现场总线论文1现场总线论文1.doc

现场总线技术在大棚温控系统中的应用 温室环境控制是一项综合性工程，该系统通过对温室内的温度、光照、空气湿度、土壤湿度等环境因子的采集，并根据上述参数实现对温度、湿度、光照的自动调节，控制温室环境适合农作物的生长，达到了温室大棚自动控制的目的。国外温室控制研究起步较早，可追溯到20世纪40年代，而在美国、日本等国家建造了当今世界上最为先进的植物工厂，采取完全封闭生产，人工补充光照，全电脑控制及机器人或机械手进行播种、移动作业、采收等多种先进技术。我国温室环境控制系统应用与研究正从消化吸收、简单应用阶段向实用化、综合性研究应用阶段过渡和发展。 智能温室控制系统总体方案 作物的生长发育除决定于其自身的遗传特性外，环境因子也是一个重要方面。作物赖以生存的环境因子是由温度、湿度、光照、二氧化碳等因素构成。各个环境因子之间不是孤立，而是相互联系、相互制约的，环境中一个因子变化会引起其他因子不同程度的变化。因此，自然环境因子对作物的作用是各个环境因子综合作用的结果。温室是用来改善植物的生长环境，避免外界四季变化和恶劣气候对作物生长的不利影响，为植物生长创造适宜的条件。 该系统采用可编程控制器PLC作为控制核心。通过传感器检测温室中的环境参数，经变送转换为标准电流信号（4～20mA）后送入S7-200的模拟量输入模块EM231，PLC通过模糊控制算法进行分析处理，输出开关量，通过驱动电路控制风机、微雾、遮阳等多种执行机构。多个温室共同构成温室群，借鉴DCS的分层控制结构形式，采用现场总线模型组建多个温室的分布式控制系统，并与上位机通讯实施监控，通过MCGS组态完成数据管理、智能决策、历史/实时曲线、报警等功能。 系统硬件选型方案 系统硬件选型是温室环境控制的首要步骤与关键环节，可供选择的设备型号较多，选择余地较大，故选型时应从温室控制的实际情况以及所要求的控制功能、控制方式、资金情况等方面加以慎重考虑。 PLC及扩展模块选型 可编程控制器（PLC）以其操作方便、可靠性高、通用灵活、使用寿命长等一系列优点，在航天、冶金、化工、机械等行业得以推广应用。它以微处理器技术为基础，综合了计算机技术、自动化技术和通讯技术的工业控制装置，不仅具有微型计算机的计算和逻辑判断能力，同时具有数据转换和通信等更强大的功能，指令系统丰富，程序结构灵活，既可以控制开关量及顺序控制，也可以用来实现模拟量等复杂的控制。它集中了工业专用机和通用计算机的优点，运行可靠，适应性强。PLC通信依靠先进的工业网络技术可以迅速有效地收集、传送生产和管理数据，并具有智能通信的功能使PLC与上位计算机、PLC与PLC、PLC与其他智能设备之间能够交换信息，形成一个统一的整体，实现分散集中控制。多数PLC除了具有RS-232接口，还有一些内置支持各通信协议的接口。在综合考虑功能，保证可靠、维护使用方便以及最佳的性能价格比之后，我们选择了西门子公司的S7系列PLC作为系统的PLC控制器。 CPU226是西门子公司S7-200系列（Micro-PLC）中功能最强的一种控制器，具有紧凑的设计、良好的扩展性、低廉的价格及强大的指令，可以近乎完美的满足单个温室环境控制的要求。 EM231为S7-200 PLC的模拟量扩展模块，有4路模拟量输入，工作电压为DC24V，分辨率为12位，其输入信号可以是电压（单极性0～10V、0～5V或双极性±5V、±2.5V）也可以是电流（0～20mA）,用拨码开关（SW1～SW3）选择模拟量输入范围。该模块接收检测环节送出的电流或电压信号，并将其转换为与之对应的数字量，存放于存储区域相应的寄存器，供CPU用软件实现相应算法。 CPU315-2DP是西门子公司推出的一款适合于中等规模控制系统的PLC，采用紧凑的无槽位限制的模块结构，具有扩展性好、通信能力强等特点。CPU315-2DP带两个通信接口：一个符合EN5170标准的Profibus-DP接口用于同S7-200的Profibus通讯，另一个MPI接口用于同上位PC机的MPI通讯。11 上位机硬件配置 本系统上位机选用研华工控机IPC-610，256M内存，80G硬盘，机箱结构具有防尘、防震、通风等功能，并可抗强电磁干扰和高频辐射干扰。运行Microsoft Windows2000操作系统Professional版本，外接打印机，可打印曲线、报表，工控机由一台不间断电源UPS供电，保证数据的完整记录，主板带有串行口，配有网卡CP5611，并安装西门子STEP 7编程软件和MCGS组态软件。 系统其他部分电路设计 （1）电气控制柜设计 电气控制柜是由多个开关设备和相应的控制、测量、信号等元件，以及所有内部 的电气和机械连接部件构成的一个组合体。控制柜上配有手动/自动的切换开