基于S7-300型PLC的智能大棚系統(tǒng)設(shè)計(jì)

段柯言

[摘? ? 要]隨著目前我國(guó)科技的迅速發(fā)展以及自動(dòng)化水平的提高，智能大棚在農(nóng)業(yè)種植中呈主要應(yīng)用趨勢(shì)。傳統(tǒng)的農(nóng)業(yè)大棚大多依靠人工控制，生產(chǎn)效率不高。因此設(shè)計(jì)了基于S7-300型PLC的智能大棚系統(tǒng)，該系統(tǒng)通過調(diào)節(jié)溫度、濕度、光照強(qiáng)度等外部因素而改善農(nóng)作物的生長(zhǎng)環(huán)境，提高產(chǎn)量。本設(shè)計(jì)可以實(shí)現(xiàn)對(duì)不同作物的適宜生長(zhǎng)環(huán)境的設(shè)置，應(yīng)用方向廣泛。

[關(guān)鍵詞]PLC;智能大棚;溫濕度;光照;S7-300

[中圖分類號(hào)]S625;TP273 [文獻(xiàn)標(biāo)志碼]A [文章編號(hào)]2095–6487（2021）01–000–02

Design of Wechat Files Intelligent Greenhouse System Based on S7-300 PLC

Duan Ke-yan

[Abstract]With the rapid development of science and technology and the improvement of automation level in China， intelligent greenhouse is the main application trend in agricultural planting. Traditional agricultural greenhouses mostly rely on manual control， and the production efficiency is not high. Therefore， an intelligent greenhouse system based on S7-300 PLC is designed， which can improve the growth environment and yield of crops by adjusting the influence of external factors such as temperature， humidity and light intensity. This design can realize the setting of suitable growth environment for different crops， and has a wide range of applications.

[Keywords]PLC; intelligent greenhouse; temperature and humidity; lighting; S7-300

農(nóng)業(yè)是我們國(guó)民經(jīng)濟(jì)的基礎(chǔ)，我國(guó)作為第一農(nóng)業(yè)大國(guó)，在社會(huì)歷史發(fā)展的長(zhǎng)河中農(nóng)業(yè)占據(jù)著十分重要的地位，農(nóng)業(yè)大棚的出現(xiàn)意味著我國(guó)由傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)向現(xiàn)代農(nóng)業(yè)轉(zhuǎn)型。我國(guó)農(nóng)業(yè)大棚起步較晚，在20世紀(jì)70年代才實(shí)現(xiàn)了大規(guī)模的發(fā)展，傳統(tǒng)的農(nóng)業(yè)大棚中對(duì)于溫濕度、光照強(qiáng)度等參數(shù)的監(jiān)控均需要人工進(jìn)行控制，工作效率不高，且會(huì)產(chǎn)生一定的誤差。PLC技術(shù)在溫室大棚中可實(shí)現(xiàn)智能化、模塊控制、大數(shù)據(jù)精確化處理，因此可選擇利用PLC進(jìn)行溫室大棚系統(tǒng)設(shè)計(jì)。文章基于S7-300型PLC和MCGS組態(tài)技術(shù)對(duì)智能大棚系統(tǒng)環(huán)境參數(shù)進(jìn)行調(diào)節(jié)、監(jiān)測(cè)，從而為農(nóng)作物提供合適的生長(zhǎng)環(huán)境，提高農(nóng)作物產(chǎn)量，節(jié)約人工成本。

1 智能大棚系統(tǒng)設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)采用西門子S7-300型PLC為主要控制器，通過傳感器檢測(cè)環(huán)境信息并對(duì)檢測(cè)得到的信息進(jìn)行處理、轉(zhuǎn)化，傳送到PLC中，將實(shí)際環(huán)境參數(shù)與設(shè)置參數(shù)進(jìn)行比對(duì)，反復(fù)控制執(zhí)行元件使得實(shí)際參數(shù)接近設(shè)置參數(shù)，同時(shí)，利用MCGS組態(tài)軟件實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

1.1 硬件電路設(shè)計(jì)

PLC是在繼電器控制和計(jì)算機(jī)技術(shù)的基礎(chǔ)上，以微處理器為核心，集計(jì)算機(jī)技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)以及通訊技術(shù)于一體的新型工業(yè)控制裝置。西門子S7-300系列PLC采用模塊化結(jié)構(gòu)，各個(gè)模塊相互獨(dú)立，性價(jià)比高，在工業(yè)控制領(lǐng)域應(yīng)用廣泛。

本系統(tǒng)采用的溫度傳感器為PT100溫度傳感器，型號(hào)為WZP-035，測(cè)量范圍是-50～200 ℃，具有穩(wěn)定性好、精度高等特點(diǎn);濕度傳感器型號(hào)為歐姆龍ES2-HB，測(cè)量范圍是20%～95%;光照強(qiáng)度傳感器型號(hào)為GY-302 BH1750，測(cè)量范圍是1-65535lx，靈敏度高。其中，溫度傳感器和濕度傳感器輸出為模擬信號(hào)，需要通過PLC中模擬量輸入模塊將其轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)，光照強(qiáng)度傳感器輸出為數(shù)字信號(hào)，可直接通過數(shù)字量輸入模塊輸入。根據(jù)智能大棚各檢測(cè)模塊功能需求，對(duì)I/O地址進(jìn)行分配，如表1所示。根據(jù)地址分配表可知，PLC控制器的輸入包括系統(tǒng)啟動(dòng)、停止按鈕，各檢測(cè)模塊以及執(zhí)行設(shè)備開關(guān)，輸出包括加熱器、冷卻設(shè)備等執(zhí)行設(shè)備的啟動(dòng)或停止，端子接口圖如圖2所示。

