基于PLC的温室大棚自动控制系统设计

卞和营　王军敏

摘要在温室大棚控制系统中，对温室内的环境因子如温度、湿度、CO2浓度及光照度等的有效控制是实现农作物优质、高产及高效的关键环节。设计了温室总体控制方案，应用S7-CPU226、EM231和HMD40Y等设备构建了PLC温室控制系统，编写了各执行机构的控制程序和模糊算法相关程序，并应用wincc flexible组态了该控制系统的监控画面。结果表明，该系统能够很好地实现对温室中温度、湿度、CO2浓度及光照度等环境因子的有效控制，实现对温室中各参数的实时监控，较好地满足温室作物对生长环境的要求。

关键词温室；自动控制系统；PLC；监控

中图分类号S126文献标识码A文章编号0517-6611（2014）04-01247-03

基金项目河南省科技计划资助项目（132102110173）；河南省高等学校骨干教师资助计划项目（2010GGJS212）。

作者简介卞和营（1971-），男，河南兰考人，副教授，硕士，从事智能控制理论及应用方面的研究。

当今农业现代化技术越来越受到重视，而温室大棚是高效农业发展的一个重要组成部分，因此研究开发适合我国国情、性能优越、低成本且运行可靠的温室控制系统是当前该领域研究的热点问题[1]。温室控制系统主要是通过对温室内环境因子如温度、湿度、CO2浓度、土壤pH及光照度等的有效控制来实现农作物优质、高产及高效生产[2-4]。为此，笔者在对多个温室环境因子深入分析的基础上，应用S7-CPU226、EM231和HMD40Y等设备构建了PLC温室控制系统。由于温室系统是一个多变量、时变、非线性、强耦合、大惯性的复杂系统[5]，在PLC编程中对温湿度的控制引入了模糊控制算法，并对温湿度的控制效果进行了实际观测；应用wincc flexible组态了该控制系统的监控界面。结果表明，该系统能够很好地实现对温室中设定的几种环境因子的有效控制，满足温室作物对生长环境的要求。

1温室总体控制方案设计

该研究主要针对影响作物生长的关键环境因子如温湿度、光照和CO2浓度等进行控制，控制器应用西门子S7-CPU226， 模拟量模块选用EM231，温湿度、光照和CO2浓度传感器选用的型号分别为HMD40Y、LC-GZ1和DCO2-T8。此外，应用wincc flexible组态该系统的监控界面。温室总体控制方案设计如图1所示。图1中执行机构主要为各种电机和电磁阀，被控对象为前天窗、天窗、后天窗、遮阳帘、加热器、通风机和水泵等。

2硬件电路设计

温室大棚控制系统硬件电路的设计包括主电路和控制电路的设计，主电路主要应用多个交流接触器如KM1、KM2等来实现对前侧窗电机、天窗电机、后侧窗电机、遮阳帘电机、加湿水泵等的控制；控制电路主要是对CPU226的外部接线电路和EM231与传感器的接口电路进行设计，在CPU226的输入端接按钮和行程开关，输出端接24 V的中间继电器，利用中间继电器的触点来实现对主电路中交流接触器的通断控制。

2.1主电路设计由于篇幅限制，在此僅给出前侧窗电机和天窗电机控制的主电路，其他电机的控制电路类同。主电路如图2所示[6]。

2.2 PLC控制电路设计

2.2.1 PLC的I/O地址分配表。根据温室控制实际需要，制定的PLC的I/O地址分配如表1所示[7]。

2.2.2 CPU226外部接线。在PLC的I/O地址分配基础上，绘制的CPU226外部接线如图3所示[7]。

2.2.3 EM231与传感器的接口电路。模拟量模块EM231与温湿度、CO2浓度、光照度传感器的接口电路如图4所示。

3 PLC控制系统软件设计

系统软件设计主要是PLC控制程序编写和监控界面的组态，该研究在实现对温湿度程序的编写时引入了模糊控制算法[8-9]。

3.2温湿度控制程序设计在采用模糊控制算法的情况下，以温度为22 ℃和湿度为70%的情况编写相应的PLC程序，温度为22 ℃对应的数字量为17 664，湿度70%对应的数字量为24 320。编写的模糊控制查询程序如下：

计的监控界面能实现对温室大棚控制情况的实时监测，譬如现场参数监控界面，如图5所示。

4 系统实际运行测试

控制系统投入运行后，以温湿度为例，随机选取某一天采集数据进行分析。测试时的起始温度和湿度分别为32 ℃和52%，温度和湿度控制设定值分别为22 ℃和70%，采样时间间隔均为5 min，根据采集数据绘制的曲线如图6所示。

5结论

应用S7-CPU226、EM231和HMD40Y等设备构建了PLC温室控制系统，并在温湿度的控制程序中引入了模糊控制算法，编写了各执行机构的控制程序和模糊算法相关程序，并应用wincc flexible组态了该控制系统的监控画面，对温湿度进行了数据采集与分析。结果表明，该系统能够很好地实现对温室中设定的几种环境因子的有效控制，实现对温室中各参数的实时监控，较好地满足温室作物对生长环境的要求。

参考文献

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