CN208752484U - 一种基于plc的蔬菜大棚温湿度控制装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型属于温湿度控制技术领域，公开了一种基于PLC的蔬菜大棚温湿度控制装置，设置有PLC控制器；PLC控制器电连接有温度传感器和湿度传感器；PLC控制器通过变频器电连接有暖风机、散热风扇、卷帘电机、除湿机；PLC控制器电连接有中间继电器，中间继电器通过交流接触器电连接有水泵和电磁阀；PLC控制器通过串口连接有触摸显示屏。本实用新型温度主要通过散热风扇的运转来进行调节，湿度则控制水泵的运转通过喷雾装置进行喷雾增湿，通过PLC控制器进行控制，更具灵活性、可靠性、编程相对简单、扩展模块多等优点，在工控产业中更具普遍性。

Description

一种基于PLC的蔬菜大棚温湿度控制装置

技术领域

本实用新型属于温湿度控制技术领域，尤其涉及一种基于PLC的蔬菜大棚温湿度控制装置。

背景技术

目前，业内常用的现有技术是这样的：

在自然界里植物的生长和人类生长也是极其相似的，同样需要在一定的环境中才能进行，在生长过程中受着外界各种因素的制约，其中温度、湿度、二氧化碳浓度、光照等对植物的生长是最大的。蔬菜温室大棚的作用是改变植物生存的植物因子，避免四季变换气候带来的和恶劣气候的影响，为植物创造一个四季适宜生长的环境。环境的白昼变换及四季的变幻无常，对其温度的影响是极其明显的，则天气的变换对湿度的影响也是相当的大的，变换的环境对植物的生长是非常大的。现代技术含量高一点的温室大棚内有暖风系统、遮阳系统、加湿除湿系统、空气循环系统、散热系统、施肥系统、灌溉系统等一系列自动化系统设备，能够控制环境因素，为植物制造一个舒适的生长环境。

在工业生产自动化控制系统中，单片机自动化控制系统与PLC自动化控制系统是最常见自动控制系统，但两种相比之下比，PLC则更具灵活性、可靠性、编程相对简单、扩展模块多等优点，在工控产业中更具普遍性。

综上所述，现有技术存在的问题是：

现有技术中，对于温度、湿度的调节灵活性差；在工控产业中使用不方便；对于过载和欠压的保护性能差。

实用新型内容

针对现有技术存在的问题，本实用新型提供了一种基于PLC的蔬菜大棚温湿度控制装置。

本实用新型是这样实现的，一种基于PLC的蔬菜大棚温湿度控制装置设置有：

PLC控制器；

PLC控制器电连接有温度传感器和湿度传感器；

PLC控制器通过变频器电连接有暖风机、散热风扇、卷帘电机、除湿机；

PLC控制器电连接有中间继电器，中间继电器通过交流接触器电连接有水泵和电磁阀；

PLC控制器通过串口连接有触摸显示屏。

本实用新型温度主要通过散热风扇的运转来进行调节，湿度则控制水泵的运转通过喷雾装置进行喷雾增湿，通过PLC控制器进行控制，更具灵活性、可靠性、编程相对简单、扩展模块多等优点，在工控产业中更具普遍性。

进一步，PLC控制器电连接有急停按钮。

本实用新型通过设置急停按钮可以在紧急状况下实现人工切断电源，停止设备的运转，起到保护的作用。

进一步，散热风扇、卷帘电机、水泵电连接有断路器和熔断器。

本实用新型通过断路器和熔断器可以实现过载和欠压的保护，避免电路发生欠压、过载、短路事故的产生而造成重大损失。

进一步，暖风机、散热风扇、卷帘电机、水泵、除湿机、电磁阀均电连接有信号灯。

本实用新型通过信号灯可以显示各个电器的工作状态。

附图说明

图1是本实用新型实施例提供的基于PLC的蔬菜大棚温湿度控制装置电路连接图；

图2是本实用新型实施例提供的CPU模块的连线电路图；

图3是本实用新型实施例提供的模拟量扩展模块连线电路图；

图4是本实用新型实施例提供的门帘电机接线电路图；

图5是本实用新型实施例提供的散热风扇与水泵的电路接线电路图；

具体实施方式

为能进一步了解本实用新型的发明内容、特点及功效，兹例举以下实施例，并配合附图详细说明如下。

如图1至图5所示，本实用新型实施例提供的基于PLC的蔬菜大棚温湿度控制装置设置有：PLC控制器；PLC控制器电连接有温度传感器和湿度传感器；PLC控制器通过变频器电连接有暖风机、散热风扇、卷帘电机、除湿机；PLC控制器电连接有中间继电器，中间继电器通过交流接触器电连接有水泵和电磁阀；PLC控制器通过串口连接有触摸显示屏。

