精度高、稳定性好，不仅能够提高农作物的生产效率和温室的自动化程度，而且能够节省大量的人力。

2、本实用新型采用触摸屏对温室现场设备进行启停调节、参数修改和运行状态监测，温室的环境因子数据以数字和曲线两种形式显示在触摸屏上，显示界面友好，用户能够很方便地通过画面窗口的切换直接看到各现场设备的工作状态，而且能够清晰的看到温室环境因子数据的大小和趋势变化，当环境因子参数高于或低于报警值时还可自动报警；因此，本实用新型控制方法简单、易于操作，而且参数显示直观。

（四）、附图说明：

图1为基于PLC的温室环境因子智能控制装置的电路原理框图；

图2为PLC控制电路的电路原理示意图之一；

图3为PLC控制电路的电路原理示意图之二。

（五）、具体实施方式：

参见图1～图3，图中，基于PLC的温室环境因子智能控制装置含有PLC控制电路、PC上位机、触摸屏、信号采集设备和现场执行设备，PLC控制电路的第一通讯口与触摸屏的第一通讯口连接，PLC控制电路的第二通讯口与PC上位机的第一通讯口连接，PC上位机的第二通讯口与触摸屏的第二通讯口连接，信号采集设备与PLC控制电路的输入端连接，现场执行设备与PLC控制电路的输出端连接。

PLC控制电路中含有PLC控制器U1、PLC模拟量输入模块U2和交直流电源切换盘Z，外部输入的交流市电220V（从L、N处输入）通过交直流电源切换盘Z给PLC控制器U1和PLC模拟量输入模块U2供电，PLC模拟量输入模块U2与PLC控制器U1的扩展口连接，PLC控制器U1的第一通讯口和第二通讯口分别为PLC控制电路的第一通讯口和第二通讯口；信号采集设备与PLC模拟量输入模块U2的输入端连接。

信号采集设备含有温湿度传感器U3、CO₂ 浓度传感器U4和光照传感器U5，温湿度传感器U3的湿度信号输出端-RH和温度信号输出端-T分别与PLC模拟量输入模块U2的第一模拟量输入端RA、A+和第二模拟量输入端RB、B+连接；CO₂ 浓度传感器U4的CO₂ 浓度信号输出端-CO₂与PLC模拟量输入模块U2的第三模拟量输入端RC、C+连接；光照传感器U5的光照信号输出端-E与PLC模拟量输入模块U2的第四模拟量输入端RD、D+连接。

温湿度传感器U3的型号为：JCJ100BA，CO₂浓度传感器U4的型号为：DCO₂T8，光照传感器U5的型号为：LCGZ1；温湿度传感器U3、CO₂ 浓度传感器U4和光照传感器U5均采用24V直流电源供电，24V直流电源Y1的两端分别与温湿度传感器U3的+RH端和PLC模拟量输入模块U2的A-端连接，24V直流电源Y2的两端分别与温湿度传感器U3的+T端和PLC模拟量输入模块U2的B-端连接，24V直流电源Y3的两端分别与CO₂浓度传感器U4的+CO₂端和PLC模拟量输入模块U2的C-端连接，24V直流电源Y4的两端分别与光照传感器U5的+E端和PLC模拟量输入模块U2的D-端连接。

温湿度传感器U3、CO₂ 浓度传感器U4和光照传感器U5对温室环境因子进行数据采集并转换为4-20mA的电流信号，再经PLC模拟量输入模块U2送入PLC控制器U1，然后，PLC控制器U1通过模糊控制算法对数据进行处理后控制各种现场设备，从而调控各现场设备实现对温室环境因子的补偿调节。

