基于S7-300型PLC的智能大棚系統(tǒng)設計

段柯言

[摘? ? 要]隨著目前我國科技的迅速發(fā)展以及自動化水平的提高，智能大棚在農業(yè)種植中呈主要應用趨勢。傳統(tǒng)的農業(yè)大棚大多依靠人工控制，生產效率不高。因此設計了基于S7-300型PLC的智能大棚系統(tǒng)，該系統(tǒng)通過調節(jié)溫度、濕度、光照強度等外部因素而改善農作物的生長環(huán)境，提高產量。本設計可以實現(xiàn)對不同作物的適宜生長環(huán)境的設置，應用方向廣泛。

[關鍵詞]PLC;智能大棚;溫濕度;光照;S7-300

[中圖分類號]S625;TP273 [文獻標志碼]A [文章編號]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

農業(yè)是我們國民經濟的基礎，我國作為第一農業(yè)大國，在社會歷史發(fā)展的長河中農業(yè)占據(jù)著十分重要的地位，農業(yè)大棚的出現(xiàn)意味著我國由傳統(tǒng)農業(yè)向現(xiàn)代農業(yè)轉型。我國農業(yè)大棚起步較晚，在20世紀70年代才實現(xiàn)了大規(guī)模的發(fā)展，傳統(tǒng)的農業(yè)大棚中對于溫濕度、光照強度等參數(shù)的監(jiān)控均需要人工進行控制，工作效率不高，且會產生一定的誤差。PLC技術在溫室大棚中可實現(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進行溫室大棚系統(tǒng)設計。文章基于S7-300型PLC和MCGS組態(tài)技術對智能大棚系統(tǒng)環(huán)境參數(shù)進行調節(jié)、監(jiān)測，從而為農作物提供合適的生長環(huán)境，提高農作物產量，節(jié)約人工成本。

1 智能大棚系統(tǒng)設計

本系統(tǒng)采用西門子S7-300型PLC為主要控制器，通過傳感器檢測環(huán)境信息并對檢測得到的信息進行處理、轉化，傳送到PLC中，將實際環(huán)境參數(shù)與設置參數(shù)進行比對，反復控制執(zhí)行元件使得實際參數(shù)接近設置參數(shù)，同時，利用MCGS組態(tài)軟件實現(xiàn)人機交互。系統(tǒng)結構如圖1所示。

1.1 硬件電路設計

PLC是在繼電器控制和計算機技術的基礎上，以微處理器為核心，集計算機技術、自動控制技術以及通訊技術于一體的新型工業(yè)控制裝置。西門子S7-300系列PLC采用模塊化結構，各個模塊相互獨立，性價比高，在工業(yè)控制領域應用廣泛。

本系統(tǒng)采用的溫度傳感器為PT100溫度傳感器，型號為WZP-035，測量范圍是-50～200 ℃，具有穩(wěn)定性好、精度高等特點;濕度傳感器型號為歐姆龍ES2-HB，測量范圍是20%～95%;光照強度傳感器型號為GY-302 BH1750，測量范圍是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，需要通過PLC中模擬量輸入模塊將其轉化為數(shù)字信號，光照強度傳感器輸出為數(shù)字信號，可直接通過數(shù)字量輸入模塊輸入。根據(jù)智能大棚各檢測模塊功能需求，對I/O地址進行分配，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、停止按鈕，各檢測模塊以及執(zhí)行設備開關，輸出包括加熱器、冷卻設備等執(zhí)行設備的啟動或停止，端子接口圖如圖2所示。

1.2 軟件設計

本系統(tǒng)設計包括上位機的軟件設計和下位機的軟件設計。通過上位機MCGS實現(xiàn)人機交互，可對PLC系統(tǒng)進行控制從而調節(jié)大棚內各環(huán)境參數(shù)，同時也可以實時接收數(shù)據(jù)。系統(tǒng)設計界面主要包括3大部分：功能選擇，實時環(huán)境參數(shù)顯示和對環(huán)境參數(shù)的設置以及各個執(zhí)行設備的工作情況，如圖3所示。按下開始按鈕后，系統(tǒng)開始運行，可對工作模式進行選擇。若為手動操作，則需要對各個執(zhí)行設備通過手操開關來進行控制。右側的指示燈用來指示各執(zhí)行設備的工作情況。界面設計完成后，還需要保證能夠與PLC建立對應關系，這樣，才能夠在觸摸屏上觀看到監(jiān)控情況。下位機軟件設計主要是完成PLC程序設計，采用STEP7軟件進行編程，控制流程圖如圖4所示，通過判斷是否達到上下限來對各執(zhí)行元件進行控制。

2 智能大棚系統(tǒng)的流程設計

當系統(tǒng)開始工作后，對所有設備進行初始化，監(jiān)測一段時間后，讀取溫度、濕度、光照強度傳感器數(shù)據(jù)，當大棚內溫度低于設定的溫度下限時，啟動加熱器，高于設定溫度的上限時，啟動冷卻設備，降低環(huán)境溫度;當大棚內濕度低于設定濕度的下限時，啟動噴灌設備，高于設定濕度的上限時，啟動通風設備，使得空氣濕度降低;當大棚內光照強度低于設定的光照強度下限時，啟動補光設備，光照增強，高于設定的光照強度上限時，啟動遮光設備，光照減弱，若最終參數(shù)未穩(wěn)定在給定范圍內，則重復此過程。若參數(shù)穩(wěn)定在給定范圍內，則系統(tǒng)停止工作。

3 智能大棚系統(tǒng)調試和處理

3.1 軟件設備調試和處理

由于直接在實際的系統(tǒng)中進行調試存在一定的風險，所以可利用S7-PLCSIM仿真軟件對程序進行調試。在仿真過程中，通過對輸入量進行控制，對程序運行狀態(tài)進行監(jiān)控，進而不斷完善程序。

3.2 硬件設備調試和處理

由于硬件設備過多且線路復雜，可采用抽樣檢測的方法來對可編程控制系統(tǒng)進行硬件檢測，選擇某幾個硬件系統(tǒng)為檢測目標，檢測各個元件是否滿足要求。比如將光照強度傳感器輸出的數(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)一個電阻，避免了漏電流等情況發(fā)生對控制系統(tǒng)造成的影響，從而使得系統(tǒng)的硬件設備滿足工業(yè)要求。

4 結論

本系統(tǒng)通過西門子S7-300型PLC與MCGS組態(tài)軟件實現(xiàn)了對大棚中溫濕度、光照強度環(huán)境參數(shù)的監(jiān)測和控制，達到了智能養(yǎng)護的目的，有助于農作物生長。該系統(tǒng)適用于多種果蔬的種植，提高了農業(yè)自動化，具有良好的應用前景。

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