作为优选，PLC控制器电连接有急停按钮。

作为优选，散热风扇、卷帘电机、水泵电连接有断路器和熔断器。

作为优选，暖风机、散热风扇、卷帘电机、水泵、除湿机、电磁阀均电连接有信号灯。

PLC控制器采用FX3U-32M/RS，此款PLC拥有很高的性价比，性能可靠，适用于大棚的外露环境，安装方便等优点。

其功能非常强大，特别针对中小型控制系统的应用，在中小型蔬菜大棚中，选此系列PLC有较高的性价比。

1)功能强大、性价比高；

2)可靠性能很强、抗干扰能力极强；

3)硬件配套齐全，用户使用便捷，有较强的实用性；

4)系统设计简单，安装方便，调试简单工作量少；

5)故障率低，维修方便；

6)编程简单；

梯形图是使用最普遍的可编程控制器的一种编程语言，其内部工作方式和符号都与继电器的符号和工作原理相似，梯形图语言更直观，表达更清楚，易学易懂，有一定电气技术的人员很容易上手并实现程序编写。

7)个头小，能耗低；

8)扩展模块多，功能强大；

9)价格实惠，售后服务方便；

10)与时俱进，技术更新较快，能实现网络通讯。

本实用新型使用PLC及特殊功能模块将温度传感器和湿度传感器采集到的相关的模拟量数据通过特殊功能模块转换成数字信号，通过与设定好的温湿度数据进行比较，经过PLC处理器的分析判断给出相应的命令，控制对应的执行机构的工作。温度控制时，PLC给出的命令以模拟量的形式传给变频器，变频器则可以对风扇转速进行无极调速，这样可以减少调温时蔬菜大棚内的温度波动，较大程度上也节省电机的耗电量。此系统可以通过串口的形式与触摸屏相连，从而可以实现系统的远程监控。温湿度传感器将大棚内相关的温湿度环境因子数据转换成模拟量信号，且温度传感器和湿度传感器输出的模拟量分别对应一个温度值和湿度值，具有测量精度高、范围广泛、性价比高等特点。其中温度传感器的可测量的温度范围为-200℃～200℃，转换成0～5V的电压模拟信号；湿度传感器则将空气中的湿度0％～100％对应的转换成0～5V电压模拟量信号。整个系统的执行元件有暖风机、散热风扇、卷帘、水泵、除湿机、电磁阀六个。由传感器检测大棚内的实时温度、湿度，传输到PLC内与设置值进行比较，如果温度检测值比设定值小，暖风机开始工作，当温度达到设定温度范围内时，暖风机停止工作；当检测温度比设定温度高，则散热风扇和进风门卷帘开始工作，当温度下降达到正常值时，散热风扇停止工作，卷帘下降，关闭进风口。当检测到的湿度低与设定值后，水泵和电磁阀开始工作，通过喷雾装置进行喷雾增湿。

PLC控制器由基本单元(CPU模块FX3U-32M可编程控制器、I/O模块)和扩展模块(FX2N-4AD模数转换模块、FX2N-4DA数模转换模块)组成，具体的硬件配置如下所示：

1、CPU模块

CPU----顾名思义是中央处理器，是PLC的核心部分，相当于整个系统的大脑。其功能如下：

(1)同过循环扫描的方式，接收和采集输入设备输入的状态和数据，并储存在数据寄存器和映像寄存器里；

(2)将编程器里输入的数据和程序接收处理；

(3)检测PLC内部运行是否正常，判断编程是否存在语法错误；

(4)执行用户程序：

a)采集编程器里的数据及用户程序；

b)翻译程序并判断和分析数据；

c)做出相应的判断命令驱动外部执行部件。

在本次的温室大棚的设计中，由于只研究对单一大棚的控制，I/O点数要求不多，选择紧凑型PLC足足有余。考虑到价格、实用性、通讯及储存等方面，故选择FX3U-32M此款PLC。其工作电压为220V DC，带有RS-422和USB通讯接口，输入/输出分别为16/16，最多可以挂八个扩展功能模块，高速的模拟量转换速度。

2、I/O模块

PLC系统的输入信号包括开关量输入信号、模拟量输入信号、数字量输入信号三种。开关量输入/输出点分别为X0～X17/Y0～Y17，输入单元内置滤波器，以防止输入触电抖动或者外部干扰引起的错误输入信号，输出单元输出电流值为0.3～2A，负载电源由外部现场提供。温湿度信号输入由扩展模块FX2N-4AD模数转换模块来进行数据输入，模拟量输出由扩展模块FX2N-4DA数模转换模块来进行模拟量输出。模拟量输入模块的属性如下：