现场执行设备含有遮阳设备、加湿设备、通风设备、加温设备、降温设备、CO₂补充设备和补光设备；遮阳设备中含有遮阳电机M1，加湿设备中含有水泵，通风设备中含有开窗电机M2，加温设备中含有加热器，降温设备中含有风扇，CO₂补充设备中含有电磁阀，补光设备中含有补光灯BG；PLC控制电路中还含有交流接触器、第一中间继电器和第二中间继电器；遮阳电机M1通过交流接触器Km1、Km2的触点接在交流市电上（交流接触器Km1、Km2的触点分别控制遮阳电机M1的正、反转），交流接触器Km1、Km2的线圈分别通过第一中间继电器K1、K2的触点接在交流市电上，第一中间继电器K1、K2的线圈分别接在PLC控制器U1的第一中间继电器信号输出端0.0、0.1；交流接触器Km1的线圈还与交流接触器Km2的一个常闭触点串联，交流接触器Km2的线圈还与交流接触器Km1的一个常闭触点串联，以防止正、反转信号同时作用在遮阳电机M1上。

开窗电机M2通过交流接触器Km3、Km4的触点接在交流市电上（交流接触器Km3、Km4的触点分别控制开窗电机M2的正、反转），交流接触器Km3、Km4的线圈分别通过第一中间继电器K3、K4的触点接在交流市电上，第一中间继电器K3、K4的线圈分别接在PLC控制器U1的第一中间继电器信号输出端0.2、0.3；交流接触器Km3的线圈还与交流接触器Km4的一个常闭触点串联，交流接触器Km4的线圈还与交流接触器Km3的一个常闭触点串联，以防止正、反转信号同时作用在开窗电机M2上。

水泵、风扇和加热器分别通过交流接触器Km5、Km6、Km7的触点接在交流市电上，交流接触器Km5、Km6、Km7的线圈通过第一中间继电器K7、K8、K9的触点接在交流市电上，第一中间继电器K7、K8、K9的线圈接在PLC控制器U1的第一中间继电器信号输出端0.4、0.5、0.6；补光灯BG通过第二中间继电器K10的触点接在交流市电上，第二中间继电器K10的线圈接在PLC控制器U1的第二中间继电器信号输出端0.7；电磁阀的线圈K11接在PLC控制器U1的电磁阀信号输出端1.0。

PLC控制器U1的输入端0.0、1.0接有按钮SB0和行程开关SQ0（根据实际需要还可多设计一些按钮和行程开关），按钮SB0和行程开关SQ0用于手动控制各现场设备的运行与停止。

遮阳电机M1用来驱动遮阳设备中的遮阳网，使遮阳网打开或收起，从而调节温室中日照的强度；开窗电机M2用来驱动通风设备中的通风窗，使通风窗打开或关闭，从而调节温室中的通风；水泵可使加湿设备中的喷淋器喷出水雾，给温室加湿；加热器可使温室中的温度升高；风扇可使温室中的温度降低；电磁阀打开时可使CO₂补充设备中的CO₂释放到温室中；补光灯BG可给温室补充光线。

PLC控制器U1的第一通讯口和触摸屏的第一通讯口均为MPI接口，PLC控制器U1的第二通讯口和触摸屏的第二通讯口均为RS485接口，PC上位机的第一通讯口和第二通讯口均为RS485接口。

PLC控制器U1的型号为：西门子ST-200 CPU226，PLC模拟量输入模块U2的型号为：西门子EM231，触摸屏为西门子smart700IE模块，PC上位机为联想电脑。

PC上位机用来实现触摸屏和PLC控制器U1的编程和程序的下载，PC上位机与PLC控制器U1和触摸屏之间采用PPI通信协议，在PC上位机安装的STEP 7-Micro/WIN V4.0和WINCC Flexible2008软件中实现PLC控制程序和触摸屏画面的设计，然后下载到PLC控制器U1和触摸屏；PLC控制器U1接收PC上位机下载的程序以及PLC模拟量输入模块U2通过传感器传送过来的实时数据，并通过模糊控制算法对数据进行处理，然后把相关数据传送给触摸屏,并控制遮阳、加湿、通风等设备的工作；触摸屏接收PC上位机下载的画面程序与PLC控制器传送的各种现场实时信息（包括各环境因子的实时状态信息与各设备的实时运行状态情况），并能够在画面上实现温室现场参数的修改、现场设备运行状态的控制和监测。

