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

基于plc的温室环境因子智能控制装置 Download PDF

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常英丽
张桐
杨丽
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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
[0001] (—)、技术领域:
[0002] 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。
[0003] (二)、背景技术:
[0004]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C〇2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宄开发性能优越、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。
[0005] (三)、实用新型内容:
[0006] 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。
[0007] 本实用新型的技术方案:
[0008] —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。
[0009] 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。 [0010] 信号采集设备含有温湿度传感器、C02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;C02浓度传感器的C02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。
[0011] 温湿度传感器的型号为:JCJ100BA,C02浓度传感器的型号为:DC02T8,光照传感器 的型号为:LCGZ1;温湿度传感器、C02浓度传感器和光照传感器均采用24V直流电源供电。 [0012] 温湿度传感器、C02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。
[0013]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、〇)2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,C〇2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。
[0014] 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。
[0015]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C〇2补充设备中的C02释放到温室中; 补光灯可给温室补充光线。
[0016] 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。
[0017] 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。
[0018] 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WINCC FleXible2〇〇8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。
[0019] 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。
[0020] 本实用新型的有益效果:
[0021] 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c〇2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。
[0022] 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。
[0023](四)、附图说明:
[0024]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;
[0025] 图2为PLC控制电路的电路原理示意图之一;
[0026]图3为PLC控制电路的电路原理示意图之二。
[0027] (五)、具体实施方式:
[0028] 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PIX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。
[0029] 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。 t〇〇3〇] 信号采集设备含有温湿度传感器U3、C〇2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;C〇2浓度传感器U4的C〇2浓度信号输 出端-C02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。
[0031] 温湿度传感器U3的型号为:JCJ100BA,C02浓度传感器U4的型号为:DC02T8,光照传 感器U5的型号为:LCGZ1;温湿度传感器U3、C02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,MV直流电源Y3的两端分别与C〇2浓度传感器U4的+C02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。
[0032] 温湿度传感器U3、C02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。
[0033]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、C02补充 设备和补光设备;遮阳设备中含有遮阳电机Ml,加湿设备中含有水栗,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,C02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Ml通过交流接触器Kml、Km2的触点接在交流市电上(交流接触器Kml、Km2的触 点分别控制遮阳电机Ml的正、反转),交流接触器Kml、Kin2的线圈分别通过第一中间继电器 K1、K2的触点接在又流市电上,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Kml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Kml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Ml上。
[0034]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。
[0035]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〇 • 7;电磁阀的线圈Kl 1接在PLC控制器U1的电磁 阀信号输出端1.0。
[0036] 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。
[0037] 遮阳电机Ml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 中曰照的强度;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;水栗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C02补充设备中的C02释放到温室 中;补光灯BG可给温室补充光线。
[0038] 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。
[0039] 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HM231,触摸屏为西门子smart7〇OIE模块,PC上位机为联想电脑。
[0040] 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 mexible2008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。
[0041] 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、C02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;C〇2浓度传感器的C〇2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、c〇2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,C〇2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,⑶2浓度传感器的型号为:DC〇2T8,光照传感器的型号为: LCGZ1;温湿度传感器、C02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RS4S5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-2〇0 CPU22e,PLC模拟量输入模块的型号为:西门子B1231,触摸屏 为西门子smart700IE模块,PC上位机为联想电脑。
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CN108446191A (zh) * 2017-12-31 2018-08-24 广东三木科技有限公司 一种能模拟不同环境的内存条测试系统
CN111722659A (zh) * 2020-06-12 2020-09-29 中以(酒泉)绿色生态产业园有限公司 一种自动化温室控制系统

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