有四个输入通道，可以同时使用，最大分辨率为1 2位

可以输出电流或者电压信号，通过配线的不同进行选择(将信号线+、-极分别与扩展模块的V+、VI-相连则可输出电压信号，要输出电流信号，还得将V+、I+短接即可)，可输出的模拟量范围为-10V～10VDC(分辨率5mV),并且/或者4～20mA,-20～20mA(分辨率：20μA)

与FX3U主单元之间通过缓冲存储器进行数据交换，共有32个缓冲储存器(每个均16位)

占用主单元的8个输入输出点。

PLC输入技术指标

3、模拟量输出模块属性如下：

有四个输出通道，可以同时使用，提供12位高精度的输入，转换速度为2.1ms/4

可以输出电压信号并且/或者电流信号(输出信号有0～5V DC、0～10VDC、4～20mADC)数字信号转换成模拟信号特性均可调整

与FX3U主单元之间通过缓冲存储器进行数据交换，共有32个缓冲储存器(每个均16位)

占用主单元的8个输入输出点。

3.1.1I/O地址分配

由于系统有很多不同的输入信号，如温度信号的输入、湿度信号的输入、手动按钮(手动加热、手动散热、手动增湿)的信号输入；输出信号有散热风扇的启动信号、暖风机的启动信号、水泵和电磁阀的启动信号，还有各种指示灯的信号输出，其I/O地址分配如下：

I/O分配表

此款PLC属于继电器输出型，虽然说输出端子是继电器，但负载能力偏低，直接驱动大功率的电器对触点的伤害是非常的大，容易损坏触点，因此让PLC直接驱动中间继电器来控制交流接触器，完成水泵和电磁阀的起停任务。

电器元件一览表

名称	符号	型号	数量
				可编程控制器	PLC	FX3U-32MR-ES-A	1
A/D模块	A/D	FX2N-2AD	1
				D/A模块	D/A	FX2N-2DA	1
小型断路器	QF	DZ47-63/3P/20A	1
				熔断器	FU	RT18-32	4
交流接触器	KM	S-N	4
				触摸屏	HMI	GT 1150-Q-C	1
开关电源	PE	S-100-24	1
				热继电器	FR	NR2-25G/Z 13-25	9
中间继电器	KA	HL2-L-AC240V	4
				温度传感器	ST	Pt100	1
湿度传感器	ST	SHM2014LF	1
				变频器	FR	FR-E740	1
按钮开关	SB	LA39	7
				限位开关	SQ	LXW5-11G1	2
信号灯	HL	XB2BVB4LC	6

4、卷帘电机电路设计：

在系统中门帘为左右移动关开门的设计，利用电机的正反转实现开关门动作。考虑到电机负载在受到外界因素干扰时电流增大而使使系统发生断电或者产热烧坏设备等意外情况，则在电机前加一个热继电器进行保护，因为热继电器发生动作有个过程比较迟缓，为防止电机发生短路，则需要加一组熔断器进行双保护。电机的正反转利用两个交流接触器来完成，切换两个交流接触器的通断来改变电机的相续来实现电机的正反转，交流接触器的触发由PLC来进行控制。其电路图如图4所示。

5、散热电机与水泵电机电路设计：

散热电机与水泵电机只需要控制其启动停止即可，和门帘电机一样在电机前都加上一个热继电器和一组熔断器来进行过载保护和短路保护，交流接触器的通断也是由PLC进行程序控制。如图5所示。

以上所述仅是对本实用新型的较佳实施例而已，并非对本实用新型作任何形式上的限制，凡是依据本实用新型的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改，等同变化与修饰，均属于本实用新型技术方案的范围内。

Claims (4)

1.一种基于PLC的蔬菜大棚温湿度控制装置，其特征在于，所述基于PLC的蔬菜大棚温湿度控制装置设置有：

PLC控制器；

PLC控制器电连接有温度传感器和湿度传感器；

PLC控制器通过变频器电连接有暖风机、散热风扇、卷帘电机、除湿机；

PLC控制器电连接有中间继电器，中间继电器通过交流接触器电连接有水泵和电磁阀；

PLC控制器通过串口连接有触摸显示屏。

2.如权利要求1所述基于PLC的蔬菜大棚温湿度控制装置，其特征在于，PLC控制器电连接有急停按钮。

3.如权利要求1所述基于PLC的蔬菜大棚温湿度控制装置，其特征在于，散热风扇、卷帘电机、水泵电连接有断路器和熔断器。

4.如权利要求1所述基于PLC的蔬菜大棚温湿度控制装置，其特征在于，暖风机、散热风扇、卷帘电机、水泵、除湿机、电磁阀均电连接有信号灯。