基于PLC和组态软件的现代温室控制系统设计

基于PLC和组态软件的现代温室控制系统设计

2008年第2期 工业仪表与自动化装置

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基于PLC和组态软件的现代温室控制系统设计

李君华,王生学,张侃谕

(上海大学机电工程与自动化学院,上海200072)

摘要:介绍了基于PLC和组态软件的现代温室控制系统设计,详细阐述了系统设计的整体结构和软硬件部分的设计,并采用工控组态软件开发人机接口可视化界面(HMI),使系统具有界面友好,易于操作,运行可靠,便于升级扩充等特点。试验证明该系统运行良好,具有广阔的应用前景。

关键词:温室;PLC;组态软件

中图分类号:TP273 文献标识码:A 文章编号:1000-0682(2008)02-0025-03

ThedesignofagreenhousecontrolsystembasedonPLCandconfigurationsoftware

LIJun hua,WANGSheng xue,ZHANGKan yu

(Mechanical ElectronicEngineering&AutomationDeptofShanghaiUniversity,Shanghai200072,China)

Abstract:Thispaperpresentsthedesignofagreenhousecontrolsystem,includingwholeframework

andthedesignofhardwareandsoftware.TheindustrialconfigurationsoftwareisusedtodesigntheHMI.Thesystemiseasytooperateandrunsreliably.Moreover,itiseasytoexpandandupdate.Thetestshowsthesystemperformsverywellandthesystemhasagoodprospectforwideapplication.

Keywords:greenhouse;PLC;configurationsoftware

0 引言

温室控制系统是一种以节约能源,提高产量为目的的高效农业发展技术。温室控制系统主要通过计算机控制和外部执行机构具体操作,创造与季节无关的适宜农作物生长的人为环境,实现农作物的高产量,降低能耗的大规模生产。

目前温室生产现场使用的温室控制系统普遍为集中式控制,这种结构中的现场设施和通信接口距离较远,系统的可扩充性差,不能顺应温室大型化的发展趋势。该文在消化吸收了国内外技术的基础上,采用PLC和组态软件设计了分布式温室控制系统。

统的继电器控制技术、计算机技术和通信技术融为一体,具有控制能力强、操作灵活方便、可靠性高、适宜长期连续工作的特点,非常适合高效温室的控制要求;并且其指令功能强大,存储容量也比较大,而且是模块化结构,扩充方便;由于温室内各参数多是模拟量,PLC可通过配置模拟量模块,将传感器传送的模拟量进行转换,经通信模块由PLC送入上位机中。PLC内部具有大量的软中间继电器,可存储上位机送入的各项参数,利用其丰富的指令进行数据对比分析,控制执行机构动作,完成各项控制功能。

基于PLC和组态软件的分布式温室控制系统一般由上位PC机、组态软件、下位PLC组成。上位机实现对各个温室小区的集中管理,下位机实现对各个温室的分散控制。系统的网络结构如图1所示。

1 系统概述

PLC是一种新型的通用自动控制装置,它将传

收稿日期:2007-07-24

基金项目:国家863高技术研究发展计划资助项目(2006AA10A311);上海市科技兴农重点攻关项目 现代温室盆栽花卉专家控制系统研究开发与应用 资助(沪农科攻字[2006]第4-6号);上海市科委重点攻关项目 杏鲍菇全程数字化生产技术体系的构建与开发 资助(073919103)

作者简介:李君华(1980-),女,硕士研究生,控制理论与控制

工程专业,研究方向为计算机控制系统。

图1 系统网络结构图

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工业仪表与自动化装置 2008年第2期

上位机的参数设置界面输入控制信息,这些控制参数通过总线发送给各个下位机。下位机分析采集到的各种信息,控制温室内各个执行机构的动作,从而达到调节温室内环境以满足温室内植物所需要的生长环境。

2 系统硬件部分设计

下位机PLC主要负责温室环境和灌溉的控制,所起到的作用为:

1)接收上位机的设定值;

2)温室内部传感器输入信号的采集与处理;3)温室外部气象(如温度、湿度、辐照度、雨感、风速、风向)的采集与处理;

4)运用各种控制策略和算法,进行闭环控制回路的调节,同时驱动输出;

5)实时监测值、计算值上传至上位PC机显示和保存。

以某温室为例,灌溉部分,有3个母液泵,6个滴阀,负责向温室内的植物提供需要的营养液;喷淋部分,有1个喷淋泵,6个喷阀;屋顶通风系统主要是天窗的开和关,内遮荫系统主要是内帘收拢和展开,均由温室内相应的执行机构来驱动。室外气象需要采集温湿度、风向、风速、辐照度、雨感;室内主要是室内的温度及相对湿度。系统设计输入模拟量总点数7个,高速脉冲输入1个(处理风速),开关量输出30个。选用西门子S7-200系列PLC,CPU选用CPU224,扩展2个模拟量输入模块EM231,3个开关量输出模块EM222,即能满足设计的要求。PLCI/O口控制量分布如图2所示。

图3 系统控制流程图

3.1 上位机软件设计

在系统设计中,选用三维力控组态软件实现系统上位机软件的设计。主要完成如下功能:(1)上位机人机界面能够完全的显示温室内及

室外的各项参数的当前值。

(2)用户可以在界面上选择自动或手动方式控制。一般使用自动方式,此时,系统根据用户事先设定好的各项参数,对温室环境进行自动调节。

(3)以数据和曲线两种形式显示温室内和室外环境的各项参数,用户可以查询室外气象参数及室内参数和各种执行机构的运行情况的当天数据曲线和历史曲线。3.1.1 建立图形界面

利用窗口工具箱里面的编辑工具、实时/历史趋势曲线、实时/历史报警、实时/历史报表等组件和图库制作监控界面(主体图、系统实时数据显示、灌溉系统动画显示、趋势曲线、报表以及用户管理等)。监控图形界面可直观、动态地显示出室外气象及室内各执行机构的状态和室内温湿度等参数的变化。3.1.2 配置I/O设备

PPI通信协议是西门子200

系列PLC固化的一种通信协议,下位PLC无需编写通信程序,只需上位机部分编写相对应的通信程序即可。三维力控组态软件I/O设备驱动中,给出了西门子

S7-200PLC自身带有485串口,PC机为232串口,选用研华ADAM4520作为232/485转换器,实现PC机与PLC的通信连接。

图2 PLCI/O口控制量分布图

PPI通信的驱动程序,因此只需

按照软件操作提示,设置PLC的各项通信参数即可,包括波特率、数据位、奇偶校验位等。3.1.3 建立实时数据库

数据库是监控软件的核心,创建数据库点并进行数据库点与PLC设备的数据连接,实时数据库系统由管理器和运行系统组成,实时数据库将组态数据、实时数据、历史数据等以一定的组织形式存储在3 软件部分设计

系统软件包括上位机软件和下位机软件,实现

的功能主要分为手动控制和自动控制。控制流程图

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3.1.4 动画连接及动作脚本

动画连接是将画面中的图形对象与变量之间建立特定的联系,通过制作画面连接使图形在画面上随PLC数据的变化活动起来。建立了动画连接后,在界面运行中,图形对象将根据变量的变化改变颜色、大小等外观。

三维力控包括窗口脚本动作、应用程序脚本动作以及数据改变脚本动作。在系统设计中主要用到应用程序脚本,脚本程序可以在整个应用启动时执行、关闭时执行或者在运行期间 …… 此处隐藏：3640字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……