该智能控制装置可实现现场执行设备的手动控制和模糊自动控制，手动控制是在紧急情况或调试时采用的控制方式，模糊自动控制是通过模糊控制算法对从温室采集的实时数据进行处理后自动控制各种现场执行设备。因此，该智能控制装置不仅控制精确，而且控制安全可靠。

Claims (4)

1.一种基于PLC的温室环境因子智能控制装置，含有PLC控制电路和PC上位机，其特征是：还含有触摸屏、信号采集设备和现场执行设备，PLC控制电路的第一通讯口与触摸屏的第一通讯口连接，PLC控制电路的第二通讯口与PC上位机的第一通讯口连接，PC上位机的第二通讯口与触摸屏的第二通讯口连接，信号采集设备与PLC控制电路的输入端连接，现场执行设备与PLC控制电路的输出端连接；PLC控制电路中含有PLC控制器、PLC模拟量输入模块和交直流电源切换盘，外部输入的交流市电通过交直流电源切换盘给PLC控制器和PLC模拟量输入模块供电，PLC模拟量输入模块与PLC控制器的扩展口连接，PLC控制器的第一通讯口和第二通讯口分别为PLC控制电路的第一通讯口和第二通讯口；信号采集设备与PLC模拟量输入模块的输入端连接；信号采集设备含有温湿度传感器、CO₂ 浓度传感器和光照传感器，温湿度传感器的湿度信号输出端和温度信号输出端分别与PLC模拟量输入模块的第一模拟量输入端和第二模拟量输入端连接；CO₂ 浓度传感器的CO₂ 浓度信号输出端与PLC模拟量输入模块的第三模拟量输入端连接；光照传感器的光照信号输出端与PLC模拟量输入模块的第四模拟量输入端连接；现场执行设备含有遮阳设备、加湿设备、通风设备、加温设备、降温设备、CO₂补充设备和补光设备；遮阳设备中含有遮阳电机，加湿设备中含有水泵，通风设备中含有开窗电机，加温设备中含有加热器，降温设备中含有风扇，CO₂补充设备中含有电磁阀，补光设备中含有补光灯；PLC控制电路中还含有交流接触器、第一中间继电器和第二中间继电器；遮阳电机、开窗电机、水泵、风扇和加热器均通过交流接触器的触点接在交流市电上，交流接触器的线圈通过第一中间继电器的触点接在交流市电上，第一中间继电器的线圈接在PLC控制器的第一中间继电器信号输出端；补光灯通过第二中间继电器的触点接在交流市电上，第二中间继电器的线圈接在PLC控制器的第二中间继电器信号输出端；电磁阀的线圈接在PLC控制器的电磁阀信号输出端。

2.根据权利要求1所述的基于PLC的温室环境因子智能控制装置，其特征是：所述温湿度传感器的型号为：JCJ100BA，CO₂浓度传感器的型号为：DCO₂T8，光照传感器的型号为：LCGZ1；温湿度传感器、CO₂ 浓度传感器和光照传感器均采用24V直流电源供电。

3.根据权利要求1所述的基于PLC的温室环境因子智能控制装置，其特征是：所述PLC控制器的第一通讯口和触摸屏的第一通讯口均为MPI接口，PLC控制器的第二通讯口和触摸屏的第二通讯口均为RS485接口，PC上位机的第一通讯口和第二通讯口均为RS485接口。

4.根据权利要求3所述的基于PLC的温室环境因子智能控制装置，其特征是：所述PLC控制器的型号为：西门子ST-200 CPU226，PLC模拟量输入模块的型号为：西门子EM231，触摸屏为西门子smart700IE模块，PC上位机为联想电脑。