1.2 軟件設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)設(shè)計(jì)包括上位機(jī)的軟件設(shè)計(jì)和下位機(jī)的軟件設(shè)計(jì)。通過上位機(jī)MCGS實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互，可對(duì)PLC系統(tǒng)進(jìn)行控制從而調(diào)節(jié)大棚內(nèi)各環(huán)境參數(shù)，同時(shí)也可以實(shí)時(shí)接收數(shù)據(jù)。系統(tǒng)設(shè)計(jì)界面主要包括3大部分：功能選擇，實(shí)時(shí)環(huán)境參數(shù)顯示和對(duì)環(huán)境參數(shù)的設(shè)置以及各個(gè)執(zhí)行設(shè)備的工作情況，如圖3所示。按下開始按鈕后，系統(tǒng)開始運(yùn)行，可對(duì)工作模式進(jìn)行選擇。若為手動(dòng)操作，則需要對(duì)各個(gè)執(zhí)行設(shè)備通過手操開關(guān)來(lái)進(jìn)行控制。右側(cè)的指示燈用來(lái)指示各執(zhí)行設(shè)備的工作情況。界面設(shè)計(jì)完成后，還需要保證能夠與PLC建立對(duì)應(yīng)關(guān)系，這樣，才能夠在觸摸屏上觀看到監(jiān)控情況。下位機(jī)軟件設(shè)計(jì)主要是完成PLC程序設(shè)計(jì)，采用STEP7軟件進(jìn)行編程，控制流程圖如圖4所示，通過判斷是否達(dá)到上下限來(lái)對(duì)各執(zhí)行元件進(jìn)行控制。

2 智能大棚系統(tǒng)的流程設(shè)計(jì)

當(dāng)系統(tǒng)開始工作后，對(duì)所有設(shè)備進(jìn)行初始化，監(jiān)測(cè)一段時(shí)間后，讀取溫度、濕度、光照強(qiáng)度傳感器數(shù)據(jù)，當(dāng)大棚內(nèi)溫度低于設(shè)定的溫度下限時(shí)，啟動(dòng)加熱器，高于設(shè)定溫度的上限時(shí)，啟動(dòng)冷卻設(shè)備，降低環(huán)境溫度;當(dāng)大棚內(nèi)濕度低于設(shè)定濕度的下限時(shí)，啟動(dòng)噴灌設(shè)備，高于設(shè)定濕度的上限時(shí)，啟動(dòng)通風(fēng)設(shè)備，使得空氣濕度降低;當(dāng)大棚內(nèi)光照強(qiáng)度低于設(shè)定的光照強(qiáng)度下限時(shí)，啟動(dòng)補(bǔ)光設(shè)備，光照增強(qiáng)，高于設(shè)定的光照強(qiáng)度上限時(shí)，啟動(dòng)遮光設(shè)備，光照減弱，若最終參數(shù)未穩(wěn)定在給定范圍內(nèi)，則重復(fù)此過程。若參數(shù)穩(wěn)定在給定范圍內(nèi)，則系統(tǒng)停止工作。

3 智能大棚系統(tǒng)調(diào)試和處理

3.1 軟件設(shè)備調(diào)試和處理

由于直接在實(shí)際的系統(tǒng)中進(jìn)行調(diào)試存在一定的風(fēng)險(xiǎn)，所以可利用S7-PLCSIM仿真軟件對(duì)程序進(jìn)行調(diào)試。在仿真過程中，通過對(duì)輸入量進(jìn)行控制，對(duì)程序運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控，進(jìn)而不斷完善程序。

3.2 硬件設(shè)備調(diào)試和處理

由于硬件設(shè)備過多且線路復(fù)雜，可采用抽樣檢測(cè)的方法來(lái)對(duì)可編程控制系統(tǒng)進(jìn)行硬件檢測(cè)，選擇某幾個(gè)硬件系統(tǒng)為檢測(cè)目標(biāo)，檢測(cè)各個(gè)元件是否滿足要求。比如將光照強(qiáng)度傳感器輸出的數(shù)據(jù)傳送到PLC中，電路中可能存在漏電流等情況，使數(shù)據(jù)不能正常傳送，為了防止出現(xiàn)這些問題，可在輸入端并聯(lián)一個(gè)電阻，避免了漏電流等情況發(fā)生對(duì)控制系統(tǒng)造成的影響，從而使得系統(tǒng)的硬件設(shè)備滿足工業(yè)要求。

4 結(jié)論

本系統(tǒng)通過西門子S7-300型PLC與MCGS組態(tài)軟件實(shí)現(xiàn)了對(duì)大棚中溫濕度、光照強(qiáng)度環(huán)境參數(shù)的監(jiān)測(cè)和控制，達(dá)到了智能養(yǎng)護(hù)的目的，有助于農(nóng)作物生長(zhǎng)。該系統(tǒng)適用于多種果蔬的種植，提高了農(nóng)業(yè)自動(dòng)化，具有良好的應(yīng)用前景。

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